触覚センサ用ゴム及び触覚センサ
【課題】感度が高い触覚センサ用ゴム及び触覚センサを提供する。
【解決手段】触覚センサ用ゴム１は、磁性流体とＮｉとを含有する磁気混合流体と、風船用の天然ゴム材料との混合物１ａを磁場の存在下で硬化させることによって得られる。好ましくは、表面に凹凸１０が形成されている。好ましくは、前記磁気混合流体はＣｕを含有する。好ましくは、樹脂体８によって被覆されている。触覚センサＡは、上記の触覚センサ用ゴム１によって構成されるゴムセンサ部２と、このゴムセンサ部２に接する一対の電極３，３とを備え、前記一対の電極３，３の間に電圧を印加し、前記ゴムセンサ部２の表面に対して物体Ｂを接触させた際の電極３，３間に流れる電流変化により、前記物体Ｂを検出する。物体Ｂについて、接触、接触力、表面粗さ、柔らかさなどを検出することができる。
【解決手段】触覚センサ用ゴム１は、磁性流体とＮｉとを含有する磁気混合流体と、風船用の天然ゴム材料との混合物１ａを磁場の存在下で硬化させることによって得られる。好ましくは、表面に凹凸１０が形成されている。好ましくは、前記磁気混合流体はＣｕを含有する。好ましくは、樹脂体８によって被覆されている。触覚センサＡは、上記の触覚センサ用ゴム１によって構成されるゴムセンサ部２と、このゴムセンサ部２に接する一対の電極３，３とを備え、前記一対の電極３，３の間に電圧を印加し、前記ゴムセンサ部２の表面に対して物体Ｂを接触させた際の電極３，３間に流れる電流変化により、前記物体Ｂを検出する。物体Ｂについて、接触、接触力、表面粗さ、柔らかさなどを検出することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感度よく応力を検出する触覚センサ用のゴム及び触覚センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
絶縁体とされているゴム材料に導電性の粉末を分散させて得られる導電性ゴムは、非加圧時においては絶縁性を有するが、圧力の刺激が加わると導電性を帯びるいわゆる感圧導電性を示すため、電気・電子機器のスイッチやセンサーとして広く利用されている。また、急速な進歩を遂げているロボット技術分野においては、人工皮膚などのハプティックな機能を有する材料としても注目されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、天然又は合成ゴムと、導電性カーボンと、絶縁性マイカフレークと、油脂類等のブルーム剤および表面乾燥剤を主成分とする感圧導電性ゴムが開示されており、無圧時と加圧時との電気抵抗値の差を大きくして感圧導電性の向上が図られている。また、特許文献２には、平均組成がＡｇｘＭ１−ｘ（ただし、ＭはＮｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅより選ばれた１種以上の金属、０．００１≦ｘ≦０．４）で表され、銀濃度が内部に向かうにつれて増加する合金粉末と、ゴム弾性を有するバインダーとを含有する導電性ゴムが開示されており、経時的に導電性が低下するのを防止して導電性ゴムの信頼性を高めている。
【０００４】
これまでに、本出願人は、上記したようなハプティックな機能が要求される用途においては、耐久性や電気伝導性だけでなく、熱伝導性等の熱的特性の向上も望まれているという観点から、特許文献３に示すような導電性複合材料を提案している。
【０００５】
しかしながら、導電性のゴム体を触覚センサ用のゴムとして利用するためには、さらなる感度の向上が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１−１９３３４２号公報
【特許文献２】特開平５−８１９２４号公報
【特許文献３】国際公開ＷＯ２００８／１１１１９４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、感度が高い触覚センサ用ゴムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る触覚センサ用ゴムは、磁性流体とＮｉとを含有する磁気混合流体と、風船用の天然ゴム材料との混合物を磁場の存在下で硬化させることによって得られることを特徴とする。
【０００９】
触覚センサ用ゴムは、表面に凹凸が形成されていることが好ましい。また、シート体であることが好ましい。また、樹脂体によって被覆されていることが好ましく、さらにこの樹脂体の表面に凹凸が形成されていることがより好ましい。また、前記磁気混合流体はＣｕを含有することが好ましい。
【００１０】
本発明に係る触覚センサは、上記の触覚センサ用ゴムによって構成されるゴムセンサ部と、このゴムセンサ部に接する一対の電極と、を備え、前記一対の電極の間に電圧を印加し、前記ゴムセンサ部の表面に対して物体を接触させた際の電極間に流れる電流変化により、前記物体を検出することを特徴とする。
【００１１】
触覚センサは、前記物体の接触、接触力、表面粗さ、及び、柔らかさ、から選ばれるいずれか一つ以上を検出することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、超高感度の触覚センサ用ゴム及び触覚センサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】触覚センサの実施の形態の一例を示し、（ａ）は概略斜視図であり、（ｂ）は概略断面図である。
【図２】触覚センサ用ゴムの製造の一例を示す概略断面図である。
【図３】（ａ）は、触覚センサ用ゴムの製造の他の一例を示す概略断面図であり、（ｂ）は、触覚センサ用ゴムの製造に用いるワイヤの一例である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は触覚センサの一例を示し、（ｃ）及び（ｄ）は触覚センサの他の一例を示し、（ｅ）及び（ｆ）は触覚センサのさらに他の一例を示し、（ａ）、（ｃ）、（ｅ）は平面図、（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）は正面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、触覚センサの一例を示し、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）及び（ｃ）は平面図である。
【図６】触覚センサによる測定結果を示すグラフである。
【図７】触覚センサ用ゴムの一例を説明する写真である。
【図８】（ａ）は、触覚センサ用ゴムの一例を示す写真であり、（ｂ）は、触覚センサ用ゴムの製造に用いるワイヤの一例を示す写真である。
【図９】触覚センサを用いた実験装置の一例を示す一部破断した正面図である。
【図１０】被検査物体（アクリル板と紙やすり）の一例を示す写真である。
【図１１】（ａ）は、被検査物体（紙やすり）の表面粗さを示すグラフであり、（ｂ）は、実施例１の触覚センサの電流変化を示すグラフである。
【図１２】実施例２の触覚センサの電流変化を示すグラフである。
【図１３】実施例１の触覚センサの電流変化を示すグラフである。
【図１４】比較例１の触覚センサの電流変化を示すグラフである。
【図１５】（ａ）〜（ｃ）は、表面粗さと電流量の関係を示すグラフである。
【図１６】触覚センサにより指を測定した結果を示すグラフである。
【図１７】被検査物体（指）の一例を示す写真である。
【図１８】触覚センサにより果実を測定した結果を示すグラフである。
【図１９】被検査物体（果実）の一例を示す写真であり、（ａ）はメロンの表面、（ｂ）はオレンジの表面である。
【図２０】（ａ）〜（ｃ）は、被検査物体（布）の一例を示す写真である。
【図２１】触覚センサにより被検査物体（布）を測定した結果を示すグラフである。
【図２２】被検査物体（布）における表面粗さと電流量の関係を示すグラフである。
【図２３】被検査物体（シリコーンジェル）の一例を示す写真である。
【図２４】シリコーンジェルにおける押し付け量と押し付け力との関係を示すグラフである。
【図２５】シリコーンジェルにおける希釈倍率と係数ａとの関係を示すグラフである。
【図２６】（ａ）〜（ｃ）は、柔らかさの指標である係数ａと電流量との関係を示すグラフである。
【図２７】触覚センサの一例を示す写真である。
【図２８】（ａ）及び（ｂ）は、触覚センサの一例を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の触覚センサ用ゴムは、磁性流体とＮｉとを含有する磁気混合流体と、風船用の天然ゴム材料との混合物を磁場の存在下で硬化させることによって得られるものである。磁気混合流体は、好ましくは、Ｃｕを含有する。以下、磁性流体をＭＦ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｌｕｉｄ）、磁気混合流体をＭＣＦ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ｆｌｕｉｄ）、触覚センサ用ゴムをＭＣＦゴムと呼ぶことがある。
【００１５】
触覚センサ用ゴムは、好ましくは、Ｎｉ粉末を磁性流体に分散させてなる磁気混合流体と風船用の天然ゴム材料の混合物を磁場の存在下で硬化させることによって得られる。また、Ｃｕを含有する場合、触覚センサ用ゴムは、好ましくは、Ｎｉ粉末およびＣｕ粉末を磁性流体に分散させてなる磁気混合流体と風船用の天然ゴム材料の混合物を磁場の存在下で硬化させることによって得られる。
【００１６】
触覚センサ用ゴムにおいて、Ｎｉを使用する理由は、ＮｉがＦｅ等に比べより強磁性を有しているためである。そして、ＮｉとＣｕの両方を使用することが好ましい理由は、ＮｉがＦｅ等に比べより強磁性を有していることに加え、熱と電気の両方の伝導性を高めるためにはＣｕの併用が有効であるからである。また、さらに後述するように、磁場の存在下で硬化させることにより、導電性複合材料の内部にＮｉとＣｕが凝集して形成される特異な構造のクラスタが得られるためである。
【００１７】
磁気混合流体を得るために、磁性流体にＮｉとしてＮｉ粉末を添加することが好ましい。Ｎｉ粉末としては、球状よりも、粒状のＮｉ粉末、表面に複数の凸部を有するコンペイトウ形状のＮｉ粒子、あるいは平均長が３〜７μｍの細長形状や棒状のＮｉ粉末を使用することが特に好ましい。このようなＮｉ粉末はアトマイズ法によって作製できる。
【００１８】
また、磁気混合流体を得るために、磁性流体にＣｕとしてＣｕ粉末を添加することが好ましい。Ｃｕ粉末としては、細長形状、棒状又は樹枝状のＣｕ粉末（例えば、平均長が８〜１０μｍ）を使用することが特に好ましい。このようなＣｕ粉末は電解法によって作製できる。
【００１９】
磁気混合流体を得るための磁性流体（ＭＦ）としては、水ベース磁性流体を使用することが好ましい。これは、風船用のゴム材料と水との相性が良いためである。例えば、およそ１０ｎｍ程度の球状のマグネタイト粒子（Ｆｅ３Ｏ４）が水ベースの媒体中に分散された磁性流体を使用することができる。また、ケロシンベース磁性流体を使用したり、アルキルナフタレンベース磁性流体を使用したりしてもよい。尚、磁性流体は、マグネタイト粒子とベース液とからなり、マグネタイトはＮｉ粉やＣｕ粉と凝集してクラスタを形成するが、ベース液は弾性高分子材料であるゴムの高分子の間にトラップされるものと考えられる。なお、ベース液は液剤（例えば水）のみからなるものであってもよく、液剤に高分子が溶解したものであってもよい。
【００２０】
磁気混合流体（ＭＣＦ）は、Ｎｉ粉、Ｃｕ粉および磁性流体（ＭＦ）を所定の配合量で混合することによって得ることができる。配合量は必要とされる導電性、伸縮性、弾力性及び熱伝導性などに基づいて適宜決定できるが、好ましくは、磁気混合流体の全質量に対して、Ｎｉの含有量が５〜９０質量％、磁性流体の含有量が１〜４０質量％の範囲であることが好ましい。また、Ｃｕを含有する場合、Ｃｕの含有量が５〜４０質量％の範囲であることが好ましい。なお、Ｃｕの含有量は０質量％であってもよい。ＮｉとＣｕとの質量比は例えば１：５〜５：１にすることができる。
【００２１】
本発明では、触覚センサ用ゴムを得るために、風船用の天然ゴム材料を使用する。この天然ゴム材料は、弾性高分子材料であり、風船用に使用されるものである。風船用の天然ゴム材料を使用することにより、硬化物に優れた弾力性と伸張性を付与することができる。風船用の天然ゴム材料は触覚センサ用ゴムをゴム体として存在させるための主成分となる。風船用の天然ゴム材料の含有量は、触覚センサ用ゴムの全質量に対して、好ましくは３０〜９０質量％であり、さらに好ましくは４５〜７０質量％である。また、触覚センサ用ゴムにおける磁気混合流体の含有量は、好ましくは１０〜７０質量％、より好ましくは３０〜５０質量％にすることができる。なお、以下、風船用の天然ゴム材料を風船天然ゴムということがある。
【００２２】
風船用の天然ゴム材料としては、ゴムの木から得られるラテックスを使用することができる。ラテックスとしては、特に造形用ラテックスが好ましい。ラテックスは、非加硫型天然ゴムラテックスであってもよく、あるいは、加硫型天然ゴムラテックス（天然ゴムラテックスに加硫剤として硫黄を配合したもの）であってもよい。
【００２３】
ラテックスとしては、ほとんどアンモニア臭を感じさせない超低アンモニア天然ゴムラテックスであることが好ましい。一般に使われている天然ゴムラテックスでアンモニアを混ぜている場合は、０．７〜０．２５質量％アンモニアを含有させている。このようなものは、主にゴム産業でゴム手袋、ゴム風船、コンドーム、フォームラバー製品等の製造に使用されている。近年、ＶＯＣ問題・環境問題などから有機溶剤系の接着剤、粘着剤、塗料を水系に変更したいとの要望が高まっている。また、バイオマス材料として天然ゴムが高く評価されており、天然ゴムの改質技術も進んでいることから、今まで考えられなかった用途への利用が検討されてきている。例えば、建材用接着剤、紙用接着剤、コーティング剤、繊維用接着剤等への利用である。それらの新規用途で検討される際、天然ゴムラテックスは刺激的なアンモニア臭のために拒否されてしまことが多かった。そこで、アンモニア濃度が例えば０．２５質量％未満となった低アンモニア天然ゴムが好ましいのである。具体的には、触覚センサ用ゴム用の天然ゴムとしては、例えばＮＲ―ＬＡＴＥＸ（ハイラテック製）を用いることができる。
【００２４】
磁気混合流体（ＭＣＦ）と風船天然ゴムとの混合物は、磁場の存在下で硬化されることが特に重要である。磁場を印加することで、Ｃｕ粉末とＮｉ粉末が凝集して、各々が樹枝状の形態をなす複数の１次クラスタが形成され、これらの１次クラスタが互いに接触することで網状の巨大なクラスタ（２次クラスタ）が導電性複合材料中に磁場の印加方向に配向性を有するように形成される。なお、導電性複合材料中に分布する複数の１次クラスタは互いに連結されているわけではないので、ゴム材料のもつ弾性特性により導電性複合材料が伸縮することで、１次クラスタどうしの接触している部分がずれて、別の１次クラスタと接触することも可能であると考えられている。このようなクラスタの構造は視覚的に確認することができる。
【００２５】
なお、このようなクラスタが形成されるメカニズムは現在究明中であるが、これまでのところ、Ｎｉのもつ残留磁化のため、Ｎｉ粒子どうしや磁性流体中のマグネタイト粒子を磁力で引き寄せる作用や、銅粉末の樹枝状構造が網状もしくはネットワーク状のクラスタの形成されやすいサイトとして作用することや、球状でないＮｉ粒子表面の凸部に磁気が集中しやすく、これがネットワーク状のクラスタ形成に寄与すること等が有力と考えられている。また、このような網状のクラスタは、導電性複合材料中にランダムに分布しているわけではなく、磁場が印加される方向に相応の配向度をもって分布している。
【００２６】
ここで、触覚センサ用ゴムを得る混合物の好ましい組成の具体例を示す。これらの混合物から得た触覚センサ用ゴムは、触覚センサとして利用可能なことが確認されている。
【００２７】
（組成例１）
天然ゴム（ＮＲ−ＬＡＴＥＸ）： ８０ｇ （５１．６ｗｔ％）
Ｎｉ： ４０ｇ （２５．８ｗｔ％）
Ｃｕ： ２０ｇ （１２．９ｗｔ％）
磁性流体： １５ｇ （水：６．３ｗｔ％、マグネタイト：３．４ｗｔ％）
（組成例２）
天然ゴム（ＮＲ−ＬＡＴＥＸ）： ４０ｇ （５１．９ｗｔ％）
Ｎｉ： ３０ｇ （３８．９ｗｔ％）
磁性流体： ７ｇ （水：６ｗｔ％、マグネタイト：３．２ｗｔ％）
※ 組成例１、２においてマグネタイトはＦｅ３Ｏ４からなる直径１０ｎｍの球形粒子である。また、水とマグネタイトを混ぜたものが磁性流体（ＭＦ）の量となる。また、磁気混合流体（ＭＣＦ）の量は、組成例１では４８．４ｗｔ％、組成例２では４８．１ｗｔ％である。
【００２８】
図１（ａ）に、触覚センサＡの実施の形態の一例を示す。この触覚センサＡは、触覚センサ用ゴム１によってゴムセンサ部２が構成されるとともに、このゴムセンサ部に接触する一対の電極３，３を備えている。ここで、一対の電極３の一方を第１の電極３ａとし、他方を第２の電極３ｂと表す。第１の電極３ａと第２の電極３ｂとは、ゴムセンサ部２に離れた位置で接触しており、互いには接していない。触覚センサ用ゴム１はシート体（ゴムシート）として形成されている。一対の電極３，３は、ともに平板状の電極として形成され、第１の電極３ａが触覚センサ用ゴム１上面の一方の端部に、第２の電極３ｂが触覚センサ用ゴム１下面の他方の端部に配設されている。本形態では、第１の電極３ａが陰極（負極）として、第２の電極３ｂが陽極（正極）として機能し、ゴムセンサ部２の下面に被検査物である物体Ｂが配置される。そして、第１の電極３ａと第２の電極３ｂとの間に電圧を印加しておき、触覚センサＡのゴムセンサ部２と物体Ｂとが接触し又は接触状態が変化することにより、図１（ｂ）に示すように物体Ｂからの力がゴムセンサ部２の表面に与えられ、第１の電極３ａと第２の電極３ｂとの間における電流量が変化する。この電流量を検知して、物体Ｂを検出することができるのである。なお、図１（ｂ）では電流（電子）の流れを電流路Ｌとして表している。
【００２９】
触覚センサＡでは、電極３，３のそれぞれが導線などによって接続されていてよい。そして、この導線を通して電圧を印加することができる。印加する電圧は触覚センサ用ゴムＡの許容電圧以下にすることが好ましい。例えば、試作した触覚センサ用ゴム１では３３Ｖまでの電圧の印加が可能であることが確認されているので、３３Ｖ以下にすることができる。より高い電圧をかけると微細な電流変化を検出可能であるが、少ない電圧でも電流変化の検出は可能である。したがって、印加電圧は、０Ｖより大きければよく、５Ｖ以下、１０Ｖ以下、２０Ｖ以下などの適宜の電圧であってよい。なお、この電圧は絶対値であり、図１の形態とは反対に第１の電極３ａを陽極とし第２の電極３ｂを陰極として電圧をかけてもよい。
【００３０】
触覚センサＡにおいては、物体Ｂをゴムセンサ部２の上面から接触させるようにしてもよい。この場合、ゴムセンサ部２の上に載置される物体Ｂの接触を検出することができる。これにより、例えば、超軽量の物質や落下物などの検出が可能である。また、表面を垂直方向（縦方向）にしてゴムセンサ部２を配設し、側方から物体Ｂをゴムセンサ部２の表面に接触させることもできる。
【００３１】
ゴムセンサ部２における物体Ｂとの接触位置は、第１の電極３ａと第２の電極３ｂの間の位置であることが好ましい。第１の電極３ａと第２の電極３ｂとの間を流れる電流は、通常、できるだけ最短距離を通ろうとする。そのため、第１の電極３ａと第２の電極３ｂとの間が電流通過路となるものであり、この電流通過路において物体Ｂが接触することにより、電流変化を精度よく検出することができる。
【００３２】
ここで、上記の触覚センサ用ゴム１を用いれば、ゴム表面上の任意の位置の電極間において電流が流れることを確認している。したがって、ある程度距離がある電極間であっても容易に電気が流れるので、せん断力やずり力などの水平方向の力を感知するために要する面積の広い表面を設けることが可能である。
【００３３】
物体Ｂとの接触にあたっては、物体Ｂが電極３に接触しないように、ゴムセンサ部２と物体Ｂとを接触させるようにすることが好ましい。電極３が物体Ｂと接触すると、垂直力、せん断力、ずり力などがかけられたときに電極３が破壊されるおそれがある。そのため、ある程度の距離で離間された電極３，３間において、ゴムセンサ部２中を電流が流れるように設計することが好ましいものである。
【００３４】
触覚センサＡは、物体Ｂとの接触を検出することができる。第１の電極３ａと第２の電極３ｂとの間に電圧を印加しておき、物体Ｂをゴムセンサ部２に近づけて接触させると、物体Ｂから力がゴムセンサ部２に加わり、第１の電極３ａと第２の電極３ｂとの間における電流量が変化する。例えば、この電流量の変化は、ゴムセンサ部２を電流が流れない状態から流れる状態として検知することができる。あるいは、電流量の変化は、流れる電流値の大きさの変化として検知することができる。この電流変化によって物体Ｂの接触の有無を検出することができるのである。そして、本発明によって得た触覚センサＡでは、０．０１Ｎ程度の力をも検出することが可能であり、超高感度で物体Ｂの接触を検出できるものである。
【００３５】
また、触覚センサＡは、物体Ｂとの接触の際に加わる力（接触による応力、接触力）を検出することができる。上記のようにゴムセンサ部２と物体Ｂとが接触すると電流が変化する。そして、接触の力が強くなるにしたがって、電流の変化量も大きくなる。そのため、電流の変化量から接触によりかけられる力の大きさや、接触による応力を検出することができるものである。
【００３６】
また、触覚センサＡは、物体の表面が、ザラザラ面（表面粗度が高い面）か、あるいは、ツルツル面（表面粗度が低い面）かを検出することができる。例えば、検査対象の物体Ｂとして、表面が、ザラザラ面（表面粗度が高い面）又はツルツル面（表面粗度が低い面）をもつ物体を用いる。あるいは、物体Ｂは、ザラザラ面とツルツル面との両方の表面を有する物体であってもよい。そして、物体Ｂをゴムセンサ部２に近づけると、物体Ｂはまず垂直方向でゴムセンサ部２と接触する。すると、物体Ｂから押圧力がゴムセンサ部２にかかり、ゴムセンサ部２は、物体Ｂの表面の凹凸面に応じてその表面が変形する。このゴムセンサ部２の表面の凹凸変形により、第１の電極３ａと第２の電極３ｂとの間の電流量が変化する。このとき、凹凸変形の度合いに応じて、電流量の変化の度合いが異なるものとなる。したがって、表面がザラザラかツルツルかといった物体Ｂの表面の粗さを検出することができる。さらに、物体Ｂとゴムセンサ部１とが接触した状態において、ゴムセンサ部２と物体Ｂの一方又は両方を動かして、両者を滑らす方向に相対的に平行移動させる（ゴムセンサ部２で物体Ｂを撫でる）と、物体Ｂから応力や反発力がゴムセンサ部２にかかる。そして、ゴムセンサ部２の表面が物体Ｂの凹凸面に合わせて伸張及び収縮しようとする。このような、ゴムセンサ部２の表面の凹凸変形によって第１電極３ａと第２電極３ｂとの間に流れる電流量が変化する。このとき、物体Ｂの凹凸面の形状、すなわち表面粗さに応じて電流波形が変化するものであり、このため、物体Ｂの表面の粗さを検出することができるものである。
【００３７】
また、触覚センサＡは、物体表面の粗さの変化を検出することができる。上記のように物体Ｂとゴムセンサ部１とが接触した状態において、ゴムセンサ部２と物体Ｂの一方又は両方を動かして、両者を滑らす方向に相対的に平行移動させると、物体Ｂから応力や反発力がゴムセンサ部２にかかる。そして、ゴムセンサ部２の表面が物体Ｂの凹凸面に合わせて伸張及び収縮しようとする。このような、ゴムセンサ部２の表面の凹凸変形によって第１電極３ａと第２電極３ｂとの間に流れる電流量が変化する。このとき、物体Ｂの凹凸面の形状に応じて電流波形が変化するものであり、このため、物体Ｂの表面の粗さの変化を検出することができるものである。
【００３８】
また、触覚センサＡは、物体の柔らかさ（硬度）を検出することができる。物体Ｂとゴムセンサ部１とが接触した状態において、ゴムセンサ部２と物体Ｂの一方又は両方を動かして、両者を滑らす方向に相対的に平行移動させる（ゴムンセンサ部２で物体Ｂを撫でる）と、物体Ｂから応力や反発力がゴムセンサ部２にかかる。そして、ゴムセンサ部２の表面が物体Ｂから加えられる力に応じて伸張及び収縮しようとする。このとき、物体Ｂが硬いとゴムセンサ部２にかかる力は大きく、物体Ｂが柔らかいとゴムセンサ部２にかかる力は小さくなる。そして、この力の差に応じて、ゴムセンサ部２の変形の度合いが異なるものとなり、第１電極３ａと第２電極３ｂとの間に流れる電流量が変化する。このとき、物体Ｂの柔らかさに応じて電流波形が変化するものであり、このため、物体Ｂの柔らかさを検出することができるものである。
【００３９】
触覚センサ用ゴム１の表面は平坦な面であってもよいが、触覚センサ用ゴム１の表面には凹凸が設けられていることがより好ましい。つまり、触覚センサＡを形成した際に、ゴムセンサ部２は物体Ｂと接触する側の表面に凹凸を有していることが好ましい。触覚センサ用ゴム１の表面に凹凸が設けられていると、上記のような電流変化をより精度よく検出することができ、物体Ｂをさらに感度よく検出することが可能になる。特に、ゴムセンサ部２に凹凸が設けられていると、水平な方向の力（撫でる方向の力）を高感度で検出することができる。すなわち、水平な方向に物体Ｂを移動させようとした際に、表面の凹凸に物体Ｂの表面（ザラザラ面やツルツル面）が接触してゴムセンサ部２の形状を変化させる。そのため、微細な力の違いを電流変化として捕らえることができるので、水平な方向の力（せん断力、ずり力）を高感度で検出することができるものである。高感度に検出するためには、凹部が溝状になった凹凸、あるいは、凸部が凸条（ライン状）になった凹凸が好ましい。
【００４０】
触覚センサ用ゴム１の表面に設けられる凹凸は指紋状の凹凸が好ましい。指紋状の凹凸とは、凸部（又は凹部）が渦巻状又は同心円状になったものである。ところで、人間の指紋形状には多種あるが、この指紋により、触覚感度を高めてザラザラ感、ツルツル感を感知できるものである。そこで、ゴムセンサ部２にも指紋状の凹凸を設けることが好ましいのであるが、その形状として簡単に構成できる渦巻状や同心円状が好ましいのである。特に渦巻状や円形状の凹凸にすれば、方向依存性が少なくなり、水平面におけるあらゆる方向の力を捉えることができる点で有利である。
【００４１】
なお、触覚センサ用ゴム１の表面に設けられる凹凸は指紋状でなくてもよい。例えば、複数の直線状、ストライプ状、格子状、六角格子状、ハニカム状などであってもよい。ただし、できるだけ水平面における方向依存性が少ない方が好ましく、その観点から、指紋状の凹凸が好ましいものである。
【００４２】
触覚センサ用ゴム１の表面の凹凸の高さは例えば０．１〜３ｍｍにすることができる。この範囲の凹凸高さであると感度を高めることができ、作製も容易である。また、凹凸の凹部が溝によって形成される場合、溝幅は例えば０．１〜３ｍｍにすることができ、凸部の幅は例えば０．１〜３ｍｍにすることができ、隣り合う溝間の距離は例えば０．１〜１０ｍｍにすることができる。
【００４３】
ところで、ワイヤ径０．７mmのワイヤで凹凸の溝を形成した触覚センサ用ゴムの一例では、ゴムをある程度の押し付け力で押しつぶしたときの電流変化はほとんどないことが確認されている。また、凹凸の溝の深さを１．５ｍｍにしたときには、ゴムを押しつぶしたときの電流変化が確認されている。すなわち、溝が深いと指紋の凸部が押しつぶされた後、その凸部が元に回復しようとする変化が大きいので、電流が不安定に増加したり減少したりする。この場合、その後に撫でたときなどの電流変化を捉えることはできるが、判別することが容易ではなくなるおそれがある。したがって、撫でる場合の電流変化を捉えるためには、凹凸の溝の深さは０．１〜０．８ｍｍ程度が好ましく、０．７ｍｍ程度がより好ましいと考えられる。
【００４４】
図２により、触覚センサ用ゴムの製造の一例を説明する。
【００４５】
触覚センサ用ゴム１の製造にあっては、まず、磁性流体にＮｉと必要に応じＣｕとを分散させた磁気混合流体を作製する。次に、磁気混合流体を液状の弾性高分子材料と混合する。このとき、弾性高分子材料として風船用の天然ゴム材料を用いる。また、製造上、Ｎｉ（例えば、Ｎｉ粉）とＣｕ（例えば、Ｃｕ粉）とを磁性流体に十分になじませて均一な磁性混合流体を用意した後に、弾性高分子材料を添加することが好ましい。これにより、硬化前の触覚センサ用ゴム材料が混合物１ａとして調製される。
【００４６】
また、図２に示すように、非磁性体プレート４と永久磁石５を用い、対向させた一対の非磁性体プレート４（４ａ，４ｂ）の両側の一方に永久磁石５ａのＮ極を配置し、他方に永久磁石５ｂのＳ極を配置して、一対の永久磁石５ａ，５ｂを対向させて配置する。非磁性体プレート４の厚みは特に限定されるものではないが、例えば０．０１〜５ｍｍの範囲にすることができ、好ましくは０．１〜１ｍｍの範囲にすることができる。
【００４７】
そして、非磁性体プレート４ａ，４ｂの間の隙間に上記によって得た混合物１ａを注入する。このとき、非磁性体プレート４ａ，４ｂを対向させて配置し、この非磁性体プレート４ａ，４ｂの隙間の周囲を非磁性体で構成された側方プレート６で囲んで、各プレート４、６で混合物１ａを周囲から押圧することが好ましい。側方プレート６は、スペーサーとしての機能も果たすことができ、それにより触覚センサ用ゴムをシート体などの所望の形状に整えることができる。そして、この状態で磁場を印加しながら、磁場の存在下で硬化させるようにすると、触覚センサ用ゴム１を得ることができる。
【００４８】
ここで、対向する永久磁石５ａ，５ｂの間に、所定の厚さの非磁性体プレート４ａ，４ｂを介して磁気混合流体を挟んで磁場を印加しながら硬化させる理由は、導電性等を高めるために、磁力線方向にＮｉ、Ｃｕ、及び、磁性流体（ＭＦ）中のＦｅ３Ｏ４等の金属粒子からなる磁気クラスタを形成させるためである。
【００４９】
硬化工程においては、磁性混合流体と風船用の天然ゴム材料との混合物１ａを厚みが１ｍｍ以下になるようにシート状に保持した状態で、ネオジム磁石などを用いて５〜５．８ガウス以上の磁場を印加することが前記したクラスタの形成密度を高める上で好ましい。なお、予備実験により、磁場強度が低下すると、クラスタの形成密度が低下し、クラスタの形成密度が低下すると、電気や熱の伝導性が低下する傾向があることが確認されている。したがって、厚みが１ｍｍ以上になる場合は、さらに強力な磁場を印加することが望ましい。前記した磁場条件を満足することで電気と熱の両方の伝導性の高く伸縮性及び弾力性のよい触覚センサ用ゴム１を信頼性よく提供することができる。
【００５０】
混合物１ａの硬化は、一般の接着剤の硬化と同様に、室温下、大気中に開放して行ってもよいし、加熱して行ってもよい。なお、クラスタは硬化が始まる前に磁場の印加により形成されるので、通常、硬化はクラスタの形成後に始まるものであり、クラスタの組織は硬化条件に依存しないと考えられる。硬化として、硬化剤等を用いた化学的な硬化を採用してもよく、硬化剤を用いるとともに加熱するようにしてもよい。
【００５１】
触覚センサ用ゴム１がシート体である場合、その厚みは、０．１〜１０ｍｍであることが好ましく、０．３〜３ｍｍであることがより好ましい。
【００５２】
図３は、触覚センサ用ゴム１の製造の他の一例である。図３の製造方法では、表面が凹凸面となった触覚センサ用ゴム１が得られる。
【００５３】
凹凸１０を触覚センサ用ゴム１の表面に形成する場合、混合物１ａの表面に、金属ワイヤ７を適宜の形状にしたものを配設し、その状態で混合物１ａを非磁性体プレート４で挟むようにして形成することができる。金属ワイヤ７としては、図３（ｂ）に示すような、例えば、線径０．１〜３ｍｍ、好ましくは線径０．５〜１ｍｍのものを渦巻状に形成して使用することができる。渦巻状にした場合、１本又は少数本の金属ワイヤ１で型材を形成することができる。このとき、隣り合う金属ワイヤ７の間隔は例えば０．１ｍｍ〜５ｍｍ、好ましくは、０．５〜３ｍｍにすることができる。金属ワイヤ７に鉄製など磁性の金属を用いると、永久磁石５に金属ワイヤ７が引きつけられるので、硬化の際に金属ワイヤが埋まることを防止でき、表面に凹凸１０を簡単に形成できるので好ましい。このように金属ワイヤ７を型材として用いると、型材に対応した例えば渦巻状や同心円状の凹凸１０が触覚センサ用ゴム１の表面に形成される。なお、複数の直線状の金属ワイヤ７を並べればストライプ状の凹凸１０を形成することができる。また、１本又は数本の直線状の金属ワイヤ７を蛇行させて折り曲げて配設することにより直線が蛇行した形状の凹凸１０を形成することができる。
【００５４】
こうして得られた触覚センサ用ゴム１に電極３，３を接続することにより、触覚センサＡのゴムセンサ部２を構成することができる。ここで、電極３，３の接続方法は種々の形態が考えられる。
【００５５】
図４に、触覚センサ用ゴム１と電極３，３の接続の一例を示す。触覚センサ用ゴム１は矩形状のシート体を用い、電極３は矩形の平板状のものを用いている。触覚センサ用ゴム１に一対の電極３，３を取り付けることにより、触覚センサＡのゴムセンサ部２を形成することが可能になる。
【００５６】
図４（ａ）及び（ｂ）は、触覚センサ用ゴム１の同一表面に電極３，３を接続したものである。この形態では、触覚センサ用ゴム１の対向する二辺（縦辺）のそれぞれを跨ぐようにして、縦方向の位置が異なる位置で電極３，３を配設し、さらに、この電極３，３の辺の一部が水平方向（触覚センサ用ゴム１の表面と平行な方向）で対向するように配設している。このような形態は、触覚センサ用ゴム１に平行に力がかかるときに有効である。すなわち、電流は触覚センサ用ゴム１の電極側の表面付近を流れるので、電極側に物体Ｂを接触させることにより、高感度で電流変化を検出することができる。また、電極側とは反対側の表面に物体Ｂを接触させるようにすれば、感度が落ちる可能性はあるものの、せん断力やずり力などの水平方向に物体Ｂが移動する力がかかる場合に電極３と物体Ｂとが接触することがなくなるので、電極３の破壊を抑制できる。
【００５７】
図４（ｃ）及び（ｄ）は、触覚センサ用ゴム１の両面の各面（表裏）に電極３，３を接続したものである。そして、この形態では、触覚センサ用ゴム１の対向する二辺（縦辺）のそれぞれを跨ぐようにして、縦方向の位置が異なる位置で電極３，３を配設している。また、この形態では、電極３，３を垂直方向（触覚センサ用ゴム１の表面に垂直な方向）に投影した場合に、電極３，３の辺の一部が水平方向（触覚センサ用ゴム１の表面と平行な方向）で対向するように配設している。このような形態では、触覚センサ用ゴム１に平行に力がかかるときに有効である。すなわち、電流は触覚センサ用ゴム１を電極３の対向した一辺から他辺に厚み方向に流れるので、物体Ｂを接触させることにより、高感度で電流変化を検出することができる。特に、電極３の一方を物体Ｂの接触面とは反対側に配設することができるので、電極３の破壊を抑制できる。
【００５８】
図４（ｅ）及び（ｆ）は、触覚センサ用ゴム１の両面の各面（表裏）に電極３，３を接続したものである。ただし、この形態では、触覚センサ用ゴム１の対向する二辺（縦辺）のそれぞれを跨ぐようにして、縦方向の同じ位置で電極３，３を配設しており、電極３，３が触覚センサ用ゴム１を介してその両面で対向するように配設されている。この形態では、触覚センサ用ゴム１に垂直に力がかかるときに有効である。すなわち、電流は触覚センサ用ゴム１の厚み方向に流れており、物体Ｂを接触させることにより、高感度で電流変化を検出することができる。特に、電極３の一方を物体Ｂの接触面とは反対側に配設することができるので、電極３の破壊を抑制できる。そして、電極３，３は触覚センサ用ゴム１を挟んで対向しており、電極３，３の距離が短いため、電極３，３間を電流が流れやすくなり、わずかな電流変化を検出することができる。
【００５９】
触覚センサ用ゴム１は、空気に触れたままでいると、酸化して劣化するおそれがある。そこで、触覚センサ用ゴム１は、樹脂体８により全体が被覆されていることが好ましい。この樹脂体８は絶縁性のものであることが好ましい。例えば、シリコーン樹脂などで樹脂体を構成することができる。また、樹脂体８は可撓性を有することが好ましい。可撓性を有することにより、物体Ｂが樹脂体８に接触した際に、樹脂体８が変形し、その変形が触覚センサ用ゴム１の表面に伝わって触覚センサ用ゴム１で電流変化を検出することができる。
【００６０】
図５は樹脂体８で被覆された触覚センサ用ゴム１の一例を示す図である。この形態では、図４（ａ）及び（ｂ）のように、触覚センサ用ゴム１の同一表面に電極３，３が配設されたものを示しているが、電極３の接続は、図４（ｃ）及び（ｄ）、又は、図４（ｅ）及び（ｆ）のようなものであってもよい。
【００６１】
図５（ａ）に示すように、図５（ｃ）のような一対の電極３，３が接続された触覚センサ用ゴム１を用い、この触覚センサ用ゴム１の両面から樹脂体８，８を挟み込み接着剤などで接着することによって、樹脂体８で被覆された触覚センサ用ゴム１を得ることできる。このとき、電極３，３は樹脂体８の外部に露出するように形成することが好ましい。あるいは、電極３，３を樹脂体８で被覆するとともに各電極３に導線を接続して、この導線を外部に露出させるようにしてもよい。図５（ｂ）は、触覚センサ用ゴム１を上方から見た図であり、樹脂体８が透明であるため、内部の様子が確認できるようになっている。なお、樹脂体８による被覆方法は上記に限られない。例えば、二つの半硬化状態の樹脂体８，８で触覚センサ用ゴム１を挟みこんだ後に完全に硬化させたり、触覚センサ用ゴム１を金型に入れた後、金型に樹脂を注入し硬化させて触覚センサ用ゴム１と樹脂体８とを一体化させたりしてもよい。
【００６２】
ここで、樹脂体８の外部表面に凹凸を形成することも好ましい。樹脂体８に凹凸を設けた場合、触覚センサ用ゴム１の表面に凹凸を設けた場合と同様の理由により感度が向上する。凹凸の形状は、触覚センサ用ゴム１の表面の凹凸と同様にすることができる。また、表面の凹凸は、樹脂の硬化の際に型材を用いて形成することができる。
【００６３】
以上のようにして得られた触覚センサ用ゴムは、作製が容易なものであり、金属粉（Ｎｉ、Ｃｕ）と磁性流体と風船天然ゴムとの複合により、超高感度で垂直力とせん断力とが同時に検出できるものである。すなわち、ゴムセンサ部の材料を得るにあたり、１〜２００μｍの大きさからなる銅やニッケルなどの金属粉や粒径５〜５０ｎｍのマグネタイトＦｅ３Ｏ４からなる強磁性粒子を水に分散させた磁性流体を風船用の天然ゴム材料に混合したゴム（ＭＣＦ触覚ゴムとも呼ぶ）とすることにより、０．０１Ｎ程度の重量で（換言すると１ｇの質量を置いた時に）反応してゴム中を電流が流れる超高感度の触覚センサを得ることができる。また、上記のように磁場をかけて作製することができるので、触覚センサ用ゴムの作製は容易である。そしてＭＣＦ触覚ゴムは伸縮性と弾力性に富んでおり、超高感度に検出ができる触覚センサを提供できる。
【００６４】
また、触覚センサは、ＭＣＦ触覚ゴムの表面に対して垂直に押した時の力（垂直応力）と面に対して平行に擦った時の力（せん断応力、または、ずり応力）の両方の方向からの力に対して同時に反応してゴム中を電流が流れるものである。
【００６５】
また、ＭＣＦ触覚ゴムの表面（導電性ゴム自体の表面又は樹脂体の表面）に凹凸、特に指紋形状の凹凸が設けられた場合には、ＭＣＦ触覚ゴムを撫でた時（ずり応力が働いた時）のゴム中を流れる電流の変化が大きく、凹凸物体面、布、人間の皮膚、果物の表面など多種に渉る物体表面の粗さを測定することができるものである。また、指紋形状の凹凸があると、ＭＣＦ触覚ゴムを撫でた時（ずり応力が働いた時）に、物体の柔らかさまで測定することができるものである。
【００６６】
また、触覚センサ用ゴムがシリコーン被膜などの樹脂体に被覆されていると、劣化を防ぐことができるものである。
【００６７】
ところで、従来における触覚センサでは、ひずみゲージやピエゾ素子、ＭＥＭＳを利用したものが殆どであり、金属粉とゴムの混合タイプは、市販されている感圧導電性ゴム以外にはないのが現状である。これらのものは、弾力性や伸縮性に欠け、また、構造が複雑になるため製作が容易でなく実用的には高コストとなる。また、０．０１Ｎ程度の重量で（換言すると１ｇの質量を置いた時に）反応してゴム中を電流が流れる超高感度のものはない。市販の感圧導電性ゴムの場合、通常の方法では１０Ｎオーダといった大きな垂直力で電気が流れはじめるものしか形成できない。しかも、市販の感圧導電性ゴムは、弾力性に乏しい。ロボットの世界では、０．０１Ｎの超高感度が求められているが、市販の感圧導電性ゴムではせいぜい０．１Ｎが限界である。また、感圧導電性ゴムの表面に対して垂直に押した時の力（垂直応力）と面に対して平行に擦った時の力（せん断応力、または、ずり応力）の両方の方向からの力に対して同時に反応してゴム中を電流が流れる触覚センサはない。人間の皮膚感覚は２つの力を感知できるようになっているが、従来の触覚センサはそうでなく、どちらか一方のみを感知するものであり、２つ力を感知できるようにする（例えばセンサを複数にする）と構造が複雑になり、高コストとなる。また、人間の皮膚感覚と同じく、物体表面のザラザラ感、ツルツル感が感知できるような触覚センサは従来にはない。従来の表面粗さ計では測定試料片を切り出してこなければならず、航空機など大型機械の表面加工は職人の手触りに頼っているので、これに替わるハンディな表面粗さ測定器が求められている。また、従来、物体の柔らかさを測定できるものはなく、触診などの医療、女性の肌触りの検査などの場合には重要なものとなる。
【００６８】
それに対し、本発明では、触覚センサのゴムセンサとして上記の触覚センサ用ゴムを用いると、これら従来の問題を解決することができるものである。すなわち、触覚センサ用ゴムは、風船用の天然ゴムを利用しているので、弾力性や伸縮性に富み、また、金属粉をゴムに混合するので作製が容易であり、低コストで得ることができる。また、水溶性の風船用の天然ゴム材料と水ベース磁性流体を使用することにより、０．０１Ｎ程度の重量で（換言すると１ｇの質量を置いた時に）反応してゴム中を電流が流れる超高感度のものが得られる。また、触覚センサ用ゴムは超高感度であるため、表面に対して垂直に押した時の力（垂直応力）と面に対して平行に擦った時の力（せん断応力、または、ずり応力）の両方の方向からの力に対して同時に反応してゴム中を流れる電流変化を検出することができる。また、触覚センサ用ゴムの表面に対してさらに指紋形状の凹凸を設けた場合には、特にせん断応力によるゴム中を流れる電流の変化を大きく捕えることができるため、多種にわたる物体表面の粗さを測定することができる。さらに、風船用の天然ゴムを利用するので、風船のように膨らむことが可能であり、伸縮性と弾力性とを非常に大きくすることができ、超高感度で検出することができるものである。
【００６９】
このように触覚センサによれば超高感度で物体を検出することができる。そのため、触覚センサの好ましい応用例としては、触覚センサ用ゴムを検出部に用いた感圧センサや、触覚センサ用ゴムを接点に用いた感圧スイッチなどを挙げることができる。この場合、電気は、触覚センサ用ゴムの厚み方向にすばやく流れるので、膜厚方向に電気を感知する設計とすることが好ましい。また、更なる応用も可能である、例えば、ロボットに触覚センサを搭載できる。また、機械加工、航空機や自動車の業界などにおける研磨面の検査、服飾衣料業界における服の肌触り検査、乳がんチェッカーなどの触診などの医療検査、化粧品業界における女性の肌触りの検査、食品検査、バイオ関係における生物の肌触り検査など広範囲に渉って応用可能である。
【実施例】
【００７０】
（実施例１）
ニッケル粉（平均長３〜７μｍ、細長形状、山石金属（株）製「１２３」）４０ｇと、銅粉（平均長８〜１０μｍ、細長形状、山石金属（株）製「ＭＦ−Ｄ２」）２０ｇと、磁性流体〔ＭＦ〕（水ベース、Ｆｅ３Ｏ４粒子含有、３５ｗｔ％、タイホー工業（株）製「Ｗ−３５」）１５ｇとからなるＭＣＦを風船用の天然ゴム材料（（有）ハイラテック製「ＮＲ−ＬＡＴＥＸ」）８０ｇに加えて混合した。この混合物を、図２に示すような装置に充填し、対向する永久磁石の間に非磁性板を介して挟んで磁場下で硬化させた。これにより、実施例１の触覚センサ用ゴム（１９ｍｍ×２４ｍｍ×１ｍｍ）を作製した。
【００７１】
（比較例１）
ニッケル粉（平均長３〜７μｍ、細長形状、山石金属（株）製「１２３」）２ｇと、銅粉（平均長８〜１０μｍ、細長形状、山石金属（株）製「ＭＦ−Ｄ２」）２ｇ、磁性流体〔ＭＦ〕（ＭＳＧＳ６０、ケロシンベース、Ｆｅ３Ｏ４粒子含有、５０ｗｔ％、フェロテック（株）製）４ｇからなるＭＣＦ、及び、炭素粉からなる導電性ペースト（Ａ剤とＢ剤の２液からなる、藤倉化成（株）製「ＳＨ−３Ａ」）３ｇをシリコーンオイルゴム（ＳＨ９５５０、トーレダウコーニングシリコーン（株）製）１０ｇに加えて混合した。この混合物を、図２に示すような装置に充填し、対向する永久磁石の間に非磁性板を介して挟んで磁場下で硬化させた。これにより、比較例２の触覚センサ用ゴム（１１ｍｍ×１６ｍｍ×０．５ｍｍ）を作製した。
【００７２】
（比較例２）
ニッケル粉（平均長３〜７μｍ、細長形状、山石金属（株）製「１２３」）３ｇと、銅粉（平均長８〜１０μｍ、細長形状、山石金属（株）製「ＭＦ−Ｄ２」）３ｇ、磁性流体〔ＭＦ〕（ＭＳＧＳ６０、ケロシンベース、Ｆｅ３Ｏ４粒子含有、５０ｗｔ％、フェロテック（株）製）４ｇとからなるＭＣＦをシリコーンオイルゴム（ＳＨ９５５０、トーレダウコーニングシリコーン（株）製）１０ｇに加えて混合した。この混合物を、図２に示すような装置に充填し、対向する永久磁石の間に非磁性板を介して挟んで磁場下で硬化させた。これにより、比較例１の触覚センサ用ゴム（１１ｍｍ×１６ｍｍ×０．５ｍｍ）を作製した。
【００７３】
（比較例３〜５）
比較例３〜５として、下記市販の感圧導電性ゴムを使用した。仕様は次の通りである。
比較例３：横浜ゴム（株）製の感圧導電性ゴムサンプル（炭素粉混合、厚み１ｍｍ）。
比較例４：ＰＣＲテクニカル（株）製「ＣＳＡ／ＰＫ」（厚み１ｍｍ）。
比較例５：ＰＣＲテクニカル（株）製「ＣＳＡ」（厚み１ｍｍ）。
【００７４】
（試験例１）
実施例１、比較例１〜５の触覚センサ用ゴムに二つの電極を離間して接続し、触覚センサを作製した。この触覚センサに垂直力を徐々に印加した。最初に電気が流れたときの垂直力（感圧しはじめる接触力）、及び、そのときの電気抵抗を表１に示す。
【００７５】
表１に示すように、実施例１の触覚センサゴムは、垂直力０．０１４９Ｎを印加した時に電流が流れ、そのときの電気抵抗は３４９１Ωであり、比較例に比べて高感度である。
【００７６】
【表１】
表２に、実施例１による触覚センサにおける電流が流れ始めた時の感知能力を示す。
【００７７】
【表２】
図６に、実施例１及び比較例１について、垂直力を印加したときの電流量の変化についてのグラフを示す。グラフでは、実施例１の触覚センサ用ゴムが高感度であることが示されている。
【００７８】
図７は、実施例１の触覚センサ用ゴム１を指（Ｆ）で伸ばしたときの写真である。この触覚センサゴム１は素材が風船用の天然ゴムなので、伸張性と弾力性に富んでいる。すなわち、比較例１や比較例２のような従来のシリコーンオイルゴム型のものよりも弾力性があり、風船のように柔らかく、よく膨らむ。このような性質が感度の向上に寄与しているものと考えられる。
【００７９】
このように、実施例１の触覚センサ用ゴムは、垂直力が非常に小さいときは電気抵抗が大きく、わずかな垂直力の増加で電気抵抗が小さくなる。ここまでの超高感度のゴムは従来、存在しない。このため、スイッチングとしてセンサに活用できるものである。
【００８０】
ここで、シリコーンオイルゴムより風船用の天然ゴムを適用した方が、より小さな垂直力で電流が流れる理由は、シリコーンオイルゴムはケロシンとなじみが良いのに対し、風船天然ゴムは水となじみが良く、ゴム内においてケロシンよりも水を使用した方が電流が流れやすい構造となるからであると考えられる。
【００８１】
（実施例２）
ニッケル粉（平均長３〜７μｍ、細長形状、山石金属（株）製「１２３」）４０ｇと、銅粉（平均長８〜１０μｍ、細長形状、山石金属（株）製「ＭＦ−Ｄ２」）２０ｇと、磁性流体〔ＭＦ〕（水ベース、Ｆｅ３Ｏ４粒子含有、３５ｗｔ％、タイホー工業（株）製「Ｗ−３５」）１５ｇとからなるＭＣＦを風船用の天然ゴム材料（（有）ハイラテック製「ＮＲ−ＬＡＴＥＸ」）８０ｇに加えて混合した。この混合物を、図３（ａ）に示すような装置に充填し、対向する永久磁石の間に非磁性板（アクリル板）を介して挟んで磁場下で硬化させた。このとき、図３（ｂ）に示すような線径０．７ｍｍの鉄製の金属ワイヤを０．６〜１ｍｍの間隔で６〜７巻に渦巻状にしたものを混合物の表面に配設し、表裏両面から挟み押し付けて押圧しながらゴムを硬化させた。金属ワイヤは永久磁石に引き付けられることによりゴム中に埋もれてしまうことがなく、ゴム表面に渦巻形状で指紋状の凹凸が形成される。これにより、実施例２の触覚センサ用ゴム（１９ｍｍ×２４ｍｍ×０．３〜１．０ｍｍ）を作製した。
【００８２】
図８（ａ）に、実施例２により得られた、指紋状の凹凸１０が設けられた触覚センサ用ゴム１の表面の写真を示す。また、図８（ｂ）に、実施例２に使用した金属ワイヤ７の写真を示す。
【００８３】
（試験例２）
図９に示す実験装置に、触覚センサ用ゴムを取り付けて、せん断力や垂直力がかかった場合にゴム中を流れる電流の変化を測定した。
【００８４】
図９の実験装置は、触覚センサ用ゴム１で構成されたゴムセンサ部２の一側端部の上面に第１の電極３ａ（陰極）を取り付けるとともに、他側端部の下面に第２の電極３ｂ（陽極）を取り付けたものである。そして、各電極３は導線９を介して電極３，３間に電圧を印加する電圧印加機構１１に接続されている。また、導線９は、電流計などの電流量測定機構（図示省略）にも接続されている。この実験装置では、ゴムセンサ部２における物体Ｂの接触面とは反対側の面には、ゴムセンサ部２を面状に支持する支持体１４が配置され、物体Ｂと接触した際に、ゴムセンサ部２が折れ曲がったりすることを抑制している。また、この支持体１４は、アクチュエータ１３と接続され、ゴムセンサ部２の表面に平行な方向に稼動するようになっている。そして、アクチュエータ１３と支持体１４との間には平行に移動するときにかかる応力を測定するロードセル１２が設けられている。一方、物体Ｂは、ヒータ２３が埋め込まれた載置台２１に載置される。この載置台２１はアクチュエータなどの昇降機構２０によって上方又は下方に移動するものである。また、載置台２１における物体Ｂの下方には、垂直方向に力がかけられたときの応力を測定するロードセル２２が設けられている。
【００８５】
以上のような実験装置を用いれば、負荷がかけられたときの力と電流変化との関係を測定することができる。
【００８６】
ここで、触覚センサ用ゴム１として、まず、指紋状の凹凸を表面に有する、実施例２のものを用いた。電極間距離は１２ｍｍとした。そして、電極間に電圧３３Ｖを印加し、電流を測定した。
【００８７】
図１０は、この試験に用いた被検査物体（物体Ｂ）を示している。被検査物体（物体Ｂ）としては、シート状のものを２種用い、具体的には、ツルツル面を構成する物体Ｂ１として表面が平滑なアクリル板を用い、ザラザラ面を構成する物体Ｂ２として表面が凹凸面となった紙やすりを用いた。そして、アクリル板（物体Ｂ１）の表面の一部に紙やすり（物体Ｂ２）を固定して配置し、アクリル板から紙やすりにかけてゴムセンサ部２でこれらの表面を撫でるようにした。
【００８８】
ツルツルな面やザラザラな面は、表面粗さの指標であるＲａ、Ｒｙ、Ｒｑ等の物理量として表わすことができる。また、触覚センサＡでは、ツルツル感やザラザラ感は、Ｒａ、Ｒｙ、Ｒｑ等の表面粗さの指標に対応した、ゴム中を流れる電流変化によって表されるものと推測される。したがって、この試験では、撫でられる物体（被検査物体）の表面の凹凸の指標としてＲａ、Ｒｙ、Ｒｑを用い、電流変化との関係を調べた。試験に用いたアクリル板は、表面の粗さがＲａ＝０．１９μｍ、Ｒｙ＝７．１μｍ、Ｒｑ＝０．３７μｍの鏡面仕上げ面のツルツル面となっている。また、紙やすりは、表面の粗さが、Ｒａ＝７．８４μｍ、Ｒｙ＝６７．６μｍ、Ｒｑ＝１０．１μｍのザラザラ面となっている。なお、表面粗さの測定には、表面粗さ計（ミツトヨ（株）製「ＳＪ−４０１」）を使用した。
【００８９】
試験においては、まず、昇降機構２０により被検査物体を上方に垂直移動させ、被検査物体を触覚センサ用ゴム１で構成されるゴムセンサ部２に近づけて、ゴムセンサ部２と被検査物体（物体Ｂ）とを接触させた。そのときにかかる垂直力をロードセル２２で測定した。また、被検査物体と接触した触覚センサ用ゴム１（ゴムセンサ部２）を、アクチュエータ１３により平行移動させて被検査物体上を掃引速度１．７ｍｍ／ｓで掃引した。そのときにかかる平行応力（せん断力）をロードセル１２で測定した。また、掃引される物体の移動距離をレーザ変位計で測定した。なお、被検査物体が電極３に当たらないように、被検査物体をゴムセンサ部２の両電極間の表面に当てて掃引した。
【００９０】
図１１（ａ）に、ザラザラ面の被検査物体（物体Ｂ２）の凹凸面の波形を示す。また、図１１（ｂ）は、物体Ｂ１から物体Ｂ２にかけて被検査物体を掃引した際における、ゴム中を流れる電流（Electric current）、垂直力（Normal force）、せん断力（Shear Force）の変化を示すグラフである。横軸は、掃引時間を示している。図１１（ｂ）のグラフにおいては、ゴムセンサ部２が被検査物体Ｂと接触して垂直力がかけられた状態で、ゴムセンサ部２が掃引を開始した時点（アクチュエータによって平行移動を開始した時点）を測定開始時（０［ｓ］）としている。
【００９１】
試験では、被検査物体Ｂはアクリル板と紙やすりであり、触覚センサ用ゴム１は、測定開示直後はアクリル板の表面を移動し、途中から紙やすりの表面を移動することになる。グラフ中のＢＣ点は、紙やすりの表面を撫で始める開始時点（アクリル板から紙やすりに替わる時点）である。
【００９２】
図１１（ｂ）に示されるように、紙やすりの凹凸のザラザラ面を撫で始めると、電流が一度小さくなるとともに垂直力及びせん断力が一度大きくなるが、そのうち、電流が徐々に大きくなるとともに垂直力及びせん断力が徐々に小さくなる現象が見られる。この現象が起こる理由は、次のように考えられる。ゴムセンサ部２を構成するゴム表面の指紋形状は凹凸状になっているが、これが撫でられるザラザラな物体表面の凹凸面上を滑る時、ゴムの進行方向とは逆方向に指紋の凹凸部が傾く。このとき、指紋の凹凸部の中にはゴムの進行方向に戻ろうとする（バックラッシュ）部分もあるので、このバックラッシュによりゴムセンサ部２に掛かるせん断力や垂直力が変化し、同時にゴム中を流れる電流も変化するものと考えられる。なお、図１１（ｂ）では、アクリル板よりも紙やすりを撫でたときの方が、電流波形が乱れている（上下に振幅する）ことも確認される。
【００９３】
次に、表３に示す表面粗さの異なる５種類の紙やすりを使用し、上記と同様にしてツルツル面（アクリル板）からザラザラ面（紙やすり）にかけて連続的に撫でて試験を行った。なお、ツルツル面は、上記同様、表面の粗さがＲａ＝０．１９μｍ、Ｒｙ＝７．１μｍ、Ｒｑ＝０．３７μｍのアクリル板表面である。また、図９に示す実験装置を使用した。
【００９４】
【表３】
図１２に、それぞれの電流波形のグラフを示す。このグラフにおいて、ＢＣの時点が、ツルツル面とザラザラ面の境界である。なお、種々のザラザラ面に対する測定毎にゴムセンサ部２を電極に取り付け直しているので、掃引を開始する前の電流値が実験ごとに若干異なってくる。したがって、ツルツル面とザラザラ面とでの電流変化の違いをより明確に見るために、グラフにおいては縦軸の電流について、ゴムセンサ部２により掃引を開始する前の電流値を０に補正して整理している。
【００９５】
図１２のグラフより、ザラザラな物体表面の表面粗さが小さくなるほど、電流波形の変化が小さくなることが分かる。これは、ザラザラな物体表面の表面粗さが小さくなると、ザラザラな面の凹凸面に対する指紋の引っ掛かりが弱くなるためであると考えられる。
【００９６】
次に、ゴムセンサ部２の表面に指紋状の凹凸を付けた場合と付けない場合について比較するために、実施例１により同様の試験を行った。
【００９７】
図１３に、実施例１により得た触覚センサ用ゴムが平滑面から凹凸面のある物体の表面を連続的に撫でた時における、ゴム中を流れる電流（Electric current）の変化を示す。なお、ツルツル面は、表面の粗さがＲａ＝０．１９μｍ、Ｒｙ＝７．１μｍ、Ｒｑ＝０．３７μｍのアクリル板表面である。ザラザラ面は、紙やすり４の代わりに紙やすり４ａ（粗面４ａ、Ｒａ＝５．７８μｍ）を用いた以外は、図１２の場合と同様とした。また、実験装置は図９と同じものを使用した。
【００９８】
図１３のグラフより、ザラザラな物体表面の表面粗さが小さくなるほど、電流波形の変化が小さくなることが分かる。また、図１２と図１３の各グラフを比較して分かるように、実施例１の触覚センサ用ゴムにおいては、ツルツルな面からザラザラな面を撫でる時の電流波形の変化は十分に大きいが、その変化の大きさは、指紋状凹凸を設けた実施例２の場合よりかは小さい。つまり、指紋状の凹凸をゴムセンサ部の表面に設けた場合は、凹凸面のある物体の表面の波形の変化を検出する感度が向上することが確認された。したがって、触覚センサ用ゴムの表面には指紋状の凹凸を付けた方が好ましいことが確認された。
【００９９】
次に、市販の感圧導電性ゴムについて同様の試験を行い、市販の感圧導電性ゴムを用いた場合と、風船用の天然ゴムを用いた触覚センサ用ゴム（超高感度ＭＣＦゴム）の場合とについて、比較を行った。
【０１００】
図１４に、市販の感圧導電性ゴム（比較例６）が凹凸面のある物体の表面を撫でたときのゴム中を流れる電流の変化を示す。感圧導電性ゴムは指紋状の凹凸は設けられていない。なお、ツルツル面は、上記同様、表面の粗さがＲａ＝０．１９μｍ、Ｒｙ＝７．１μｍ、Ｒｑ＝０．３７μｍのアクリル板表面である。ザラザラ面は、紙やすり４ａ（粗面４ａ、Ｒａ＝５．７８μｍ）を加えた以外は、図１２の場合と同様とした。また、図９に示す実験装置を使用した。比較例６の感圧導電性ゴムは横浜ゴム（株）製の感圧導電性ゴムサンプル（炭素粉混合、厚み１ｍｍ）である。
【０１０１】
この感圧導電性ゴムは、表面に指紋状の凹凸が設けられていない平板状のゴムであるため、図１３のグラフと比較する。図１４のグラフに示すように、市販の感圧導電性ゴムの場合、実施例１による触覚センサ用ゴムと比較して、ツルツルな面からザラザラな面を撫でるときの電流波形の変化は明確ではない。また、ザラザラな物体表面の表面粗さの大きさによる電流波形の違いも明確ではない。したがって、市販の感圧導電性ゴムでは、凹凸面のある物体の表面の変化をよく捕えることができないことが確認された。
【０１０２】
以上のように、実施例１、２のような触覚センサ用ゴムは、市販の感圧導電性ゴムよりもツルツル面とザラザラ面の相違を判別しており、その感度は、指紋状の凹凸が設けられることにより高まることが確認された。
【０１０３】
図１２に示すように、指紋状の凹凸が設けられたＭＣＦゴムの結果より、物体表面の表面粗さが小さくなるほど、電流波形の変化が小さくなることから、撫でられる物体表面の表面粗さと電流波形には一定の法則があることが予想される。
【０１０４】
図１５は、上記（図１２）の結果に基づき、表面粗さの指標であるＲａ、Ｒｙ、Ｒｑについて、それぞれの電流量をＲａ，Ｅ、Ｒｙ，Ｅ、Ｒｑ，Ｅとして示したグラフである。図１５（ａ）はＲａのグラフ、図１５（ｂ）はＲｙのグラフ、図１５（ｃ）はＲｑのグラフを示す。
【０１０５】
図１５のグラフより、Ｒａ、Ｒｙ、Ｒｑと、Ｒａ，Ｅ、Ｒｙ，Ｅ、Ｒｑ，Ｅとにはそれぞれ相関関係があることが分かる。
【０１０６】
このことから、触覚センサ用ゴムには、色々な発展性が期待される。例えば、表面粗さ計では計測が困難な物体（衣服や動植物の皮膚など）の粗さ測定や、大型物体の製作や点検時における一部の表面計測（例えば、大規模なタービンブレードにおける面を傷を付けることなく計測するなど）など、従来、表面粗さ計測が困難な場合における測定が挙げられる。
【０１０７】
また、ザラザラ面だけでなく、アクリル板のような鏡面仕上げ面のツルツル面まで、ＭＣＦゴムにより粗さ計測が可能である。また、物体表面を撫でた時のツルツル感やザラザラ感は、この電流波形の表面粗さの指標と同じく定義されるＲａ，Ｅ、Ｒｙ，Ｅ、Ｒｑ，Ｅにより物理量として表現することができ、ツルツル度やザラザラ度を数値化することが可能である。
【０１０８】
（試験例３）
種々の凹凸面を持つ面をＭＣＦゴム（触覚センサ用ゴム）により撫でる試験を行った。触覚センサＡとしては、図１に示すようなものを用いた。触覚センサ用ゴムは実施例２のもの（凹凸有）を用いた。なお、実験条件は、掃引速度１．７ｍｍ／ｓで掃引し、電圧３３Ｖを印加するものとした。
【０１０９】
（指）
図１６に、被験者（ヒト：男性）の左手の中指（Ｆ）の手の甲側の皮膚の上を、第２関節手前から第２関節（Ｆ２）と第１関節（Ｆ１）を通り爪の根本（Ｆ０）付近までＭＣＦゴムで撫でたときのゴム中を流れる電流の変化を示す。図１７は、測定に用いた指（Ｆ）の写真である。
【０１１０】
図１６のグラフでは、モイスチャークリームを塗り、しっとりした肌の場合を黒丸で、モイスチャークリームを塗らないで乾燥した肌の場合を白丸で示している。このグラフより、第２関節と第１関節、爪の根本では皮膚がたるむので、その影響により電流変化があり、皮膚の形状を捉えていることが分かる。また、クリームを塗ってしっとりした肌の場合の方が、クリームを塗らないで乾燥した肌の場合よりも電流変化が全体的に小さいことが分かる。つまり、化粧品を塗った肌とそうでない肌との違いを捉えることができる。
【０１１１】
（果実）
図１８に、アンデスメロンとメキシコ産オレンジの果実の表面をＭＣＦゴムで撫でたときの電流変化を示す。図１９は試験に使用した果実（物体Ｂ）を示しており、図１９（ａ）はアンデスメロンの表面の写真であり、図１９（ａ）はメキシコ産オレンジの表面の写真である。
【０１１２】
この試験では、果実のないところから測定を始め、ＭＣＦゴムを徐々に動かし、途中から果実の表面をＭＣＦゴムで撫でるようにした。なお、果実なしの部分から測定を始めたのは、果実の表面の状態の変化を分かり易くするためである。
【０１１３】
図１８のグラフから、果実を撫で始めると電流の変化が生じており、果実の表面はツルツルではないことが分かる。特に、アンデスメロンの表面は凸型の筋がついているので、その凹凸変化を電流の変化として感度よく捉えていることが分かる。
【０１１４】
（布）
市販の布をＭＣＦゴムが撫でたときの電流変化を調べた。図２０は、測定に使用した布（物体Ｂ）を示しており、（ａ）は試験布１、（ｂ）は試験布２、（ｃ）は試験布３の写真を示している。このような３種の布を使用した。また、この試験では、図９に示すような実験装置を用いた。
【０１１５】
表４に、使用した布の表面粗さと硬さを示す。表面粗さは表面粗さ計ＳＪ−４０１により測定し、硬さは硬度計（ＷＲ−２０２ＮＡ、ＷＥＳＴＯＰ（株）製）により測定した。
【０１１６】
【表４】
図２１は、試験布２を撫でたときの電流（Electriccurrent）、垂直力（Normalforce）、せん断力（ShearForce）の変化を示している。布の表面を撫でることにより、電流変化が生じることが確認された。試験布１、３を撫でたときの電流（Electric current）、垂直力（Normal force）、せん断力（Shear Force）の変化も同様の結果であった。
【０１１７】
図２２に、布の表面粗さＲａと、ＭＣＦゴム中を流れる電流波形のＲａ，Ｅとの関係を示す。試験例２の場合と同じように、Ｒａの増加に従いＲａＥも増加することが予測されたが、この試験では、Ｒａの値が高くなる場合（試験布１）において電流量が下がっている。その理由は、試験布１は、他の布に比べて柔らかいからであると考えられる。つまり、ＭＣＦゴムは、表面粗さだけでなく、柔らかさまで評価できることが確認された。
【０１１８】
（試験例３）
触覚センサを用いて物体の柔らかさを測定する実験を行った。
【０１１９】
図２３は、被検査物体（物体Ｂ）であるシリコーンジェルの写真である。このシリコーンジェルは、シリコーンオイル（ＫＥ−１３００Ｔ、信越化学工業（株）製）にシンナーと硬化剤を混合して硬化させて作製したものである。このとき、シンナーの配合量を変化させて、柔らかさの異なるものを形成した。シンナーの配合量は、ＫＥ−１３００Ｔの重量に対して１．５倍、２．０倍、２．５倍、３．０倍、３．５倍の重量（この希釈倍率をｎとする）とした。硬化剤の配合量はＫＥ−１３００Ｔの重量の１／１０の重量とした。シリコーンジェルの形状は、直径φ５０ｍｍ、高さ（厚み）１０ｍｍ程度の高さの低い円柱形状である。
【０１２０】
図２４に、各シリコーンジェルに直径φ１０ｍｍの鉄球を荷重速度５０ｍｍ／ｓｅｃで押し込んで、万能（引っ張り・圧縮）試験機（ＡＧ−１０ＫＮＥ、島津製作所（株）製）により測定した押し付け量（Stroke）と押し付け力（Force）との関係を示す。また、グラフに、この試験結果を２次曲線で近似した式を示す。ここで、近似曲線の関数の２次の項における係数ａを柔らかさの指標とし、希釈倍率ｎとの関係を調べた。
【０１２１】
図２５に、希釈倍率ｎと係数ａとの関係のグラフを示す。なお、グラフには、希釈倍率を０．５倍、１．０倍、１．５倍、２．０倍、２．５倍として別にシリコーンジェルを調製し、同様に測定したときのものも示している。このグラフより、希釈するほど係数ａの値は小さくなり、シリコーンジェルが柔らかくなることが分かる。よって、柔らかさの指標として係数ａを使用することができる。
【０１２２】
このようなシリコーンジェルについて、ＭＣＦゴム（触覚センサ用ゴム）により撫でた試験を行った。触覚センサＡとしては、図１に示すようなものを用いた。触覚センサ用ゴムは実施例２のもの（凹凸有）を用いた。なお、実験条件は、掃引速度１．７ｍｍ／ｓで掃引し、電圧３３Ｖを印加するものとした。掃引方向は、図２３の矢印に示す方向である。
【０１２３】
シリコーンジェルを掃引したときのＭＣＦゴム中を流れる電流波形から、Ｒａ、Ｒｙ、Ｒｑが得られ、そのＲａ、Ｒｙ、Ｒｑから計算によりＲａ，Ｅ、Ｒｙ，Ｅ、Ｒｑ，Ｅが得られる。なお、各シリコーンジェルは弾力性があり表面粗さ計による測定ができないので、各シリコーンジェルの表面粗さの測定値はない。しかしながら、硬くないシリコーンジェルでは、シリコーンジェルの弾力性が電流波形によって表れ、表面粗さの指標Ｒａ、Ｒｙ、Ｒｑと同様のものとして反映される。したがって、電流波形によって示される表面粗さをＲａ、Ｒｙ、Ｒｑ（単位：［Ａ］（アンペア））として表すことができる。
【０１２４】
表５に、電流波形から求めたＲａ、Ｒｙ、Ｒｑを示す。図２６は、係数ａと、Ｒａ，Ｅ、Ｒｙ，Ｅ、Ｒｑ，Ｅとの関係を示すグラフである。表５及び図２６では、希釈倍率（ｎ）１．５倍、２．５倍、３．０倍、３．５倍を示している。図２６（ａ）はＲａ，Ｅのグラフ、図２６（ｂ）はＲｙ，Ｅのグラフ、図２６（ｃ）はＲｑ，Ｅのグラフを示す。このグラフより、係数ａが小さいほど、すなわち、シリコーンジェルが柔らかいほど、Ｒａ，Ｅ、Ｒｙ，Ｅ、Ｒｑ，Ｅが減少することが分かる。したがって、ＭＣＦゴムは柔らかさを評価できることが確認された。
【０１２５】
【表５】
（実施例３）
実施例１の触覚センサ用ゴムを用い、これを樹脂体であるシリコーンゴムにより被覆して樹脂被膜付き触覚センサ用ゴムを作製した。樹脂体による被覆方法は、図５に示すような方法により行った。具体的手順を以下に示す。
【０１２６】
まず、シリコーンオイル（ＫＥ−１３００Ｔ、信越化学工業（株）製）６０ｇにシンナー１０ｇ、硬化剤６ｇを混合して硬化させ、樹脂体８としてシリコーンオイルゴムを二つ作製した。樹脂体８は、厚み０．０９〜１．２５ｍｍ程度のものである。この一対のシリコーンオイルゴムで、実施例１の触覚センサ用ゴムを挟み込んで被覆した。このとき、触覚センサ用ゴムの表面に電極３，３として厚さ０．０４〜０．０７ｍｍの薄い電極板を取り付け、電極板の端部が樹脂体８からはみ出して外部に露出するようにした。これにより、ＭＣＦゴムが空気から遮断された樹脂被膜付き触覚センサ用ゴムが得られた。
【０１２７】
図２７に、実施例３により得た樹脂被膜付き触覚センサ用ゴムの写真を示す。この樹脂被膜付き触覚センサ用ゴムは触覚センサのゴムセンサ部として利用することができるものである。
【０１２８】
（実施例４）
実施例１の触覚センサ用ゴムを用い、これを樹脂体である凹凸を有するシリコーンゴムにより被覆して凹凸樹脂被膜付き触覚センサ用ゴムを作製した。樹脂体による被覆方法は、図５に示す方法により行った。具体的手順を以下に示す。
【０１２９】
まず、シリコーンオイル（ＫＥ−１３００Ｔ、信越化学工業（株）製）６０ｇにシンナー１０ｇ、硬化剤６ｇを混合して硬化させ、樹脂体８としてシリコーンオイルゴムを二つ作製した。このとき、一方のシリコーンオイルゴムには型材を用いて、凸部（山）の高さが１．５ｍｍ、凸部（山）の幅０．８ｍｍ、凸部間の間隔が１．２ｍｍの同心円状の指紋形状をシリコーンオイルゴムの表面に設けた。これにより、凹凸１０ａを有する樹脂体８を得た。樹脂体８の厚みは、凹部の位置で０．０９ｍｍ程度であり、凸部の位置で１．２５ｍｍ程度である。この二つのシリコーンオイルゴムで、実施例１の触覚センサ用ゴムを挟み込んで被覆した。このとき、触覚センサ用ゴムの表面の内部に電極３，３として厚さ０．０４〜０．０７ｍｍの薄い電極板を取り付けるとともに、この電極板に線径φ０．０６ｍｍの導線９を樹脂体８から外部に飛び出すように取り付けた。これにより、ＭＣＦゴムが空気から遮断された凹凸樹脂被膜付き触覚センサ用ゴムが得られた。
【０１３０】
図２８に、実施例４により得た凹凸樹脂被膜付き触覚センサ用ゴムの写真を示す。この樹脂被膜付き触覚センサ用ゴムは触覚センサのゴムセンサ部として利用することができるものである。
【符号の説明】
【０１３１】
Ａ 触覚センサ
Ｂ 物体
１ 触覚センサ用ゴム
２ ゴムセンサ部
３ 電極
４ 非磁性体プレート
５ 永久磁石
７ 金属ワイヤ
８ 樹脂体
１０ 凹凸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感度よく応力を検出する触覚センサ用のゴム及び触覚センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
絶縁体とされているゴム材料に導電性の粉末を分散させて得られる導電性ゴムは、非加圧時においては絶縁性を有するが、圧力の刺激が加わると導電性を帯びるいわゆる感圧導電性を示すため、電気・電子機器のスイッチやセンサーとして広く利用されている。また、急速な進歩を遂げているロボット技術分野においては、人工皮膚などのハプティックな機能を有する材料としても注目されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、天然又は合成ゴムと、導電性カーボンと、絶縁性マイカフレークと、油脂類等のブルーム剤および表面乾燥剤を主成分とする感圧導電性ゴムが開示されており、無圧時と加圧時との電気抵抗値の差を大きくして感圧導電性の向上が図られている。また、特許文献２には、平均組成がＡｇｘＭ１−ｘ（ただし、ＭはＮｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅより選ばれた１種以上の金属、０．００１≦ｘ≦０．４）で表され、銀濃度が内部に向かうにつれて増加する合金粉末と、ゴム弾性を有するバインダーとを含有する導電性ゴムが開示されており、経時的に導電性が低下するのを防止して導電性ゴムの信頼性を高めている。
【０００４】
これまでに、本出願人は、上記したようなハプティックな機能が要求される用途においては、耐久性や電気伝導性だけでなく、熱伝導性等の熱的特性の向上も望まれているという観点から、特許文献３に示すような導電性複合材料を提案している。
【０００５】
しかしながら、導電性のゴム体を触覚センサ用のゴムとして利用するためには、さらなる感度の向上が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１−１９３３４２号公報
【特許文献２】特開平５−８１９２４号公報
【特許文献３】国際公開ＷＯ２００８／１１１１９４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、感度が高い触覚センサ用ゴムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る触覚センサ用ゴムは、磁性流体とＮｉとを含有する磁気混合流体と、風船用の天然ゴム材料との混合物を磁場の存在下で硬化させることによって得られることを特徴とする。
【０００９】
触覚センサ用ゴムは、表面に凹凸が形成されていることが好ましい。また、シート体であることが好ましい。また、樹脂体によって被覆されていることが好ましく、さらにこの樹脂体の表面に凹凸が形成されていることがより好ましい。また、前記磁気混合流体はＣｕを含有することが好ましい。
【００１０】
本発明に係る触覚センサは、上記の触覚センサ用ゴムによって構成されるゴムセンサ部と、このゴムセンサ部に接する一対の電極と、を備え、前記一対の電極の間に電圧を印加し、前記ゴムセンサ部の表面に対して物体を接触させた際の電極間に流れる電流変化により、前記物体を検出することを特徴とする。
【００１１】
触覚センサは、前記物体の接触、接触力、表面粗さ、及び、柔らかさ、から選ばれるいずれか一つ以上を検出することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、超高感度の触覚センサ用ゴム及び触覚センサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】触覚センサの実施の形態の一例を示し、（ａ）は概略斜視図であり、（ｂ）は概略断面図である。
【図２】触覚センサ用ゴムの製造の一例を示す概略断面図である。
【図３】（ａ）は、触覚センサ用ゴムの製造の他の一例を示す概略断面図であり、（ｂ）は、触覚センサ用ゴムの製造に用いるワイヤの一例である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は触覚センサの一例を示し、（ｃ）及び（ｄ）は触覚センサの他の一例を示し、（ｅ）及び（ｆ）は触覚センサのさらに他の一例を示し、（ａ）、（ｃ）、（ｅ）は平面図、（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）は正面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、触覚センサの一例を示し、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）及び（ｃ）は平面図である。
【図６】触覚センサによる測定結果を示すグラフである。
【図７】触覚センサ用ゴムの一例を説明する写真である。
【図８】（ａ）は、触覚センサ用ゴムの一例を示す写真であり、（ｂ）は、触覚センサ用ゴムの製造に用いるワイヤの一例を示す写真である。
【図９】触覚センサを用いた実験装置の一例を示す一部破断した正面図である。
【図１０】被検査物体（アクリル板と紙やすり）の一例を示す写真である。
【図１１】（ａ）は、被検査物体（紙やすり）の表面粗さを示すグラフであり、（ｂ）は、実施例１の触覚センサの電流変化を示すグラフである。
【図１２】実施例２の触覚センサの電流変化を示すグラフである。
【図１３】実施例１の触覚センサの電流変化を示すグラフである。
【図１４】比較例１の触覚センサの電流変化を示すグラフである。
【図１５】（ａ）〜（ｃ）は、表面粗さと電流量の関係を示すグラフである。
【図１６】触覚センサにより指を測定した結果を示すグラフである。
【図１７】被検査物体（指）の一例を示す写真である。
【図１８】触覚センサにより果実を測定した結果を示すグラフである。
【図１９】被検査物体（果実）の一例を示す写真であり、（ａ）はメロンの表面、（ｂ）はオレンジの表面である。
【図２０】（ａ）〜（ｃ）は、被検査物体（布）の一例を示す写真である。
【図２１】触覚センサにより被検査物体（布）を測定した結果を示すグラフである。
【図２２】被検査物体（布）における表面粗さと電流量の関係を示すグラフである。
【図２３】被検査物体（シリコーンジェル）の一例を示す写真である。
【図２４】シリコーンジェルにおける押し付け量と押し付け力との関係を示すグラフである。
【図２５】シリコーンジェルにおける希釈倍率と係数ａとの関係を示すグラフである。
【図２６】（ａ）〜（ｃ）は、柔らかさの指標である係数ａと電流量との関係を示すグラフである。
【図２７】触覚センサの一例を示す写真である。
【図２８】（ａ）及び（ｂ）は、触覚センサの一例を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の触覚センサ用ゴムは、磁性流体とＮｉとを含有する磁気混合流体と、風船用の天然ゴム材料との混合物を磁場の存在下で硬化させることによって得られるものである。磁気混合流体は、好ましくは、Ｃｕを含有する。以下、磁性流体をＭＦ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｌｕｉｄ）、磁気混合流体をＭＣＦ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ｆｌｕｉｄ）、触覚センサ用ゴムをＭＣＦゴムと呼ぶことがある。
【００１５】
触覚センサ用ゴムは、好ましくは、Ｎｉ粉末を磁性流体に分散させてなる磁気混合流体と風船用の天然ゴム材料の混合物を磁場の存在下で硬化させることによって得られる。また、Ｃｕを含有する場合、触覚センサ用ゴムは、好ましくは、Ｎｉ粉末およびＣｕ粉末を磁性流体に分散させてなる磁気混合流体と風船用の天然ゴム材料の混合物を磁場の存在下で硬化させることによって得られる。
【００１６】
触覚センサ用ゴムにおいて、Ｎｉを使用する理由は、ＮｉがＦｅ等に比べより強磁性を有しているためである。そして、ＮｉとＣｕの両方を使用することが好ましい理由は、ＮｉがＦｅ等に比べより強磁性を有していることに加え、熱と電気の両方の伝導性を高めるためにはＣｕの併用が有効であるからである。また、さらに後述するように、磁場の存在下で硬化させることにより、導電性複合材料の内部にＮｉとＣｕが凝集して形成される特異な構造のクラスタが得られるためである。
【００１７】
磁気混合流体を得るために、磁性流体にＮｉとしてＮｉ粉末を添加することが好ましい。Ｎｉ粉末としては、球状よりも、粒状のＮｉ粉末、表面に複数の凸部を有するコンペイトウ形状のＮｉ粒子、あるいは平均長が３〜７μｍの細長形状や棒状のＮｉ粉末を使用することが特に好ましい。このようなＮｉ粉末はアトマイズ法によって作製できる。
【００１８】
また、磁気混合流体を得るために、磁性流体にＣｕとしてＣｕ粉末を添加することが好ましい。Ｃｕ粉末としては、細長形状、棒状又は樹枝状のＣｕ粉末（例えば、平均長が８〜１０μｍ）を使用することが特に好ましい。このようなＣｕ粉末は電解法によって作製できる。
【００１９】
磁気混合流体を得るための磁性流体（ＭＦ）としては、水ベース磁性流体を使用することが好ましい。これは、風船用のゴム材料と水との相性が良いためである。例えば、およそ１０ｎｍ程度の球状のマグネタイト粒子（Ｆｅ３Ｏ４）が水ベースの媒体中に分散された磁性流体を使用することができる。また、ケロシンベース磁性流体を使用したり、アルキルナフタレンベース磁性流体を使用したりしてもよい。尚、磁性流体は、マグネタイト粒子とベース液とからなり、マグネタイトはＮｉ粉やＣｕ粉と凝集してクラスタを形成するが、ベース液は弾性高分子材料であるゴムの高分子の間にトラップされるものと考えられる。なお、ベース液は液剤（例えば水）のみからなるものであってもよく、液剤に高分子が溶解したものであってもよい。
【００２０】
磁気混合流体（ＭＣＦ）は、Ｎｉ粉、Ｃｕ粉および磁性流体（ＭＦ）を所定の配合量で混合することによって得ることができる。配合量は必要とされる導電性、伸縮性、弾力性及び熱伝導性などに基づいて適宜決定できるが、好ましくは、磁気混合流体の全質量に対して、Ｎｉの含有量が５〜９０質量％、磁性流体の含有量が１〜４０質量％の範囲であることが好ましい。また、Ｃｕを含有する場合、Ｃｕの含有量が５〜４０質量％の範囲であることが好ましい。なお、Ｃｕの含有量は０質量％であってもよい。ＮｉとＣｕとの質量比は例えば１：５〜５：１にすることができる。
【００２１】
本発明では、触覚センサ用ゴムを得るために、風船用の天然ゴム材料を使用する。この天然ゴム材料は、弾性高分子材料であり、風船用に使用されるものである。風船用の天然ゴム材料を使用することにより、硬化物に優れた弾力性と伸張性を付与することができる。風船用の天然ゴム材料は触覚センサ用ゴムをゴム体として存在させるための主成分となる。風船用の天然ゴム材料の含有量は、触覚センサ用ゴムの全質量に対して、好ましくは３０〜９０質量％であり、さらに好ましくは４５〜７０質量％である。また、触覚センサ用ゴムにおける磁気混合流体の含有量は、好ましくは１０〜７０質量％、より好ましくは３０〜５０質量％にすることができる。なお、以下、風船用の天然ゴム材料を風船天然ゴムということがある。
【００２２】
風船用の天然ゴム材料としては、ゴムの木から得られるラテックスを使用することができる。ラテックスとしては、特に造形用ラテックスが好ましい。ラテックスは、非加硫型天然ゴムラテックスであってもよく、あるいは、加硫型天然ゴムラテックス（天然ゴムラテックスに加硫剤として硫黄を配合したもの）であってもよい。
【００２３】
ラテックスとしては、ほとんどアンモニア臭を感じさせない超低アンモニア天然ゴムラテックスであることが好ましい。一般に使われている天然ゴムラテックスでアンモニアを混ぜている場合は、０．７〜０．２５質量％アンモニアを含有させている。このようなものは、主にゴム産業でゴム手袋、ゴム風船、コンドーム、フォームラバー製品等の製造に使用されている。近年、ＶＯＣ問題・環境問題などから有機溶剤系の接着剤、粘着剤、塗料を水系に変更したいとの要望が高まっている。また、バイオマス材料として天然ゴムが高く評価されており、天然ゴムの改質技術も進んでいることから、今まで考えられなかった用途への利用が検討されてきている。例えば、建材用接着剤、紙用接着剤、コーティング剤、繊維用接着剤等への利用である。それらの新規用途で検討される際、天然ゴムラテックスは刺激的なアンモニア臭のために拒否されてしまことが多かった。そこで、アンモニア濃度が例えば０．２５質量％未満となった低アンモニア天然ゴムが好ましいのである。具体的には、触覚センサ用ゴム用の天然ゴムとしては、例えばＮＲ―ＬＡＴＥＸ（ハイラテック製）を用いることができる。
【００２４】
磁気混合流体（ＭＣＦ）と風船天然ゴムとの混合物は、磁場の存在下で硬化されることが特に重要である。磁場を印加することで、Ｃｕ粉末とＮｉ粉末が凝集して、各々が樹枝状の形態をなす複数の１次クラスタが形成され、これらの１次クラスタが互いに接触することで網状の巨大なクラスタ（２次クラスタ）が導電性複合材料中に磁場の印加方向に配向性を有するように形成される。なお、導電性複合材料中に分布する複数の１次クラスタは互いに連結されているわけではないので、ゴム材料のもつ弾性特性により導電性複合材料が伸縮することで、１次クラスタどうしの接触している部分がずれて、別の１次クラスタと接触することも可能であると考えられている。このようなクラスタの構造は視覚的に確認することができる。
【００２５】
なお、このようなクラスタが形成されるメカニズムは現在究明中であるが、これまでのところ、Ｎｉのもつ残留磁化のため、Ｎｉ粒子どうしや磁性流体中のマグネタイト粒子を磁力で引き寄せる作用や、銅粉末の樹枝状構造が網状もしくはネットワーク状のクラスタの形成されやすいサイトとして作用することや、球状でないＮｉ粒子表面の凸部に磁気が集中しやすく、これがネットワーク状のクラスタ形成に寄与すること等が有力と考えられている。また、このような網状のクラスタは、導電性複合材料中にランダムに分布しているわけではなく、磁場が印加される方向に相応の配向度をもって分布している。
【００２６】
ここで、触覚センサ用ゴムを得る混合物の好ましい組成の具体例を示す。これらの混合物から得た触覚センサ用ゴムは、触覚センサとして利用可能なことが確認されている。
【００２７】
（組成例１）
天然ゴム（ＮＲ−ＬＡＴＥＸ）： ８０ｇ （５１．６ｗｔ％）
Ｎｉ： ４０ｇ （２５．８ｗｔ％）
Ｃｕ： ２０ｇ （１２．９ｗｔ％）
磁性流体： １５ｇ （水：６．３ｗｔ％、マグネタイト：３．４ｗｔ％）
（組成例２）
天然ゴム（ＮＲ−ＬＡＴＥＸ）： ４０ｇ （５１．９ｗｔ％）
Ｎｉ： ３０ｇ （３８．９ｗｔ％）
磁性流体： ７ｇ （水：６ｗｔ％、マグネタイト：３．２ｗｔ％）
※ 組成例１、２においてマグネタイトはＦｅ３Ｏ４からなる直径１０ｎｍの球形粒子である。また、水とマグネタイトを混ぜたものが磁性流体（ＭＦ）の量となる。また、磁気混合流体（ＭＣＦ）の量は、組成例１では４８．４ｗｔ％、組成例２では４８．１ｗｔ％である。
【００２８】
図１（ａ）に、触覚センサＡの実施の形態の一例を示す。この触覚センサＡは、触覚センサ用ゴム１によってゴムセンサ部２が構成されるとともに、このゴムセンサ部に接触する一対の電極３，３を備えている。ここで、一対の電極３の一方を第１の電極３ａとし、他方を第２の電極３ｂと表す。第１の電極３ａと第２の電極３ｂとは、ゴムセンサ部２に離れた位置で接触しており、互いには接していない。触覚センサ用ゴム１はシート体（ゴムシート）として形成されている。一対の電極３，３は、ともに平板状の電極として形成され、第１の電極３ａが触覚センサ用ゴム１上面の一方の端部に、第２の電極３ｂが触覚センサ用ゴム１下面の他方の端部に配設されている。本形態では、第１の電極３ａが陰極（負極）として、第２の電極３ｂが陽極（正極）として機能し、ゴムセンサ部２の下面に被検査物である物体Ｂが配置される。そして、第１の電極３ａと第２の電極３ｂとの間に電圧を印加しておき、触覚センサＡのゴムセンサ部２と物体Ｂとが接触し又は接触状態が変化することにより、図１（ｂ）に示すように物体Ｂからの力がゴムセンサ部２の表面に与えられ、第１の電極３ａと第２の電極３ｂとの間における電流量が変化する。この電流量を検知して、物体Ｂを検出することができるのである。なお、図１（ｂ）では電流（電子）の流れを電流路Ｌとして表している。
【００２９】
触覚センサＡでは、電極３，３のそれぞれが導線などによって接続されていてよい。そして、この導線を通して電圧を印加することができる。印加する電圧は触覚センサ用ゴムＡの許容電圧以下にすることが好ましい。例えば、試作した触覚センサ用ゴム１では３３Ｖまでの電圧の印加が可能であることが確認されているので、３３Ｖ以下にすることができる。より高い電圧をかけると微細な電流変化を検出可能であるが、少ない電圧でも電流変化の検出は可能である。したがって、印加電圧は、０Ｖより大きければよく、５Ｖ以下、１０Ｖ以下、２０Ｖ以下などの適宜の電圧であってよい。なお、この電圧は絶対値であり、図１の形態とは反対に第１の電極３ａを陽極とし第２の電極３ｂを陰極として電圧をかけてもよい。
【００３０】
触覚センサＡにおいては、物体Ｂをゴムセンサ部２の上面から接触させるようにしてもよい。この場合、ゴムセンサ部２の上に載置される物体Ｂの接触を検出することができる。これにより、例えば、超軽量の物質や落下物などの検出が可能である。また、表面を垂直方向（縦方向）にしてゴムセンサ部２を配設し、側方から物体Ｂをゴムセンサ部２の表面に接触させることもできる。
【００３１】
ゴムセンサ部２における物体Ｂとの接触位置は、第１の電極３ａと第２の電極３ｂの間の位置であることが好ましい。第１の電極３ａと第２の電極３ｂとの間を流れる電流は、通常、できるだけ最短距離を通ろうとする。そのため、第１の電極３ａと第２の電極３ｂとの間が電流通過路となるものであり、この電流通過路において物体Ｂが接触することにより、電流変化を精度よく検出することができる。
【００３２】
ここで、上記の触覚センサ用ゴム１を用いれば、ゴム表面上の任意の位置の電極間において電流が流れることを確認している。したがって、ある程度距離がある電極間であっても容易に電気が流れるので、せん断力やずり力などの水平方向の力を感知するために要する面積の広い表面を設けることが可能である。
【００３３】
物体Ｂとの接触にあたっては、物体Ｂが電極３に接触しないように、ゴムセンサ部２と物体Ｂとを接触させるようにすることが好ましい。電極３が物体Ｂと接触すると、垂直力、せん断力、ずり力などがかけられたときに電極３が破壊されるおそれがある。そのため、ある程度の距離で離間された電極３，３間において、ゴムセンサ部２中を電流が流れるように設計することが好ましいものである。
【００３４】
触覚センサＡは、物体Ｂとの接触を検出することができる。第１の電極３ａと第２の電極３ｂとの間に電圧を印加しておき、物体Ｂをゴムセンサ部２に近づけて接触させると、物体Ｂから力がゴムセンサ部２に加わり、第１の電極３ａと第２の電極３ｂとの間における電流量が変化する。例えば、この電流量の変化は、ゴムセンサ部２を電流が流れない状態から流れる状態として検知することができる。あるいは、電流量の変化は、流れる電流値の大きさの変化として検知することができる。この電流変化によって物体Ｂの接触の有無を検出することができるのである。そして、本発明によって得た触覚センサＡでは、０．０１Ｎ程度の力をも検出することが可能であり、超高感度で物体Ｂの接触を検出できるものである。
【００３５】
また、触覚センサＡは、物体Ｂとの接触の際に加わる力（接触による応力、接触力）を検出することができる。上記のようにゴムセンサ部２と物体Ｂとが接触すると電流が変化する。そして、接触の力が強くなるにしたがって、電流の変化量も大きくなる。そのため、電流の変化量から接触によりかけられる力の大きさや、接触による応力を検出することができるものである。
【００３６】
また、触覚センサＡは、物体の表面が、ザラザラ面（表面粗度が高い面）か、あるいは、ツルツル面（表面粗度が低い面）かを検出することができる。例えば、検査対象の物体Ｂとして、表面が、ザラザラ面（表面粗度が高い面）又はツルツル面（表面粗度が低い面）をもつ物体を用いる。あるいは、物体Ｂは、ザラザラ面とツルツル面との両方の表面を有する物体であってもよい。そして、物体Ｂをゴムセンサ部２に近づけると、物体Ｂはまず垂直方向でゴムセンサ部２と接触する。すると、物体Ｂから押圧力がゴムセンサ部２にかかり、ゴムセンサ部２は、物体Ｂの表面の凹凸面に応じてその表面が変形する。このゴムセンサ部２の表面の凹凸変形により、第１の電極３ａと第２の電極３ｂとの間の電流量が変化する。このとき、凹凸変形の度合いに応じて、電流量の変化の度合いが異なるものとなる。したがって、表面がザラザラかツルツルかといった物体Ｂの表面の粗さを検出することができる。さらに、物体Ｂとゴムセンサ部１とが接触した状態において、ゴムセンサ部２と物体Ｂの一方又は両方を動かして、両者を滑らす方向に相対的に平行移動させる（ゴムセンサ部２で物体Ｂを撫でる）と、物体Ｂから応力や反発力がゴムセンサ部２にかかる。そして、ゴムセンサ部２の表面が物体Ｂの凹凸面に合わせて伸張及び収縮しようとする。このような、ゴムセンサ部２の表面の凹凸変形によって第１電極３ａと第２電極３ｂとの間に流れる電流量が変化する。このとき、物体Ｂの凹凸面の形状、すなわち表面粗さに応じて電流波形が変化するものであり、このため、物体Ｂの表面の粗さを検出することができるものである。
【００３７】
また、触覚センサＡは、物体表面の粗さの変化を検出することができる。上記のように物体Ｂとゴムセンサ部１とが接触した状態において、ゴムセンサ部２と物体Ｂの一方又は両方を動かして、両者を滑らす方向に相対的に平行移動させると、物体Ｂから応力や反発力がゴムセンサ部２にかかる。そして、ゴムセンサ部２の表面が物体Ｂの凹凸面に合わせて伸張及び収縮しようとする。このような、ゴムセンサ部２の表面の凹凸変形によって第１電極３ａと第２電極３ｂとの間に流れる電流量が変化する。このとき、物体Ｂの凹凸面の形状に応じて電流波形が変化するものであり、このため、物体Ｂの表面の粗さの変化を検出することができるものである。
【００３８】
また、触覚センサＡは、物体の柔らかさ（硬度）を検出することができる。物体Ｂとゴムセンサ部１とが接触した状態において、ゴムセンサ部２と物体Ｂの一方又は両方を動かして、両者を滑らす方向に相対的に平行移動させる（ゴムンセンサ部２で物体Ｂを撫でる）と、物体Ｂから応力や反発力がゴムセンサ部２にかかる。そして、ゴムセンサ部２の表面が物体Ｂから加えられる力に応じて伸張及び収縮しようとする。このとき、物体Ｂが硬いとゴムセンサ部２にかかる力は大きく、物体Ｂが柔らかいとゴムセンサ部２にかかる力は小さくなる。そして、この力の差に応じて、ゴムセンサ部２の変形の度合いが異なるものとなり、第１電極３ａと第２電極３ｂとの間に流れる電流量が変化する。このとき、物体Ｂの柔らかさに応じて電流波形が変化するものであり、このため、物体Ｂの柔らかさを検出することができるものである。
【００３９】
触覚センサ用ゴム１の表面は平坦な面であってもよいが、触覚センサ用ゴム１の表面には凹凸が設けられていることがより好ましい。つまり、触覚センサＡを形成した際に、ゴムセンサ部２は物体Ｂと接触する側の表面に凹凸を有していることが好ましい。触覚センサ用ゴム１の表面に凹凸が設けられていると、上記のような電流変化をより精度よく検出することができ、物体Ｂをさらに感度よく検出することが可能になる。特に、ゴムセンサ部２に凹凸が設けられていると、水平な方向の力（撫でる方向の力）を高感度で検出することができる。すなわち、水平な方向に物体Ｂを移動させようとした際に、表面の凹凸に物体Ｂの表面（ザラザラ面やツルツル面）が接触してゴムセンサ部２の形状を変化させる。そのため、微細な力の違いを電流変化として捕らえることができるので、水平な方向の力（せん断力、ずり力）を高感度で検出することができるものである。高感度に検出するためには、凹部が溝状になった凹凸、あるいは、凸部が凸条（ライン状）になった凹凸が好ましい。
【００４０】
触覚センサ用ゴム１の表面に設けられる凹凸は指紋状の凹凸が好ましい。指紋状の凹凸とは、凸部（又は凹部）が渦巻状又は同心円状になったものである。ところで、人間の指紋形状には多種あるが、この指紋により、触覚感度を高めてザラザラ感、ツルツル感を感知できるものである。そこで、ゴムセンサ部２にも指紋状の凹凸を設けることが好ましいのであるが、その形状として簡単に構成できる渦巻状や同心円状が好ましいのである。特に渦巻状や円形状の凹凸にすれば、方向依存性が少なくなり、水平面におけるあらゆる方向の力を捉えることができる点で有利である。
【００４１】
なお、触覚センサ用ゴム１の表面に設けられる凹凸は指紋状でなくてもよい。例えば、複数の直線状、ストライプ状、格子状、六角格子状、ハニカム状などであってもよい。ただし、できるだけ水平面における方向依存性が少ない方が好ましく、その観点から、指紋状の凹凸が好ましいものである。
【００４２】
触覚センサ用ゴム１の表面の凹凸の高さは例えば０．１〜３ｍｍにすることができる。この範囲の凹凸高さであると感度を高めることができ、作製も容易である。また、凹凸の凹部が溝によって形成される場合、溝幅は例えば０．１〜３ｍｍにすることができ、凸部の幅は例えば０．１〜３ｍｍにすることができ、隣り合う溝間の距離は例えば０．１〜１０ｍｍにすることができる。
【００４３】
ところで、ワイヤ径０．７mmのワイヤで凹凸の溝を形成した触覚センサ用ゴムの一例では、ゴムをある程度の押し付け力で押しつぶしたときの電流変化はほとんどないことが確認されている。また、凹凸の溝の深さを１．５ｍｍにしたときには、ゴムを押しつぶしたときの電流変化が確認されている。すなわち、溝が深いと指紋の凸部が押しつぶされた後、その凸部が元に回復しようとする変化が大きいので、電流が不安定に増加したり減少したりする。この場合、その後に撫でたときなどの電流変化を捉えることはできるが、判別することが容易ではなくなるおそれがある。したがって、撫でる場合の電流変化を捉えるためには、凹凸の溝の深さは０．１〜０．８ｍｍ程度が好ましく、０．７ｍｍ程度がより好ましいと考えられる。
【００４４】
図２により、触覚センサ用ゴムの製造の一例を説明する。
【００４５】
触覚センサ用ゴム１の製造にあっては、まず、磁性流体にＮｉと必要に応じＣｕとを分散させた磁気混合流体を作製する。次に、磁気混合流体を液状の弾性高分子材料と混合する。このとき、弾性高分子材料として風船用の天然ゴム材料を用いる。また、製造上、Ｎｉ（例えば、Ｎｉ粉）とＣｕ（例えば、Ｃｕ粉）とを磁性流体に十分になじませて均一な磁性混合流体を用意した後に、弾性高分子材料を添加することが好ましい。これにより、硬化前の触覚センサ用ゴム材料が混合物１ａとして調製される。
【００４６】
また、図２に示すように、非磁性体プレート４と永久磁石５を用い、対向させた一対の非磁性体プレート４（４ａ，４ｂ）の両側の一方に永久磁石５ａのＮ極を配置し、他方に永久磁石５ｂのＳ極を配置して、一対の永久磁石５ａ，５ｂを対向させて配置する。非磁性体プレート４の厚みは特に限定されるものではないが、例えば０．０１〜５ｍｍの範囲にすることができ、好ましくは０．１〜１ｍｍの範囲にすることができる。
【００４７】
そして、非磁性体プレート４ａ，４ｂの間の隙間に上記によって得た混合物１ａを注入する。このとき、非磁性体プレート４ａ，４ｂを対向させて配置し、この非磁性体プレート４ａ，４ｂの隙間の周囲を非磁性体で構成された側方プレート６で囲んで、各プレート４、６で混合物１ａを周囲から押圧することが好ましい。側方プレート６は、スペーサーとしての機能も果たすことができ、それにより触覚センサ用ゴムをシート体などの所望の形状に整えることができる。そして、この状態で磁場を印加しながら、磁場の存在下で硬化させるようにすると、触覚センサ用ゴム１を得ることができる。
【００４８】
ここで、対向する永久磁石５ａ，５ｂの間に、所定の厚さの非磁性体プレート４ａ，４ｂを介して磁気混合流体を挟んで磁場を印加しながら硬化させる理由は、導電性等を高めるために、磁力線方向にＮｉ、Ｃｕ、及び、磁性流体（ＭＦ）中のＦｅ３Ｏ４等の金属粒子からなる磁気クラスタを形成させるためである。
【００４９】
硬化工程においては、磁性混合流体と風船用の天然ゴム材料との混合物１ａを厚みが１ｍｍ以下になるようにシート状に保持した状態で、ネオジム磁石などを用いて５〜５．８ガウス以上の磁場を印加することが前記したクラスタの形成密度を高める上で好ましい。なお、予備実験により、磁場強度が低下すると、クラスタの形成密度が低下し、クラスタの形成密度が低下すると、電気や熱の伝導性が低下する傾向があることが確認されている。したがって、厚みが１ｍｍ以上になる場合は、さらに強力な磁場を印加することが望ましい。前記した磁場条件を満足することで電気と熱の両方の伝導性の高く伸縮性及び弾力性のよい触覚センサ用ゴム１を信頼性よく提供することができる。
【００５０】
混合物１ａの硬化は、一般の接着剤の硬化と同様に、室温下、大気中に開放して行ってもよいし、加熱して行ってもよい。なお、クラスタは硬化が始まる前に磁場の印加により形成されるので、通常、硬化はクラスタの形成後に始まるものであり、クラスタの組織は硬化条件に依存しないと考えられる。硬化として、硬化剤等を用いた化学的な硬化を採用してもよく、硬化剤を用いるとともに加熱するようにしてもよい。
【００５１】
触覚センサ用ゴム１がシート体である場合、その厚みは、０．１〜１０ｍｍであることが好ましく、０．３〜３ｍｍであることがより好ましい。
【００５２】
図３は、触覚センサ用ゴム１の製造の他の一例である。図３の製造方法では、表面が凹凸面となった触覚センサ用ゴム１が得られる。
【００５３】
凹凸１０を触覚センサ用ゴム１の表面に形成する場合、混合物１ａの表面に、金属ワイヤ７を適宜の形状にしたものを配設し、その状態で混合物１ａを非磁性体プレート４で挟むようにして形成することができる。金属ワイヤ７としては、図３（ｂ）に示すような、例えば、線径０．１〜３ｍｍ、好ましくは線径０．５〜１ｍｍのものを渦巻状に形成して使用することができる。渦巻状にした場合、１本又は少数本の金属ワイヤ１で型材を形成することができる。このとき、隣り合う金属ワイヤ７の間隔は例えば０．１ｍｍ〜５ｍｍ、好ましくは、０．５〜３ｍｍにすることができる。金属ワイヤ７に鉄製など磁性の金属を用いると、永久磁石５に金属ワイヤ７が引きつけられるので、硬化の際に金属ワイヤが埋まることを防止でき、表面に凹凸１０を簡単に形成できるので好ましい。このように金属ワイヤ７を型材として用いると、型材に対応した例えば渦巻状や同心円状の凹凸１０が触覚センサ用ゴム１の表面に形成される。なお、複数の直線状の金属ワイヤ７を並べればストライプ状の凹凸１０を形成することができる。また、１本又は数本の直線状の金属ワイヤ７を蛇行させて折り曲げて配設することにより直線が蛇行した形状の凹凸１０を形成することができる。
【００５４】
こうして得られた触覚センサ用ゴム１に電極３，３を接続することにより、触覚センサＡのゴムセンサ部２を構成することができる。ここで、電極３，３の接続方法は種々の形態が考えられる。
【００５５】
図４に、触覚センサ用ゴム１と電極３，３の接続の一例を示す。触覚センサ用ゴム１は矩形状のシート体を用い、電極３は矩形の平板状のものを用いている。触覚センサ用ゴム１に一対の電極３，３を取り付けることにより、触覚センサＡのゴムセンサ部２を形成することが可能になる。
【００５６】
図４（ａ）及び（ｂ）は、触覚センサ用ゴム１の同一表面に電極３，３を接続したものである。この形態では、触覚センサ用ゴム１の対向する二辺（縦辺）のそれぞれを跨ぐようにして、縦方向の位置が異なる位置で電極３，３を配設し、さらに、この電極３，３の辺の一部が水平方向（触覚センサ用ゴム１の表面と平行な方向）で対向するように配設している。このような形態は、触覚センサ用ゴム１に平行に力がかかるときに有効である。すなわち、電流は触覚センサ用ゴム１の電極側の表面付近を流れるので、電極側に物体Ｂを接触させることにより、高感度で電流変化を検出することができる。また、電極側とは反対側の表面に物体Ｂを接触させるようにすれば、感度が落ちる可能性はあるものの、せん断力やずり力などの水平方向に物体Ｂが移動する力がかかる場合に電極３と物体Ｂとが接触することがなくなるので、電極３の破壊を抑制できる。
【００５７】
図４（ｃ）及び（ｄ）は、触覚センサ用ゴム１の両面の各面（表裏）に電極３，３を接続したものである。そして、この形態では、触覚センサ用ゴム１の対向する二辺（縦辺）のそれぞれを跨ぐようにして、縦方向の位置が異なる位置で電極３，３を配設している。また、この形態では、電極３，３を垂直方向（触覚センサ用ゴム１の表面に垂直な方向）に投影した場合に、電極３，３の辺の一部が水平方向（触覚センサ用ゴム１の表面と平行な方向）で対向するように配設している。このような形態では、触覚センサ用ゴム１に平行に力がかかるときに有効である。すなわち、電流は触覚センサ用ゴム１を電極３の対向した一辺から他辺に厚み方向に流れるので、物体Ｂを接触させることにより、高感度で電流変化を検出することができる。特に、電極３の一方を物体Ｂの接触面とは反対側に配設することができるので、電極３の破壊を抑制できる。
【００５８】
図４（ｅ）及び（ｆ）は、触覚センサ用ゴム１の両面の各面（表裏）に電極３，３を接続したものである。ただし、この形態では、触覚センサ用ゴム１の対向する二辺（縦辺）のそれぞれを跨ぐようにして、縦方向の同じ位置で電極３，３を配設しており、電極３，３が触覚センサ用ゴム１を介してその両面で対向するように配設されている。この形態では、触覚センサ用ゴム１に垂直に力がかかるときに有効である。すなわち、電流は触覚センサ用ゴム１の厚み方向に流れており、物体Ｂを接触させることにより、高感度で電流変化を検出することができる。特に、電極３の一方を物体Ｂの接触面とは反対側に配設することができるので、電極３の破壊を抑制できる。そして、電極３，３は触覚センサ用ゴム１を挟んで対向しており、電極３，３の距離が短いため、電極３，３間を電流が流れやすくなり、わずかな電流変化を検出することができる。
【００５９】
触覚センサ用ゴム１は、空気に触れたままでいると、酸化して劣化するおそれがある。そこで、触覚センサ用ゴム１は、樹脂体８により全体が被覆されていることが好ましい。この樹脂体８は絶縁性のものであることが好ましい。例えば、シリコーン樹脂などで樹脂体を構成することができる。また、樹脂体８は可撓性を有することが好ましい。可撓性を有することにより、物体Ｂが樹脂体８に接触した際に、樹脂体８が変形し、その変形が触覚センサ用ゴム１の表面に伝わって触覚センサ用ゴム１で電流変化を検出することができる。
【００６０】
図５は樹脂体８で被覆された触覚センサ用ゴム１の一例を示す図である。この形態では、図４（ａ）及び（ｂ）のように、触覚センサ用ゴム１の同一表面に電極３，３が配設されたものを示しているが、電極３の接続は、図４（ｃ）及び（ｄ）、又は、図４（ｅ）及び（ｆ）のようなものであってもよい。
【００６１】
図５（ａ）に示すように、図５（ｃ）のような一対の電極３，３が接続された触覚センサ用ゴム１を用い、この触覚センサ用ゴム１の両面から樹脂体８，８を挟み込み接着剤などで接着することによって、樹脂体８で被覆された触覚センサ用ゴム１を得ることできる。このとき、電極３，３は樹脂体８の外部に露出するように形成することが好ましい。あるいは、電極３，３を樹脂体８で被覆するとともに各電極３に導線を接続して、この導線を外部に露出させるようにしてもよい。図５（ｂ）は、触覚センサ用ゴム１を上方から見た図であり、樹脂体８が透明であるため、内部の様子が確認できるようになっている。なお、樹脂体８による被覆方法は上記に限られない。例えば、二つの半硬化状態の樹脂体８，８で触覚センサ用ゴム１を挟みこんだ後に完全に硬化させたり、触覚センサ用ゴム１を金型に入れた後、金型に樹脂を注入し硬化させて触覚センサ用ゴム１と樹脂体８とを一体化させたりしてもよい。
【００６２】
ここで、樹脂体８の外部表面に凹凸を形成することも好ましい。樹脂体８に凹凸を設けた場合、触覚センサ用ゴム１の表面に凹凸を設けた場合と同様の理由により感度が向上する。凹凸の形状は、触覚センサ用ゴム１の表面の凹凸と同様にすることができる。また、表面の凹凸は、樹脂の硬化の際に型材を用いて形成することができる。
【００６３】
以上のようにして得られた触覚センサ用ゴムは、作製が容易なものであり、金属粉（Ｎｉ、Ｃｕ）と磁性流体と風船天然ゴムとの複合により、超高感度で垂直力とせん断力とが同時に検出できるものである。すなわち、ゴムセンサ部の材料を得るにあたり、１〜２００μｍの大きさからなる銅やニッケルなどの金属粉や粒径５〜５０ｎｍのマグネタイトＦｅ３Ｏ４からなる強磁性粒子を水に分散させた磁性流体を風船用の天然ゴム材料に混合したゴム（ＭＣＦ触覚ゴムとも呼ぶ）とすることにより、０．０１Ｎ程度の重量で（換言すると１ｇの質量を置いた時に）反応してゴム中を電流が流れる超高感度の触覚センサを得ることができる。また、上記のように磁場をかけて作製することができるので、触覚センサ用ゴムの作製は容易である。そしてＭＣＦ触覚ゴムは伸縮性と弾力性に富んでおり、超高感度に検出ができる触覚センサを提供できる。
【００６４】
また、触覚センサは、ＭＣＦ触覚ゴムの表面に対して垂直に押した時の力（垂直応力）と面に対して平行に擦った時の力（せん断応力、または、ずり応力）の両方の方向からの力に対して同時に反応してゴム中を電流が流れるものである。
【００６５】
また、ＭＣＦ触覚ゴムの表面（導電性ゴム自体の表面又は樹脂体の表面）に凹凸、特に指紋形状の凹凸が設けられた場合には、ＭＣＦ触覚ゴムを撫でた時（ずり応力が働いた時）のゴム中を流れる電流の変化が大きく、凹凸物体面、布、人間の皮膚、果物の表面など多種に渉る物体表面の粗さを測定することができるものである。また、指紋形状の凹凸があると、ＭＣＦ触覚ゴムを撫でた時（ずり応力が働いた時）に、物体の柔らかさまで測定することができるものである。
【００６６】
また、触覚センサ用ゴムがシリコーン被膜などの樹脂体に被覆されていると、劣化を防ぐことができるものである。
【００６７】
ところで、従来における触覚センサでは、ひずみゲージやピエゾ素子、ＭＥＭＳを利用したものが殆どであり、金属粉とゴムの混合タイプは、市販されている感圧導電性ゴム以外にはないのが現状である。これらのものは、弾力性や伸縮性に欠け、また、構造が複雑になるため製作が容易でなく実用的には高コストとなる。また、０．０１Ｎ程度の重量で（換言すると１ｇの質量を置いた時に）反応してゴム中を電流が流れる超高感度のものはない。市販の感圧導電性ゴムの場合、通常の方法では１０Ｎオーダといった大きな垂直力で電気が流れはじめるものしか形成できない。しかも、市販の感圧導電性ゴムは、弾力性に乏しい。ロボットの世界では、０．０１Ｎの超高感度が求められているが、市販の感圧導電性ゴムではせいぜい０．１Ｎが限界である。また、感圧導電性ゴムの表面に対して垂直に押した時の力（垂直応力）と面に対して平行に擦った時の力（せん断応力、または、ずり応力）の両方の方向からの力に対して同時に反応してゴム中を電流が流れる触覚センサはない。人間の皮膚感覚は２つの力を感知できるようになっているが、従来の触覚センサはそうでなく、どちらか一方のみを感知するものであり、２つ力を感知できるようにする（例えばセンサを複数にする）と構造が複雑になり、高コストとなる。また、人間の皮膚感覚と同じく、物体表面のザラザラ感、ツルツル感が感知できるような触覚センサは従来にはない。従来の表面粗さ計では測定試料片を切り出してこなければならず、航空機など大型機械の表面加工は職人の手触りに頼っているので、これに替わるハンディな表面粗さ測定器が求められている。また、従来、物体の柔らかさを測定できるものはなく、触診などの医療、女性の肌触りの検査などの場合には重要なものとなる。
【００６８】
それに対し、本発明では、触覚センサのゴムセンサとして上記の触覚センサ用ゴムを用いると、これら従来の問題を解決することができるものである。すなわち、触覚センサ用ゴムは、風船用の天然ゴムを利用しているので、弾力性や伸縮性に富み、また、金属粉をゴムに混合するので作製が容易であり、低コストで得ることができる。また、水溶性の風船用の天然ゴム材料と水ベース磁性流体を使用することにより、０．０１Ｎ程度の重量で（換言すると１ｇの質量を置いた時に）反応してゴム中を電流が流れる超高感度のものが得られる。また、触覚センサ用ゴムは超高感度であるため、表面に対して垂直に押した時の力（垂直応力）と面に対して平行に擦った時の力（せん断応力、または、ずり応力）の両方の方向からの力に対して同時に反応してゴム中を流れる電流変化を検出することができる。また、触覚センサ用ゴムの表面に対してさらに指紋形状の凹凸を設けた場合には、特にせん断応力によるゴム中を流れる電流の変化を大きく捕えることができるため、多種にわたる物体表面の粗さを測定することができる。さらに、風船用の天然ゴムを利用するので、風船のように膨らむことが可能であり、伸縮性と弾力性とを非常に大きくすることができ、超高感度で検出することができるものである。
【００６９】
このように触覚センサによれば超高感度で物体を検出することができる。そのため、触覚センサの好ましい応用例としては、触覚センサ用ゴムを検出部に用いた感圧センサや、触覚センサ用ゴムを接点に用いた感圧スイッチなどを挙げることができる。この場合、電気は、触覚センサ用ゴムの厚み方向にすばやく流れるので、膜厚方向に電気を感知する設計とすることが好ましい。また、更なる応用も可能である、例えば、ロボットに触覚センサを搭載できる。また、機械加工、航空機や自動車の業界などにおける研磨面の検査、服飾衣料業界における服の肌触り検査、乳がんチェッカーなどの触診などの医療検査、化粧品業界における女性の肌触りの検査、食品検査、バイオ関係における生物の肌触り検査など広範囲に渉って応用可能である。
【実施例】
【００７０】
（実施例１）
ニッケル粉（平均長３〜７μｍ、細長形状、山石金属（株）製「１２３」）４０ｇと、銅粉（平均長８〜１０μｍ、細長形状、山石金属（株）製「ＭＦ−Ｄ２」）２０ｇと、磁性流体〔ＭＦ〕（水ベース、Ｆｅ３Ｏ４粒子含有、３５ｗｔ％、タイホー工業（株）製「Ｗ−３５」）１５ｇとからなるＭＣＦを風船用の天然ゴム材料（（有）ハイラテック製「ＮＲ−ＬＡＴＥＸ」）８０ｇに加えて混合した。この混合物を、図２に示すような装置に充填し、対向する永久磁石の間に非磁性板を介して挟んで磁場下で硬化させた。これにより、実施例１の触覚センサ用ゴム（１９ｍｍ×２４ｍｍ×１ｍｍ）を作製した。
【００７１】
（比較例１）
ニッケル粉（平均長３〜７μｍ、細長形状、山石金属（株）製「１２３」）２ｇと、銅粉（平均長８〜１０μｍ、細長形状、山石金属（株）製「ＭＦ−Ｄ２」）２ｇ、磁性流体〔ＭＦ〕（ＭＳＧＳ６０、ケロシンベース、Ｆｅ３Ｏ４粒子含有、５０ｗｔ％、フェロテック（株）製）４ｇからなるＭＣＦ、及び、炭素粉からなる導電性ペースト（Ａ剤とＢ剤の２液からなる、藤倉化成（株）製「ＳＨ−３Ａ」）３ｇをシリコーンオイルゴム（ＳＨ９５５０、トーレダウコーニングシリコーン（株）製）１０ｇに加えて混合した。この混合物を、図２に示すような装置に充填し、対向する永久磁石の間に非磁性板を介して挟んで磁場下で硬化させた。これにより、比較例２の触覚センサ用ゴム（１１ｍｍ×１６ｍｍ×０．５ｍｍ）を作製した。
【００７２】
（比較例２）
ニッケル粉（平均長３〜７μｍ、細長形状、山石金属（株）製「１２３」）３ｇと、銅粉（平均長８〜１０μｍ、細長形状、山石金属（株）製「ＭＦ−Ｄ２」）３ｇ、磁性流体〔ＭＦ〕（ＭＳＧＳ６０、ケロシンベース、Ｆｅ３Ｏ４粒子含有、５０ｗｔ％、フェロテック（株）製）４ｇとからなるＭＣＦをシリコーンオイルゴム（ＳＨ９５５０、トーレダウコーニングシリコーン（株）製）１０ｇに加えて混合した。この混合物を、図２に示すような装置に充填し、対向する永久磁石の間に非磁性板を介して挟んで磁場下で硬化させた。これにより、比較例１の触覚センサ用ゴム（１１ｍｍ×１６ｍｍ×０．５ｍｍ）を作製した。
【００７３】
（比較例３〜５）
比較例３〜５として、下記市販の感圧導電性ゴムを使用した。仕様は次の通りである。
比較例３：横浜ゴム（株）製の感圧導電性ゴムサンプル（炭素粉混合、厚み１ｍｍ）。
比較例４：ＰＣＲテクニカル（株）製「ＣＳＡ／ＰＫ」（厚み１ｍｍ）。
比較例５：ＰＣＲテクニカル（株）製「ＣＳＡ」（厚み１ｍｍ）。
【００７４】
（試験例１）
実施例１、比較例１〜５の触覚センサ用ゴムに二つの電極を離間して接続し、触覚センサを作製した。この触覚センサに垂直力を徐々に印加した。最初に電気が流れたときの垂直力（感圧しはじめる接触力）、及び、そのときの電気抵抗を表１に示す。
【００７５】
表１に示すように、実施例１の触覚センサゴムは、垂直力０．０１４９Ｎを印加した時に電流が流れ、そのときの電気抵抗は３４９１Ωであり、比較例に比べて高感度である。
【００７６】
【表１】
表２に、実施例１による触覚センサにおける電流が流れ始めた時の感知能力を示す。
【００７７】
【表２】
図６に、実施例１及び比較例１について、垂直力を印加したときの電流量の変化についてのグラフを示す。グラフでは、実施例１の触覚センサ用ゴムが高感度であることが示されている。
【００７８】
図７は、実施例１の触覚センサ用ゴム１を指（Ｆ）で伸ばしたときの写真である。この触覚センサゴム１は素材が風船用の天然ゴムなので、伸張性と弾力性に富んでいる。すなわち、比較例１や比較例２のような従来のシリコーンオイルゴム型のものよりも弾力性があり、風船のように柔らかく、よく膨らむ。このような性質が感度の向上に寄与しているものと考えられる。
【００７９】
このように、実施例１の触覚センサ用ゴムは、垂直力が非常に小さいときは電気抵抗が大きく、わずかな垂直力の増加で電気抵抗が小さくなる。ここまでの超高感度のゴムは従来、存在しない。このため、スイッチングとしてセンサに活用できるものである。
【００８０】
ここで、シリコーンオイルゴムより風船用の天然ゴムを適用した方が、より小さな垂直力で電流が流れる理由は、シリコーンオイルゴムはケロシンとなじみが良いのに対し、風船天然ゴムは水となじみが良く、ゴム内においてケロシンよりも水を使用した方が電流が流れやすい構造となるからであると考えられる。
【００８１】
（実施例２）
ニッケル粉（平均長３〜７μｍ、細長形状、山石金属（株）製「１２３」）４０ｇと、銅粉（平均長８〜１０μｍ、細長形状、山石金属（株）製「ＭＦ−Ｄ２」）２０ｇと、磁性流体〔ＭＦ〕（水ベース、Ｆｅ３Ｏ４粒子含有、３５ｗｔ％、タイホー工業（株）製「Ｗ−３５」）１５ｇとからなるＭＣＦを風船用の天然ゴム材料（（有）ハイラテック製「ＮＲ−ＬＡＴＥＸ」）８０ｇに加えて混合した。この混合物を、図３（ａ）に示すような装置に充填し、対向する永久磁石の間に非磁性板（アクリル板）を介して挟んで磁場下で硬化させた。このとき、図３（ｂ）に示すような線径０．７ｍｍの鉄製の金属ワイヤを０．６〜１ｍｍの間隔で６〜７巻に渦巻状にしたものを混合物の表面に配設し、表裏両面から挟み押し付けて押圧しながらゴムを硬化させた。金属ワイヤは永久磁石に引き付けられることによりゴム中に埋もれてしまうことがなく、ゴム表面に渦巻形状で指紋状の凹凸が形成される。これにより、実施例２の触覚センサ用ゴム（１９ｍｍ×２４ｍｍ×０．３〜１．０ｍｍ）を作製した。
【００８２】
図８（ａ）に、実施例２により得られた、指紋状の凹凸１０が設けられた触覚センサ用ゴム１の表面の写真を示す。また、図８（ｂ）に、実施例２に使用した金属ワイヤ７の写真を示す。
【００８３】
（試験例２）
図９に示す実験装置に、触覚センサ用ゴムを取り付けて、せん断力や垂直力がかかった場合にゴム中を流れる電流の変化を測定した。
【００８４】
図９の実験装置は、触覚センサ用ゴム１で構成されたゴムセンサ部２の一側端部の上面に第１の電極３ａ（陰極）を取り付けるとともに、他側端部の下面に第２の電極３ｂ（陽極）を取り付けたものである。そして、各電極３は導線９を介して電極３，３間に電圧を印加する電圧印加機構１１に接続されている。また、導線９は、電流計などの電流量測定機構（図示省略）にも接続されている。この実験装置では、ゴムセンサ部２における物体Ｂの接触面とは反対側の面には、ゴムセンサ部２を面状に支持する支持体１４が配置され、物体Ｂと接触した際に、ゴムセンサ部２が折れ曲がったりすることを抑制している。また、この支持体１４は、アクチュエータ１３と接続され、ゴムセンサ部２の表面に平行な方向に稼動するようになっている。そして、アクチュエータ１３と支持体１４との間には平行に移動するときにかかる応力を測定するロードセル１２が設けられている。一方、物体Ｂは、ヒータ２３が埋め込まれた載置台２１に載置される。この載置台２１はアクチュエータなどの昇降機構２０によって上方又は下方に移動するものである。また、載置台２１における物体Ｂの下方には、垂直方向に力がかけられたときの応力を測定するロードセル２２が設けられている。
【００８５】
以上のような実験装置を用いれば、負荷がかけられたときの力と電流変化との関係を測定することができる。
【００８６】
ここで、触覚センサ用ゴム１として、まず、指紋状の凹凸を表面に有する、実施例２のものを用いた。電極間距離は１２ｍｍとした。そして、電極間に電圧３３Ｖを印加し、電流を測定した。
【００８７】
図１０は、この試験に用いた被検査物体（物体Ｂ）を示している。被検査物体（物体Ｂ）としては、シート状のものを２種用い、具体的には、ツルツル面を構成する物体Ｂ１として表面が平滑なアクリル板を用い、ザラザラ面を構成する物体Ｂ２として表面が凹凸面となった紙やすりを用いた。そして、アクリル板（物体Ｂ１）の表面の一部に紙やすり（物体Ｂ２）を固定して配置し、アクリル板から紙やすりにかけてゴムセンサ部２でこれらの表面を撫でるようにした。
【００８８】
ツルツルな面やザラザラな面は、表面粗さの指標であるＲａ、Ｒｙ、Ｒｑ等の物理量として表わすことができる。また、触覚センサＡでは、ツルツル感やザラザラ感は、Ｒａ、Ｒｙ、Ｒｑ等の表面粗さの指標に対応した、ゴム中を流れる電流変化によって表されるものと推測される。したがって、この試験では、撫でられる物体（被検査物体）の表面の凹凸の指標としてＲａ、Ｒｙ、Ｒｑを用い、電流変化との関係を調べた。試験に用いたアクリル板は、表面の粗さがＲａ＝０．１９μｍ、Ｒｙ＝７．１μｍ、Ｒｑ＝０．３７μｍの鏡面仕上げ面のツルツル面となっている。また、紙やすりは、表面の粗さが、Ｒａ＝７．８４μｍ、Ｒｙ＝６７．６μｍ、Ｒｑ＝１０．１μｍのザラザラ面となっている。なお、表面粗さの測定には、表面粗さ計（ミツトヨ（株）製「ＳＪ−４０１」）を使用した。
【００８９】
試験においては、まず、昇降機構２０により被検査物体を上方に垂直移動させ、被検査物体を触覚センサ用ゴム１で構成されるゴムセンサ部２に近づけて、ゴムセンサ部２と被検査物体（物体Ｂ）とを接触させた。そのときにかかる垂直力をロードセル２２で測定した。また、被検査物体と接触した触覚センサ用ゴム１（ゴムセンサ部２）を、アクチュエータ１３により平行移動させて被検査物体上を掃引速度１．７ｍｍ／ｓで掃引した。そのときにかかる平行応力（せん断力）をロードセル１２で測定した。また、掃引される物体の移動距離をレーザ変位計で測定した。なお、被検査物体が電極３に当たらないように、被検査物体をゴムセンサ部２の両電極間の表面に当てて掃引した。
【００９０】
図１１（ａ）に、ザラザラ面の被検査物体（物体Ｂ２）の凹凸面の波形を示す。また、図１１（ｂ）は、物体Ｂ１から物体Ｂ２にかけて被検査物体を掃引した際における、ゴム中を流れる電流（Electric current）、垂直力（Normal force）、せん断力（Shear Force）の変化を示すグラフである。横軸は、掃引時間を示している。図１１（ｂ）のグラフにおいては、ゴムセンサ部２が被検査物体Ｂと接触して垂直力がかけられた状態で、ゴムセンサ部２が掃引を開始した時点（アクチュエータによって平行移動を開始した時点）を測定開始時（０［ｓ］）としている。
【００９１】
試験では、被検査物体Ｂはアクリル板と紙やすりであり、触覚センサ用ゴム１は、測定開示直後はアクリル板の表面を移動し、途中から紙やすりの表面を移動することになる。グラフ中のＢＣ点は、紙やすりの表面を撫で始める開始時点（アクリル板から紙やすりに替わる時点）である。
【００９２】
図１１（ｂ）に示されるように、紙やすりの凹凸のザラザラ面を撫で始めると、電流が一度小さくなるとともに垂直力及びせん断力が一度大きくなるが、そのうち、電流が徐々に大きくなるとともに垂直力及びせん断力が徐々に小さくなる現象が見られる。この現象が起こる理由は、次のように考えられる。ゴムセンサ部２を構成するゴム表面の指紋形状は凹凸状になっているが、これが撫でられるザラザラな物体表面の凹凸面上を滑る時、ゴムの進行方向とは逆方向に指紋の凹凸部が傾く。このとき、指紋の凹凸部の中にはゴムの進行方向に戻ろうとする（バックラッシュ）部分もあるので、このバックラッシュによりゴムセンサ部２に掛かるせん断力や垂直力が変化し、同時にゴム中を流れる電流も変化するものと考えられる。なお、図１１（ｂ）では、アクリル板よりも紙やすりを撫でたときの方が、電流波形が乱れている（上下に振幅する）ことも確認される。
【００９３】
次に、表３に示す表面粗さの異なる５種類の紙やすりを使用し、上記と同様にしてツルツル面（アクリル板）からザラザラ面（紙やすり）にかけて連続的に撫でて試験を行った。なお、ツルツル面は、上記同様、表面の粗さがＲａ＝０．１９μｍ、Ｒｙ＝７．１μｍ、Ｒｑ＝０．３７μｍのアクリル板表面である。また、図９に示す実験装置を使用した。
【００９４】
【表３】
図１２に、それぞれの電流波形のグラフを示す。このグラフにおいて、ＢＣの時点が、ツルツル面とザラザラ面の境界である。なお、種々のザラザラ面に対する測定毎にゴムセンサ部２を電極に取り付け直しているので、掃引を開始する前の電流値が実験ごとに若干異なってくる。したがって、ツルツル面とザラザラ面とでの電流変化の違いをより明確に見るために、グラフにおいては縦軸の電流について、ゴムセンサ部２により掃引を開始する前の電流値を０に補正して整理している。
【００９５】
図１２のグラフより、ザラザラな物体表面の表面粗さが小さくなるほど、電流波形の変化が小さくなることが分かる。これは、ザラザラな物体表面の表面粗さが小さくなると、ザラザラな面の凹凸面に対する指紋の引っ掛かりが弱くなるためであると考えられる。
【００９６】
次に、ゴムセンサ部２の表面に指紋状の凹凸を付けた場合と付けない場合について比較するために、実施例１により同様の試験を行った。
【００９７】
図１３に、実施例１により得た触覚センサ用ゴムが平滑面から凹凸面のある物体の表面を連続的に撫でた時における、ゴム中を流れる電流（Electric current）の変化を示す。なお、ツルツル面は、表面の粗さがＲａ＝０．１９μｍ、Ｒｙ＝７．１μｍ、Ｒｑ＝０．３７μｍのアクリル板表面である。ザラザラ面は、紙やすり４の代わりに紙やすり４ａ（粗面４ａ、Ｒａ＝５．７８μｍ）を用いた以外は、図１２の場合と同様とした。また、実験装置は図９と同じものを使用した。
【００９８】
図１３のグラフより、ザラザラな物体表面の表面粗さが小さくなるほど、電流波形の変化が小さくなることが分かる。また、図１２と図１３の各グラフを比較して分かるように、実施例１の触覚センサ用ゴムにおいては、ツルツルな面からザラザラな面を撫でる時の電流波形の変化は十分に大きいが、その変化の大きさは、指紋状凹凸を設けた実施例２の場合よりかは小さい。つまり、指紋状の凹凸をゴムセンサ部の表面に設けた場合は、凹凸面のある物体の表面の波形の変化を検出する感度が向上することが確認された。したがって、触覚センサ用ゴムの表面には指紋状の凹凸を付けた方が好ましいことが確認された。
【００９９】
次に、市販の感圧導電性ゴムについて同様の試験を行い、市販の感圧導電性ゴムを用いた場合と、風船用の天然ゴムを用いた触覚センサ用ゴム（超高感度ＭＣＦゴム）の場合とについて、比較を行った。
【０１００】
図１４に、市販の感圧導電性ゴム（比較例６）が凹凸面のある物体の表面を撫でたときのゴム中を流れる電流の変化を示す。感圧導電性ゴムは指紋状の凹凸は設けられていない。なお、ツルツル面は、上記同様、表面の粗さがＲａ＝０．１９μｍ、Ｒｙ＝７．１μｍ、Ｒｑ＝０．３７μｍのアクリル板表面である。ザラザラ面は、紙やすり４ａ（粗面４ａ、Ｒａ＝５．７８μｍ）を加えた以外は、図１２の場合と同様とした。また、図９に示す実験装置を使用した。比較例６の感圧導電性ゴムは横浜ゴム（株）製の感圧導電性ゴムサンプル（炭素粉混合、厚み１ｍｍ）である。
【０１０１】
この感圧導電性ゴムは、表面に指紋状の凹凸が設けられていない平板状のゴムであるため、図１３のグラフと比較する。図１４のグラフに示すように、市販の感圧導電性ゴムの場合、実施例１による触覚センサ用ゴムと比較して、ツルツルな面からザラザラな面を撫でるときの電流波形の変化は明確ではない。また、ザラザラな物体表面の表面粗さの大きさによる電流波形の違いも明確ではない。したがって、市販の感圧導電性ゴムでは、凹凸面のある物体の表面の変化をよく捕えることができないことが確認された。
【０１０２】
以上のように、実施例１、２のような触覚センサ用ゴムは、市販の感圧導電性ゴムよりもツルツル面とザラザラ面の相違を判別しており、その感度は、指紋状の凹凸が設けられることにより高まることが確認された。
【０１０３】
図１２に示すように、指紋状の凹凸が設けられたＭＣＦゴムの結果より、物体表面の表面粗さが小さくなるほど、電流波形の変化が小さくなることから、撫でられる物体表面の表面粗さと電流波形には一定の法則があることが予想される。
【０１０４】
図１５は、上記（図１２）の結果に基づき、表面粗さの指標であるＲａ、Ｒｙ、Ｒｑについて、それぞれの電流量をＲａ，Ｅ、Ｒｙ，Ｅ、Ｒｑ，Ｅとして示したグラフである。図１５（ａ）はＲａのグラフ、図１５（ｂ）はＲｙのグラフ、図１５（ｃ）はＲｑのグラフを示す。
【０１０５】
図１５のグラフより、Ｒａ、Ｒｙ、Ｒｑと、Ｒａ，Ｅ、Ｒｙ，Ｅ、Ｒｑ，Ｅとにはそれぞれ相関関係があることが分かる。
【０１０６】
このことから、触覚センサ用ゴムには、色々な発展性が期待される。例えば、表面粗さ計では計測が困難な物体（衣服や動植物の皮膚など）の粗さ測定や、大型物体の製作や点検時における一部の表面計測（例えば、大規模なタービンブレードにおける面を傷を付けることなく計測するなど）など、従来、表面粗さ計測が困難な場合における測定が挙げられる。
【０１０７】
また、ザラザラ面だけでなく、アクリル板のような鏡面仕上げ面のツルツル面まで、ＭＣＦゴムにより粗さ計測が可能である。また、物体表面を撫でた時のツルツル感やザラザラ感は、この電流波形の表面粗さの指標と同じく定義されるＲａ，Ｅ、Ｒｙ，Ｅ、Ｒｑ，Ｅにより物理量として表現することができ、ツルツル度やザラザラ度を数値化することが可能である。
【０１０８】
（試験例３）
種々の凹凸面を持つ面をＭＣＦゴム（触覚センサ用ゴム）により撫でる試験を行った。触覚センサＡとしては、図１に示すようなものを用いた。触覚センサ用ゴムは実施例２のもの（凹凸有）を用いた。なお、実験条件は、掃引速度１．７ｍｍ／ｓで掃引し、電圧３３Ｖを印加するものとした。
【０１０９】
（指）
図１６に、被験者（ヒト：男性）の左手の中指（Ｆ）の手の甲側の皮膚の上を、第２関節手前から第２関節（Ｆ２）と第１関節（Ｆ１）を通り爪の根本（Ｆ０）付近までＭＣＦゴムで撫でたときのゴム中を流れる電流の変化を示す。図１７は、測定に用いた指（Ｆ）の写真である。
【０１１０】
図１６のグラフでは、モイスチャークリームを塗り、しっとりした肌の場合を黒丸で、モイスチャークリームを塗らないで乾燥した肌の場合を白丸で示している。このグラフより、第２関節と第１関節、爪の根本では皮膚がたるむので、その影響により電流変化があり、皮膚の形状を捉えていることが分かる。また、クリームを塗ってしっとりした肌の場合の方が、クリームを塗らないで乾燥した肌の場合よりも電流変化が全体的に小さいことが分かる。つまり、化粧品を塗った肌とそうでない肌との違いを捉えることができる。
【０１１１】
（果実）
図１８に、アンデスメロンとメキシコ産オレンジの果実の表面をＭＣＦゴムで撫でたときの電流変化を示す。図１９は試験に使用した果実（物体Ｂ）を示しており、図１９（ａ）はアンデスメロンの表面の写真であり、図１９（ａ）はメキシコ産オレンジの表面の写真である。
【０１１２】
この試験では、果実のないところから測定を始め、ＭＣＦゴムを徐々に動かし、途中から果実の表面をＭＣＦゴムで撫でるようにした。なお、果実なしの部分から測定を始めたのは、果実の表面の状態の変化を分かり易くするためである。
【０１１３】
図１８のグラフから、果実を撫で始めると電流の変化が生じており、果実の表面はツルツルではないことが分かる。特に、アンデスメロンの表面は凸型の筋がついているので、その凹凸変化を電流の変化として感度よく捉えていることが分かる。
【０１１４】
（布）
市販の布をＭＣＦゴムが撫でたときの電流変化を調べた。図２０は、測定に使用した布（物体Ｂ）を示しており、（ａ）は試験布１、（ｂ）は試験布２、（ｃ）は試験布３の写真を示している。このような３種の布を使用した。また、この試験では、図９に示すような実験装置を用いた。
【０１１５】
表４に、使用した布の表面粗さと硬さを示す。表面粗さは表面粗さ計ＳＪ−４０１により測定し、硬さは硬度計（ＷＲ−２０２ＮＡ、ＷＥＳＴＯＰ（株）製）により測定した。
【０１１６】
【表４】
図２１は、試験布２を撫でたときの電流（Electriccurrent）、垂直力（Normalforce）、せん断力（ShearForce）の変化を示している。布の表面を撫でることにより、電流変化が生じることが確認された。試験布１、３を撫でたときの電流（Electric current）、垂直力（Normal force）、せん断力（Shear Force）の変化も同様の結果であった。
【０１１７】
図２２に、布の表面粗さＲａと、ＭＣＦゴム中を流れる電流波形のＲａ，Ｅとの関係を示す。試験例２の場合と同じように、Ｒａの増加に従いＲａＥも増加することが予測されたが、この試験では、Ｒａの値が高くなる場合（試験布１）において電流量が下がっている。その理由は、試験布１は、他の布に比べて柔らかいからであると考えられる。つまり、ＭＣＦゴムは、表面粗さだけでなく、柔らかさまで評価できることが確認された。
【０１１８】
（試験例３）
触覚センサを用いて物体の柔らかさを測定する実験を行った。
【０１１９】
図２３は、被検査物体（物体Ｂ）であるシリコーンジェルの写真である。このシリコーンジェルは、シリコーンオイル（ＫＥ−１３００Ｔ、信越化学工業（株）製）にシンナーと硬化剤を混合して硬化させて作製したものである。このとき、シンナーの配合量を変化させて、柔らかさの異なるものを形成した。シンナーの配合量は、ＫＥ−１３００Ｔの重量に対して１．５倍、２．０倍、２．５倍、３．０倍、３．５倍の重量（この希釈倍率をｎとする）とした。硬化剤の配合量はＫＥ−１３００Ｔの重量の１／１０の重量とした。シリコーンジェルの形状は、直径φ５０ｍｍ、高さ（厚み）１０ｍｍ程度の高さの低い円柱形状である。
【０１２０】
図２４に、各シリコーンジェルに直径φ１０ｍｍの鉄球を荷重速度５０ｍｍ／ｓｅｃで押し込んで、万能（引っ張り・圧縮）試験機（ＡＧ−１０ＫＮＥ、島津製作所（株）製）により測定した押し付け量（Stroke）と押し付け力（Force）との関係を示す。また、グラフに、この試験結果を２次曲線で近似した式を示す。ここで、近似曲線の関数の２次の項における係数ａを柔らかさの指標とし、希釈倍率ｎとの関係を調べた。
【０１２１】
図２５に、希釈倍率ｎと係数ａとの関係のグラフを示す。なお、グラフには、希釈倍率を０．５倍、１．０倍、１．５倍、２．０倍、２．５倍として別にシリコーンジェルを調製し、同様に測定したときのものも示している。このグラフより、希釈するほど係数ａの値は小さくなり、シリコーンジェルが柔らかくなることが分かる。よって、柔らかさの指標として係数ａを使用することができる。
【０１２２】
このようなシリコーンジェルについて、ＭＣＦゴム（触覚センサ用ゴム）により撫でた試験を行った。触覚センサＡとしては、図１に示すようなものを用いた。触覚センサ用ゴムは実施例２のもの（凹凸有）を用いた。なお、実験条件は、掃引速度１．７ｍｍ／ｓで掃引し、電圧３３Ｖを印加するものとした。掃引方向は、図２３の矢印に示す方向である。
【０１２３】
シリコーンジェルを掃引したときのＭＣＦゴム中を流れる電流波形から、Ｒａ、Ｒｙ、Ｒｑが得られ、そのＲａ、Ｒｙ、Ｒｑから計算によりＲａ，Ｅ、Ｒｙ，Ｅ、Ｒｑ，Ｅが得られる。なお、各シリコーンジェルは弾力性があり表面粗さ計による測定ができないので、各シリコーンジェルの表面粗さの測定値はない。しかしながら、硬くないシリコーンジェルでは、シリコーンジェルの弾力性が電流波形によって表れ、表面粗さの指標Ｒａ、Ｒｙ、Ｒｑと同様のものとして反映される。したがって、電流波形によって示される表面粗さをＲａ、Ｒｙ、Ｒｑ（単位：［Ａ］（アンペア））として表すことができる。
【０１２４】
表５に、電流波形から求めたＲａ、Ｒｙ、Ｒｑを示す。図２６は、係数ａと、Ｒａ，Ｅ、Ｒｙ，Ｅ、Ｒｑ，Ｅとの関係を示すグラフである。表５及び図２６では、希釈倍率（ｎ）１．５倍、２．５倍、３．０倍、３．５倍を示している。図２６（ａ）はＲａ，Ｅのグラフ、図２６（ｂ）はＲｙ，Ｅのグラフ、図２６（ｃ）はＲｑ，Ｅのグラフを示す。このグラフより、係数ａが小さいほど、すなわち、シリコーンジェルが柔らかいほど、Ｒａ，Ｅ、Ｒｙ，Ｅ、Ｒｑ，Ｅが減少することが分かる。したがって、ＭＣＦゴムは柔らかさを評価できることが確認された。
【０１２５】
【表５】
（実施例３）
実施例１の触覚センサ用ゴムを用い、これを樹脂体であるシリコーンゴムにより被覆して樹脂被膜付き触覚センサ用ゴムを作製した。樹脂体による被覆方法は、図５に示すような方法により行った。具体的手順を以下に示す。
【０１２６】
まず、シリコーンオイル（ＫＥ−１３００Ｔ、信越化学工業（株）製）６０ｇにシンナー１０ｇ、硬化剤６ｇを混合して硬化させ、樹脂体８としてシリコーンオイルゴムを二つ作製した。樹脂体８は、厚み０．０９〜１．２５ｍｍ程度のものである。この一対のシリコーンオイルゴムで、実施例１の触覚センサ用ゴムを挟み込んで被覆した。このとき、触覚センサ用ゴムの表面に電極３，３として厚さ０．０４〜０．０７ｍｍの薄い電極板を取り付け、電極板の端部が樹脂体８からはみ出して外部に露出するようにした。これにより、ＭＣＦゴムが空気から遮断された樹脂被膜付き触覚センサ用ゴムが得られた。
【０１２７】
図２７に、実施例３により得た樹脂被膜付き触覚センサ用ゴムの写真を示す。この樹脂被膜付き触覚センサ用ゴムは触覚センサのゴムセンサ部として利用することができるものである。
【０１２８】
（実施例４）
実施例１の触覚センサ用ゴムを用い、これを樹脂体である凹凸を有するシリコーンゴムにより被覆して凹凸樹脂被膜付き触覚センサ用ゴムを作製した。樹脂体による被覆方法は、図５に示す方法により行った。具体的手順を以下に示す。
【０１２９】
まず、シリコーンオイル（ＫＥ−１３００Ｔ、信越化学工業（株）製）６０ｇにシンナー１０ｇ、硬化剤６ｇを混合して硬化させ、樹脂体８としてシリコーンオイルゴムを二つ作製した。このとき、一方のシリコーンオイルゴムには型材を用いて、凸部（山）の高さが１．５ｍｍ、凸部（山）の幅０．８ｍｍ、凸部間の間隔が１．２ｍｍの同心円状の指紋形状をシリコーンオイルゴムの表面に設けた。これにより、凹凸１０ａを有する樹脂体８を得た。樹脂体８の厚みは、凹部の位置で０．０９ｍｍ程度であり、凸部の位置で１．２５ｍｍ程度である。この二つのシリコーンオイルゴムで、実施例１の触覚センサ用ゴムを挟み込んで被覆した。このとき、触覚センサ用ゴムの表面の内部に電極３，３として厚さ０．０４〜０．０７ｍｍの薄い電極板を取り付けるとともに、この電極板に線径φ０．０６ｍｍの導線９を樹脂体８から外部に飛び出すように取り付けた。これにより、ＭＣＦゴムが空気から遮断された凹凸樹脂被膜付き触覚センサ用ゴムが得られた。
【０１３０】
図２８に、実施例４により得た凹凸樹脂被膜付き触覚センサ用ゴムの写真を示す。この樹脂被膜付き触覚センサ用ゴムは触覚センサのゴムセンサ部として利用することができるものである。
【符号の説明】
【０１３１】
Ａ 触覚センサ
Ｂ 物体
１ 触覚センサ用ゴム
２ ゴムセンサ部
３ 電極
４ 非磁性体プレート
５ 永久磁石
７ 金属ワイヤ
８ 樹脂体
１０ 凹凸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性流体とＮｉとを含有する磁気混合流体と、風船用の天然ゴム材料との混合物を磁場の存在下で硬化させることによって得られることを特徴とする触覚センサ用ゴム。
【請求項２】
表面に凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の触覚センサ用ゴム。
【請求項３】
前記磁気混合流体はＣｕを含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の触覚センサ用ゴム。
【請求項４】
シート体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の触覚センサ用ゴム。
【請求項５】
樹脂体によって被覆されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の触覚センサ用ゴム。
【請求項６】
樹脂体の表面に凹凸が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の触覚センサ用ゴム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の触覚センサ用ゴムによって構成されるゴムセンサ部と、このゴムセンサ部に接する一対の電極と、を備え、
前記一対の電極の間に電圧を印加し、前記ゴムセンサ部の表面に対して物体を接触させた際の電極間に流れる電流変化により、前記物体を検出することを特徴とする触覚センサ。
【請求項８】
前記物体の接触、接触力、表面粗さ、及び、柔らかさ、から選ばれるいずれか一つ以上を検出することを特徴とする触覚センサ。
【請求項１】
磁性流体とＮｉとを含有する磁気混合流体と、風船用の天然ゴム材料との混合物を磁場の存在下で硬化させることによって得られることを特徴とする触覚センサ用ゴム。
【請求項２】
表面に凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の触覚センサ用ゴム。
【請求項３】
前記磁気混合流体はＣｕを含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の触覚センサ用ゴム。
【請求項４】
シート体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の触覚センサ用ゴム。
【請求項５】
樹脂体によって被覆されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の触覚センサ用ゴム。
【請求項６】
樹脂体の表面に凹凸が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の触覚センサ用ゴム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の触覚センサ用ゴムによって構成されるゴムセンサ部と、このゴムセンサ部に接する一対の電極と、を備え、
前記一対の電極の間に電圧を印加し、前記ゴムセンサ部の表面に対して物体を接触させた際の電極間に流れる電流変化により、前記物体を検出することを特徴とする触覚センサ。
【請求項８】
前記物体の接触、接触力、表面粗さ、及び、柔らかさ、から選ばれるいずれか一つ以上を検出することを特徴とする触覚センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図１５】
【図１６】
【図１８】
【図２１】
【図２２】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１７】
【図１９】
【図２０】
【図２３】
【図２７】
【図２８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図１５】
【図１６】
【図１８】
【図２１】
【図２２】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１７】
【図１９】
【図２０】
【図２３】
【図２７】
【図２８】
【公開番号】特開２０１３−１０１０８０（Ｐ２０１３−１０１０８０Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４５７９２（Ｐ２０１１−２４５７９２）
【出願日】平成２３年１１月９日（２０１１．１１．９）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２３年８月３０日 日本実験力学会発行の「日本実験力学会講演論文集２０１１年度年次講演会Ｎｏ．１１（２０１１）」に発表
【出願人】（５０５０８９６１４）国立大学法人福島大学 (34)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月９日（２０１１．１１．９）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２３年８月３０日 日本実験力学会発行の「日本実験力学会講演論文集２０１１年度年次講演会Ｎｏ．１１（２０１１）」に発表
【出願人】（５０５０８９６１４）国立大学法人福島大学 (34)
【Ｆターム（参考）】
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