(57)【要約】      （修正有）【課題】導電性物質の使用量を抑制して、材料コストを低減することが可能なセンサユニット及びセンサ素子の製造方法を提供する。【解決手段】外力によって変形可能な多孔質構造体２、及び多孔質構造体２の外周部にのみ含まれて多孔質構造体２に導電性を付与する導電性物質３を有するセンサ素子６と、センサ素子６の抵抗値を検出する抵抗値検出部７ａと、抵抗値検出部７ａで検出した抵抗値に基づき、センサ素子６の状態を判定する素子状態判定部７ｂとを備えるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外力によって変形可能な多孔質構造体、及び前記多孔質構造体の一部の領域の空隙にのみ付着した導電性物質を有するセンサ素子と、
前記センサ素子の抵抗値を検出する抵抗値検出部と、
前記抵抗値検出部で検出した抵抗値に基づき、前記センサ素子の状態を判定する素子状態判定部と、を備えることを特徴とするセンサユニット。
【請求項２】
前記多孔質構造体の一部の領域は、前記多孔質構造体の外周部であることを特徴とする請求項１に記載のセンサユニット。
【請求項３】
前記センサ素子は、前記多孔質構造体への圧力を検出対象とし、前記圧力の印加方向に互いに離間され且つ互いに対向して前記多孔質構造体に配置された一対の電気伝導部を有し、
前記抵抗値検出部は、前記一対の電気伝導部間の前記多孔質構造体の抵抗値を検出し、
前記素子状態判定部は、前記抵抗値検出部で検出した抵抗値に基づき、前記圧力を判定することを特徴とする請求項１または２に記載のセンサユニット。
【請求項４】
前記素子状態判定部は、前記抵抗値検出部で検出した抵抗値が小さいほど、前記圧力が大きい値であると判定することを特徴とする請求項３に記載のセンサユニット。
【請求項５】
前記多孔質構造体は、直方体であり、
前記センサ素子は、前記多孔質構造体の一の面の傾き量を検出対象とし、
前記抵抗値検出部は、前記一の面の互いに異なる複数の端部と前記一の面と反対側の面の前記複数の端部に対向する複数の端部との間の前記多孔質構造体の抵抗値のそれぞれを検出し、
前記素子状態判定部は、前記抵抗値検出部で検出した抵抗値に基づき、前記傾き量を判定することを特徴とする請求項２に記載のセンサユニット。
【請求項６】
前記抵抗値検出部は、前記一の面の一端と前記反対側の面の前記一端に対向する端部との間の前記多孔質構造体の第１の抵抗値、及び前記一の面の他端と前記反対側の面の前記他端に対向する端部との間の前記多孔質構造体の第２の抵抗値を検出し、
前記素子状態判定部は、前記抵抗値検出部で検出した第１の抵抗値及び第２の抵抗値に基づき、前記傾き量を判定することを特徴とする請求項５に記載のセンサユニット。
【請求項７】
前記素子状態判定部は、前記第１の抵抗値と前記第２の抵抗値との差が大きいほど、前記傾き量が大きい値であると判定することを特徴とする請求項６に記載のセンサユニット。
【請求項８】
前記センサ素子は、前記多孔質構造体の曲げ量を検出対象とし、前記多孔質構造体に曲げが付与された場合に伸縮する前記多孔質構造体の第１の伸縮部に該第１の伸縮部の伸縮方向に互いに離間され且つ互いに対向して配置された一対の第１の電気伝導部、及び前記第１の伸縮部と反対方向に伸縮する前記多孔質構造体の第２の伸縮部に該第２の伸縮部の伸縮方向に互いに離間され且つ互いに対向して配置された一対の第２の電気伝導部を有し、
前記抵抗値検出部は、前記一対の第１の電気伝導部間の前記多孔質構造体の第３の抵抗値、及び前記一対の第２の電気伝導部間の前記多孔質構造体の第４の抵抗値を検出し、
前記素子状態判定部は、前記抵抗値検出部で検出した第３の抵抗値及び第４の抵抗値に基づき、前記曲げ量を判定することを特徴とする請求項１または２に記載のセンサユニット。
【請求項９】
前記素子状態判定部は、前記第３の抵抗値と前記第４の抵抗値との差が大きいほど、前記曲げ量が小さい値であると判定することを特徴とする請求項８に記載のセンサユニット。
【請求項１０】
前記センサ素子は、前記多孔質構造体の互いに逆向きの面のずれ量を検出対象とし、前記互いに逆向きの面がずらされた場合に対向面積が変化するように互いに離間されて前記多孔質構造体に配置された一対の第３の電気伝導部を有し、
前記抵抗値検出部は、前記一対の第３の電気伝導部間の前記多孔質構造体の抵抗値を検出し、
前記素子状態判定部は、前記抵抗値検出部で検出した前記一対の第３の電気伝導部間の前記多孔質構造体の抵抗値に基づき、前記ずれ量を判定することを特徴とする請求項１または２に記載のセンサユニット。
【請求項１１】
前記素子状態判定部は、前記抵抗値検出部で検出した抵抗値が小さいほど、前記ずれ量が小さい値であると判定することを特徴とする請求項１０に記載のセンサユニット。
【請求項１２】
前記センサ素子は、前記多孔質構造体の互いに逆向きの面のねじれ量を検出対象とし、前記互いに逆向きの面がねじられた場合に対向面積が変化するように互いに離間されて前記多孔質構造体に配置された一対の第４の電気伝導部を有し、
前記抵抗値検出部は、前記一対の第４の電気伝導部間の前記多孔質構造体の抵抗値を検出し、
前記素子状態判定部は、前記抵抗値検出部で検出した前記一対の第４の電気伝導部間の前記多孔質構造体の抵抗値に基づき、前記ねじれ量を判定することを特徴とする請求項１または２に記載のセンサユニット。
【請求項１３】
前記素子状態判定部は、前記抵抗値検出部で検出した抵抗値が小さいほど、前記ねじれ量が小さい値であると判定することを特徴とする請求項１１に記載のセンサユニット。
【請求項１４】
前記多孔質構造体が有する複数の空隙のそれぞれは、互いに同一方向に伸長してなる伸長形状であることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載のセンサユニット。
【請求項１５】
前記導電性物質を含む部分以外の前記多孔質構造体の部分に、前記多孔質構造体の硬度を変更可能な材料を含んでいることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載のセンサユニット。
【請求項１６】
前記材料は、エラストマーであることを特徴とする請求項１５に記載のセンサユニット。
【請求項１７】
多孔質構造体の外周部に導電性インキを含浸させ、該導電性インキによって、前記多孔質構造体の一部の領域の空隙にのみに導電性物質が付着するように、前記多孔質構造体を加熱乾燥して、センサ素子を製造することを特徴とするセンサ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサユニット及びセンサ素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、導電性物質及びバインダー樹脂が混合されてなる平板状の多孔質構造体と、多孔質構造体に配置された一対の電極とを有するセンサ素子を備えたセンサユニットが提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に記載のセンサユニットでは、一対の電極間の抵抗値を検出し、検出した抵抗値に基づき、多孔質構造体の変形を検出可能としている。
しかし、特許文献１に記載のセンサユニットでは、バインダー樹脂全部に導電性物質を混合するため、導電性物質の使用量が増大し、材料コストが増大する可能性があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特願２００７−７１７０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記のような課題に着目したもので、材料コストの低減が可能なセンサユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、（ａ）外力によって変形可能な多孔質構造体、及び前記多孔質構造体の一部の領域の空隙にのみ付着した導電性物質を有するセンサ素子と、（ｂ）センサ素子の抵抗値を検出する抵抗値検出部と、（ｃ）抵抗値検出部で検出した抵抗値に基づき、センサ素子の状態を判定する素子状態判定部と、を備えるセンサユニットであることを要旨とする。
【０００６】
また、本発明の他の態様は、（ａ）多孔質構造体の外周部に導電性インキを含浸させ、（ｂ）この導電性インキによって、多孔質構造体の一部の領域の空隙にのみに導電性物質が付着するように、多孔質構造体を加熱乾燥して、センサ素子を製造するセンサ素子の製造方法であることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、導電性物質の使用量を抑制して、材料コストを低減することが可能なセンサユニット及びセンサ素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態に係るセンサユニットの構成を表す概念図である。
【図２】多孔質構造体の空隙を表す図であり、（ａ）は空隙を表す写真であり、（ｂ）は（ａ）の空隙の特徴を際立たせて描いた模式図である。
【図３】図１の紙面と平行な面で破断したセンサ素子の断面を表す断面図である。
【図４】電気伝導部間の多孔質構造体の抵抗値と多孔質構造体の圧縮率との関係、及び多孔質構造体の圧縮率と多孔質構造体に印加される圧力との関係を表すグラフである。
【図５】ディスプレイに表示される画像データを表す図であり、（ａ）は圧力が印加されていない場合の図であり、（ｂ）は圧力が印加されている場合の図である。
【図６】変形例に係る多孔質構造体の空隙を表す図であり、（ａ）は空隙を表す写真であり、（ｂ）は（ａ）の空隙の特徴を際立たせて描いた模式図である。
【図７】多孔質構造体の応力感度特性を表すグラフであり、（ａ）は多孔質構造体の圧縮率と多孔質構造体に印加される圧力との関係を表すグラフであり、（ｂ）は電気伝導部間の多孔質構造体の抵抗値と多孔質構造体の圧縮率との関係を表すグラフである。
【図８】本発明の第２実施形態に係るセンサユニットの構成を表す概念図である。
【図９】図８の紙面と平行な面で破断したセンサ素子の断面を表す断面図である。
【図１０】図９に示したセンサ素子の等価回路を表す回路図である。
【図１１】第２実施形態に係るセンサユニットにおける傾き量を説明するための図である。
【図１２】第２実施形態に係るセンサユニットの第１、第２の端部間、または第３、第４の端部間の多孔質構造体の抵抗値と多孔質構造体の圧縮率との関係を表すグラフである。
【図１３】第２実施形態において、ディスプレイに表示される画像データを表す図であり、（ａ）は第１の面が傾いていない場合の図であり、（ｂ）は傾いている場合の図である。
【図１４】本発明の第３実施形態に係るセンサユニットの構成を表す概念図である。
【図１５】第３実施形態に係るセンサユニットにおける曲げ量を説明するための図である。
【図１６】第３実施形態に係るセンサユニットの一対の第１の電気伝導部間の多孔質構造体の抵抗値と一対の第の電気伝導部間の多孔質構造体の抵抗値との抵抗値差と曲げ量との関係を表すグラフである。
【図１７】第３実施形態において、ディスプレイに表示される画像データを表す図であり、（ａ）は多孔質構造体が曲がっていない場合の図であり、（ｂ）は曲がっている場合の図である。
【図１８】本発明の第４実施形態に係るセンサユニットの構成を表す概念図である。
【図１９】第４実施形態に係るセンサユニットにおけるずれ量を説明するための図である。
【図２０】第４実施形態に係るセンサユニットの第３の電気伝導部間の多孔質構造体の抵抗値と多孔質構造体の第１、第２の面のずれ量との関係を表すグラフである。
【図２１】第４実施形態において、ディスプレイに表示される画像データを表す図であり、（ａ）は多孔質構造体の互いに平行な面がずれていない場合の図、（ｂ）はずれている場合の図である。
【図２２】本発明の第４実施形態に係るセンサユニットにおけるねじれ量を説明するための図である。
【図２３】本発明の第５実施形態に係るセンサユニットの第４の電気伝導部間の多孔質構造体の抵抗値と第１、第２の面のねじれ量との関係を表すグラフである。
【図２４】第５実施形態に係るセンサユニットの比較例における２点間の多孔質構造体の抵抗値と第１、第２の面のねじれ量との関係を表すグラフである。
【図２５】第５実施形態において、ディスプレイに表示される画像データを表す図であり、（ａ）は多孔質構造体がねじれていない場合の図であり、（ｂ）はねじれている場合の図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の第１〜第５実施形態に係るセンサユニットについて、図面を参照しつつ説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付し、第１〜第５実施形態に係るセンサユニット等の説明において、実質的に同様な構成等についての重複する説明を省略する。本発明の第１〜第５実施形態に係るセンサユニットは、縫いぐるみやソファー、ネックピロー等の柔らかいものに埋め込まれ、それらの柔らかさを損なわない柔らかい入力インターフェース等を実現可能とするものである。
【００１０】
なお、以下に示す第１〜第５実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００１１】
（第１実施形態）
（構成）
本発明の第１実施形態に係るセンサユニット１は、図１に示すように、センサ素子６と、センサ素子６に接続された制御基板７とを備えている。センサ素子６は、図３に示すように、多孔質構造体２、外周側において多孔質構造体２の空隙の内部に付着している導電性物質３、多孔質構造体２の上面に設けられた電気伝導部４、及び電気伝導部４と対をなすように多孔質構造体２の下面に設けられた電気伝導部５を有している。第１実施形態に係るセンサユニット１は、多孔質構造体２の一方の面に印加される圧力を検出対象とする。以下の説明では、図３に示した多孔質構造体２の上面を「第１の面２ａ」と定義するが例示であり、図３に示した多孔質構造体２の下面を「第１の面２ａ」と定義することも可能である。
【００１２】
（センサ素子）
センサ素子６を構成する多孔質構造体２は、図２（ａ）（ｂ）に示すように互いに連通する複数の空隙を有するとともに、弾性及び絶縁性を有する部材である。多孔質構造体２としては、例えば、メラミン樹脂やウレタン樹脂、シリコンをスポンジ状とした部材、繊維を綿状とした部材、複数のマイクロビーズを塊状とした部材等を用いることができる。また、例えば、プラスチックビーズを導電性インクでコートした非弾性体をゴムシートで覆った構造体、つまり、非弾性体と弾性体とを要素とする構造体を用いることができる。
【００１３】
なお、本実施形態では、多孔質構造体２として、弾性を有する構造体を用いる例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、外力によって変形可能な構造体であればよく、弾性を有さない構造体を用いる構成としてもよい。具体的には、多孔質構造体２として、非弾性体の一部にヒンジを設けてなる構造体を用いることもできる。
多孔質構造体２の形状としては、例えば、立方体を用いることができる。多孔質構造体２の高さ、幅、奥行きのそれぞれは、例えば、３０［mm］程度とする。また、空隙の形状としては、例えば、図２（ａ）（ｂ）に示すように、六角形等の対称形状を用いることができる。図２（ａ）（ｂ）の多孔質構造体２は、３Ｄモデリングツールで均一な網目状の３Ｄモデルを設計し、この３Ｄモデルを基に、３Ｄプリンタを用いて形成すればよい。空隙の平均直径は、例えば、１００［μm］以上１．００［mm］以下程度とすることができる。
【００１４】
導電性物質３は、図３に示すように、多孔質構造体２の外周部の空隙にのみ含まれ、多孔質構造体２に導電性を付与する物質である。具体的には、多孔質構造体２の外周部の空隙、つまり、互いに連通する空隙の内面全体に付着することで、多孔質構造体２の外周部に導電性を付与している。導電性物質３としては、例えば、導電性インクを用いることができる。導電性インクは、空隙の内面に付着して、絶縁性の多孔質構造体２内に導電路を形成する。導電性インクとしては、例えば、ポリアニリンやポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン等の導電性高分子、導電性カーボンフィラー（例えば、カーボンブラック、グラフェン、カーボンナノチューブ等）や金属フィラー（例えば、銅、アルミ、ニッケル、鉄、銀、金等の粒子、フレーク、ロッド等）とポリマーとの混合物等を用いることができる。導電性インクは、センサ素子６の変形に対し、所望の応答特性が得られるものを選択する。図３において、導電性物質３を含ませる外周部となる多孔質構造体２の厚さは、例えば、５［mm］以上１０［mm］以下程度とすることができる。
【００１５】
電気伝導部４は、多孔質構造体２の上面（第１の面）２ａに配置され、第１の面２ａ全体を覆っている。また、電気伝導部５は、第１の面２ａに対向する下面（第２の面）２ｂに配置され、第２の面２ｂ全体を覆っている。即ち、電気伝導部４、５は、圧力の印加方向に互いに離間され且つ互いに対向して多孔質構造体２に配置されている。電気伝導部４、５としては、例えば、アルミプレート等の電気伝導性が高い部材を用いることができる。
【００１６】
それゆえ、第１実施形態に係るセンサ素子６は、多孔質構造体２に圧力が印加されると、多孔質構造体２の空隙が潰れ、空隙の内面の導電性物質３間の密着度合いが大きくなる。そのため、電気伝導部４、５間の多孔質構造体２の抵抗値、つまり、多孔質構造体２の空隙の内面に付着した導電性インクが形成する導電路の抵抗値が減少する。さらに、多孔質構造体２の空隙の潰れが進行し、空隙の内面の導電性物質３間の密着度合いが十分に大きくなると、多孔質構造体２の空隙以外の部分の圧縮も開始される。そのため、電気伝導部４、５間の距離が短くなることで、電気伝導部４、５間の多孔質構造体２の抵抗値がさらに減少する。
【００１７】
また、導電性物質３を多孔質構造体２の外周部にのみ含ませるようにしたため、導電性物質３の使用量を抑制でき、材料コストを低減できる。また、全体に含ませる方法に比べ、多孔質構造体２の力学特性の変化を抑制でき、センサ素子６の触感の変化を抑制できる。
【００１８】
（制御基板）
図１に示すように、制御基板７は、リード線８、９を介して、電気伝導部４、５に接続されたワンボードマイコンである。制御基板７としては、例えば、米国のアルドゥイーノ（Arduino）LLC やイタリアのアルドゥイーノSRLが設計・製造したarudino（登録商標）等のワンボードマイコンを用いることができる。制御基板７は、抵抗値検出部７ａ及び素子状態判定部７ｂ等のハードウェア資源を論理的に備える。図１の例では、抵抗値検出部７ａ及び素子状態判定部７ｂ等は、論理的な機能に着目したハードウェア資源を形式的に表現している。即ち、図１に示した制御基板７の内部構造の表現は、必ずしも半導体チップ上に物理的な領域としてそれぞれ独立して存在する専用の集積回路や機能ブロックを意味するものではなく、ソフトウェア的に汎用のコンピュータシステムの回路を制御し、抵抗値検出部７ａ及び素子状態判定部７ｂ等に等価な機能を実現することも可能である。
【００１９】
抵抗値検出部７ａは、センサ素子６の抵抗値を検出する。抵抗値の検出方法としては、例えば、リード線８、９を介して、電気伝導部４、５間に予め定めた電流を流し、一対の電気伝導部４、５間の多孔質構造体２の抵抗値による電圧降下を測定し、電圧降下の測定結果に基づき、一対の電気伝導部４、５間の多孔質構造体２の抵抗値を検出する方法を用いることができる。そして、抵抗値検出部７ａは、検出結果を素子状態判定部７ｂに出力する。また、センサ素子６の抵抗値としては、例えば、直流電流が流れる場合の直流抵抗値や、交流電流が流れる場合の交流抵抗値、つまり、インピーダンスを用いることができる。
【００２０】
素子状態判定部７ｂは、抵抗値検出部７ａが出力した抵抗値に基づき、センサ素子６の状態を判定する。センサ素子６の状態としては、例えば、多孔質構造体２に印加される圧力等を用いることができる。圧力の判定方法としては、例えば、図４に示すように、電気伝導部４、５間の多孔質構造体２の抵抗値と多孔質構造体２の圧縮率との関係、及び多孔質構造体２の圧縮率と多孔質構造体２に印加される圧力との関係を表すグラフを参照して、抵抗値検出部７ａで検出した抵抗値、つまり、一対の電気伝導部４、５間の多孔質構造体２の抵抗値から多孔質構造体２に印加される圧力を判定する方法を用いることができる。図４の例では、一対の電気伝導部４、５間の多孔質構造体２の抵抗値が小さいほど、圧力が大きい値であると判定される。そして、素子状態判定部７ｂは、判定結果を外部機器１０に出力する。
【００２１】
また、図４のグラフの作成方法としては、例えば、多孔質構造体２に予め定めた複数の変形量、つまり、圧縮率を付与し、付与した圧縮率毎に、島津製作所製のAGS-X等の万能試験機を用いて多孔質構造体２に作用させた圧力を測定するとともに、ケースレー（Keithley）社製等のデジタルマルチメータを用いて２端子法によって電気伝導部４、５間の多孔質構造体２の抵抗値を測定する方法を用いることができる。外部機器１０としては、パソコン（ＰＣ）等を用いることができる。例えば、図５（ａ）（ｂ）に示すように、素子状態判定部７ｂから出力される判定結果、つまり、多孔質構造体２に印加される圧力を報知する画像データを、パソコン（ＰＣ）のディスプレイ１０ａに表示させることができる。図５（ａ）（ｂ）の例では、ディスプレイ１０ａには、多孔質構造体２の正面図と、圧力の数値とを表した画像データが表示されている。
【００２２】
（センサ素子の製造方法）
まず、グラスホッパー（Grasshopper（米国登録商標））の３Ｄモデリングツールを用い、均一な網目状の３Ｄモデルを設計する。この際、多孔質構造体２が、高さ、幅、奥行きのそれぞれが３０［mm］程度の立方体となるように設計する。グラスホッパーでは、ボロノイ（Voronoi）関数パラメータを「５０００」に指定することで、均一な網目状の３Ｄモデルを得ることができる。３Ｄモデルは、多孔質構造体２が有する複数の空隙のそれぞれが互いに連通するように設計する。続いて、設計された３Ｄモデルに基づき、キーエンス（Keyence）社製AGILISTA-3200等の３Ｄプリンタを用いて、スポンジ状のシリコンからなる多孔質構造体２を形成する。キーエンス（Keyence）社製AGILISTA-3200を用いた場合には、シリコーンゴムベースの３Ｄプリント材料AR-G1Lをフィラメントとして用いることができる。続いて、導電性インクに多孔質構造体２の各面を順番に浸漬させる。浸漬時間は、各面それぞれ５分程度とすることができる。続いて、導電性インクを１時間程度自然乾燥させた後、浸漬させた各面を８０℃のオーブンで３０分間加熱乾燥させて、多孔質構造体２の外周部に導電性物質３を含ませる。この結果、多孔質構造体２に導電性が付与されてセンサ素子６が完成する。
【００２３】
（動作）
まず、多孔質構造体２に圧力が印加されていないとする。この場合、多孔質構造体２の空隙が潰れないので、空隙の内面の導電性物質３間の密着度合いが小さくなり、一対の電気伝導部４、５間の多孔質構造体２の抵抗値が高くなる。したがって、抵抗値検出部７ａは、一対の電気伝導部４、５間の抵抗による電圧降下が小さくなり、一対の電気伝導部４、５間の多孔質構造体２の抵抗値が大きいと判定する。そして、素子状態判定部７ｂは、図４のグラフを参照し、一対の電気伝導部４、５間の多孔質構造体２の抵抗値から多孔質構造体２の圧縮率を判定し、圧縮率から、多孔質構造体２に印加される圧力（＝０［MPa］）を判定する。
【００２４】
そして、素子状態判定部７ｂは、判定結果を外部機器１０に出力する。外部機器１０は、図５（ａ）に示すように、素子状態判定部７ｂから出力される判定結果、つまり、多孔質構造体２に印加される圧力を報知する画像データをディスプレイ１０ａに表示させる。
一方、多孔質構造体２に０．０８［MPa］の圧力が印加されたとする。すると、多孔質構造体２の空隙が潰れ、空隙の内面の導電性物質３間の密着度合いが大きくなり、また、多孔質構造体２の空隙以外の部分も圧縮され、電気伝導部４、５間が短くなるため、電気伝導部４、５間の多孔質構造体２の抵抗値が低くなる。したがって、抵抗値検出部７ａは、電気伝導部４、５間の抵抗による電圧効果が小さくなり、電気伝導部４、５間の多孔質構造体２の抵抗値が小さいと判定する。そして、素子状態判定部７ｂは、図４のグラフを参照し、一対の電気伝導部４、５間の多孔質構造体２の抵抗値から多孔質構造体２の圧縮率を判定し、判定した圧縮率から、多孔質構造体２に印加される圧力（＝０．０８［MPa］）を判定する。
【００２５】
そして、素子状態判定部７ｂは、判定結果を外部機器１０に出力する。外部機器１０は、図５（ｂ）に示すように、素子状態判定部７ｂから出力される判定結果、つまり、多孔質構造体２に印加される圧力を報知する画像データをディスプレイ１０ａに表示させる。
以上説明したように、第１実施形態に係るセンサユニット１は、外力によって変形可能な多孔質構造体２、及び多孔質構造体２の一部の領域の空隙の内部にのみ付着して多孔質構造体２に導電性を付与する導電性物質３を有するセンサ素子６を備えるようにした。それゆえ、導電性物質３の使用量を抑制することができ、材料コストを低減可能なセンサユニット１を提供することができる。さらに、多孔質構造体２の力学特性の変化を抑制することができ、センサ素子６の触感の変化を抑制することができる。
【００２６】
また、導電性物質３を付着させる一部の領域の空隙を、多孔質構造体２の外周部の空隙に限定したため、例えば、導電性インクに多孔質構造体２の各面を順番に浸漬させた後、各面を加熱乾燥することで、多孔質構造体２の空隙に導電性物質３を付着させることができる。
さらに、柔らかいセンサを実現できるため、縫いぐるみやソファー等の柔らかいものに埋め込み、それらの柔らかさを損なわない柔らかい入力インターフェースを実現できる。
【００２７】
さらに、センサ素子６が、多孔質構造体２に印加される圧力を検出対象とし、圧力の印加方向に互いに離間され互いに対向して多孔質構造体２に配置された一対の電気伝導部４、５を有し、抵抗値検出部７ａが、一対の電気伝導部４、５間の多孔質構造体２の抵抗値を検出するようにした。そして、素子状態判定部７ｂが、検出した抵抗値に基づき、多孔質構造体２に印加される圧力を判定するようにした。それゆえ、圧力を簡単な構成で検出できる。
【００２８】
また、素子状態判定部７ｂが、抵抗値検出部７ａで検出した抵抗値が小さいほど、圧力が大きい値であると判定するようにしたため、圧力をより適切に検出することができる。
また、第１実施形態に係るセンサ素子６の製造方法では、多孔質構造体２の外周部に導電性インキを含浸させ、導電性物質３を多孔質構造体２の外周部側の空隙にのみ選択的に付着させた後、多孔質構造体２を加熱乾燥して、センサ素子６を製造するようにした。それゆえ、導電性物質３の使用量を抑制することができ、材料コストを低減することができる。
【００２９】
（変形例）
（１）なお、第１実施形態では、図２（ａ）（ｂ）に示すように、多孔質構造体２の複数の空隙の形状を対称形状とする例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば図６（ａ）（ｂ）に示すように、互いに同一方向に伸長してなる伸長形状としてもよい。図６（ａ）（ｂ）の例では各空隙は横方向に伸長されている。また、図６（ａ）の多孔質構造体２は、高さ、幅及び奥行きのそれぞれが４０［mm］の立方体となり、空隙の形状が図２（ａ）の多孔質構造体２の空隙を一方向に２倍圧縮した形状となるように、キーエンス社製３Ｄプリンタ（AGILISTA-3200）及びフィラメント（AR-G1L）を用いて形成されている。
【００３０】
それゆえ、例えば、一対の電気伝導部４、５が離間されている方向、つまり、圧力の印加方向に対して空隙の伸長方向を直交方向とすることで、空隙が潰れやすくなり、図７（ａ）に示すように、空隙の内面の導電性物質３間の密着度合いが増大しやすくなる。そのため、一対の電気伝導部４、５間の多孔質構造体２の抵抗値が減少しやすくなる。また、空隙の内面の導電性物質３間の密着度合いがすぐに十分に大きくなるため、図７（ｂ）に示すように、多孔質構造体２の空隙以外の部分の圧縮も開始される。そのため、図２（ａ）（ｂ）に示したように空隙を対称形状とした場合と同様に、電気伝導部４、５間の距離が短くなることで、一対の電気伝導部４、５間の多孔質構造体２の抵抗値がさらに減少する。
【００３１】
なお、図７（ｂ）によれば、一見すると、圧力の印加方向に対して空隙の伸長方向を直交方向とした場合の圧縮量の変化に対する抵抗値の減少度合いは、空隙を対称形状とした場合よりも緩やかに思われるが、図７（ｂ）のグラフの抵抗値の目盛が対数目盛となっているためであり、実際には、空隙を対象形状とした場合と同程度となっている。図７（ａ）（ｂ）は、多孔質構造体２を予め定めた複数の圧縮率で圧縮させ、圧縮率毎に、万能試験機（島津製作所製、AGS-X）を用いて圧力を測定するとともに、ケースレー社製のデジタルマルチメータを用いて電気伝導部４、５間の多孔質構造体２の抵抗値を測定して求めた。
【００３２】
また、例えば、一対の電気伝導部４、５が離間されている方向、つまり、圧力の印加方向に対して空隙の伸長方向を平行な方向とすることで、多孔質構造体２に圧力を印加すると、伸長方向と平行な方向に空隙が潰れるが、伸長方向と直交方向に空隙が大きくなるため、空隙の内面の導電性物質３間の密着度合いが小さくなる。そのため、図７（ｂ）に示すように、一対の電気伝導部４、５間の多孔質構造体２の抵抗値が増大する。さらに、多孔質構造体２に圧力を印加し、伸長方向と平行な方向の空隙が直交方向の空隙よりも小さくなると、空隙の内面の導電性物質３間の密着度合いが大きくなるため、一対の電気伝導部４、５間の多孔質構造体２の抵抗値が減少する。さらに、多孔質構造体２の空隙の潰れが進行し、空隙の内面の導電性物質３間の密着度合いが十分に大きくなると、多孔質構造体２の空隙以外の部分の圧縮も開始される。そのため、電気伝導部４、５間の距離が短くなることで、一対の電気伝導部４、５間の多孔質構造体２の抵抗値がさらに減少する。したがって、変形例に係るセンサユニット１によれば、応力感度特性に異方性を持たせることができる。
【００３３】
また、３Ｄプリンタ及び３Ｄプリンタ用フィラメントを用いることで、伸長形状の他にも、空隙の形状を自由に設計でき、複雑にパターニングされた多孔質構造体２を形成できる。それゆえ、多孔質構造体２のパターンニングによって、高ダイナミックレンジのセンサを形成できる。即ち、空隙のサイズによって、圧力に対する抵抗値や圧縮率の感度が異なるため、複数の空隙サイズを組み合わせることで、センサの高ダイナミックレンジ化を期待できる。さらに、空隙のない部分を多孔質構造体２に設けることができる。それゆえ、多孔質構造体２全体を導電性インクに浸漬することで、多孔質構造体２の一部の領域、つまり空隙が設けられた部分にのみ多孔質構造体２が含まれたセンサ素子６を容易に製造できる。
【００３４】
（２）また、第１実施形態に係るセンサユニット１では、多孔質構造体２の中央部に加工を行わない例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、多孔質構造体２の中央部、つまり、導電性物質３を含む部分以外の多孔質構造体２の部分に所定の材料を含ませる構成としてもよい。所定の材料としては、例えば、絶縁性を有し、多孔質構造体２の硬度を変更可能な材料を用いることができる。例えば、エラストマーを用いることができる。したがって、変形例に係るセンサユニット１によれば、例えば、導電性物質３のみを含ませる方法に比べ、多孔質構造体２の力学特性を変化でき、センサ素子６の触感を調整できる。
【００３５】
（３）さらに、第１実施形態に係るセンサユニット１では、導電性物質３を多孔質構造体２の外周部の全ての面に含ませる例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、多孔質構造体２の外周部の一部の面、つまり、１面〜５面にのみ含ませるようにしてもよく、また、多孔質構造体２の中心軸にのみ含ませるようにしてもよい。したがって、変形例に係るセンサユニット１によれば、多孔質構造体２の特定の部位のみをセンサ化できる。
【００３６】
（４）また、第１実施形態に係るセンサユニット１では、多孔質構造体２の外周部に含ませる導電性物質３を一種類とする例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、多孔質構造体２の外周部、つまり導電性物質３を含ませる部分を区分けしてなる複数の領域毎に、互いに異なる種類の導電性物質３を含ませる構成としてもよい。したがって、変形例に係るセンサユニット１によれば、センサ素子６の歪む箇所を意図的に選択できる。また、複数の導電性物質３を利用して、高ダイナミックレンジのセンサを形成できる。
【００３７】
（第２実施形態）
第２実施形態は、多孔質構造体２の第１の面２ａの傾き量を検出対象とする点が、第１実施形態と異なっている。具体的には、図８に示すように、電気伝導部４、５が省略され、抵抗値検出部７ａ及び素子状態判定部７ｂが行う演算処理の内容が変更されている。
【００３８】
多孔質構造体２の第１の面２ａ、第２の面２ｂに含ませる導電性物質３としては、図９に示すように、第１の面２ａ、第２の面２ｂと直交する第３の面２ｃ、２ｄ、２ｅに含ませる導電性物質３よりも電気伝導性が高い導電性インクを用いる。ここで、第３の面２ｄは、図１１に示すように、第３の面２ｃ、２ｅに直交する面である。第１の面２ａ及び第２の面２ｂに含ませる導電性物質３としては、例えば、ポリエチレンジオキシチオフェンポリスチレンスルホン酸（PEDOT/PSS）を用いることができ、また、第３の面２ｃ〜２ｅに含ませる導電性物質３としては、例えば、ポリアニリンを用いることができる。
【００３９】
なお、センサ素子６の製造時には、第３の面２ｃ、２ｄ、２ｅに電気伝導性が低い導電性インクを浸漬させた後、第１の面２ａ及び第２の面２ｂに電気伝導性が高い導電性インクを浸漬させる。そして第３の面２ｃ〜２ｅと第１の面２ａ及び第２の面２ｂとの交差部では、多孔質構造体２の空隙の内面を電気伝導性が高い導電性インクでコーティングする。
【００４０】
また、第２実施形態に係るセンサユニット１では、多孔質構造体２を立方体とする例を示したが、これに限られるものではない。例えば長方形状の面もある直方体としてもよい。
抵抗値検出部７ａは、第１の面２ａの一端（以下「第１の端部２ｆ」とも呼ぶ）、つまり、第１の面２ａの一辺と、第１の端部２ｆと対向する第２の面２ｂの端部（以下「第２の端部２ｇ」とも呼ぶ）、つまり、第２の面２ｂの一辺との間の多孔質構造体２の第１の抵抗値ｒhigh1を検出する。また、第１の面２ａの他端、つまり、第１の端部２ｆ以外の端部（辺）のうち第１の端部２ｆと平行な辺（以下「第３の端部２ｈ」とも呼ぶ）と、第３の端部２ｈと対向する第２の面２ｂの端部、つまり、第２の端部２ｇと平行な辺（以下「第４の端部２ｉ」とも呼ぶ）との間の多孔質構造体２の第２の抵抗値ｒhigh2を検出する。
【００４１】
第１、第２の抵抗値ｒhigh1、ｒhigh2の検出方法としては、センサ素子６の等価回路である図１０に示すように、例えば、リード線１１、１２、１３を介して、第１の端部２ｆ及び第２の端部２ｇ間と、第１の端部２ｆ及び第４の端部２ｉ間とに予め定めた電流を流し、第１の端部２ｆ及び第２の端部２ｇ間の多孔質構造体２の抵抗値による電圧降下と、第３の端部２ｈ及び第４の端部２ｉ間の多孔質構造体２の抵抗値による電圧降下とを測定し、電圧降下の測定結果に基づき、第１、第２の抵抗値ｒhigh1、ｒhigh2を検出する方法を用いることができる。そして、抵抗値検出部７ａは検出結果を素子状態判定部７ｂに出力する。
【００４２】
リード線１１、１２、１３としては、例えば、導電糸を用いることができる。また、各端部２ｆ、２ｇ、２ｉには、例えば、アルミフィラーが加えられた導電繊維が配置され、配置された導電繊維と端部２ｆ、２ｇ、２ｉとは、硬化タイプの導電接着剤で結線されている。即ち、これらの結線に半田を用いると剥がれてしまうので、多孔質構造体２に浸潤する導電接着剤を用いた。また、導電繊維とリード線１１、１２、１３とは、導電性接着剤または半田で結線されている。このように、各端部２ｆ、２ｇ、２ｉとリード線１１、１２、１３との接点を形成することで、コンタクト抵抗の影響を抑えることができる。
【００４３】
図１０の例では、Ｖinは第１の端部２ｆの電位、Ｖ1は第２の端部２ｇの電位、Ｖ2は第４の端部２ｉの電位、ｒlowは第１の面２ａ及び第２の面２ｂ側の多孔質構造体２の抵抗値、ｒ3、ｒ4は電位Ｖ1、Ｖ2の検出に使用される抵抗器の抵抗値である。電位Ｖ1としては、例えば、直流電源やパルス電源、交流電源が出力する電位を用いることができる。
素子状態判定部７ｂは、抵抗値検出部７ａが出力した第１、第２の抵抗値ｒhigh1、ｒhigh2に基づき第１の面２ａの傾き量を判定する。傾き量としては、例えば、図１１に示すように、第２の面２ｂと平行な面に対する第１の面２ａの傾き角θを用いることができる。
【００４４】
傾き量の判定方法としては、例えば、以下の方法を用いることができる。まず、図１２に示すように、第１の抵抗値ｒhigh1と第１、第２の端部２ｆ、２ｇ間の多孔質構造体２の圧縮率との関係を表すグラフを参照して、第１の抵抗値ｒhigh1から第１、第２の端部２ｆ、２ｇ間の多孔質構造体２の圧縮率を判定する。同様に、図１２のグラフを参照して、第２の抵抗値ｒhigh2から第３、第４の端部２ｈ、２ｉ間の圧縮率を判定する。続いて、算出した第１、第２の端部２ｆ、２ｇ間の多孔質構造体２の圧縮率、及び第３、第４の端部２ｈ、２ｉ間の圧縮率に基づき、多孔質構造体２の第１の面２ａの傾き量を判定する。例えば、圧縮率の差が大きいほど、傾き量が大きい値であると判定する。即ち、第１の抵抗値ｒhigh1と第２の抵抗値ｒhigh2との差が大きいほど、傾き量、つまり傾き角θが大きい値であると判定する。そして、素子状態判定部７ｂは、判定結果を外部機器１０に出力する。
【００４５】
外部機器１０としては、パソコン（ＰＣ）等を用いることができる。例えば、図１３（ａ）（ｂ）に示すように、素子状態判定部７ｂから出力される判定結果、つまり、多孔質構造体２の第１の面２ａの傾きを報知する画像データをパソコン（ＰＣ）のディスプレイ１０ａに表示させることができる。図１３（ａ）（ｂ）の例では、ディスプレイ１０ａには、多孔質構造体２の正面図と、多孔質構造体２の第１の面２ａの傾き角θ、つまり、第１の面２ａの傾き量とを表した画像データが表示されている。
【００４６】
以上説明したように、第２実施形態に係るセンサユニット１では、センサ素子６が、多孔質構造体２の第１の面２ａの傾き量を検出対象とするようにした。また、抵抗値検出部７ａが、第１の端部２ｆと第２の端部２ｇとの間の多孔質構造体２の第１の抵抗値ｒhigh1、及び第３の端部２ｈと第４の端部２ｉとの間の多孔質構造体２の第２の抵抗値ｒhigh2を検出するようにした。そして、素子状態判定部７ｂが、抵抗値検出部７ａで検出した第１の抵抗値ｒhigh1及び第２の抵抗値ｒhigh2に基づき、多孔質構造体２の第１の面２ａの傾き量を判定するようにした。それゆえ、第１の面２ａの傾き量を簡単な構成で検出できる。
また、素子状態判定部７ｂが、第１、第２の抵抗値ｒhigh1、ｒhigh2間の差が大きいほど、傾き量が大きい値であると判定するようにしたため、傾き量を適切に検出できる。
【００４７】
（変形例）
なお、第２実施形態では、第１の抵抗値ｒhigh1と第２の抵抗値ｒhigh2とを検出し、検出した第１の抵抗値ｒhigh1と第２の抵抗値ｒhigh2とに基づき、多孔質構造体２の第１の面２ａの傾き量を判定する例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、第１の面２ａの互いに異なる複数の端部と第２の面２ｂの複数の端部に対向する複数の端部との間の多孔質構造体２の抵抗値のそれぞれを検出し、検出した抵抗値に基づき、多孔質構造体２の第１の面２ａの傾き量を判定する構成であればよく、検出される抵抗値の数を３つや４つとする構成としてもよい。具体的には、第１の面２ａのすべての端部、つまり、四辺と、第２の面２ｂの四辺との間の多孔質構造体２の抵抗値それぞれを検出し、検出した抵抗値に基づき、多孔質構造体２の第１の面２ａの傾き量を判定する構成を用いることができる。その際、抵抗値としては、互いに対向する端部間の多孔質構造体２の抵抗値を検出する。
【００４８】
（第３実施形態）
第３実施形態は、多孔質構造体２の曲げ量を検出対象とする点が、第１実施形態と異なっている。図１４の例では、多孔質構造体２を左右方向に曲げた場合の角柱状領域２ｊ（図１５参照）の曲率半径ｒを検出対象としている。具体的には、図１４に示すように、電気伝導部４、５に代えて第１の電気伝導部１４、１５、第２の電気伝導部１６、１７が用いられ、抵抗値検出部７ａ及び素子状態判定部７ｂが行う演算処理の内容が変更されている。
【００４９】
導電性物質３は、多孔質構造体２の第１の面２ａ及び第２の面２ｂのそれぞれを底面とし、多孔質構造体２の２つの角部とそれら角部間の１つの辺を含む角柱状領域２ｊにのみ含まれている。図１４の例では角柱状領域２ｊは多孔質構造体２の左手前側に設けられている。
【００５０】
第１の電気伝導部１４は、第１の面２ａのうちの、角柱状領域２ｊの一部をなす面（以下、「上面２ｋ」とも呼ぶ）の一端、つまり、上面２ｋの一辺に設けられている。第１〜第４の電気伝導部１４〜１７としては、例えば、カーボンインクを用いることができる。図１４の例では、角柱状領域２ｊの左上端の表面（上面２ｋの左端）及び内部に設けられている。また、第１の電気伝導部１５は、第２の面２ｂのうちの、角柱状領域２ｊの一部をなす面（以下、「下面２ｌ」とも呼ぶ）の第１の電気伝導部１４と対向する端部、つまり、下面２ｌの一辺に設けられている。図１４の例では、角柱状領域２ｊの左下端の表面（下面２ｌの左端）及び内部に設けられている。即ち、一対の第１の電気伝導部１４、１５は、多孔質構造体２に曲げが付与された場合に伸縮する多孔質構造体２の第１の伸縮部２ｍに、第１の伸縮部２ｍの伸縮方向に互いに離間され、且つ、互いに対向して配置されている。
【００５１】
また、第２の電気伝導部１６は、角柱状領域２ｊの上面２ｋの他端、つまり、第１の電気伝導部１４が設けられている端部と反対側の端部に設けられている。図１４の例では、角柱状領域２ｊの右上端の表面（上面２ｋの右端）及び内部に設けられている。さらに、第２の電気伝導部１７は、角柱状領域２ｊの下面２ｌの第２の電気伝導部１６と対向する端部に設けられている。図１４の例では、角柱状領域２ｊの右下端の表面（下面２ｌの右端）及び内部に設けられている。即ち、一対の第２の電気伝導部１６、１７は、第１の伸縮部２ｍと反対方向に伸縮する多孔質構造体２の第２の伸縮部２ｎに、第２の伸縮部２ｎの伸縮方向に互いに離間され、且つ、互いに対向して配置されている。
【００５２】
それゆえ、第３実施形態に係るセンサ素子６は、多孔質構造体２が曲げられると、多孔質構造体２の曲げ方向側の空隙が潰れ、空隙の内面の導電性物質３間の密着度合いが大きくなるため、曲げ方向側の多孔質構造体２の抵抗値が減少する。そのため、第１の電気伝導部１４、１５間の抵抗値、第２の電気伝導部１６、１７間の抵抗値の何れも減少する。同時に、曲げ方向と反対側の空隙の内面の導電性物質３間の密着度合いが小さくなるため、曲げ方向と反対側の多孔質構造体２の抵抗値は増大する。そのため、第１、第２の電気伝導部１４〜１７間の多孔質構造体２の抵抗値のうち、曲げ方向側の電気伝導部間の多孔質構造体２の抵抗値が、曲げ方向と反対側の電気伝導部間の多孔質構造体２の抵抗値よりも小さくなる。
【００５３】
また、曲げ方向側の多孔質構造体２の空隙の潰れが進行し、空隙の内面の導電性物質３間の密着度合いが十分に大きくなると、多孔質構造体２の曲げ方向側の空隙以外の部分の圧縮も開始される。そのため、第１の電気伝導部１４、１５間の抵抗値、第２の電気伝導部１６、１７間の抵抗値の何れもさらに減少する。同時に、曲げ方向側の空隙以外の部分にしわが生じて抵抗値が増大する。そのため、曲げ方向側の電気伝導部間の多孔質構造体２の抵抗値と、曲げ方向と反対側の電気伝導部間の多孔質構造体２の抵抗値との差は小さくなる。
【００５４】
その際、曲げ方向側の電気伝導部間の多孔質構造体２の抵抗値と、反対側の電気伝導部間の多孔質構造体２の抵抗値との差は、多孔質構造体２の曲げ量が小さいほど大きな値になる。
抵抗値検出部７ａは、一対の第１の電気伝導部１４、１５間の多孔質構造体２の第３の抵抗値、及び一対の第２の電気伝導部１６、１７間の多孔質構造体２の第４の抵抗値を検出する。第３、第４の抵抗値の検出方法としては、例えば、リード線１８、１９、２０、２１を介して、第１の電気伝導部１４、１５間と、第２の電気伝導部１６、１７間とに予め定めた電流を流し、第１の電気伝導部１４、１５間の多孔質構造体２の抵抗値による電圧降下と、第２の電気伝導部１６、１７間の多孔質構造体２の抵抗値による電圧降下とを測定し、電圧降下の測定結果に基づき、第３の抵抗値及び第４の抵抗値を検出する方法を用いることができる。そして、抵抗値検出部７ａは、検出結果を素子状態判定部７ｂに出力する。
【００５５】
素子状態判定部７ｂは、抵抗値検出部７ａが出力した第３、第４の抵抗値に基づき、多孔質構造体２の曲げ量を判定する。曲げ量としては、図１５に示すように、角柱状領域２ｊの中心軸の曲率半径ｒを用いることができる。曲げ量の判定方法としては、例えば、図１６に示すように、第３の抵抗値と第４の抵抗値との差（以下、「抵抗値差」とも呼ぶ）と多孔質構造体２の曲げ量との関係を表すグラフを参照し、第３、第４の抵抗値間の抵抗値差から多孔質構造体２の曲げ量、つまり、曲率半径ｒを判定する。なお、図１６のグラフは、角柱状領域２ｊは、高さ８０［mm］、幅３０［mm］及び奥行き１５［mm］として求めた。また、図１６の例では、抵抗値差が大きいほど、多孔質構造体２の曲げ量が小さい値であると判定される。そして、素子状態判定部７ｂは、判定結果を外部機器１０に出力する。
【００５６】
外部機器１０としては、パソコン（ＰＣ）等を用いることができる。例えば、図１７（ａ）（ｂ）に示すように、素子状態判定部７ｂから出力される判定結果、つまり、多孔質構造体２の曲げ量を報知する画像データをパソコン（ＰＣ）のディスプレイ１０ａに表示させることができる。図１７（ａ）（ｂ）の例では、ディスプレイ１０ａには、多孔質構造体２の正面図と、曲率半径ｒの数値とを表した画像データが表示されている。
【００５７】
以上説明したように、第３実施形態に係るセンサユニット１では、センサ素子６が、多孔質構造体２の曲げ量を検出対象とし、多孔質構造体２の第１の伸縮部２ｍに第１の伸縮部２ｍの伸縮方向に互いに離間され且つ互いに対向して配置された一対の第１の電気伝導部１４、１５、及び第２の伸縮部２ｎに第２の伸縮部２ｎの伸縮方向に互いに離間され且つ互いに対向して配置された一対の第２の電気伝導部１６、１７を有するようにした。そして、抵抗値検出部７ａが、一対の第１の電気伝導部１４、１５間の多孔質構造体２の第３の抵抗値、及び一対の第２の電気伝導部１６、１７間の多孔質構造体２の第４の抵抗値を検出し、素子状態判定部７ｂが、抵抗値検出部７ａで検出した第３、第４の抵抗値に基づき、多孔質構造体２の曲げ量を判定するようにした。それゆえ曲げ量を簡単な構成で検出できる。
また、素子状態判定部７ｂが、抵抗値差が大きいほど、多孔質構造体２の曲げ量が小さい値であると判定するようにしたため、多孔質構造体２の曲げ量を適切に検出できる。
【００５８】
（第４実施形態）
第４実施形態は、多孔質構造体２の互いに逆向きの面のずれ量を検出対象とする点が、第３実施形態と異なる。図１８の例では、第１の面２ａを右方向にずらした場合の角柱状領域２ｊの上下面２ｋ、２ｌのずれ量を検出対象としている。具体的には、図１８に示すように、第１、第２の電気伝導部１４〜１７に代えて第３の電気伝導部２２、２３が用いられ、抵抗値検出部７ａ及び素子状態判定部７ｂが行う演算処理の内容が変更されている。
【００５９】
第３の電気伝導部２２は、角柱状領域２ｊの上面２ｋの一端に設けられている。第３の電気伝導部２２、２３としては、例えばアルミプレートを用いることができる。図１８の例では、角柱状領域２ｊの左上端の表面に設けられている。また、第３の電気伝導部２３は、角柱状領域２ｊの上面２ｋの他端、つまり第３の電気伝導部２２が設けられている端部と反対側の端部に対向する下面２ｌの端部に設けられている。図１８の例では、角柱状領域２ｊの右下端の表面に設けられている。また、図１８の例では、第３の電気伝導部２２が上面２ｋの左端から中央部まで設けられ、第３の電気伝導部２３が下面２ｌの右端から中央部まで設けられている。それゆえ、第１の面２ａが右方向にずらされてない場合には、第３の電気伝導部２２、２３間の対向面積が０となり、第１の面２ａが右方向にずらされた場合には、第３の電気伝導部２２、２３間の対向面積が変化する。即ち、第３の電気伝導部２２、２３は、第１の面２ａが右方向にずらされた場合に対向面積が変化するように互いに離間されて多孔質構造体２の第１の面２ａ及び第２の面２ｂに配置されている。
【００６０】
それゆえ、第４実施形態に係るセンサ素子６は、第２の面２ｂに対し第１の面２ａが右方向にずらされると、つまり、剪断変形されると、一対の第３の電気伝導部２２、２３の対向面積が大きくなる。そのため、一対の第３の電気伝導部２２、２３間の多孔質構造体２の抵抗値が減少する。また同時に、多孔質構造体２の空隙が潰れ、空隙の内面の導電性物質３間の密着度合いが大きくなる。そのため、一対の第３の電気伝導部２２、２３間の多孔質構造体２の抵抗値が減少する。さらに、多孔質構造体２の空隙の潰れが進行し、空隙の内面の導電性物質３間の密着度合いが十分に大きくなると、多孔質構造体２の空隙以外の部分の圧縮も開始される。そのため、第３の電気伝導部２２、２３間の距離が短くなることで、一対の第３の電気伝導部２２、２３間の多孔質構造体２の抵抗値がさらに減少する。
【００６１】
抵抗値検出部７ａは、一対の第３の電気伝導部２２、２３間の多孔質構造体２の抵抗値を検出する。抵抗値の検出方法としては、例えば、リード線２４、２５を介して、第３の電気伝導部２２、２３間に予め定めた電流を流し、一対の第３の電気伝導部２２、２３間の多孔質構造体２の抵抗値による電圧降下を測定し、電圧降下の測定結果に基づき、一対の第３の電気伝導部２２、２３間の多孔質構造体２の抵抗値を検出する方法を用いることができる。そして、抵抗値検出部７ａは、検出結果を素子状態判定部７ｂに出力する。
【００６２】
素子状態判定部７ｂは、抵抗値検出部７ａが出力した第３の電気伝導部２２、２３間の多孔質構造体２の抵抗値に基づき、互いに逆向きの面のずれ量、つまり多孔質構造体２の第１の面２ａ及び第２の面２ｂのずれ量を判定する。ずれ量としては、図１９に示すように、下面２ｌの法線方向に対する、角柱状領域２ｊの側面の傾き角φを用いることができる。
【００６３】
ずれ量の判定方法としては、例えば、図２０に示すように、第３の電気伝導部２２、２３間の多孔質構造体２の抵抗値と第１の面２ａ及び第２の面２ｂのずれ量との関係を表すグラフを参照して、一対の第３の電気伝導部２２、２３間の多孔質構造体２の抵抗値から第１の面２ａ及び第２の面２ｂのずれ量、つまり傾き角φを判定する方法を用いることができる。図２０の例では、一対の第３の電気伝導部２２、２３間の多孔質構造体２の抵抗値が小さいほど、第１の面２ａ及び第２の面２ｂのずれ量、つまり角柱状領域２ｊの側面の傾き角φが小さい値であると判定される。図２０の例では、「○」は初期厚さ３０[mm]の多孔質構造体２を厚さ２７［mm］に圧縮して第１の面２ａをずらす場合に用いられ、「●」は初期厚さ３０[mm]の多孔質構造体２を厚さ２２［mm］に圧縮して第１の面２ａをずらす場合に用いられる。そして、素子状態判定部７ｂは判定結果を外部機器１０に出力する。
【００６４】
外部機器１０としては、パソコン（ＰＣ）等を用いることができる。例えば、図２１（ａ）（ｂ）に示すように、素子状態判定部７ｂから出力される判定結果、つまり、多孔質構造体２の第１の面２ａ及び第２の面２ｂのずれ量を報知する画像データをパソコン（ＰＣ）のディスプレイ１０ａに表示させることができる。図２１（ａ）（ｂ）の例では、ディスプレイ１０ａには、多孔質構造体２の正面図と、角柱状領域２ｊの側面の傾き角φ、つまり、ずれ量とを表した画像データが表示されている。
【００６５】
以上説明したように、第４実施形態に係るセンサユニット１では、センサ素子６が、第１の面２ａ及び第２の面２ｂのずれ量を検出対象とし、第１の面２ａ及び第２の面２ｂがずらされた場合、つまり、剪断変形された場合に対向面積が変化するように互いに離間されて多孔質構造体２に配置された一対の第３の電気伝導部２２、２３を有するようにした。そして、抵抗値検出部７ａが、一対の第３の電気伝導部２２、２３間の多孔質構造体２の抵抗値を検出し、素子状態判定部７ｂが、抵抗値検出部７ａで検出した一対の第３の電気伝導部２２、２３間の多孔質構造体２の抵抗値に基づき、第１の面２ａ及び第２の面２ｂのずれ量を判定するようにした。それゆえ、第１の面２ａ及び第２の面２ｂのずれ量を簡単な構成で検出することができる。
また、素子状態判定部７ｂが、抵抗値検出部７ａで検出した抵抗値が小さいほど、ずれ量が小さい値であると判定するようにしたため、ずれ量を適切に検出することができる。
【００６６】
（第５実施形態）
第５実施形態は、装置構成を図１８に例示的に示した第４実施形態と同一としつつ、多孔質構造体２の互いに逆向きの面、つまり第１の面２ａ及び第２の面２ｂのねじれ量を検出対象とするものである。具体的には、素子状態判定部７ｂが行う演算処理の内容が変更されている。なお、第５実施形態では、第３の電気伝導部２２、２３を第４の電気伝導部２２、２３と呼ぶ。
【００６７】
ここで、第５実施形態に係るセンサ素子６は、第２の面２ｂに対し第１の面２ａが左右方向にねじられると、つまり、ねじり変形されると、一対の第４の電気伝導部２２、２３の対向面積が大きくなる。そのため、一対の第４の電気伝導部２２、２３間の多孔質構造体２の抵抗値が減少する。また同時に、多孔質構造体２の空隙が潰れ、空隙の内面の導電性物質３間の密着度合いが大きくなる。そのため、一対の第４の電気伝導部２２、２３間の多孔質構造体２の抵抗値が減少する。さらに、多孔質構造体２の空隙の潰れが進行し、空隙の内面の導電性物質３間の密着度合いが十分に大きくなると、多孔質構造体２の空隙以外の部分の圧縮も開始される。そのため、第４の電気伝導部２２、２３間の距離が短くなることで、一対の第４の電気伝導部２２、２３間の多孔質構造体２の抵抗値がさらに減少する。
【００６８】
素子状態判定部７ｂは、抵抗値検出部７ａが出力した第４の電気伝導部２２、２３間の多孔質構造体２の抵抗値に基づき互いに逆向きの面のねじれ量、つまり多孔質構造体２の第１の面２ａ及び第２の面２ｂのねじれ量を判定する。ねじれ量としては、図２２に示すように第２の面２ｂに対し第１の面２ａをねじった場合のねじれ角ψを用いることができる。
【００６９】
ねじれ量の判定方法としては、例えば、図２３に示すように、第４の電気伝導部２２、２３間の多孔質構造体２の抵抗値と第１の面２ａ及び第２の面２ｂのねじれ量との関係を表すグラフを参照して、一対の第４の電気伝導部２２、２３間の多孔質構造体２の抵抗値から第１の面２ａ及び第２の面２ｂのねじれ量、つまりねじれ角ψを判定する方法を採用できる。図２３の例では、一対の第４の電気伝導部２２、２３間の多孔質構造体２の抵抗値が小さいほど、第１の面２ａ及び第２の面２ｂのねじれ量、つまりねじれ角ψが大きい値であると判定される。そして、素子状態判定部７ｂは、判定結果を外部機器１０に出力する。
【００７０】
ちなみに、第４の電気伝導部２２、２３を省略し、角柱状領域２ｊの上面２ｋの一端の中点と、他端に対向する下面の端部の中点との間の多孔質構造体２の抵抗値を検出するようにした場合、図２４に示すように１つの抵抗値に対して２つのねじれ角ψが導出されるため、ねじれ角ψ、つまり、第１の面２ａ及び第２の面２ｂのねじれ量の判定が困難となる。
【００７１】
外部機器１０としては、パソコン（ＰＣ）等を用いることができる。例えば、図２５（ａ）（ｂ）に示すように、素子状態判定部７ｂから出力される判定結果、つまり、多孔質構造体２の第１の面２ａ及び第２の面２ｂのねじれ量を報知する画像データをパソコン（ＰＣ）のディスプレイ１０ａに表示させることができる。図２５（ａ）（ｂ）の例では、ディスプレイ１０ａには、多孔質構造体２の正面図と、角柱状領域２ｊの側面のねじれ角ψ、つまり、ねじれ量とを表した画像データが表示されている。
【００７２】
以上説明したように、第５実施形態に係るセンサユニット１では、センサ素子６が、第１の面２ａ及び第２の面２ｂのねじれ量を検出対象とし、第１の面２ａ及び第２の面２ｂがねじられた場合、つまりねじり変形された場合に対向面積が変化するように互いに離間されて多孔質構造体２に配置された一対の第３の電気伝導部２２、２３を有するようにした。そして、抵抗値検出部７ａが、一対の第３の電気伝導部２２、２３間の多孔質構造体２の抵抗値を検出し、素子状態判定部７ｂが、抵抗値検出部７ａで検出した一対の第３の電気伝導部２２、２３間の多孔質構造体２の抵抗値に基づき、第１の面２ａ及び第２の面２ｂのねじれ量を判定するようにした。それゆえ、第１の面２ａ及び第２の面２ｂのねじれ量を簡単な構成で検出することができる。
また、素子状態判定部７ｂが、抵抗値検出部７ａで検出した抵抗値が小さいほど、ねじれ量が大きい値であると判定するようにしたため、ねじれ量を適切に検出できる。
【符号の説明】
【００７３】
１…センサユニット、２…多孔質構造体、２ａ…第１の面、２ｂ…第２の面、２ｃ〜２ｅ…第３の面、２ｆ…第１の端部、２ｇ…第２の端部、２ｈ…第３の端部、２ｉ…第４の端部、２ｊ…角柱状領域、２ｋ…上面、２ｌ…下面、２ｍ…第１の伸縮部、２ｎ…第２の伸縮部、３…導電性物質、４、５…電気伝導部、６…センサ素子、７…制御基板、７ａ…抵抗値検出部、７ｂ…素子状態判定部、８、９…リード線、１０…外部機器、１０ａ…ディスプレイ、１１〜１３…リード線、１４、１５…第１の電気伝導部、１６、１７…第２の電気伝導部、１８〜２１…リード線、２２、２３…第３の電気伝導部、第４の電気伝導部、２４、２５…リード線
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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