(57)【要約】【課題】従来に比べ、より大きく変形することができる力センサを提供する。【解決手段】力センサ１は、外部から加えられた力によって弾性変形する本体２と、前記本体２内に設けられた１または２以上の内部空間と、前記内部空間に充填された導電性の流体１５とを備え、前記流体１５のインピーダンスを測定することにより前記本体２に付加された力を測定することを特徴とする。【選択図】図１
2011232322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から加えられた力によって弾性変形する本体と、
前記本体内に設けられた１または２以上の内部空間と、
前記内部空間に充填された導電性の流体と
を備え、
前記流体のインピーダンスを測定することにより前記本体に付加された力を測定することを特徴とする力センサ。
【請求項２】
前記内部空間は、第１空間と、前記第１空間に連設された第２空間とからなり、
外部から加えられた圧縮方向の力によって前記第２空間を変形させる凸部が前記本体の表面に設けられていることを特徴とする請求項１記載の力センサ。
【請求項３】
前記内部空間は、前記本体の厚さ方向に重ねて設けられた第１空間と、第２空間と、第３空間とからなり、
前記第２空間は、前記本体の中立軸上に配置されたことを特徴とする請求項１記載の力センサ。
【請求項４】
前記流体は、イオン液体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、力センサに関し、特に伸縮性を有する力センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在ロボット分野において、人の生活空間で作業するロボットに関する研究が進められている。その課題のひとつとして、人と安全に触れ合うことができるロボットの実現が挙げられる。この場合、安全性を向上するために、動作中のロボットが人や周辺の物体と接触したことを検知する触覚センサが重要となる。特に間接部などの可動部位では巻き込みなどを起こす可能性が高く、接触の有無を検出する必要があると考えられる。
【０００３】
この種の触覚センサとして、高分子材料により形成された薄膜フィルムに略矩形の開口部を複数加工することにより複数の素子形成部を複数の架橋部により架橋してなる網目状の面部材を形成すると共に、この面部材の複数の素子形成部に圧力センサ素子を形成し、圧力センサ素子への配線を架橋部に形成した圧力面センサが開示されている（例えば、特許文献１）。この圧力面センサは、架橋部が形成されていない対角の方向に伸長させることができると共に曲面に変形させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−９０９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の場合、圧力面センサは架橋部が形成されていない対角の方向に伸長させることができるものの、その変形量は、架橋部に形成された金属の配線によって制限される。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、従来に比べ、より大きく変形することができる力センサ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】
【０００７】
本発明の請求項１に係る発明は、外部から加えられた力によって弾性変形する本体と、前記本体内に設けられた１または２以上の内部空間と、前記内部空間に充填された導電性の流体とを備え、前記流体のインピーダンスを測定することにより前記本体に付加された力を測定することを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項２に係る発明は、前記内部空間は、第１空間と、前記第１空間に連設された第２空間とからなり、外部から加えられた圧縮方向の力によって前記第２空間を変形させる凸部が前記本体の表面に設けられていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項３に係る発明は、前記内部空間は、前記本体の厚さ方向に重ねて設けられた第１空間と、第２空間と、第３空間とからなり、前記第２空間は、前記本体の中立軸上に配置されたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項４に係る発明は、前記流体は、イオン液体であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、力センサは、本体が変形し得る限り、全体として変形することができるので、配線によって変形量が制限された従来に比べ、格段と大きく変形することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係る力センサの全体構成を示す斜視図である。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】力センサの製造工程を段階的に示す斜視図（１）である。
【図５】力センサの製造工程を段階的に示す斜視図（２）である。
【図６】力センサの製造工程を段階的に示す斜視図（３）である。
【図７】図６におけるＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。
【図８】力センサの製造工程を段階的に示す斜視図（４）である。
【図９】図８におけるＩＸ−ＩＸ断面図である。
【図１０】力センサの製造工程を段階的に示す斜視図（５）である。
【図１１】図１０における縦断面図である。
【図１２】第１実施形態に係る力センサの使用状態（１）を示す縦断面図である。
【図１３】第１実施形態に係る力センサの使用状態（２）を示す縦断面図である。
【図１４】力センサに伸び方向の力を加えた場合のインピーダンス変化率を示すグラフである。
【図１５】第１実施形態に係る力センサの使用状態（３）を示す縦断面図である。
【図１６】管状部材の曲率とインピーダンス変化率との関係を示すグラフである。
【図１７】第１実施形態に係る力センサの使用状態（４）を示す縦断面図である。
【図１８】力センサに圧縮方向の力を加えた場合のインピーダンス変化率を示すグラフである。
【図１９】第２実施形態に係る力センサの全体構成を示す縦断面図である。
【図２０】第２実施形態に係る力センサの使用状態（１）を示す縦断面図である。
【図２１】第２実施形態に係る力センサの使用状態（２）を示す縦断面図である。
【図２２】第２実施形態に係る力センサの使用状態（３）を示す縦断面図である。
【図２３】第２実施形態に係る力センサの使用状態（４）を示す縦断面図である。
【図２４】第２実施形態に係る力センサの使用状態（５）を示す縦断面図である。
【図２５】第２実施形態に係る力センサの使用状態（６）を示す縦断面図である。
【図２６】変形例に係る力センサの全体構成を示す縦断面図である。
【図２７】変形例に係る力センサの製造工程を段階的に示す縦断面図（１）である。
【図２８】変形例に係る力センサの製造工程を段階的に示す縦断面図（２）である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
１．第１実施形態
（全体構成）
図1に示す力センサ１は、本体２と、電極３とを備えている。本体２は、外力によって変形、例えば伸縮する。本実施形態の場合、本体２は、板形状を有し、シリコンゴムで形成されている。シリコンゴムは、特に限定されるものではないが、例えば、ＰＤＭＳ（polydimethylsiloxane；ポリジメチルシロキサン）を用いることができ、より具体的には、Sylgard 184（東レ・ダウコーニング株式会社製）や、KE-1241（信越化学工業株式会社製）などを用いることができる。
【００１４】
本体２の上面には、凸部４が設けられている。この凸部４は、圧縮方向の力によって、本体２の上面を圧縮方向に変形させる。また、本体２の長手方向端部には、電極３が設けられている。本実施形態の場合、電極３は、本体２の長手方向の対向する端部にそれぞれ１個ずつ配置された２個を一対として２組（合計４個）設けられている。
【００１５】
図2に示すように、本体２は、溝部６と、前記溝部６の上面に設けられた蓋部７とを有する。本実施形態の場合、溝部６は、第１溝部８と、当該第１溝部８の短手方向に一体的に設けられた第２溝部９とで構成されている。
【００１６】
第１溝部８と第２溝部９の開口は、保護膜１０で覆われており、これにより、内部空間としての第１空間１２と、第２空間１３とが形成されている。前記第１空間１２と前記第２空間１３とは、側壁１４で隔離されており、導電性の流体１５が充填されている。保護膜１０は、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法を用いて、ポリパラキシレン（商品名パリレン）を所定の厚さに堆積して形成される。
【００１７】
流体１５は、本実施形態の場合イオン液体が用いられる。イオン液体としては、例えば、1-ethyl-3-methyl imidazolium ethyl sulfate、1-butyl-1-methylpyrrolidinium tetracyanoborate、N-butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imideなどを用いることができる。
【００１８】
前記凸部４は、圧縮方向の力によって第２空間１３を変形し得るように形成されている。本実施形態の場合、凸部４は、蓋部７の上面に設けられた突条で構成され、第２空間１３の略中央であって、第２空間１３の長手方向と略平行に配置されている。
【００１９】
第１空間１２および第２空間１３には、それぞれ電極３が配置されており、図示しない電源から供給される交流電圧を、第１空間１２および第２空間１３に充填された流体１５に印加し得るように構成されている。
【００２０】
電極３の構成について図3を参照して説明する。なお、電極３は、第１空間１２および第２空間１３において構成上差異はないので、第２空間１３に配置された電極３を例にとり、説明する。本実施形態の場合、電極３は、第２空間１３内に配置された内電極部１８と、本体２の外部に配置された外電極部１９とを有する。内電極部１８と外電極部１９は、薄板で構成され、一体に形成されている。電極３は、特に限定されるものではないが、例えば、Ｃｕ、Ｐｔや、Ａｕなどの厚さ３０ｎｍ程度の薄膜を用いることもできる。
（製造方法）
次に、上記のように構成された力センサ１の製造方法について、図を参照して説明する。まず、第１溝部８を成型するためのモールド２１を形成する（図4）。本実施形態の場合、モールド２１は、純シリコンウェーハ上にレジストをパターニングしてＲＩＥ（Reactive Ion Etching；反応性イオンエッチング）により、形成する。エッチングには、ＳＦ６およびＣ４Ｆ８の２種類のガスを交互に利用する。ＳＦ６の場合、流量420sccm、上部／下部の高周波電源の出力2000W/40Wで行うことができる。また、Ｃ４Ｆ８の場合、流量180sccm、上部／下部の高周波電源の出力2000W/0Wで行うことができる。純シリコンウェーハは、２０℃に冷却されている。エッチング槽内の圧力は初期状態で、1.0×10-6 Pa程度である。エッチング後、上記レジストを除去する。
【００２１】
次いで、モールド２１に電極３を配置する（図5）。この場合、第１溝部８の底面となるモールド２１の島部２２に内電極部１８を配置し、モールド２１の外部に外電極部１９を配置する。モールド２１の縁部２３にスペーサ２４を配置した状態で、モールド２１内に液状のシリコンゴムを流し込み、硬化させることにより、第１溝部８を成型する（図6）。本実施形態の場合、スペーサはガラス板を用いた。これにより、電極３は第１溝部８に一体成型される（図7）。モールド２１から第１溝部８を取り外し、内部をＯ２プラズマにより、親水化する。
【００２２】
次いで、第１溝部８内に、流体１５を注入する。ここで、第１溝部８の内部はＯ２プラズマにより、親水化されているので、流体１５は容易に流入する。さらに、第１溝部８の上面に対し、所定厚さ、例えば１μｍの保護膜１０をＣＶＤ法により形成する（図8，図9）。ＣＶＤの条件は、例えば、使用薬品パリレン-C、気化温度175℃、分解温度690℃、蒸着圧力25mmTorrとすることができる。これにより、流体１５は、第１溝部８の第１空間１２が保護膜１０により密閉され、当該第１空間１２内に流体１５が充填された状態となる。
【００２３】
特に図示しないが、同様の要領で、流体１５が満たされた状態の第２空間１３を有する第２溝部９を形成する。
【００２４】
次いで、図10および図11に示すように、上記のように形成された第１溝部８と第２溝部９を短手方向にシリコンゴムで接着する。最後に、第１溝部８と第２溝部９の上面に蓋部７をシリコンゴムで固定する。
【００２５】
（作用および効果）
上記のように構成された力センサ１は、電極３が図示しない交流電源に電気的に接続される。交流電源から供給された交流電圧は、内電極部１８を通じて第１空間１２および第２空間１３に充填された流体１５に印加される。これにより、第１空間１２および第２空間１３に充填された流体１５のインピーダンスを測定する。流体１５のインピーダンスは、第１空間１２および第２空間１３の、長手方向長さ、および短手方向の縦断面における面積に依存する。
【００２６】
ここで、流体１５のインピーダンスＺは、Ｚ＝√（Ｒ２＋（２／２πｆＣ）２）となる。Rは流体１５の抵抗値、ｆは入力する交流電源の周波数、Cは流体と電極間のコンデンサ容量である。この場合、交流電源の周波数Ｗを１〜１０ｋＨｚと十分大きくすることで、コンデンサ成分を無視することが可能となり、「Ｚ＝Ｒ」と近似することができる。すなわち、第１空間１２および第２空間１３が長手方向に変化した場合、インピーダンスは、Ｚ＋ΔＺＬ＝ρ（Ｌ＋ΔＬ）／Ａで表される。なお、Ｚ：伸びる前のインピーダンス、ΔＺＬ：伸びによって生じるインピーダンスの変化量、ρ：流体１５の抵抗率、Ｌ：内部空間の長手方向長さ、ΔＬ：内部空間の伸び、Ａ：長手方向に垂直な断面における内部空間の面積である。流体１５が1-ethyl-3-methyl-imidazolium ethyl sulfateの場合、１／ρ＝０．３９８(S/m)となる。１／ρは導電率、SはΩ-1（ジーメンス）である。以上より、長手方向に伸びた場合、インピーダンスは比例してその分大きくなる。
【００２７】
また、長手方向に垂直な断面における面積が変化した場合、インピーダンスは、Ｚ＋ΔＺＰ＝ρ・Ｌ／（Ａ−ΔＡ）で表される。なお、ΔＡ：内部空間の面積の減少量、ΔＺＰ：圧縮によって生じるインピーダンスの変化量である。すなわち、インピーダンスは断面積に反比例する。
【００２８】
本実施形態の場合、図12に示すように、力センサ１の本体２に対し、長手方向の力（図中矢印）、すなわち伸び方向の力のみが加えられた場合、当該力によって本体２は長手方向に伸びる。そうすると、第１空間１２および第２空間１３は共に長手方向に伸びる。したがって、第１空間１２および第２空間１３における流体１５のインピーダンスは共に大きくなる。この場合、第１空間１２または第２空間１３における流体１５のインピーダンスを測定することにより、力センサ１は、伸び方向の力の大きさを測定することができる。
【００２９】
また、図13に示すように、力センサ１の本体２に対し、表面を押す力（図中矢印）、すなわち圧縮方向の力のみが加えられた場合、当該力によって本体２表面に設けられた凸部４が本体２を圧縮する。凸部４は、蓋部７の第２空間１３上にのみ設けられているので、第２空間１３が圧縮方向の力によって変形する。そうすると、第２空間１３は、短手方向の断面における面積が小さくなる。したがって、第２空間１３における流体１５のインピーダンスが大きくなる。この場合、第２空間１３における流体１５のインピーダンスを測定することにより、力センサ１は、圧縮方向の力の大きさを測定することができる。
【００３０】
次に、力センサ１に伸び方向の力と圧縮方向の力が同時に加えられた場合について説明する。この場合、第１空間１２は、伸び方向の力によってのみ変形する。すなわち、第１空間１２は、長手方向に伸び、流体１５のインピーダンスは大きくなる。
【００３１】
一方、第２空間１３は、伸び方向の力によって変形すると同時に、圧縮方向の力によっても変形する。すなわち、第２空間１３は、長手方向に伸びると同時に、短手方向の断面における面積が小さくなる。このとき、第２空間１３の長手方向の伸び長さは、第１空間１２と略同じとなる。
【００３２】
この場合、第１空間１２における流体１５のインピーダンスを測定することにより、力センサ１は、伸び方向の力の大きさを測定することができる。同時に、第１空間１２における流体１５のインピーダンスと、第２空間１３における流体１５のインピーダンスの差を算出することにより、力センサ１は、圧縮方向の力の大きさを測定することができる。
【００３３】
実際に形成した力センサ１を用い、インピーダンスの測定を行った。本体２の幅１０ｍｍ、長さ７０ｍｍ、厚さ１ｍｍ、材質(東レ・ダウコーニング株式会社 Sylgard 184）、第１空間１２および第２空間１３の幅１ｍｍ、長さ４０ｍｍ、高さ０．５ｍｍ、容積２０ｃｃ、流体１５は1-ethyl-3-methyl imidazolium ethyl sulfate、初期のインピーダンス：３０ｋΩとした力センサ１を形成した。
【００３４】
図14に、力センサ１に伸び方向の力のみを加えた場合のインピーダンス変化率を示す。この結果から、力センサ１に伸び方向の力のみを加えた場合、第１空間１２および第２空間１３における流体１５のインピーダンスが同様に変化することが確認できた。
【００３５】
図15に示すように、力センサ１を長手方向に伸ばさずに、管状部材２５の表面に取付けた状態で、流体１５のインピーダンスを測定した。この場合、第１空間１２および第２空間１３は中立軸上に形成されているために曲げによって伸びることはない。図16に管状部材２５の曲率とインピーダンス変化率との関係を示す。この結果から、力センサ１は、湾曲状に変形させても、流体１５のインピーダンスが変化しないことが確認できた。
【００３６】
また、図17に示すように、力センサ１に対し、圧縮方向の力のみを加えた。力センサ１は、半径３０ｍｍの管状部材２６の表面に取り付けた。当該力センサ１に対し、表面を構造体２７に押し付けることにより、圧縮方向の力を加えた。この状態で、流体１５のインピーダンスを測定した。図18に圧縮方向の力とインピーダンス変化率の関係を示す。この結果から、力センサ１に圧縮方向の力のみを加えた場合、第１空間１２における流体１５のインピーダンスは変化せず、第２空間１３における流体１５のインピーダンスのみ変化することが確認できた。
【００３７】
以上の通り、本実施形態に係る力センサ１は、外部から加えられた力によって弾性変形する本体２内に第１空間１２および第２空間１３を形成し、当該第１空間１２および第２空間１３内に充填された流体１５のインピーダンスを測定する構成とした。これにより、力センサ１は、本体２が変形し得る限り、全体として変形することができるので、配線によって変形量が制限された従来に比べ、格段と大きく変形することができる。したがって、力センサ１は、例えば、ロボットの間接などの可動部に容易に取り付けることができる。
【００３８】
また、力センサ１は、本体２に対し加えられる圧縮方向の力によって第２空間１３を変形させる凸部４が設けられていることにより、圧縮方向の力を測定することができる。さらに、力センサ１は、第１空間１２と第２空間１３とを連接したことにより、伸び方向の力と、圧縮方向の力とが同時に本体２へ加えられた場合でも、伸び方向の力と、圧縮方向の力とをそれぞれ測定することができる。
【００３９】
さらに、第１溝部８および第２溝部９に流体１５を充填させた状態で、ＣＶＤ法で保護膜１０により第１空間１２および第２空間１３を密閉することとしたので、容易に力センサ１を製造することができる。
【００４０】
２．第２実施形態
（全体構成）
次に、第２実施形態に係る力センサについて説明する。なお、上記第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、簡単のため、説明を省略する。本実施形態に係る力センサは、本体の構成が上記第１実施形態と異なる。
【００４１】
本実施形態に係る力センサ３０は、図19に示すように、本体３１が、一側31aから順に積層された第１溝部３２と、第２溝部３３と、第３溝部３４とを有し、それぞれが保護膜１０、および蓋部７で閉塞されている。これにより、本体３１内には、内部空間としての第１空間３６と、第２空間３７と、第３空間３８とが形成されている。第１空間３６、第２空間３７、第３空間３８は、一側31aから順に本体３１内に積層されている。本体３１を一つの梁と考えた場合、第２空間３７を中立軸上に配置するように、本体３１は形成されている。
【００４２】
この力センサ３０は、流体１５を充填し、保護膜１０で密閉した後、上面に蓋部７を固定した第１溝部３２、第２溝部３３、第３溝部３４を、上下方向に３個重ねて接着することにより製造することができる。
【００４３】
（作用および効果）
上記力センサ３０をロボットの関節３９に取付けた場合の作用について説明する。まず、図20に示すように、端部が固定され、中央部分が固定されていない状態で力センサ３０が取付けられた場合について説明する。
【００４４】
力センサ３０に伸び方向の力のみが加えられた場合、図21に示すように、当該力によって本体３１は長手方向に伸びる。そうすると、第１空間３６、第２空間３７、および第３空間３８は同様に長手方向に伸びる。したがって、第１空間３６、第２空間３７、および第３空間３８における流体１５のインピーダンスは同様に大きくなる。これにより、第１空間３６、第２空間３７、および第３空間３８のいずれかのインピーダンスから、伸び方向の力の大きさを測定することができる。
【００４５】
力センサ３０に曲げ方向の力のみが加えられた場合、図22に示すように、当該力によって本体３１は曲げ変形する。そうすると、第１空間３６は伸び、第３空間３８は縮む。第２空間３７は中立軸上に設けられているので、長手方向の長さは変化しない。したがって、第１空間３６における流体１５のインピーダンスは大きくなり、第３空間３８における流体１５のインピーダンスは小さくなる。また、第２空間３７における流体１５のインピーダンスは変化しない。これにより、第１空間３６と第３空間３８のインピーダンスから、曲げ方向の力の大きさを測定することができる。
【００４６】
力センサ３０に圧縮方向の力のみが加えられた場合、図23に示すように、当該力によって本体３１表面が押される。そうすると、第１空間３６のみ、短手方向の断面における面積が小さくなる。したがって、第１空間３６における流体１５のインピーダンスのみが大きくなる。この場合、第２空間３７における流体１５のインピーダンスを測定することにより、力センサ３０は、圧縮方向の力の大きさを測定することができる。
【００４７】
以上より、第２空間３７における流体１５のインピーダンスＺ２は、曲げ方向、および圧縮方向の力に対して応答しない。したがって、力センサ３０は、インピーダンスＺ２の変化量ΔＺ２を測定することにより、伸び方向の力を測定することができる。
【００４８】
第３空間３８における流体１５のインピーダンスＺ３は、圧縮方向の力に対し応答せず、伸び方向、および曲げ方向の力に応答する。したがって、インピーダンスＺ３の変化量ΔＺ３とΔＺ２との差をとり、伸び方向の力の影響を取り除くことにより曲げ方向の力のみを抽出することができる。すなわち、力センサ３０は、ΔＺ２−ΔＺ３を算出することにより、曲げ方向の力を測定することができる。
【００４９】
第１空間３６における流体１５のインピーダンスＺ１は、伸び方向、曲げ方向、圧縮方向の力全てに応答する。したがって、インピーダンスＺ１の変化量ΔＺ１と、ΔＺ２との差をとり伸び方向の力の影響を取り除き、ΔＺ３を加算して曲げ方向の力の影響を取り除くことにより圧縮方向の力のみを抽出することができる。すなわち、力センサ３０は、ΔＺ１−ΔＺ２＋ΔＺ３を算出することにより、圧縮方向の力を測定することができる。
【００５０】
次に、図24に示すように、底面の全体が固定された状態で力センサ３０が取り付けられた場合について説明する。
【００５１】
力センサ３０に伸び方向の力のみが加えられた場合、第１空間３６、第２空間３７、および第３空間３８は同様に長手方向に伸びる。したがって、ΔＺ１＝ΔＺ２＝ΔＺ３＝ΔＺＬとなる。ΔＺＬは伸びによって生じるインピーダンスの変化量である。
【００５２】
力センサ３０に圧縮方向の力のみが加えられた場合、第１空間３６のみが変形する。したがって、ΔＺ１＝ΔＺＰ、ΔＺ２＝ΔＺ３＝０となる。ΔＺＰは圧縮によって生じるインピーダンスの変化量である。
【００５３】
図25に示すように、力センサ３０に曲げ方向の力が加えられた場合、底面の全体が固定されているので、ロボットの関節３９が曲がったとしても、底面の伸びは０となる。このことから、曲げ角度θは、θ＝Ｌ／Ｒとなる。なお、Ｒは力センサ３０の曲率半径、Ｌは力センサ３０の初期長さである。
【００５４】
曲げ方向の力によって生じる第１空間３６、第２空間３７、第３空間３８の伸びをそれぞれΔＬ１、ΔＬ２、ΔＬ３とすると、ΔＬ１＝５ｒＬ／Ｒ、ΔＬ２＝３ｒＬ／Ｒ、ΔＬ３＝ｒＬ／Ｒとなる。なお、ｒは、力センサ３０の底面から第３空間の中心軸までの距離である。
【００５５】
これにより、曲げ方向の力によって生じる第１空間３６、第２空間３７、第３空間３８のインピーダンスは、ΔＺ１＝５ΔＺｒ、ΔＺ２＝３ΔＺｒ、ΔＺ３＝ΔＺｒとなる。ΔＺｒは曲げによって生じるインピーダンスの変化量である。
【００５６】
これらの式を連立方程式として解くと、ＺＰ＝ΔＺ１＋ΔＺ３−２ΔＺ２、ΔＺＬ＝３ΔＺ３／２−ΔＺ２／２、ΔＺｒ＝ΔＺ２／２−ΔＺ３／２となる。
【００５７】
ΔＺｒは、曲げ方向の力によって生じるインピーダンスの変化であるため、曲げによる伸び量と曲げ角度に比例する。したがって、ΔＺｒと曲げ角度との関係を予め求めておくことで曲げ角度を求めることが可能となる。
【００５８】
上記したように、本実施形態に係る力センサ３０は、外部から加えられた力によって弾性変形する本体３１内に第１空間３６、第２空間３７、および第３空間３８を形成し、当該第１空間３６、第２空間３７、および第３空間３８内に充填された流体１５のインピーダンスを測定する構成とした。これにより、力センサ３０は、上記第１実施形態と同様に、従来に比べ、格段と大きく変形することができる。
【００５９】
さらに力センサ３０は、本体３１が、一側から順に積層された第１溝部３２と、第２溝部３３と、第３溝部３４とを有することにより、伸び方向、圧縮方向の力に加え、曲げ方向の力を測定することができる。
【００６０】
３．変形例
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することが可能である。図26に示すように、本変形例では、蓋部７の構成が上記実施形態と異なる。すなわち、本変形例に係る力センサ４０は、蓋部４１が、形成蓋部４２と、面状蓋部４３と、当該面状蓋部４３に形成された通気孔４５および注入口４６を塞ぐ栓体４４を備える。本変形例の場合、栓体４４は２個設けられる。この力センサ１を製造するには、溝部４７の開口に面状蓋部４３を固定し、内部空間４８を形成する。次いで、注入口４６から流体１５を内部空間４８に注入する（図27）。通気孔４５および注入口４６を栓体４４でそれぞれ閉塞する（図28）。最後に、周囲を側壁（図示しない）で囲み、面状蓋部４３の上面にシリコンゴムを流し込んで形成蓋部４２を形成し、栓体を蓋部７に固定する。このように、力センサ１は、保護膜１０を用いずに本体内に流体１５を充填し、製造することもできる。
【００６１】
上記第１実施形態では、力センサ１は、本体２が平面視で矩形状である場合について説明したが、本発明はこれに限らず、本体２が平面視で正方形であってもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１    力センサ
２    本体
４    凸部
１２    第１空間（内部空間）
１３    第２空間（内部空間）
１５    流体
３０    力センサ
３６    第１空間（内部空間）
３７    第２空間（内部空間）
３８    第３空間（内部空間）
【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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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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