(57)【要約】【課題】圧力検知において利便性が向上されたセンサモジュールを得る。【解決手段】センサモジュールには、外力によって変位可能な長尺のチューブ３０が用いられ、チューブ３０内に圧電センサ２０が収容されて、チューブ３０の変位によって圧電センサ２０が変位することで、内部導体２２及び外周導体２４と共に圧電体２６が変位し、内部導体２０と外周導体２４との間の電位差が変化する。検出部１４は、電位差の変化に応じた出力電圧を出力する。このため、長尺のチューブ３０に外力が加わることで、チューブ３０に外力が加わったことを検知できるので、接触センサとしての利便性を向上できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外力によって変位可能にされた長尺状のチューブと、
各々が外力によって変位する可撓性を有し、一方に設けた圧電体が変位されることで変位に応じて電位差に変化が生じる長尺状の一対の電極を備え、長手方向が前記チューブの長手方向に沿い該チューブの変位に追従して変位可能の配置される圧電基材と、
前記圧電基材における前記電位差の変化を検知する検知部と、
を含むセンサモジュール。
【請求項２】
前記検知部は、圧電基材の前記一対の電極の間の前記電位差を検知し、該電位差に応じた信号を出力する請求項１に記載のセンサモジュール。
【請求項３】
前記検知部は、前記圧電基材の変位直前の電位差を基準にして変位直後の電位差を検知することを含む請求項２に記載のセンサモジュール。
【請求項４】
前記圧電基材は、長尺状の前記圧電体が前記一対の電極の一方の外周に対して一方向に螺旋状に巻回されている請求項１から請求項３の何れか１項に記載のセンサモジュール。
【請求項５】
前記圧電体には、有機圧電材料が用いられる請求項１から請求項４の何れか１項に記載のセンサモジュール。
【請求項６】
前記圧電体は、光学活性を有するヘリカルキラル高分子（Ａ）である請求項１から請求項５の何れか１項に記載のセンサモジュール。
【請求項７】
前記ヘリカルキラル高分子（Ａ）は、ポリ乳酸である請求項６に記載のセンサモジュール。
【請求項８】
前記圧電基材は、外周が絶縁被覆されている請求項１から請求項７の何れか１項に記載のセンサモジュール。
【請求項９】
前記チューブは、熱可塑性樹脂からなる請求項１から請求項８の何れか１項に記載のセンサモジュール。
【請求項１０】
前記チューブは、内部が中空とされている請求項１から請求項９の何れか１項に記載のセンサモジュール。
【請求項１１】
前記圧電基材は、前記チューブの内周面に複数が互いに離間されて配置されている請求項１から請求項１０の何れか１項に記載のセンサモジュール。
【請求項１２】
前記圧電基材は、前記チューブの内周面に螺旋状に巻回されている請求項１から請求項１０の何れか１項に記載のセンサモジュール。
【請求項１３】
前記チューブ内に可撓性の内側チューブが収容され、前記圧電基材が前記チューブと前記内側チューブとの間に配置されている請求項１から請求項１２の何れか１項に記載のセンサモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野に用いられる内視鏡スコープには、被験者の体内に挿入される挿入部の先端部分に圧力センサが装着されることがあり、特許文献１には、内視鏡装置において、挿入部以外の部分において圧力を検出可能な圧力センサが開示されている。
【０００３】
特許文献１の圧力センサには、第１電極と感圧部材と第２電極とが順に積層された断面構造とされた環状の装着部分(環状部分)が用いられており、圧力センサは、装着部分が内視鏡スコープの挿入部の湾曲部分に配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−０８０１７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記装着部分の大きさは、挿入部の湾曲部における外径変化量とし、シミュレーション計算や実験結果等に基づいて内視鏡スコープごとに設定される。また、圧力センサは、装着部分が湾曲部に設けられるために、湾曲部を外れた位置においては、圧力が検出されない懸念があり、利便性に改善の余地がある。
【０００６】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、圧力検知において利便性が向上されたセンサモジュールの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明は、以下の態様を含む。
＜１＞  外力によって変位可能にされた長尺状のチューブと、各々が外力によって変位する可撓性を有し、一方に設けた圧電体が変位されることで変位に応じて電位差に変化が生じる長尺状の一対の電極を備え、長手方向が前記チューブの長手方向に沿い該チューブの変位に追従して変位可能の配置される圧電基材と、前記圧電基材における前記電位差の変化を検知する検知部と、を含むセンサモジュール。
【０００８】
＜２＞  前記検知部は、圧電基材の前記一対の電極の間の前記電位差を検知し、該電位差に応じた信号を出力する＜１＞のセンサモジュール。
＜３＞  前記検知部は、前記圧電基材における変位直前の電位差を基準にして変位直後の電位差を検知することを含む＜２＞のセンサモジュール。
【０００９】
＜４＞  前記圧電基材は、長尺状の前記圧電体が前記一対の電極の一方の外周に対して一方向に螺旋状に巻回されている＜１＞から＜３＞の何れか１のセンサモジュール。
＜５＞  前記圧電体には、有機圧電材料が用いられる＜１＞から＜４＞の何れか１のセンサモジュール。
【００１０】
＜６＞  前記圧電体は、光学活性を有するヘリカルキラル高分子（Ａ）である＜１＞から＜５＞の何れか１のセンサモジュール。
＜７＞  前記ヘリカルキラル高分子（Ａ）は、ポリ乳酸である＜６＞のセンサモジュール。
＜８＞  前記圧電基材は、外周が絶縁被覆されている＜１＞から＜７＞の何れか１のセンサモジュール。
＜９＞  前記チューブは、熱可塑性樹脂からなる＜１＞から＜８＞の何れか１のセンサモジュール。
【００１１】
＜１０＞  前記チューブは、内部が中空とされている＜１＞から＜９＞の何れか１のセンサモジュール。
＜１１＞  前記圧電基材は、前記チューブの内周面に複数が互いに離間されて配置されている＜１＞から＜１０＞の何れか１のセンサモジュール。
＜１２＞  前記圧電基材は、前記チューブの内周面に螺旋状に巻回されている＜１＞から＜１０＞の何れかのセンサモジュール。
【００１２】
＜１３＞  前記チューブ内に可撓性の内側チューブが収容され、前記圧電基材が前記チューブと前記内側チューブとの間に配置されている＜１＞から＜１２＞の何れか１のセンサモジュール。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように本態様のセンサモジュールでは、外力などによって長尺状のチューブに変位が生じると、チューブ内の圧電センサにおいて一対の電極の電位差が変化し、電位差の変化が検知部によって検知されるので、圧力検知において利便性が向上される、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係るセンサモジュールの概略構成図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は、各々圧電センサの具体例を示す径方向視の側面図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は、各々ラインセンサの具体例を示す主要部の斜視図である。
【図４】ラインセンサの図３（Ａ）〜図３（Ｃ）とは異なる具体例を示す主要部の斜視図である。
【図５】本実施形態に係るカテーテル装置の概略構成図である。
【図６】センサモジュールの他の使用例を示す車両前部の概略図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｃ）は、各々実施例に係るラインセンサの主要部の斜視図である。
【図８】（Ａ）は、曲げ試験を示す概略図、（Ｂ）は、捩り試験を示す概略図である。
【図９】（Ａ）〜（Ｃ）は、各々引張試験における時間に対する張力及び出力電圧を示す線図であり、（Ａ）は実施例１、（Ｂ）は実施例２、（Ｃ）は実施例３を示す。
【図１０】（Ａ）〜（Ｃ）は、各々曲げ試験における時間に対する押圧力及び出力電圧を示す線図であり、（Ａ）は実施例１、（Ｂ）は実施例２、（Ｃ）は実施例３を示す。実施例２の試験結果として時間に対する電圧変化を示す線図である。
【図１１】（Ａ）〜（Ｃ）は、各々Ｓ方向への捩り試験における時間に対するトルク及び出力電圧を示す線図であり、（Ａ）は実施例１、（Ｂ）は実施例２、（Ｃ）は実施例３を示す。
【図１２】（Ａ）〜（Ｃ）は、各々Ｚ方向への捩り試験における時間に対するトルク及び出力電圧を示す線図であり、（Ａ）は実施例１、（Ｂ）は実施例２、（Ｃ）は実施例３を示す。
【図１３】実施例１から実施例３の各々の評価を示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
本明細書において、長尺平板状の圧電体の「主面」とは、長尺平板状の圧電体の厚さ方向に直交する面（言い換えれば、圧電体の長さ方向及び幅方向を含む面）を意味する。
本明細書において、部材の「面」は、特に断りがない限り部材の主面を意味する。
本明細書において、厚さ、幅及び長さは、通常の定義通りに厚さ＜幅＜長さの関係を満たす。
本明細書において、２つの線分のなす角度は、０°以上、９０°以下の範囲で表す。
【００１６】
図１には、本実施形態に係るセンサモジュール１０の主要部が概略構成図にて示されている。
【００１７】
図１に示すように、センサモジュール１０は、圧電基材としてのラインセンサ１２、及び検知部としての検出部１４を含んでいる。ラインセンサ１２は、外力によって変位可能にされた長尺状のチューブと、各々が外力によって変位する可撓性を有し、一方に設けた圧電体が変位されることで変位に応じて電位差に変化が生じる長尺状の一対の電極を備え、長手方向がチューブの長手方向に沿い該チューブの変位に追従して変位可能の配置される圧電基材と、圧電基材における電位差の変化を検知する検知部と、を含んでいる。
【００１８】
また、検出部１４は、圧電基材の一対の電極の間の電位差を検知し、該電位差に応じた信号を出力する。また、検出部１４は、変位直前の電位差を基準にして変位直後の電位差を検知して、検知した電位差を出力する。
【００１９】
ラインセンサ１２には、圧電基材及び圧電ラインとしての圧電センサ２０が用いられている。圧電センサ２０は、一対の電極として互いに対向された第１の導体及び第２の導体を備え、第１の導体及び第２の導体が外力によって変位（変形）可能にされている。第１の導体及び第２の導体の間には、絶縁体として圧電体が設けられており、圧電体は、印加された張力によって変位することにより分極を発生する。
【００２０】
圧電センサ２０は、外力によって第１の導体及び第２の導体が変位され圧電体が変位されることで、圧電体の変位に応じた分極及びその分極によって導体に電荷が誘起されて、第１の導体と第２の導体との間に電位差が生じる構成とされている。圧電センサ２０が受ける外力には、引張、加圧及び屈曲が含まれ、変位には、これらの外力に応じた部分的又は全体的な伸長、圧縮などの復帰可能な変形（非塑性変形）が含まれる。
【００２１】
第１の導体及び第２の導体としては、平板状の導体又は帯板状の導体を適用できる。また、第１の導体及び第２の導体としては、一方が筒形状にされると共に、他方が線状又は糸状（細い棒状）にされて、一方の導体の同軸上に他方の導体が配置された構成とされてもよい。本実施形態の圧電センサ２０は、一例として第１の導体及び第２の導体の一方が筒形状にされて、他方が糸状又は棒状とされている。
【００２２】
図２（Ａ）には、本実施形態の態様に係る圧電センサ２０の概略構成の一例が側面図にて示されている。
【００２３】
図２（Ａ）に示すように、圧電センサ２０は、第１の導体及び第２の導体（一対の電極）の一方としての長尺状の内部導体２２を備えると共に、第１の導体及び第２の導体の他方としての略筒形状の外周導体２４を備えている。圧電センサ２０は、内部導体２２と外周導体２４とが軸心が略同軸上に配置されてライン状（同軸ケーブル状）に形成されている。
【００２４】
圧電センサ２０の内部導体２２としては、任意の導体を用いることができるが、錦糸線であることがより好ましい。錦糸線の形態は、繊維に対して圧延銅箔が螺旋状に巻回された構造を有するが、電気伝導度の高い銅が用いられていることにより出力インピーダンスを低下させることが可能となり、電圧信号の検出が容易となると共に、圧電感度及び圧電出力の安定性をより向上できる。
【００２５】
圧電センサ２０には、長尺状の圧電体２６が設けられている。圧電体２６は、有機物（有機化合物、有機圧電材料）であり、光学活性を有するヘリカルキラル高分子（Ａ）を含んでいることが好ましい。なお、圧電センサ２０は、第１の導体及び第２の導体の一方に圧電体２６が設けられればよい。
【００２６】
圧電体２６に含まれるヘリカルキラル高分子（Ａ）としては、圧電性をより向上させる観点から、下記式（１）で表される繰り返し単位を含む主鎖を有するポリ乳酸（polylactic  acid：ＰＬＡ）系高分子であることが好ましく、また、Ｄ体又はＬ体からなることが好ましい。圧電体２６は、長さ方向とヘリカルキラル高分子（Ａ）の主配向とが略平行とされており、圧電体２６は、配向度Ｆが、０．５以上、１．０未満とされている。なお、ヘリカルキラル高分子（Ａ）の主配向方向とは、ヘリカルキラル高分子（Ａ）の主たる配向方向を意味する。また、配向度Ｆは、圧電体２６に含まれるヘリカルキラル高分子（Ａ）の配向の度合いを示す指標であり、例えば、広角Ｘ線回折装置（リガク社製 ＲＩＮＴ２５５０、付属装置：回転試料台、Ｘ線源：ＣｕＫα、出力：４０ｋＶ ３７０ｍＡ、検出器：シンチレーションカウンター）により測定されるｃ軸配向度である。圧電体２６のヘリカルキラル高分子（Ａ）の主配向方向は、圧電体２６の配向度Ｆを測定することによって確認できる。
【００２７】
【化１】
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【００２８】
外周導体２４には、内部導体２２の外周面に沿いかつ隙間がないようにされて、圧電体２６が一方向に螺旋状に巻回されて形成されている。外周導体２４は、帯状の導体の少なくとも一方の面に圧電体２６が設けられ、圧電体２６と共に内部導体２２に対して一方向に螺旋状に巻回されることで、筒状に形成されてもよい。圧電体２６は、一方向に螺旋状に巻回されていることで、外周導体２４に加圧（例えば、径方向外側からの押圧）、引張、屈曲等を生じさせる外力を受けた際に、長さ方向に張力（応力）が印加される。圧電体２６は、長さ方向に張力（応力）が印加されることで変位し、ヘリカルキラル高分子（Ａ）にずり力が加わり、外周導体２４の径方向にヘリカルキラル高分子（Ａ）の分極が生じる。その分極方向は、螺旋状に巻回された圧電体２６を、その長さ方向に対して平面と見做せる程度の微小領域の集合体とみなした場合、その構成する微小領域の平面に張力（応力）に起因したずり力がヘリカルキラル高分子（Ａ）に印加された際の圧電応力定数に起因して発生する電界の方向と略一致する。
【００２９】
具体的には、例えばポリ乳酸（ＰＬＡ）において分子構造が左巻き螺旋構造からなるＬ−乳酸のホモポリマー（ＰＬＬＡ）の場合、ＰＬＬＡの主配向方向と長さ方向が略平行な圧電体２６を、内部導体２２に対して左巻きに螺旋状に巻回した構造体に張力（応力）が印加されると、径方向に平行に、張力と垂直な円状断面の中心から外側方向への電界（分極）が発生する。また、これとは逆に、ＰＬＬＡの主配向方向と長さ方向が略平行な圧電体２６を、内部導体２２に対して右巻きに螺旋状に巻回した構造体に張力（応力）が印加された場合、径方向に平行に、張力と垂直な円状断面の外側から中心方向への電界（分極）が発生する。
【００３０】
また、例えば分子構造が右巻き螺旋構造からなるＤ−乳酸のホモポリマー（ＰＤＬＡ）の場合、ＰＤＬＡの主配向方向と長さ方向が略平行な圧電体２６を、内部導体２２に対して左巻きに螺旋状に巻回した構造体に張力（応力）が印加されると、径方向に平行に、張力と垂直な円状断面の外側から中心方向への電界（分極）が発生する。また、これとは逆に、ＰＤＬＡの主配向方向と長さ方向が略平行な圧電体２６を、内部導体２２に対して右巻きに螺旋状に巻回した構造体に張力（応力）が印加されると、径方向に平行に、張力と垂直な円状断面の中心から外側方向への電界（分極）が発生する。
【００３１】
これにより、圧電センサ２０は、長さ方向に張力が印加された際、螺旋状に配置された圧電体２６の各部位において、張力に比例した電位差が位相の揃った状態で発生するため、圧電センサ２０は、効果的に張力に比例した電圧（電位差）信号を出力できる。
【００３２】
圧電センサ２０は、内部導体２２と外周導体２４との間において、内部導体２２の外周面に沿って螺旋状に巻回された絶縁体（図示省略）を備えることが好ましい。絶縁体は、外周導体２４の圧電体２６と交互に交差された組紐構造をなすことがより好ましく、圧電体２６に張力がかかり易くなる観点から、圧電体２６と絶縁体との隙間が無い方がより好ましい。
【００３３】
内部導体２２と外周導体２４との間に絶縁体を配置することで、圧電センサ２０は、弾性変形可能になると共に、繰り返し屈曲されたり、小さい曲率半径で屈曲されたりした際に隙間が生じるのを抑制でき、かつ内部導体２２と外周導体２４とを電気的により確実に遮蔽することが可能となり、内部導体２２と外周導体２４とが電気的に短絡するのを防止できる。このため、圧電センサ２０が屈曲して使用される用途においても高い信頼性を確保可能となる。また、絶縁体と圧電体２６とは、交互に交差された組紐構造とされてもよく、組紐構造とされること、圧電センサ２０の屈曲変形時において、圧電体２６が内部導体２２に対して一方向に巻回した状態を保持しやすくできる。
【００３４】
圧電センサ２０は、外周導体２４（及び圧電体２６）の外周に絶縁体（図示省略）を備えることが好ましい。外周導体２４の外周に絶縁体を備えることにより、外部からの水や汗等の液体やほこり等の侵入などを抑制できて、浸入物に起因する内部導体２２と外周導体２４との間の漏れ電流の発生を抑制できる。
【００３５】
また、圧電センサ２０は、圧電体２６が長尺平板形状を有する場合、圧電感度、及び圧電出力の安定性を向上する観点から、圧電体２６の少なくとも一方の主面の側に機能層が配置されていることが好ましい。機能層は、接着層、ハードコート層、帯電防止層、アンチブロック層、保護層、及び電極層のうちの少なくとも一つを含むことが好ましい。これにより、圧電センサ２０は、例えば、圧電デバイス（圧電織物、圧電編物等）、力センサ、アクチュエータ、生体情報取得デバイスへの適用がより容易になる。また、機能層として電極層を含むことで、圧電センサ２０を、例えば、圧電デバイス（圧電織物、圧電編物等）、力センサ、アクチュエータ、生体情報取得デバイスの構成要素の一つとして用いた場合に、外周導体２４又は内部導体２２と、他の積層体との接続をより簡易に行うことができるので、本実施形態の圧電基材（圧電体２６）に張力が印加されたときに、張力に応じた電圧信号が検出されやすくなる。
【００３６】
また、接着層を含むことで内部導体２２と外周導体２４（及び圧電体２６）との相対位置がずれにくくなるため、圧電体２６に張力がかかりやすくなり、圧電体２６に含まれるヘリカルキラル高分子（Ａ）にずり応力が印加されやすくなる。これにより、圧電センサ２０は、効果的に張力に比例した電圧出力を内部導体２２と外周導体２４との間から検出することが可能となる。また、接着層を備えることで、圧電センサ２０は、単位引張力当たりの発生電荷量の絶対値がより増加する。
【００３７】
図２（Ｂ）には、圧電センサ２０の他の一例としての圧電センサ２０Ａの主要部が側面図にて示されている。
【００３８】
図２（Ｂ）に示すように、圧電センサ２０Ａは、外周導体２４が二層構造とされている。圧電センサ２０Ａにおいて外周導体２４を二層構造とする際には、一方向に巻回された内側の圧電体２６（２６Ａ）の外周に、もう一つの圧電体２６（２６Ｂ）を一方向とは交差する他方向に螺旋状に巻回されることが好ましい。この際、圧電体２６Ａに含まれるヘリカルキラル高分子（Ａ）のキラティと、圧電体２６Ｂに含まれるヘリカルキラル高分子（Ａ）のキラティとが互いに異なることが好ましい。
【００３９】
これにより、圧電センサ２０Ａでは、例えば、外周導体２４の長さ方向に張力が印加されたときに、圧電体２６Ａに含まれるヘリカルキラル高分子（Ａ）、及び圧電体２６Ｂに含まれるヘリカルキラル高分子（Ａ）の両方に分極が生じる。分極方向は、いずれも外周導体２４の径方向であるので、圧電センサ２０Ａは、より効果的に張力に比例した電圧信号を検出でき、圧電感度、及び圧電出力の安定性をより向上できる。また、圧電センサ２０Ａは、圧電体２６Ａ及び圧電体２６Ｂの二層構造とすることで、内部導体２２に対して、圧電体２６Ａ及び圧電体２６Ｂの空隙を少なくして密着させることが可能となり、張力によって発生した電界が効率よく伝達されやすくなり、高感度化を実現できる。
【００４０】
図２（Ｃ）には、圧電センサ２０の圧電センサ２０Ａとは別の一例としての圧電センサ２０Ｂの主要部が側面図にて示されている。
【００４１】
図２（Ｃ）に示すように、圧電センサ２０Ｂは、外周導体２４に配置される圧電体２６Ａと圧電体２６Ｂとが交互に交差された組紐構造とされている。圧電センサ２０Ｂは、圧電体２６Ａと圧電体２６Ｂとが組紐構造とされることで、外周導体２４の長さ方向に張力が印加された際に、圧電体２６Ａに含まれるヘリカルキラル高分子（Ａ）、及び圧電体２６Ｂに含まれるヘリカルキラル高分子（Ａ）の両方に、外周導体２４の径方向に分極が生じるので、圧電感度及び出力電圧の安定性がより向上される。しかも、圧電センサ２０Ｂは、二層構造とした圧電体２６Ａ、２６Ｂの間に適度な空隙が生じるため、屈曲変形するような力が働いた際にも、空隙が変形を吸収して、しなやかに屈曲変形しやすくなる。
【００４２】
ラインセンサ１２には、圧電センサ２０（２０、２０Ａ、２０Ｂの何れか）が長尺状に形成されて用いられる。また、圧電センサ２０は、機能層としての保護層が設けられて、外周が保護層に被覆されている。
【００４３】
一方、ラインセンサ１２には、外力によって変位可能にされた長尺状のチューブが用いられ、ラインセンサ１２は、チューブ内に圧電センサ２０が収容されている。
【００４４】
チューブの素材としては、限定するものではないが、例えば、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド、シリコンゴム又はこれらの共重合体等から作製される。
【００４５】
また、長尺状のチューブは、可撓性を有する材料で構成されている。このような材料としては、特に限定されず、例えば、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマー等が挙げられ、これらのうちの１種又は２種以上を組み合わせたもの（ポリマーアロイ、ポリマーブレンド、積層体等）を用いることができる。
また、チューブには、好ましくは、生体適合性があり、かつ柔軟性及び硬化性等を比較的自由に設計できるポリウレタン、ポリエチレン及びポリイミド等を使用するとよい。
【００４６】
また、圧電センサ２０は、収容されるチューブによって感度が変化し、変位の測定領域が変化する。チューブが柔らか小さな外圧で変化する場合、チューブが硬く小さな外圧では変化し難い場合に比較して圧電センサ２０の感度が上がり、小さな歪みの検知が可能になるが、感度を抑えたい場合には、チューブを硬くすればよい。
【００４７】
本実施形態においてラインセンサ１２は、各種の態様を取り得る。図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）及び図４には、各々ラインセンサ１２の態様の一例が主要部の斜視図にて示されている。
【００４８】
図３（Ａ）に示すように、ラインセンサ１２としてのラインセンサ１２Ａには、略円筒状とされたチューブ３０が用いられており、チューブ３０は、樹脂製とされて可撓性を有している。これにより、チューブ３０は、外力を受けることで屈曲や撓みなどの変位が生じ、外力が除かれることで変位して形状復帰可能にされている。
【００４９】
チューブ３０は、内部が中空とされている。また、本実施形態においてチューブ３０は、先端が受ける圧力を検出するためには、少なくとも長手方向の一端部となる先端部が閉塞されていることが好ましい。チューブ３０は、長手方向の一端部（先端部３０Ａ）が閉塞されており、チューブ３０は、先端部３０Ａが半球状にされている。
【００５０】
ラインセンサ１２Ａには、チューブ３０の中空の内部に１条（１本）の圧電センサ２０が配置されており、圧電センサ２０は、チューブ３０の軸心部近傍において長手方向がチューブ３０の長手方向に沿って配置され、一端部（先端部）がチューブ３０の先端部３０Ａ内面に当接されている。これにより、ラインセンサ１２Ａでは、チューブ３０が外力によって変位されると、チューブ３０の変位に応じて圧電センサ２０が変位される。
【００５１】
なお、チューブ３０の軸心部に圧電センサ２０を配置した場合、圧電センサ２０が不安定な状態となると共に、チューブ３０が変位しても圧電センサ２０に変位が生じ難くなることがある。ここから、チューブ３０内には、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂などの充填材料が封入されて、圧電センサ２０が充填材によって囲われてチューブ３０内に保持されていてもよい。これにより、圧電センサ２０は、チューブ３０の変位が充填材料を介して伝達されて、チューブ３０の変位に追従して的確に変位してずれ弾性が生じる。このような充填材料としては、弾性又は粘性を有すると共に、圧電センサ２０に用いられているポリ乳酸等に影響を及ぼすことのない材料であればよい。
【００５２】
また、ラインセンサ１２Ａには、チューブ３０の軸心部分に圧電センサ２０が配置されているが、圧電センサ２０は、チューブ３０の内周面に接触するように配置されて、チューブ３０の内周面に接着されるなどして接合されていてもよい。これにより、チューブ３０内に充填材料が封入されていなくとも、チューブ３０の変位が圧電センサ２０に伝達可能になる。
【００５３】
一方、チューブ３０の内周面に接触された圧電センサ２０が１条のみの場合、チューブ３０の周方向において圧電センサ２０から離れた位置で変位が生じた場合、チューブ３０の変位が圧電センサ２０に伝達され難い部分が生じることが想定される。
【００５４】
ここから、図３（Ｂ）に示すように、ラインセンサ１２としてのラインセンサ１２Ｂでは、チューブ３０の内部に複数（図３（Ｂ）では、一例として３条）の圧電センサ２０を配置している。圧電センサ２０の各々は、長手方向がチューブ３０の軸心線に沿いかつチューブ３０の内周面に接触されて配置されている。また、圧電センサ２０は、チューブ３０の周方向に同様の間隔で配置されて、チューブ３０の内周面に接着等によって接合されている。
【００５５】
これにより、ラインセンサ１２Ｂでは、チューブ３０の外周部に部分的な変位が生じた場合でも、変位が複数の圧電センサ２０の何れかに伝達可能になるので、充填材料等を設けることなくチューブ３０に変位を生じさせる外圧を的確に検知可能になる。
【００５６】
また、図３（Ｃ）に示すように、ラインセンサ１２としてのラインセンサ１２Ｃでは、チューブ３０の内部に１条の圧電センサ２０を配置している。ラインセンサ１２Ｃでは、圧電センサ２０がチューブ３０の内周面に沿って螺旋状に巻回されており、圧電センサ２０は、チューブ３０の内周面に接触され接着等によってチューブ３０の内周面に接合されている。
【００５７】
これにより、ラインセンサ１２Ｃでは、チューブ３０の周方向の何れにおいてチューブ３０の外周部に部分的な変位が生じた場合でも、変位が１条の圧電センサ２０に伝達される。したがって、ラインセンサ１２Ｃは、複数の圧電センサ２０を用いることなく、チューブ３０に変位に応じて圧電センサ２０に変位が生じて、チューブ３０が受ける外圧を的確に検知可能になる。
【００５８】
一方、ラインセンサ１２は、チューブ内に可撓性の内側チューブが収容され、圧電基材がチューブと内側チューブとの間に配置された二重構造であってもよい。
【００５９】
図４に示すように、ラインセンサ１２としてのラインセンサ１２Ｄには、各々が中空とされたチューブ３０及び内側チューブとしてのインナチューブ３２が用いられている。チューブ３０の内周面の半径とインナチューブ３２の外周面との半径の差は、圧電センサ２０の直径と略同様にされている。ラインセンサ１２Ｄでは、チューブ３０の軸心とインナチューブ３２の軸心とが略同軸上となるようにされて、チューブ３０の内部にインナチューブ３２が配置されている。
【００６０】
ラインセンサ１２Ｄでは、チューブ３０とインナチューブ３２とが同様の材質で形成されている。また、ラインセンサ１２Ｄは、インナチューブ３２の厚さ（肉厚）がチューブ３０と同様にされていてもよいが、インナチューブ３２の厚さがチューブ３０よりも薄肉（薄い）にされてもよく、チューブ３０よりも厚肉（厚い）にされてもよい。ラインセンサ１２Ｄは、インナチューブ３２に対してチューブ３０が薄肉にされることで、圧電センサ２０の感度が上がる。
【００６１】
圧電センサ２０は、１条又は複数条がチューブ３０とインナチューブ３２との間に配置される。図４では、一例として３条の圧電センサ２０が、インナチューブ３２の周方向に同様の間隔で配置されている。なお、ラインセンサ１２Ｄは、圧電センサ２０がインナチューブ３２の外周面に螺旋状に巻回されてインナチューブ３２とチューブ３０との間に配置されてもよい。
【００６２】
また、ラインセンサ１２Ｄは、圧電センサ２０がチューブ３０の内周面及びインナチューブ３２の外周面に緊密に接するように配置されており、ラインセンサ１２Ｄは、チューブ３０の内周面及びインナチューブ３２の外周面の少なくとも一方に圧電センサ２０が接着されるなどして接合されている。
【００６３】
これにより、ラインセンサ１２Ｄでは、チューブ３０及びインナチューブ３２の軸方向及び周方向に対して圧電センサ２０にずれが生じるのが制限され、外圧によりチューブ３０に変位が生じた際には、チューブ３０の変位に応じて圧電センサ２０が変位可能になる。
ラインセンサ１２には、ラインセンサ１２Ａ〜１２Ｄのいずれが適用されてもよい。
【００６４】
検出部１４は、圧電基材の一対の電位差を検知して、電位差の変化を検知する。また、検出部１４は、圧電基材における変位直前の電位差を基準にして変位直後の電位差を検知する。さらに、検出部１４は、検知した電位差に応じた信号（電圧）を出力する。
【００６５】
図１に示すように、検出部１４には、検出回路４０を備えている。検出回路４０には、比較器としてのオペアンプ４２が設けられており、検出回路４０は、オペアンプ４２に所定の動作電圧が印加されることで動作される。オペアンプ４２には、一対の入力端子４２Ａ、４２Ｂ及び出力端子４２Ｃが設けられており、オペアンプ４２は、入力端子４２Ａ、４２Ｂの間の極性を含めた電位差に応じた電圧が出力端子４２Ｃから出力される。
【００６６】
検出回路４０には、抵抗Ｒ１が配置されており、抵抗Ｒ１の両端には、圧電センサ２０の内部導体２２及び外周導体２４が各々接続されている。また、オペアンプ４２の一方の入力端子４２Ａには、内部導体２２が接続されている。
【００６７】
オペアンプ４２の出力端子４２Ｃと検出回路４０の出力端子４４との間には、抵抗Ｒ２及びコンデンサＣによって構成されたＲＣ回路のローパスフィルタ（ＬＰＦ４６）が設けられている（例えば、カットオフ周波数がｆｃが、ｆｃ＝３０ＨｚのＬＰＦ）。また、オペアンプ４２の出力端子４２Ｃは、オペアンプ４２の他方の入力端子４２Ｂに接続されている。
【００６８】
これにより、検出回路４０では、圧電センサ２０において圧電体２６に変位が生じることで、変位に応じた電圧（電位差）がオペアンプ４２の入力端子４２Ａに入力される。また、検出回路４０では、オペアンプ４２の入力端子４２Ａと出力端子４２Ｃとの間に生じた電位差に応じた電圧がＬＰＦ４６を介して出力端子４４から出力される。言い換えれば、検出回路４０では、圧電センサ２０の内部導体２２と外周導体２４との間の電位差に応じた電圧を出力すると共に、出力した電圧を基準にし、基準電圧に対して入力された電位差に変化が生じると、生じた変化に応じた電圧を出力することが繰り返される。
【００６９】
一方、図５には、本実施形態に係るセンサモジュール１０が用いられたカテーテル装置５０が概略構成図にて示されている。
【００７０】
図５に示すように、カテーテル装置５０は、カテーテル５２及びコンソール部５４によって構成されている。カテーテル５２は、長尺のカテーテルチューブ５６を備え、カテーテルチューブ５６の基端部にハンドル５８が取り付けられている。カテーテルチューブ５６は、ハンドル５８に設けられた図示しない操作ダイアル等が操作されることで、先端部が操作ダイアルの操作に応じて屈曲及び屈曲の復元がなされる。
【００７１】
コンソール部５４は、コンピュータ本体６０、入力デバイスとしてキーボード６２やマウス（図示省略）、及びＬＣＤなどを用いたモニタ６４を含んで構成されていることが好ましい。コンピュータ本体６０は、カテーテル５２のハンドル５８との間が信号ケーブル（信号配線）６６によって接続されている。コンピュータ本体６０は、信号ケーブル６６を介して入力される各種の信号に対する処理を行なうことで、カテーテル５２の動作状態等をモニタ６４に表示する。
【００７２】
カテーテル装置５０には、カテーテル５２にセンサモジュール１０が用いられている。カテーテル５２では、センサモジュール１０のチューブ３０がカテーテルチューブ５６として機能する。圧電センサ２０は、カテーテルチューブ５６（チューブ３０）において先端から有効長の範囲に配置されている。なお、圧電センサ２０が配置される範囲（有効長の範囲）は、カテーテルチューブ５６において先端部の屈曲部分であってもよく、体内に挿入可能な範囲であることがより好ましい。カテーテルチューブ５６において圧電センサ２０が配置される範囲は、カテーテルチューブ５６に加わる圧力を検知（検出）したい範囲及びカテーテルチューブ５６における屈曲を検知（検出）したい範囲であればよい。
【００７３】
カテーテル５２では、センサモジュール１０の検出部１４（検出回路４０）がハンドル５８内に収容され、検出部１４の出力（出力電圧）が信号ケーブル６６を介してコンピュータ本体６０に入力される。これにより、カテーテル装置５０では、コンピュータ本体６０が、圧電センサ２０に生じる電位差或いは検出部１４の出力電圧に応じた画像をモニタ６４に表示する。なお、検出部１４は、コンピュータ本体６０に収納されてもよい。
【００７４】
このように構成されているカテーテル装置５０では、チューブ３０としてのカテーテルチューブ５６が屈曲操作されながら先端側から血管に挿入されて、体内に送りこまれる。これにより、カテーテルチューブ５６では、長手方向の先端部分は勿論、長手方向の中間部（略全域）において屈曲及び復元が繰り替えされて変位が繰り返される。また、カテーテルチューブ５６は、例えば、心臓内面の心筋等の所定部位に接触することで、接触部位から接触圧を受ける。
【００７５】
ここで、カテーテルチューブ５６内には、圧電センサ２０が収容されており、圧電センサ２０は、カテーテルチューブ５６に変位が生じると、カテーテルチューブ５６に生じた変位が伝達されて変位する。これにより、圧電センサ２０には、カテーテルチューブ５６の変位に応じた変位が生じる。
【００７６】
圧電センサ２０は、変位が生じることで内部導体２２及び外周導体２４（圧電体２６）に変位が生じて圧電体２６に引張方向（及び引張方向とは反対方向）の変位が生じる。このため、圧電センサ２０では、内部導体２２と外周導体２４との間の電位差が変化し、圧電センサ２０における内部導体２２と外周導体２４との間の電位差が検出回路４０に入力される。また、圧電センサ２０は、カテーテルチューブ５６に生じた変位の大きさに応じた電位差が生じ、生じた電位差が検出回路４０に入力される。
【００７７】
検出回路４０では、圧電センサ２０から入力された電位差に応じた電圧を出力する。また、検出回路４０では、出力電圧を基準として、基準電圧（出力電圧）と圧電センサ２０の内部導体２２（又は外周導体２４）の電圧と電圧差（電位差）に応じた出力電圧を出力する。このため、カテーテルチューブ５６に変位が生じると、変位に応じて検出回路４０の出力電圧が変化し、出力電圧の変化からカテーテルチューブ５６が圧力を受けていると検知される。
【００７８】
また、検出回路４０の出力電圧は、圧電センサ２０に変位が生じたい際の変位の大きさに応じた電圧となる。このため、検出回路４０の出力電圧からカテーテルチューブ５６に生じた変位の大きさを検出できて、カテーテルチューブ５６に変位を生じさせた圧力（圧力の大きさ）を検出できる。
【００７９】
また、検出回路４０は、圧電センサ２０が変位した状態を基準にして、圧電センサ２０に新たな変位が生じた瞬間に、新たな変位に応じた電圧を出力する。これにより、検出回路４０の出力電圧から、カテーテルチューブ５６に新たな変位が生じた瞬間に、変位が生じたことを検知できると共に、新たに生じた変位の大きさを出力できる。しかも、検出回路４０の出力電圧の極性からカテーテルチューブ５６に生じた変位の方向を検知できる。
【００８０】
このようにセンサモジュール１０を用いたカテーテル装置５０では、カテーテルチューブ５６が屈曲等の変位が生じながら血管に挿入されることで、屈曲等の変位に応じた電位差の変化が検出されるので、カテーテルチューブ５６の屈曲状態の変化を適切に把握できる。また、カテーテル装置５０では、カテーテルチューブ５６の先端が、体内の所定部位に接触した際には、接触したことと共に接触圧を検出することもできる。
【００８１】
したがって、カテーテルチューブ５６に用いられるセンサモジュール１０は、チューブ３０の長手方向の任意の位置において圧力が加わったか否かを検知できるので、圧力が加わったか否かを検知するセンサとしての利便性が向上される。また、センサモジュール１０は、チューブ３０の長手方向の全域の何れの部位においても、チューブ３０に加わる圧力を検出できるので、圧力センサとしての利便性が向上される。
【００８２】
カテーテル装置５０は、センサモジュール１０が用いられるカテーテルチューブ５６を接触圧（コンタクトフォース）の検出に適用できるので、カテーテル装置５０は、コンタクトフォースカテーテル装置として用いることができる。したがって、センサモジュール１０は、チューブ３０の径方向に加わる圧力のみでなく、チューブ３０の軸方向に加わる圧力を検知及び検出できるので、圧力センサとして利便性がより向上される。
【００８３】
一方、カテーテルアブレーション治療等に用いられるアブレーションカテーテルには、細くフレキシブルなチューブやワイヤが束ねられており、これらのチューブの一つとしてセンサモジュール１０のチューブ３０を加えることができる。これにより、センサモジュール１０は、コンタクトフォースアブレーションカテーテルにも適用できる。
【００８４】
また、センサモジュール１０は、圧電センサ２０のチューブ３０の長手方向の任意の位置における変位を検出することができるので、チューブ３０が受ける外圧の検知及び圧力の大きさの検出が可能となっている。
【００８５】
このようにセンサモジュール１０のラインセンサ１２は、各種の接触検知や接触圧の検出に用いることができる。また、センサモジュール１０では、長尺のチューブ３０が用いられるので、長い線状の範囲で接触検知及び接触圧の検出が可能になるので、高い利便性が得られる。
【００８６】
また、センサモジュール１０は、糸状の圧電センサ２０がチューブ３０内に収容させるので、チューブ３０は、糸よりも僅かに太い線状にできる。センサモジュール１０は、線状のチューブ３０に接触されたか否かを検知できると共に、接触した際の接触圧を検出できるので、センサ等しての利便性がより一層向上される。
【００８７】
図６には、センサモジュール１０による接触検知（接触圧の検出）の一例としての車両７０の主要部の斜視図にて示されている。
【００８８】
図６に示すように、車両７０には、車体前部に樹脂製のバンパ（フロントバンパ）７２が設けられている。このバンパ７２には、センサモジュール１０のラインセンサ１２が配置されており、ラインセンサ１２は、圧電センサ２０が収容されたチューブ３０の長手方向が車両幅方向に沿ってバンパ７２に埋設されている。このため、車両７０では、車体前部のバンパ７２に障害物等が接触すると、バンパ７２内のチューブ３０に変位が生じて、圧電センサ２０の内部導体２２と外周導体２４との間の電位差が変化する。これにより、車両７０では、バンパ７２に障害物などが接触したことを的確に検知できる。しかも、内部導体２２と外周導体２４の電位差の変化の大きさから接触圧を検出できる。
【００８９】
ここで、圧電センサ２０は、糸状となっており、チューブ３０を用いずに圧電センサ２０のみをバンパ７２に埋設するように配索することは極めて困難になる。これに対して、圧電センサ２０をチューブ３０内に収容させるセンサモジュール１０では、圧電センサ２０が収容されたチューブ３０をバンパ７２に埋設すればよいので、圧電センサ２０の配索が極めて容易になり、圧力センサとしての利便性が向上される。
【００９０】
このようなセンサモジュール１０は、車両７０のフロントのバンパ７２に限らず、リアバンパなどの各種の部位において障害物や人などの接触検知などに用いることができる。
また、センサモジュール１０では、内部導体２２と外周導体２４との間の変位直前の電位差を基準として電位差の変化を検出できるので、各種のタッチスイッチ（接触検知スイッチ）として適用できる。
【００９１】
例えば、車両には、自動開閉式のスライドドアやリアゲートが設けられたものがあり、このような車両では、車体下部に設けたスイッチが足先などで操作されることで、スライドドアやリアゲートが自動開閉されるものがある。この際、センサモジュール１０のラインセンサ１２（チューブ３０）を車体下部の所定範囲に配索することで、ラインセンサ１２を開閉スイッチとして用いることができる。これにより、乗員などが視認しづらい車体下部に開閉スイッチ（ラインセンサ１２）が設けられても、チューブ３０の長手方向の何れかの部位に足先などが触れることで、容易にスライドドアやリアゲートの開閉（開又は閉の一方でもよい）を行なうことができる。
【００９２】
また、センサモジュール１０のラインセンサ１２では、糸状の圧電センサ２０をチューブ３０内に収容することで、圧電センサ２０の撓み等を抑制できる。ここから、センサモジュール１０では、圧電センサ２０の所謂空間センサとして用いることもできる。
【００９３】
例えば、ラインセンサ１２（チューブ３０）を昆虫型等のロボットや模型等の触覚、ネコ型などのロボットや模型等のひげなどに用い、内部に圧電センサ２０を収容させるようにしてもよい。これにより、チューブ３０に触れるなどして外力を加えて変位を生じさせることで、ロボットや模型等の触覚、ひげに触れたことが検出できて、ロボットや模型等に検出結果に応じた動作をさせるようにもできる。しかも、チューブ３０に加わった圧力の大きさに応じた動作が可能になる。
【００９４】
また、センサモジュール１０のラインセンサ１２では、チューブ３０が電線やケーブルなどと同様の長尺状となっている。ここから、ラインセンサ１２のチューブ３０（圧電センサ２０が収容されたチューブ３０）を電線やケーブルと束ねて配索する。これにより、電線やケーブルに人や動物などが触れたか否かをラインセンサ１２によいって検知できて、配線やケーブルの監視が可能になる。この際、検出部１４の出力結果をメモリすることで、センサモジュール１０のラインセンサ１２を、電気設備の安全管理に適用できる。
【実施例】
【００９５】
以下、本実施形態における実施例を説明する。
図７（Ａ）〜図７（Ｃ）には、各々実施例１〜実施例３に適用したラインセンサ１２の主要部が側方視（軸直角方向視）の側面図（一部断面図）にて示されている。図７（Ａ）には、ラインセンサ１２としてのラインセンサ８０Ａが示され、図７（Ｂ）には、ラインセンサ１２としてのラインセンサ８０Ｂが示され、図７（Ｃ）には、ラインセンサ１２としてのラインセンサ８０Ｃが示されている。なお、図７（Ａ）〜図７（Ｂ）では、ラインセンサ１２の基端側（配線の引き出し側）が矢印Ｒにて示され、先端側（基端とは反対側）が矢印Ｔにて示されている。
【００９６】
図７（Ａ）〜図７（Ｂ）に示すように、ラインセンサ８０Ａ〜８０Ｃには、チューブとして、外側のチューブ３０と内側のインナチューブ３２とが用いられた二重構造にされており、チューブ３０及びインナチューブ３２の各々は、シリコンゴム製である。また、外側のチューブ３０は、内径が６ｍｍ、外径が９ｍｍ、長さが２００ｍｍであり、インナチューブ３２は、内径が３ｍｍ、外径が５ｍｍ、長さが２００ｍｍである。
【００９７】
実施例１から実施例３の各々には、圧電センサ２０として図２（Ｂ）に示す圧電センサ２０Ａを適用している。また、圧電センサ２０（２０Ａ）は、直径が０．４ｍｍとしている。
図７（Ａ）に示すように、ラインセンサ８０Ａは、圧電センサ２０（２０Ａ）をインナチューブ３２の中心軸と平行になるようにしてインナチューブ３２の外周面に配置し、セロファンテープによって貼り付けた。また、圧電センサ２０を貼り付けたインナチューブ３２をチューブ３０内に挿入して、チューブ３０とインナチューブ３２との間に圧電センサ２０を配置したラインセンサ８０Ａを製造した。
【００９８】
図７（Ｂ）に示すように、ラインセンサ８０Ｂは、圧電センサ２０（２０Ａ）をインナチューブ３２の外周に先端側から見て右廻りに螺旋状に巻回して巻き付けた（Ｓ巻）。この際、インナチューブ３２の側方視（軸方向と交差する方向視）で、インナチューブ３２の中心軸に対する圧電センサ２０の角度αが４５°（α＝４５°）となるようにして、セロファンテープによって圧電センサ２０をインナチューブ３２に貼り付けた。また、圧電センサ２０を貼り付けたインナチューブ３２をチューブ３０内に挿入して、チューブ３０とインナチューブ３２との間に圧電センサ２０を配置したラインセンサ８０Ｂを製造した。
【００９９】
図７（Ｃ）に示すように、ラインセンサ８０Ｃは、圧電センサ２０（２０Ａ）をインナチューブ３２の外周に先端側から見て左廻りに螺旋状に巻回して巻き付けた（Ｚ巻）。この際、インナチューブ３２の側方視（軸方向と交差する方向視）で、インナチューブ３２の中心軸に対する圧電センサ２０の角度αが４５°（α＝４５°）となるようにして、セロファンテープによって圧電センサ２０をインナチューブ３２に貼り付けた。また、圧電センサ２０を貼り付けたインナチューブ３２をチューブ３０内に挿入して、チューブ３０とインナチューブ３２との間に圧電センサ２０を配置したラインセンサ８０Ｃを製造した。
【０１００】
実施例では、実施例１のラインセンサ８０Ａ、実施例２のラインセンサ８０Ｂ及び実施例３のラインセンサ８０Ｃの各々に対して変形を施す。また、実施例では、ラインセンサ８０Ａ〜８０Ｃの各々の圧電センサ２０から出力された電位差を、検出回路４０を用いて検出し、検出回路４０から出力される出力電圧の変化の電圧波形をセンサ信号として取得し、取得したセンサ信号（電圧波形）を用いて、ラインセンサ８０Ａ〜８０Ｃを評価した。
【０１０１】
センサ信号は、検出回路４０の出力電圧（ＬＰＦ処理された電圧信号）を１ｍsec周期でＡ/Ｄ変換（アナログ／デジタル変換）を行なって取得した。Ａ／Ｄ変換には、ナショナルインスツルメンツ社製のＡＤ変換装置ＮＩ−ＵＳＢ６００２（商品名）を用いた。
【０１０２】
変形試験は、実施例１〜実施例３の各々について引張変形、曲げ変形及びねじり変形を行い、ねじり変形では、Ｓ方向ねじり変形とＺ方向ねじり変形とについて行なった。図８（Ａ）には、曲げ変形試験の概略を示し、図８（Ｂ）には、Ｓ方向及びＺ方向のねじり変形試験の概略を示す。
【０１０３】
図８（Ａ）に示すように、曲げ変形試験は、ラインセンサ８０Ａ〜８０Ｃの各々が設けられたチューブ３０の長手方向の中間部が径方向の一側に凸状となる曲げ変形と、直線状に戻す戻し変形と、を３secに３回繰り返した。具体的には、内面の間隔ＩＮを１５０ｍｍ（ＩＮ＝１５０ｍｍ）で配置した２つの金属ブロック９０に支持板９２を載置し、支持板９２の下面（金属ブロック９０の間）にチューブ３０を配置した。支持板９２は、板厚ｔ＝１ｍｍ、幅Ｗ＝５０ｍｍ、長さＬ＝２００ｍｍのポリエチレン製とし、長さ方向の中心位置を２つの金属ブロック９０の中心位置に重ね、２つの金属ブロック９０上に架け渡して置くのみとした。また、チューブ３０は、支持板９２に粘着テープで貼り合わせて固定した。この状態で、引張試験機のチャック先端部９４の金属部分を、支持板９２のチューブ３０とは反対側の面でかつ支持板９２の長手方向中間位置に当接させている。曲げ試験では、引張試験機によりクロスヘッド速度１０００ｍｍ／ｍｉｎで押圧荷重を１．５Ｎから３Ｎの範囲で繰り返し印加した。なお、実施例１に対しては、圧電センサ２０側が凸状となるように曲げ変形を行なっている。
【０１０４】
図８（Ｂ）に示すように、Ｓ方向へのねじり変形試験は、回転トルクの計測が可能な固定端にチューブ３０の基端側端部を固定すると共に、先端側端部を把持し、基端側端部に対して先端側端部をＳ方向（右方向）廻りにねじるのと、ねじりを戻すのとを、３secに３回繰り返した。
また、Ｚ方向へのねじり変形試験は、回転トルクの計測が可能な固定端にチューブ３０の基端側端部を固定すると共に、先端側端部を把持し、基端側端部に対して先端側端部をＺ方向（左方向）廻りにねじるのと、ねじりを戻すのとを、３secに３回繰り返した。
【０１０５】
また、図示は省略するが、引張試験は、チューブ３０の基端側端部を固定すると共に、先端側端部を把持し、先端側を軸方向に引っ張るのと戻すのを、引張試験機を用いてクロスヘッド速度１０００ｍｍ／ｍｉｎで５Ｎから１０Ｎの力を繰り返して引張歪みを印加する試験として行なった。
【０１０６】
図９には、引張試験の試験結果が示され、図１０には、曲げ試験の試験結果が示され、図１１には、Ｓ方向周りのねじり試験の試験結果が示され、図１２には、Ｚ方向廻りのねじり試験の試験結果が示されている。図９〜図１２の各々において、（Ａ）は実施例１の試験結果、（Ｂ）は実施例２の試験結果、（Ｃ）は実施例３の試験結果とされており、各試験結果は、センサ信号としている。また、図１３には、各試験に対する実施例１〜実施例３の各々の評価結果を示している。なお、図１３では、張力歪試験について、引張方向への変形を「＋」、引張方向とは反対方向（ここでは復元方向）への変形を「−」として示し、曲げ変形試験について、曲げ方向への変形を「＋」、復元方向への変形を「−」として示している。また、図１３では、ねじり変形試験について、圧電センサ２０の巻方向への変形を「＋」、圧電センサ２０の巻方向とは反対方向への変形を「−」として示している。
【０１０７】
図９（Ａ）、図１０（Ａ）、図１１（Ａ）、図１２（Ａ）及び図１３に示すように、実施例１（ラインセンサ８０Ａ）では、引張試験及び曲げ試験とねじり試験とを比較すると、引張試験及び曲げ試験について大きなセンサ信号（出力電圧）が得られ、特に引張試験について大きなセンサ信号が得られている。
【０１０８】
また、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）、図１０（Ｂ）、図１０（Ｃ）、図１１（Ｂ）、図１１Ｃ）、図１２（Ｂ）、図１２（Ｃ）及び図１３に示すように、実施例２（ラインセンサ８０Ｂ）及び実施例３（ラインセンサ８０Ｃ）では、引張試験や曲げ変形試験に比較して、ねじり変形試験（Ｓ方向ねじり及びＺ方向ねじりの各々）において大きなセンサ信号が得られており、引張試験や曲げ変形試験におけるセンサ信号の変化が小さくなっている。また、ねじり変形試験においては、特に圧電センサ２０の巻方向へのねじり変形（ラインセンサ８０ＢではＳ方向ねじり試験、ラインセンサ８０ＣではＺ方向ねじり試験）において、圧電センサ２０の巻方向とは反対方向へのねじり変形（ラインセンサ８０ＢではＺ方向ねじり試験、ラインセンサ８０ＣではＳ方向ねじり試験）よりもセンサ信号の変化が大きくなっている。
【０１０９】
したがって、実施例２（ラインセンサ８０Ｂ）及び実施例３（ラインセンサ８０Ｃ）は、チューブ３０の軸方向及び軸方向と交差する方向への変形の検出よりも、チューブ３０の軸線廻りのねじり方向に加えられる外力に対して効果的に検出できる。
【０１１０】
また、実施例１では、チューブ３０の軸線廻りのねじり方向の変形に比して、チューブ３０の軸方向及び軸方向とは交差する方向への変形を効果的に検出できる。また、実施例１では、チューブ３０の軸方向に対する変形（伸縮変形）を特に効果的に検出できる。このため、実施例１のラインセンサ８０Ａは、例えば、カテーテルに用いることでカテーテルに生じる曲がりを正確に検出できると共に、カテーテルの先端が受ける接触圧（コンタクトフォース）の正確な検出が可能になる。また、実施例１では、チューブ３０の径方向に加えられる外力を効果的に検出できるので、各種の接触センサなどに多用できる。
【符号の説明】
【０１１１】
１０    センサモジュール
１２（１２Ａ〜１２Ｄ）、８０Ａ〜８０Ｃ    ラインセンサ
１４    検出部
２０（２０Ａ、２０Ｂ）    圧電センサ
２２    内部導体
２４    外周導体
２６（２６Ａ、２６Ｂ）    圧電体
３０    チューブ
３２    インナチューブ
４０    検出回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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