(57)【要約】【課題】６軸フォースセンサを含むセンサアッセンブリにおいて、視野及び操作の邪魔にならずに、対象物への接触の圧力及びセンサアッセンブリの傾きの検出の精度を向上させる。【解決手段】筒状の筐体４と、前記筐体４の一端から一部が突出した状態で、対象物に接触可能な先端部材５と、前記筐体４内に設けられ、先端部材５側に突出している力点入力部２４が設けられた、６軸フォースセンサ１と、前記６軸フォースセンサ１の前記力点入力部２４に接続され、前記先端部材５を取り付け可能な先端部材取付部３と、を備え、前記先端部材取付部３及び前記先端部材５は、前記筐体４の内周面４ｉとの間に空間ギャップが存在するように前記筐体４の内周側に設けられることを特徴とするセンサアッセンブリ１００。【選択図】図２
2019132636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の筐体と、
前記筐体の一端から一部が突出した状態で、対象物に接触可能な先端部材と、
前記筐体内に設けられ、前記先端部材側に突出している力点入力部が設けられた、６軸フォースセンサと、
前記６軸フォースセンサの前記力点入力部に接続され、前記先端部材を取り付け可能な先端部材取付部と、を備え、
前記先端部材取付部及び前記先端部材は、前記筐体の内周面との間に空間ギャップが存在するように、前記筐体の内周側に設けられる
ことを特徴とするセンサアッセンブリ。
【請求項２】
筒状の筐体と、
前記筐体の一端から一部が突出した状態で、タッチパネルに接触可能なペン先と、
前記筐体内に設けられ、前記ペン先側に突出している力点入力部が設けられた、６軸フォースセンサと、
前記６軸フォースセンサの前記力点入力部に接続され、前記ペン先を取り付け可能な、ペン先取付部と、を備え、
前記ペン先取付部及び前記ペン先は、前記筐体の内周面との間に空間ギャップが存在するように、前記筐体の内周側に設けられ、
前記６軸フォースセンサは、前記タッチパネルに対する前記ペン先の接触圧力及び前記タッチパネル上の前記ペン先の傾き及び／又は回転を検出する
ことを特徴とするスタイラスペン。
【請求項３】
前記６軸フォースセンサ及び前記ペン先取付部を貫く磁性芯を備え、
前記ペン先には、磁性体が内包されており、
前記磁性芯が前記ペン先に内包される前記磁性体へ接続可能であり、
前記タッチパネルは、前記タッチパネル内の前記ペン先の位置を、前記磁性体及び前記磁性芯を検出することで、電磁誘導方式により位置検出する
ことを特徴とする請求項２に記載のスタイラスペン。
【請求項４】
前記ペン先は、前記タッチパネルに接触する際の圧力により変形可能であり、
前記磁性芯が、弾性を有して前記ペン先の変形に追従することで、ユーザーへフォースフィードバックを与える
ことを特徴とする請求項３に記載のスタイラスペン。
【請求項５】
前記ペン先の種類が交換可能であり、
前記ペン先に、コイル及びコンデンサによる共振回路が搭載されており、
前記タッチパネルは、前記ペン先に搭載された前記共振回路の共振周波数をスキャンすることによって、前記ペン先の種類を認識可能である
ことを特徴とする請求項３又は４に記載のスタイラスペン。
【請求項６】
前記筐体内において、前記６軸フォースセンサよりも後方に設けられる、マイコンを備え、
前記ペン先の種類が交換可能であり、
前記ペン先に、前記スタイラスペンとの接続状態を検知する検知機構が設けられており、
前記マイコンが、前記検知機構を介して前記ペン先の種類を特定すると共に前記タッチパネルへ伝送し、前記タッチパネルに前記ペン先の種類を認識させる
ことを特徴とする請求項３又は４に記載のスタイラスペン。
【請求項７】
前記６軸フォースセンサの起歪体が、円錐台形状である
ことを特徴とする請求項２乃至６のいずれか一項に記載のスタイラスペン。
【請求項８】
前記筐体の先端は、内側に折り曲げられた円環状の縁辺が形成されており、
前記縁辺よりも先端側に設けられ、前記ペン先が変形した際に接触するストッパーを備える
ことを特徴とした請求項７に記載のスタイラスペン。
【請求項９】
請求項２乃至８のいずれか一項に記載のスタイラスペンと、
位置検出可能なタッチパネルを備えるタブレットと、を有し、
前記タブレットは、前記スタイラスペンで、書道、絵画等を入力した際の前記ペン先の進行方向、力のかけ方、及びペン先の傾きをアドバイスすることができる
ことを特徴とする作品描画手法指導システム。
【請求項１０】
情報処理装置と有線又は無線を介して接続可能な歯科技工器具であって、
前記歯科技工器具は、
筒状の筐体と、
技工対象物に接触可能な先端工具と、
前記筐体内に設けられ、先端側に突出している力点入力部が設けられた、６軸フォースセンサと、
前記６軸フォースセンサの前記力点入力部に接続され、前記先端工具を取り付け可能な、先端工具取付部と、を備え、
前記先端工具取付部と、前記筐体の内側面との間には空間ギャップが存在しており、
前記６軸フォースセンサは、前記先端工具が前記技工対象物と接触した際に、前記歯科技工器具が前記技工対象物へ力をかけた方向と圧力の情報を検出し、
前記歯科技工器具又は前記情報処理装置は、接触した前記技工対象物へ力をかけた方向と、圧力の情報、圧力及び方向の継続時間の情報を記憶する記憶部と、を有する
ことを特徴とする歯科技工器具。
【請求項１１】
請求項１０に記載の歯科技工器具と、該歯科技工器具に有線又は無線で接続される情報処理装置と、該情報処理装置に有線又は無線で接続されるカメラとを備え、
前記情報処理装置は、
接触した前記技工対象物へ力をかけた方向と圧力の情報を記憶する前記記憶部、及び
記憶された前記技工対象物へ力をかけた方向と圧力の情報を、前記カメラで撮影された前記歯科技工器具によって技工中の前記技工対象物の画像に、関連づけて画面上に表示するディスプレイ、を有する
ことを特徴とする歯科技工手法表示システム。
【請求項１２】
筒状の筐体と、
前記筐体の一端から一部が突出した状態で、手術対象物に接触可能な医療用ブレード又は触手と、
前記筐体内に設けられ、先端側に突出している力点入力部が設けられた、６軸フォースセンサと、
前記６軸フォースセンサの前記力点入力部に接続され、前記医療用ブレード又は前記触手を取り付け可能な、取付部と、を備え、
前記取付部並びに前記医療用ブレード又は前記触手は、前記筐体の内周面との間に空間ギャップが存在するように、前記筐体の内周側に設けられ、
前記６軸フォースセンサは、前記医療用ブレード又は前記触手が接触する前記手術対象物の柔らかさ及び前記手術対象物に対して圧力がかかる方向を検出する
ことを特徴とする医療用器具。
【請求項１３】
患者手術ロボットと、該患者手術ロボットと、有線又はネットワークを介して接続される操作側コンソールと、を備える遠隔手術システムにおいて、
前記患者手術ロボットは、
請求項１２に記載の前記医療用器具を把持するアーム、及び
術部を撮影するカメラを有しており、
前記操作側コンソールは、
術者が操作する入力デバイス、及び
前記カメラで撮影した画像を表示する表示部を有しており、
前記患者手術ロボットの前記アームは、前記操作側コンソールの前記入力デバイスと連動として動き、
前記患者手術ロボットは、前記医療用器具で検出した、前記手術対象物の柔らかさ及び前記手術対象物に対して圧力がかかる方向を、前記操作側コンソールの前記入力デバイスに伝達する
ことを特徴とする、遠隔手術システム。
【請求項１４】
請求項１２に記載の前記医療用器具と、前記医療用器具の手術対象物を撮影する３次元カメラと、前記医療用器具及び前記３次元カメラと有線又はネットワークを介して接続される情報処理装置と備え、３次元の手術の軌跡を取得して表示する手術手法表示システムであって、
所定の手術台上に載置された手術対象物に対して、術者が前記医療用器具を用いて手術を行っている最中の、前記医療用ブレード又は前記触手との接触で、前記６軸フォースセンサが、前記手術対象物の柔らかさ及び前記手術対象物に対して圧力がかかる方向を検出し、
前記３次元カメラが、前記医療用ブレード又は前記触手の位置を測位し、
前記情報処理装置は、前記撮影された画像に、前記手術対象物の柔らかさ及び前記手術対象物に対して圧力がかかる方向を重ね合わせて表示するディスプレイを備える
ことを特徴とする手術手法表示システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、６軸フォースセンサを用いた、センサアッセンブリ、センサスタイラスペン、作品描画手法指導システム、歯科技工器具、歯科技工手法表示システム、医療用器具、遠隔手術システム、及び手術手法表示システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、力やモーメントを検出するための力覚センサ装置を搭載した入力装置が知られている。例えば、ペン先を入力部とするペン型の入力装置が知られており、スタイラスペン等と呼ばれている。
【０００３】
力覚センサ装置として、３軸検出タイプが一般的であるが、特許文献１には、個人認証の安全性を高めるために、ペンにより手書きサインを行ったときに得られる接触力の時系列データ（４次元データ）を利用する力覚センサ（６軸センサ、６軸フォースセンサともいう）が提案されている。４次元データは、タッチパネル垂直方向の圧力である筆圧のみではなく、接触点に作用する３次元成分を持った力ベクトルである。この特許文献１では、力覚センサで検出した４次元データと、予め登録した認証対象の個人の接触力の時系列データとを照合して、本人かどうかを識別する個人認証を行う手書きサイン個人認証が提案されている。
【０００４】
また、近年医療技術の発展に伴い、患者手術ロボットと、その患者手術ロボット有線又はネットワークを介して接続される術者操作ロボットとを備える遠隔手術システムが広まっている。しかし、患者手術ロボットのアームが把持するメスやはさみが臓器や腹壁に接触していても、術者は手ごたえとして感知する事が出来ず、アームの圧迫など、メカニカルトラブルが発生することが報告されている。
【０００５】
そこで、人間の把持操作を分析して、そのデータをロボットで用いることを目的に、人間の指先に装着し、操作を行っているときの、接触力データを検出する６軸力覚センサとして、特許文献２が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−４６７８１号公報
【特許文献２】特許第４２７３４４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に示す構成では、図１（ａ）に示すように、ペン先９２と、６軸センサ９５との距離が長い。そのため、６軸センサ９５への入力としてモーメントが大きくなるため、ペン先の振動などのノイズ源が増加し微小な力が検出しにくく、検出の精度が低かった。
【０００８】
また、図１（ａ）に示す特許文献１、及び図１（ｂ）に示す特許文献２の構成では、６軸センサ（９５，９０３）が、把持用の軸（９１，９０１）から突き出して設けられるため、６軸センサ（９５，９０３）が、操作者の視野を狭め、先端部（９２，９０２＋９０４）の操作の邪魔になってしまう。
【０００９】
そこで、本発明は上記事情に鑑み、視野及び操作の邪魔にならずに、対象物への接触の圧力及びセンサアッセンブリの傾きの検出の精度を向上させることができる、６軸フォースセンサを含むセンサアッセンブリを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の一態様では、
筒状の筐体と、
前記筐体の一端から一部が突出した状態で、対象物に接触可能な先端部材と、
前記筐体内に設けられ、前記先端部材側に突出している力点入力部が設けられた、６軸フォースセンサと、
前記６軸フォースセンサの前記力点入力部に接続され、前記先端部材を取り付け可能な先端部材取付部と、を備え、
前記先端部材取付部及び前記先端部材は、前記筐体の内周面との間に空間ギャップが存在するように、前記筐体の内周側に設けられる
ことを特徴とするセンサアッセンブリ、を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
一態様によれば、６軸フォースセンサを含むセンサアッセンブリにおいて、視野及び操作の邪魔にならずに、対象物への接触の圧力及びセンサアッセンブリの傾きの検出の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来例の力覚センサを含むセンサアッセンブリの構成例である。
【図２】本発明の実施形態に係るセンサアッセンブリの構成例である。
【図３】センサアッセンブリに設けられる６軸センサを例示する斜視図である。
【図４】６軸センサ内のセンサチップを説明図であって、（ａ）はＺ軸方向上側から視た図、（ｂ）はＺ軸方向上側から視た図である。
【図５】６軸センサのセンサチップにおいて、各軸にかかる力及びモーメントを示す符号を説明する図である。
【図６】センサチップ１０のピエゾ抵抗素子の配置を例示する図である。
【図７】起歪体２０を例示する斜視図である。
【図８】起歪体に力及びモーメントを印加した際の変形（歪）についてのシミュレーション結果（その１）である。
【図９】起歪体に力及びモーメントを印加した際の変形（歪）についてのシミュレーション結果（その２）である。
【図１０】図８及び図９の力及びモーメントを印加した際にセンサチップ１０に発生する応力についてのシミュレーション結果（その１）である。
【図１１】図８及び図９の力及びモーメントを印加した際にセンサチップ１０に発生する応力についてのシミュレーション結果（その２）である。
【図１２】図８及び図９の力及びモーメントを印加した際にセンサチップ１０に発生する応力についてのシミュレーション結果（その３）である。
【図１３】センサアッセンブリにおけるアタッチメントと先端部材との他の接続の例である。
【図１４】６軸センサの他の構成例である。
【図１５】センサアッセンブリをスタイラスペンに搭載する場合の構成例である。
【図１６】図１５のスタイラスペンのペン先がタッチパネルに接触した状態を示す図である。
【図１７】本実施形態のスタイラスペンで、タッチパネルに入力している様子を示す図である。
【図１８】スタイラスペンのペン先の種類を、共振周波数を用いて特定する例である。
【図１９】スタイラスペンのペン先の種類を、インピーダンスとマイコンを用いて特定する例である。
【図２０】本実施形態のスタイラスペンで、文字を書いている最中にスタイラスペンの筆圧や向きについて指導を受ける例である。
【図２１】図２０を実現する作品描画手法指導システムのブロック図である。
【図２２】センサアッセンブリを歯科技工器具に搭載する場合の構成例である。
【図２３】図２１の歯科技工器具を使用した歯科技工手法表示システムの例である。
【図２４】図２１の歯科技工手法表示システムのブロック図である。
【図２５】センサアッセンブリを医療用メスに搭載する場合の構成例である。
【図２６】図２４の医療用メス及び/又は医療用触手を使用した遠隔手術システムの例である。
【図２７】図２６の遠隔手術システムのブロック図である。
【図２８】図２５の医療用メス及び/又は医療用触手を使用した手術手法表示システムの例である。
【図２９】図２８の手術手法表示システムのブロック図である。
【図３０】センサアッセンブリを靴底に搭載する場合の構成例である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【００１４】
＜共通構成例＞
まず、下記、複数の実施形態に共通するセンサアッセンブリの構成例について、図２を用いて説明する。図２に、本発明の実施形態に係るセンサアッセンブリの構成例を示す。
【００１５】
図２に示す、アッセンブリ１００は、６軸フォースセンサ１と、アタッチメント（先端部材取付部）３と、筐体４と、先端部材５と、を備える。
【００１６】
先端部材５は、対象物との接触部５１を含む接触部材である。先端部材５の接触部５１ではない、筐体４の内側に挿入される嵌合部５２には、雄ネジ５３が形成されている。
【００１７】
先端部材５は、例えば、ペン先、筆ペン状導電性繊維、歯科技工器具（ドリル等）、医療用刃（メス）、医療用触手、靴底センサ等である。
【００１８】
筐体４は円筒状の筐体であって、ユーザー、技工者やロボット等が把持する部分である。先端部材５はノックにより、筐体４に収まってもよいが、使用の際は、先端部材５は、筐体４の一端から少なくとも一部が突出した状態で、対象物に接触する。
【００１９】
アタッチメント３は、６軸フォースセンサ１の力点入力部２４に接続され、上記の先端部材５を取付可能である。
【００２０】
アタッチメント３は、受け部３１と、内壁に雌ネジ３３が形成された取付け起立部３２を有する。
【００２１】
図２の例では、先端部材５の雄ネジ５３には、アタッチメント３の取付け起立部３２の内壁に形成された雌ネジ３３と係合する。
【００２２】
ここで、アタッチメント３及び先端部材５は、筐体４の内周面４ｉとの間に空間ギャップＧが存在するように、筐体４の内周側（内周面側）に設けられる。したがって、先端部材５に加えられる３軸力及びその軸回りのモーメントが効果的に６軸センサへ伝達される。
【００２３】
６軸センサ１は、先端側に突出している４本の力点入力部２４が設けられ、その力点入力部２４が、アタッチメント３の受け部３１に接着している構成である。
【００２４】
＜６軸センサ＞
ここで６軸センサについて説明する。
図３は、本発明の複数の実施形態のセンサアッセンブリに内包される６軸フォースセンサ（力覚センサ）を例示する斜視図である。図３を参照すると、６軸フォースセンサ１は、センサチップ１０と、起歪体２０と、を有している。
【００２５】
センサチップ１０は、起歪体２０の上面側に、起歪体２０から突出しないように接着されている。起歪体２０には、センサチップ１０を取り囲むように、先端側に突出している４本の力点入力部２４が設けられている。
【００２６】
なお、本実施の形態では、便宜上、力覚センサ１において、起歪体２０のアタッチメントが取り付けられる側を上側又は一方の側、その反対側を下側又は他方の側とする。又、各部位の起歪体２０のアタッチメント３が設けられた側の面を一方の面又は上面、その反対側の面を他方の面又は下面とする。但し、６軸フォースセンサ１（力覚センサ装置）は天地逆の状態で用いることができ、又は任意の角度で配置することができる。又、平面視とは対象物をセンサチップ１０の上面の法線方向（Ｚ軸方向）から視ることを指し、平面形状とは対象物をセンサチップ１０の上面の法線方向（Ｚ軸方向）から視た形状を指すものとする。
【００２７】
（センサチップ１０）
図４は、センサチップ１０の説明図であって、（ａ）は、センサチップ１０をＺ軸方向上側から視た上面斜視図であり、（ｂ）は、センサチップ１０をＺ軸方向下側から視た下面斜視図である。
【００２８】
なお、センサチップ１０の上面の一辺に平行な方向をＸ軸方向、垂直な方向をＹ軸方向、センサチップ１０の厚さ方向（センサチップ１０の上面の法線方向）をＺ軸方向としている。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向は、互いに直交している。
【００２９】
図３及び図４に示すセンサチップ１０は、１チップで最大６軸を検知できるＭＥＭＳ（Micro  Electro  Mechanical  Systems）センサチップであり、ＳＯＩ（Silicon  On  Insulator）基板等の半導体基板から形成されている。センサチップ１０の平面形状は、例えば、３ｍｍ角程度の正方形とすることができる。
【００３０】
センサチップ１０は、柱状の５つの支持部１１ａ〜１１ｅを備えている。支持部１１ａ〜１１ｅの平面形状は、例えば、５００μｍ角程度の正方形とすることができる。第１の支持部である支持部１１ａ〜１１ｄは、センサチップ１０の四隅に配置されている。第２の支持部である支持部１１ｅは、支持部１１ａ〜１１ｄの中央に配置されている。
【００３１】
支持部１１ａ〜１１ｅは、例えば、ＳＯＩ基板の活性層、ＢＯＸ層、及び支持層から形成することができ、それぞれの厚さは、例えば、５００μｍ程度とすることができる。
【００３２】
支持部１１ａと支持部１１ｂとの間には、支持部１１ａと支持部１１ｂとに両端を固定された（隣接する支持部同士を連結する）、構造を補強するための補強用梁１２ａが設けられている。支持部１１ｂと支持部１１ｃとの間には、支持部１１ｂと支持部１１ｃとに両端を固定された（隣接する支持部同士を連結する）、構造を補強するための補強用梁１２ｂが設けられている。
【００３３】
支持部１１ｃと支持部１１ｄとの間には、支持部１１ｃと支持部１１ｄとに両端を固定された（隣接する支持部同士を連結する）、構造を補強するための補強用梁１２ｃが設けられている。支持部１１ｄと支持部１１ａとの間には、支持部１１ｄと支持部１１ａとに両端を固定された（隣接する支持部同士を連結する）、構造を補強するための補強用梁１２ｄが設けられている。
【００３４】
言い換えれば、第１の補強用梁である４つの補強用梁１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、及び１２ｄが枠状に形成され、各補強用梁の交点をなす角部が、支持部１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ａとなる。
【００３５】
支持部１１ａの内側の角部と、それに対向する支持部１１ｅの角部とは、構造を補強するための補強用梁１２ｅにより連結されている。支持部１１ｂの内側の角部と、それに対向する支持部１１ｅの角部とは、構造を補強するための補強用梁１２ｆにより連結されている。
【００３６】
支持部１１ｃの内側の角部と、それに対向する支持部１１ｅの角部とは、構造を補強するための補強用梁１２ｇにより連結されている。支持部１１ｄの内側の角部と、それに対向する支持部１１ｅの角部とは、構造を補強するための補強用梁１２ｈにより連結されている。第２の補強用梁である補強用梁１２ｅ〜１２ｈは、Ｘ軸方向（Ｙ軸方向）に対して斜めに配置されている。つまり、補強用梁１２ｅ〜１２ｈは、補強用梁１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、及び１２ｄと非平行に配置されている。
【００３７】
補強用梁１２ａ〜１２ｈは、例えば、ＳＯＩ基板の活性層、ＢＯＸ層、及び支持層から形成することができる。補強用梁１２ａ〜１２ｈの太さ（短手方向の幅）は、例えば、１４０μｍ程度とすることができる。補強用梁１２ａ〜１２ｈのそれぞれの上面は、支持部１１ａ〜１１ｅの上面と略面一である。
【００３８】
これに対して、補強用梁１２ａ〜１２ｈのそれぞれの下面は、支持部１１ａ〜１１ｅの下面及び力点１４ａ〜１４ｄの下面よりも数１０μｍ程度上面側に窪んでいる。これは、センサチップ１０を起歪体２０に接着したときに、補強用梁１２ａ〜１２ｈの下面が起歪体２０の対向する面と接しないようにするためである。
【００３９】
このように、歪を検知するための検知用梁とは別に、検知用梁よりも厚く形成した剛性の強い補強用梁を配置することで、センサチップ１０全体の剛性を高めることができる。これにより、入力に対して検知用梁以外が変形しづらくなるため、良好なセンサ特性を得ることができる。
【００４０】
支持部１１ａと支持部１１ｂとの間の補強用梁１２ａの内側には、補強用梁１２ａと所定間隔を空けて平行に、支持部１１ａと支持部１１ｂとに両端を固定された（隣接する支持部同士を連結する）、歪を検知するための検知用梁１３ａが設けられている。
【００４１】
検知用梁１３ａと支持部１１ｅとの間には、検知用梁１３ａ及び支持部１１ｅと所定間隔を空けて検知用梁１３ａと平行に、検知用梁１３ｂが設けられている。検知用梁１３ｂは、補強用梁１２ｅの支持部１１ｅ側の端部と補強用梁１２ｆの支持部１１ｅ側の端部とを連結している。
【００４２】
検知用梁１３ａの長手方向の略中央部と、それに対向する検知用梁１３ｂの長手方向の略中央部とは、検知用梁１３ａ及び検知用梁１３ｂと直交するように配置された、歪を検知するための検知用梁１３ｃにより連結されている。
【００４３】
支持部１１ｂと支持部１１ｃとの間の補強用梁１２ｂの内側には、補強用梁１２ｂと所定間隔を空けて平行に、支持部１１ｂと支持部１１ｃとに両端を固定された（隣接する支持部同士を連結する）、歪を検知するための検知用梁１３ｄが設けられている。
【００４４】
検知用梁１３ｄと支持部１１ｅとの間には、検知用梁１３ｄ及び支持部１１ｅと所定間隔を空けて検知用梁１３ｄと平行に、検知用梁１３ｅが設けられている。検知用梁１３ｅは、補強用梁１２ｆの支持部１１ｅ側の端部と補強用梁１２ｇの支持部１１ｅ側の端部とを連結している。
【００４５】
検知用梁１３ｄの長手方向の略中央部と、それに対向する検知用梁１３ｅの長手方向の略中央部とは、検知用梁１３ｄ及び検知用梁１３ｅと直交するように配置された、歪を検知するための検知用梁１３ｆにより連結されている。
【００４６】
支持部１１ｃと支持部１１ｄとの間の補強用梁１２ｃの内側には、補強用梁１２ｃと所定間隔を空けて平行に、支持部１１ｃと支持部１１ｄとに両端を固定された（隣接する支持部同士を連結する）、歪を検知するための検知用梁１３ｇが設けられている。
【００４７】
検知用梁１３ｇと支持部１１ｅとの間には、検知用梁１３ｇ及び支持部１１ｅと所定間隔を空けて検知用梁１３ｇと平行に、検知用梁１３ｈが設けられている。検知用梁１３ｈは、補強用梁１２ｇの支持部１１ｅ側の端部と補強用梁１２ｈの支持部１１ｅ側の端部とを連結している。
【００４８】
検知用梁１３ｇの長手方向の略中央部と、それに対向する検知用梁１３ｈの長手方向の略中央部とは、検知用梁１３ｇ及び検知用梁１３ｈと直交するように配置された、歪を検知するための検知用梁１３ｉにより連結されている。
【００４９】
支持部１１ｄと支持部１１ａとの間の補強用梁１２ｄの内側には、補強用梁１２ｄと所定間隔を空けて平行に、支持部１１ｄと支持部１１ａとに両端を固定された（隣接する支持部同士を連結する）、歪を検知するための検知用梁１３ｊが設けられている。
【００５０】
検知用梁１３ｊと支持部１１ｅとの間には、検知用梁１３ｊ及び支持部１１ｅと所定間隔を空けて検知用梁１３ｊと平行に、検知用梁１３ｋが設けられている。検知用梁１３ｋは、補強用梁１２ｈの支持部１１ｅ側の端部と補強用梁１２ｅの支持部１１ｅ側の端部とを連結している。
【００５１】
検知用梁１３ｊの長手方向の略中央部と、それに対向する検知用梁１３ｋの長手方向の略中央部とは、検知用梁１３ｊ及び検知用梁１３ｋと直交するように配置された、歪を検知するための検知用梁１３ｌにより連結されている。
【００５２】
検知用梁１３ａ〜１３ｌは、支持部１１ａ〜１１ｅの厚さ方向の上端側に設けられ、例えば、ＳＯＩ基板の活性層から形成することができる。検知用梁１３ａ〜１３ｌの太さ（短手方向の幅）は、例えば、７５μｍ程度とすることができる。検知用梁１３ａ〜１３ｌのそれぞれの上面は、支持部１１ａ〜１１ｅの上面と略面一である。検知用梁１３ａ〜１３ｌのそれぞれの厚さは、例えば、０．５μｍ程度とすることができる。
【００５３】
検知用梁１３ａの長手方向の中央部の下面側（検知用梁１３ａと検知用梁１３ｃとの交点）には、力点１４ａが設けられている。検知用梁１３ａ、１３ｂ、及び１３ｃと力点１４ａとにより、１組の検知ブロックをなしている。
【００５４】
検知用梁１３ｄの長手方向の中央部の下面側（検知用梁１３ｄと検知用梁１３ｆとの交点）には、力点１４ｂが設けられている。検知用梁１３ｄ、１３ｅ、及び１３ｆと力点１４ｂとにより、１組の検知ブロックをなしている。
【００５５】
検知用梁１３ｇの長手方向の中央部の下面側（検知用梁１３ｇと検知用梁１３ｉとの交点）には、力点１４ｃが設けられている。検知用梁１３ｇ、１３ｈ、及び１３ｉと力点１４ｃとにより、１組の検知ブロックをなしている。
【００５６】
検知用梁１３ｊの長手方向の中央部の下面側（検知用梁１３ｊと検知用梁１３ｌとの交点）には、力点１４ｄが設けられている。検知用梁１３ｊ、１３ｋ、及び１３ｌと力点１４ｄとにより、１組の検知ブロックをなしている。
【００５７】
力点１４ａ〜１４ｄは、外力が印加される箇所であり、例えば、ＳＯＩ基板のＢＯＸ層及び支持層から形成することができる。力点１４ａ〜１４ｄのそれぞれの下面は、支持部１１ａ〜１１ｅの下面と略面一である。
【００５８】
このように、力または変位を４つの力点１４ａ〜１４ｄから取り入れることで、力の種類毎に異なる梁の変形が得られるため、６軸の分離性が良いセンサを実現することができる。
【００５９】
なお、センサチップ１０において、応力集中を抑制する観点から、内角を形成する部分はＲ状とすることが好ましい。
【００６０】
図５は、各軸にかかる力及びモーメントを示す符号を説明する図である。図５に示すように、Ｘ軸方向の力をＦｘ、Ｙ軸方向の力をＦｙ、Ｚ軸方向の力をＦｚとする。又、Ｘ軸を軸として回転させるモーメントをＭｘ、Ｙ軸を軸として回転させるモーメントをＭｙ、Ｚ軸を軸として回転させるモーメントをＭｚとする。
【００６１】
図６は、センサチップ１０のピエゾ抵抗素子の配置を例示する図である。４つ力点１４ａ〜１４ｄに対応する各検知ブロックの所定位置には、ピエゾ抵抗素子が配置されている。
【００６２】
具体的には、図５及び図６を参照すると、力点１４ａに対応する検知ブロックにおいて、ピエゾ抵抗素子ＭｘＲ３及びＭｘＲ４は、検知用梁１３ａを長手方向に二等分する線上であって、かつ、検知用梁１３ｃを長手方向に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。又、ピエゾ抵抗素子ＦｙＲ３及びＦｙＲ４は、検知用梁１３ｂを長手方向に二等分する線よりも検知用梁１３ａ側であって、かつ、検知用梁１３ｃを長手方向に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。
【００６３】
又、力点１４ｂに対応する検知ブロックにおいて、ピエゾ抵抗素子ＭｙＲ３及びＭｙＲ４は、検知用梁１３ｄを長手方向に二等分する線上であって、かつ、検知用梁１３ｆを長手方向に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。又、ピエゾ抵抗素子ＦｘＲ３及びＦｘＲ４は、検知用梁１３ｅを長手方向に二等分する線よりも検知用梁１３ｄ側であって、かつ、検知用梁１３ｆを長手方向に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。
【００６４】
又、ＭｚＲ３及びＭｚＲ４は、検知用梁１３ｆを短手方向に二等分する線よりも検知用梁１３ｅ側であって、かつ、検知用梁１３ｆを長手方向に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。又、ＦｚＲ３及びＦｚＲ４は、検知用梁１３ｆを長手方向に二等分する線上であって、かつ、検知用梁１３ｆを短手方向に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。
【００６５】
又、力点１４ｃに対応する検知ブロックにおいて、ピエゾ抵抗素子ＭｘＲ１及びＭｘＲ２は、検知用梁１３ｇを長手方向に二等分する線上であって、かつ、検知用梁１３ｉを長手方向に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。又、ピエゾ抵抗素子ＦｙＲ１及びＦｙＲ２は、検知用梁１３ｈを長手方向に二等分する線よりも検知用梁１３ｇ側であって、かつ、検知用梁１３ｉを長手方向に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。
【００６６】
又、力点１４ｄに対応する検知ブロックにおいて、ピエゾ抵抗素子ＭｙＲ１及びＭｙＲ２は、検知用梁１３ｊを長手方向に二等分する線上であって、かつ、検知用梁１３ｌを長手方向に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。又、ピエゾ抵抗素子ＦｘＲ１及びＦｘＲ２は、検知用梁１３ｋを長手方向に二等分する線よりも検知用梁１３ｊ側であって、かつ、検知用梁１３ｌを長手方向に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。
【００６７】
又、ＭｚＲ１及びＭｚＲ２は、検知用梁１３ｌを短手方向に二等分する線よりも検知用梁１３ｋ側であって、かつ、検知用梁１３ｌを長手方向に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。又、ＦｚＲ１及びＦｚＲ２は、検知用梁１３ｌを長手方向に二等分する線上であって、かつ、検知用梁１３ｌを短手方向に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。
【００６８】
ここで、ピエゾ抵抗素子ＦｘＲ１〜ＦｘＲ４は力Ｆｘを検出し、ピエゾ抵抗素子ＦｙＲ１〜ＦｙＲ４は力Ｆｙを検出し、ピエゾ抵抗素子ＦｚＲ１〜ＦｚＲ４は力Ｆｚを検出する。又、ピエゾ抵抗素子ＭｘＲ１〜ＭｘＲ４はモーメントＭｘを検出し、ピエゾ抵抗素子ＭｙＲ１〜ＭｙＲ４はモーメントＭｙを検出し、ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ１〜ＭｚＲ４はモーメントＭｚを検出する。
【００６９】
このように、センサチップ１０では、各検知ブロックに複数のピエゾ抵抗素子を分けて配置している。これにより、力点１４ａ〜１４ｄに印加（伝達）された力または変位の向き（軸方向）に応じた、所定の梁に配置された複数のピエゾ抵抗素子の出力の変化に基づいて、所定の軸方向の変位を最大で６軸検知することができる。
【００７０】
具体的には、センサチップ１０において、Ｚ軸方向の変位（Ｍｘ、Ｍｙ、Ｆｚ）は、所定の検知用梁の変形に基づいて検知することができる。すなわち、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のモーメント（Ｍｘ、Ｍｙ）は、第１の検知用梁である検知用梁１３ａ、１３ｄ、１３ｇ、及び１３ｊの変形に基づいて検知することができる。又、Ｚ軸方向の力（Ｆｚ）は、第３の検知用梁である検知用梁１３ｆ及び１３ｌの変形に基づいて検知することができる。
【００７１】
又、センサチップ１０において、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の変位（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｍｚ）は、所定の検知用梁の変形に基づいて検知することができる。すなわち、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の力（Ｆｘ、Ｆｙ）は、第２の検知用梁である検知用梁１３ｂ、１３ｅ、１３ｈ、及び１３ｋの変形に基づいて検知することができる。又、Ｚ軸方向のモーメント（Ｍｚ）は、第３の検知用梁である検知用梁１３ｆ及び１３ｌの変形に基づいて検知することができる。
【００７２】
各検知用梁の厚みと幅を可変することで、検出感度の均一化や、検出感度の向上等の調整を図ることができる。
【００７３】
但し、ピエゾ抵抗素子の数を減らし、５軸以下の所定の軸方向の変位を検知するセンサチップとすることも可能である。なお、ピエゾ抵抗素子は、本発明にかかる歪検出素子の代表的な一例である。
【００７４】
（起歪体２０）
図７は、起歪体２０を例示する斜視図である。
図７に示すように、起歪体２０において、土台２１上の四隅には、第１の柱である４本の柱２２ａ〜２２ｄが配置され、隣接する柱同士を連結する第１の梁である４本の梁２３ａ〜２３ｄが枠状に設けられている。又、土台２１上の中央には、第２の柱である柱２２ｅが配置されている。柱２２ｅは、センサチップ１０を固定するための柱であり、柱２２ａ〜２２ｄよりも太くて短く形成されている。なお、センサチップ１０は、柱２２ａ〜２２ｄの上面から突出しないように、柱２２ｅ上に固定される。
【００７５】
起歪体２０の概略形状は、例えば、縦５００μｍ程度、横５００μｍ程度、高さ７００μｍ程度の直方体状とすることができる。柱２２ａ〜２２ｄの横断面形状は、例えば、１００μｍ角程度の正方形とすることができる。柱２２ｅの横断面形状は、例えば、２００μｍ角程度の正方形とすることができる。
【００７６】
梁２３ａ〜２３ｄのそれぞれの上面の長手方向の中央部には、梁２３ａ〜２３ｄの長手方向の中央部から上方に突起する突起部が設けられ、突起部上に、例えば円柱状の入力部（力点入力部）２４ａ〜２４ｄが設けられている。入力部２４ａ〜２４ｄは外部から力が印加される部分であり、入力部２４ａ〜２４ｄに力が印加されると、それに応じて梁２３ａ〜２３ｄ及び柱２２ａ〜２２ｄが変形する。
【００７７】
なお、柱２２ｅは、印加された力により変形する梁２３ａ〜２３ｄや、印加された力により変形する柱２２ａ〜２２ｄとは分離されているため、入力部２４ａ〜２４ｄに力が印加されても可動することはない（印加された力により変形しない）。
【００７８】
このように、４つの入力部２４ａ〜２４ｄを設けることで、例えば１つの入力部の構造と比較して、梁２３ａ〜２３ｄの耐荷重を向上することができる。
【００７９】
柱２２ｅの上面の四隅には第３の柱である４本の柱２５ａ〜２５ｄが配置され、柱２２ｅの上面の中央部には第４の柱である柱２５ｅが配置されている。柱２５ａ〜２５ｅは、同一の高さに形成されている。
【００８０】
すなわち、柱２５ａ〜２５ｅのそれぞれの上面は、同一平面上に位置している。柱２５ａ〜２５ｅのそれぞれの上面は、センサチップ１０の下面と接着される接合部となる。柱２５ａ〜２５ｅは印加された力により変形する梁２３ａ〜２３ｄや、印加された力により変形する柱２２ａ〜２２ｄとは分離されているため、入力部２４ａ〜２４ｄに力が印加されても可動することはない（印加された力により変形しない）。
【００８１】
梁２３ａ〜２３ｄのそれぞれの内側面の長手方向の中央部には、梁２３ａ〜２３ｄのそれぞれの内側面から水平方向内側に突出する梁２６ａ〜２６ｄが設けられている。梁２６ａ〜２６ｄは、梁２３ａ〜２３ｄや柱２２ａ〜２２ｄの変形をセンサチップ１０に伝達する第２の梁である。又、梁２６ａ〜２６ｄのそれぞれの上面の先端側には、梁２６ａ〜２６ｄのそれぞれの上面の先端側から上方に突起する突起部２７ａ〜２７ｄが設けられている。
【００８２】
突起部２７ａ〜２７ｄは、同一の高さに形成されている。すなわち、突起部２７ａ〜２７ｄのそれぞれの上面は、同一平面上に位置している。突起部２７ａ〜２７ｄのそれぞれの上面は、センサチップ１０の下面と接着される接合部となる。梁２６ａ〜２６ｄ及び突起部２７ａ〜２７ｄは、可動部となる梁２３ａ〜２３ｄと連結されているため、入力部２４ａ〜２４ｄに力が印加されると、それに応じて変形する。
【００８３】
なお、入力部２４ａ〜２４ｄに力が印加されていない状態では、柱２５ａ〜２５ｅのそれぞれの上面と、突起部２７ａ〜２７ｄのそれぞれの上面とは、同一平面上に位置している。
【００８４】
起歪体２０において、土台２１、柱２２ａ〜２２ｅ、梁２３ａ〜２３ｄ、入力部２４ａ〜２４ｄ、柱２５ａ〜２５ｅ、梁２６ａ〜２６ｄ、及び突起部２７ａ〜２７ｄの各部位は、剛性を確保しかつ精度良く作製する観点から、一体に形成されていることが好ましい。起歪体２０の材料としては、例えば、ＳＵＳ（ステンレス鋼）等の硬質な金属材料を用いることができる。中でも、特に硬質で機械的強度の高いＳＵＳ６３０を用いることが好ましい。
【００８５】
このように、センサチップ１０と同様に、起歪体２０も柱と梁とを備えた構造とすることで、印加される力によって６軸それぞれで異なる変形を示すため、６軸の分離性が良い変形をセンサチップ１０に伝えることができる。
【００８６】
すなわち、起歪体２０の入力部２４ａ〜２４ｄに印加された力を、柱２２ａ〜２２ｄ、梁２３ａ〜２３ｄ、及び梁２６ａ〜２６ｄを介してセンサチップ１０に伝達し、センサチップ１０で変位を検知する。そして、センサチップ１０において、１つの軸につき１個ずつ形成されたブリッジ回路から各軸の出力を得ることができる。
【００８７】
なお、起歪体２０において、応力集中を抑制する観点から、内角を形成する部分はＲ状とすることが好ましい。
【００８８】
（応力のシミュレーション）
図８及び図９は、起歪体２０に力及びモーメントを印加した際の変形（歪）についてのシミュレーション結果である。力及びモーメントは、起歪体２０の入力部２４ａ〜２４ｄ（図９等参照）から印加した。又、図１０〜図１２は、図８及び図９の力及びモーメントを印加した際にセンサチップ１０に発生する応力についてのシミュレーション結果である。図１０〜図１２において、引張の垂直応力を『＋』、圧縮の垂直応力を『−』で示している。
【００８９】
Ｘ軸に沿ってＸ１からＸ２の方向に力Ｆｘが印加された場合は、起歪体２０は図８に示すように変形し、センサチップ１０には図１０（ａ）のような応力が発生する。具体的には、力Ｆｘの印加により、検知用梁１３ｋ及び１３ｅが力Ｆｘの方向に歪む。
【００９０】
ここで、ピエゾ抵抗素子ＦｘＲ１及びＦｘＲ２は、検知用梁１３ｋの長手方向の中心よりもＸ１側に位置しているため、引張の垂直応力が発生して抵抗値が増加する。一方、ピエゾ抵抗素子ＦｘＲ３及びＦｘＲ４は、検知用梁１３ｅの長手方向の中心よりもＸ２側に位置しているため、圧縮の垂直応力が発生して抵抗値が減少する。これにより、ピエゾ抵抗素子ＦｘＲ１〜ＦｘＲ４のバランスが崩れるため、図１０（ａ）に示すブリッジ回路から電圧が出力され、力Ｆｘを検出することができる。
【００９１】
なお、検知用梁１３ｄ及び１３ｊも力Ｆｘの方向に歪むが、ピエゾ抵抗素子ＭｙＲ１及びＭｙＲ２、並びにピエゾ抵抗素子ＭｙＲ３及びＭｙＲ４の位置では、ほとんど応力が生じないか、或いは同方向の応力が生じる。そのため、ブリッジのバランスが維持され、図１２（ａ）に示すモーメントＭｙのブリッジ回路からは電圧は出力されない。
【００９２】
Ｙ軸に沿ってＹ１からＹ２の方向に力Ｆｙが印加された場合は、センサチップ１０には図１０（ｂ）のような応力が発生する。具体的には、力Ｆｙの印加により、検知用梁１３ｂ及び１３ｈが力Ｆｙの方向に歪む。
【００９３】
ここで、ピエゾ抵抗素子ＦｙＲ３及びＦｙＲ４は、検知用梁１３ｂの長手方向の中心よりもＹ１側に位置しているため、引張の垂直応力が発生して抵抗値が増加する。一方、ピエゾ抵抗素子ＦｙＲ１及びＦｙＲ２は、検知用梁１３ｈの長手方向の中心よりもＹ２側に位置しているため、圧縮の垂直応力が発生して抵抗値が減少する。これにより、ピエゾ抵抗素子ＦｙＲ１〜ＦｙＲ４のバランスが崩れるため、図１０（ｂ）に示すブリッジ回路から電圧が出力され、力Ｆｙを検出することができる。
【００９４】
なお、モーメントＭｙと同様の理由により、図１１（ｂ）に示すモーメントＭｘのブリッジ回路からは電圧は出力されない。
【００９５】
Ｚ軸に沿ってＺ２からＺ１の方向に力Ｆｚが印加された場合は、起歪体２０は図１４に示すように変形し、センサチップ１０には図１１（ａ）のような応力が発生する。具体的には、力Ｆｚの印加により、検知用梁１３ａ、１３ｂ、１３ｇ、１３ｈ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｊ、１３ｋ、１３ｃ、１３ｆ、１３ｌ、及び１３ｉが力Ｆｚの方向に歪む。
【００９６】
ここで、ピエゾ抵抗素子ＦｚＲ１及びＦｚＲ４には引張の垂直応力が発生して抵抗値が増加する。又、ピエゾ抵抗素子ＦｚＲ２及びＦｚＲ３には圧縮の垂直応力が発生して抵抗値が減少する。これにより、ピエゾ抵抗素子ＦｚＲ１〜ＦｚＲ４のバランスが崩れるため、図１１（ａ）に示すブリッジ回路により、力Ｆｚを検出することができる。
【００９７】
なお、上記と同様の理由により、図１０（ａ）に示す力Ｆｘのブリッジ回路、図１０（ｂ）に示す力Ｆｙのブリッジ回路、図１１（ｂ）に示すモーメントＭｘのブリッジ回路、及び図１２（ａ）に示すモーメントＭｙのブリッジ回路、図１２（ｂ）に示すモーメントＭｚのブリッジ回路からは電圧は出力されない。
【００９８】
Ｘ軸を回転軸としてＹ２−Ｚ２−Ｙ１の方向にモーメントＭｘが印加された場合は、センサチップ１０には図１１（ｂ）のような応力が発生する。具体的には、モーメントＭｘの印加により、検知用梁１３ｇ及び１３ａがモーメントＭｘの方向に歪む。そのため、ピエゾ抵抗素子ＭｘＲ１及びＭｘＲ２には引張の垂直応力が発生して抵抗値が増加する。又、ピエゾ抵抗素子ＭｘＲ３及びＭｘＲ４には圧縮の垂直応力が発生して抵抗値が減少する。これにより、ピエゾ抵抗素子ＭｘＲ１〜ＭｘＲ４のバランスが崩れるため、図１１（ｂ）に示すブリッジ回路により、モーメントＭｘを検出することができる。
【００９９】
なお、上記と同様の理由により、図１０（ｂ）に示す力Ｆｙのブリッジ回路からは電圧は出力されない。
【０１００】
Ｙ軸を回転軸としてＸ１−Ｚ２−Ｘ２の方向にモーメントＭｙが印加された場合は、起歪体２０は図９に示すように変形し、センサチップ１０には図１２（ａ）のような応力が発生する。具体的には、モーメントＭｙの印加により、検知用梁１３ｊ及び１３ｄがモーメントＭｙの方向に歪む。
【０１０１】
ここで、ピエゾ抵抗素子ＭｙＲ１及びＭｙＲ２には引張の垂直応力が発生して抵抗値が増加する。又、ピエゾ抵抗素子ＭｙＲ３及びＭｙＲ４には圧縮の垂直応力が発生して抵抗値が減少する。これにより、ピエゾ抵抗素子ＭｙＲ１〜ＭｙＲ４のバランスが崩れるため、図１２（ａ）に示すブリッジ回路により、モーメントＭｙを検出することができる。
【０１０２】
なお、上記と同様の理由により、図１０（ａ）に示す力Ｆｘのブリッジ回路からは電圧は出力されない。
【０１０３】
Ｚ軸を回転軸としてＸ２−Ｙ２−Ｘ１の方向にモーメントＭｚが印加された場合は、起歪体２０は図９に示すように変形し、センサチップ１０には図１２（ｂ）のような応力が発生する。具体的には、モーメントＭｚの印加により、検知用梁１３ａ、１３ｂ、１３ｇ、１３ｈ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｊ、１３ｋ、１３ｃ、１３ｆ、１３ｌ、及び１３ｉがモーメントＭｚの方向に歪む。
【０１０４】
ここで、ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ１及びＭｚＲ４には引張の垂直応力が発生して抵抗値が増加する。又、ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ２及びＭｚＲ３には圧縮の垂直応力が発生して抵抗値が減少する。これにより、ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ１〜ＭｚＲ４のバランスが崩れるため、図１２（ｂ）に示すブリッジ回路により、モーメントＭｚを検出することができる。
【０１０５】
なお、上記と同様の理由により、図１０（ａ）に示す力Ｆｘのブリッジ回路、図１０（ｂ）に示す力Ｆｙのブリッジ回路、図１１（ｂ）に示すモーメントＭｘのブリッジ回路、図１２（ａ）に示すモーメントＭｙのブリッジ回路からは電圧は出力されない。
【０１０６】
このように、センサチップ１０では、力点に変位（力又はモーメント）が入力されると、入力に応じた曲げ及び捩れの応力が所定の検知用梁に発生する。発生した応力により検知用梁の所定位置に配置されたピエゾ抵抗素子の抵抗値が変化し、センサチップ１０に形成された各ブリッジ回路からの出力電圧を電極１５から得ることができる。更に、電極１５の出力電圧は、入出力基板３０を経由して外部で得ることができる。
【０１０７】
又、センサチップ１０では、１つの軸につき１個のブリッジ回路が形成されているため、出力の合成を伴わずに各軸の出力を得ることができる。これにより、複雑な計算や信号処理を必要としない簡易な方法で多軸の変位を検知して出力可能となる。
【０１０８】
又、ピエゾ抵抗素子を入力の種類により異なる検知用梁に分けて配置している。これにより、該当する検知用梁の剛性（厚みや幅）を変更することで、任意の軸の感度を独立して調整することができる。
【０１０９】
６軸センサの詳細な構成については、特願2016-199486を参照して適宜援用する。このような６軸センサにより、簡易な方法で多軸（少なくとも４軸）の変位を検知して出力が可能となる。
【０１１０】
＜アタッチメントと先端部材の係合の別の例＞
図１３は、センサアッセンブリにおけるアタッチメント３−１と先端部材５‐１との他の係合の例を示す。
【０１１１】
アタッチメントへの先端部材５の取り付けには、上記図２のような雄ネジ５３、雌ネジ３３を用いたネジ嵌合に限らず、他の任意の方式を採用可能である。
【０１１２】
例えば図１３のように、アタッチメント３−１側に溝３４を設け、先端部材５‐１のピン５４を嵌合させて固定する方式であっても良い。この構成においても、アタッチメント３‐１及び先端部材５‐１は、筐体４の内周面との間に空間ギャップＧが存在するように、筐体４の内周側に設けられる。したがって、先端部材５‐１に加えられる３軸力及びその軸回りのモーメントが効果的に６軸センサ１へ伝達される。
【０１１３】
また、センサアッセンブリ１００に設けられる６軸センサ１の構成は、図３〜図１２に示したものに限られず、下記の構成であってもよい。
【０１１４】
＜６軸センサの他の構成例＞
図１４は、６軸センサの他の構成例を示す。本構成例では、６軸フォースセンサ１αの起歪体２０αが、略円錐台形状である。
【０１１５】
詳しくは、図１４に示すように、本構成では、柱２０１ａ〜２０１ｄは、柱２０２の周囲に離間して略等間隔で配置されている。柱２０１ａ〜２０１ｄは、平面視において、各々の上面の中央の位置が各々の下面の中央の位置よりも台座部２０４の中心側に近付くように、斜めに配置されている。つまり、柱２０１ａ〜２０１ｄは、台座部２０４から離れるほど（接触部２０側に向かうほど）、柱２０２に近付くように斜めに配置されている。
【０１１６】
又、本実施の形態では、柱２０１ａ〜２０１ｄは、台座部２０４から離れるほど（アタッチメント３α側に向かうほど）横断面積（Ｚ軸と垂直な断面の面積）が小さくなるような形状とされている。他の構成や機能は、図７に示す起歪体と同様であり、本構成の起歪体２０αにおいても、アタッチメント３α付近の内部に、センサチップ１０が設けられているものとする。
【０１１７】
この構成では、筐体４αの先端（先端部材側）は、内側に折り曲げられた円環状の縁辺が形成されている。この構成では、縁辺よりも先端側に設けられ、ペン先が変形した際に接触するストッパーを備えていてもよい。
【０１１８】
次に、上記のセンサアッセンブリを、様々な分野の先端部材を含む部材に適用する、具体的な構成例について説明する。
【０１１９】
＜第１実施形態：スタイラスペン＞
まず、第１の実施形態として、センサアッセンブリをスタイラスペンに適用する例を、図１５〜図２０を用いて詳述する。
【０１２０】
図１５は、センサアッセンブリがスタイラスペン１００Ａである場合の構成例である。
【０１２１】
スタイラスペン（電子ペン、デジタイザーペンともいう）１００Ａでは、上記の先端部材５として、ペン先５Ａを有している。
【０１２２】
さらに、スタイラスペン１００Ａでは上記の６軸フォースセンサ１Ａと、アタッチメント（ペン先取付部）３Ａと、筐体４Ａと、ペン先（先端部材）５Ａとに加えて、位置発信部６を有している。
【０１２３】
この構成においても、アタッチメント（ペン先取付部）３Ａと、筐体４Ａの内側面の間には空間ギャップが存在する。そのため、ペン先５Ａに加えられる３軸力及びその軸回りのモーメントに相当するペンの傾き（回転）と筆圧が効果的に６軸センサ１Ａへ伝達される。
【０１２４】
即ち、６軸センサ１Ａは、タッチパネル（パネル）２１０（図２０参照）に対するペン先５Ａの接触圧力及びパネル上のペン先５Ａの傾き及び/又は回転が検出可能である。
【０１２５】
位置発信部６は、磁性体６１と、磁性芯６２と、磁性コイル６３とを備える。図１５に示すように、磁性体６１はペン先５Ａに内包されている。磁性コイル６３は、６軸フォースセンサ１の後方に設けられている。磁性芯６２は、６軸フォースセンサ１Ａ及びアタッチメント３Ａを貫いて、磁性体６１と、磁性コイル６３とを連結している。
【０１２６】
このスタイラスペン１００Ａは、電磁誘導方式用のペンである。タブレット２００の表面のタッチパネル（パネル面、表示部）のデジタイザ２１２（図２１参照）が表面に作った磁界（電磁）の中を電子ペンが動くことで、スタイラスペン１００Ａに内蔵された磁性コイル６３に電気が流れ、その電気を用いてスタイラスペン１００Ａが作る誘導信号をタブレットが受信する（誘導）。このプロセスを高速で繰り返すことにより、滑らかなスタイラスペンの軌跡がタブレットに読み取られる。
【０１２７】
また、図１５に示す、スタイラスペン１００Ａでは、６軸センサ１が筆圧、傾き、回転などを検知する機能により、タッチパネル１００Ａ上に、描線の強弱や色の濃淡を表現できる。
【０１２８】
ここで、一般的な電磁誘導方式のスタイラスペンに用いられる磁性コイルは、そのサイズが比較的大きいことが知られている。よって、ペン先側に磁性コイルを設け、その後方に６軸センサを設ける場合、タッチパネルに接触する接点であるペン先と力点である６軸センサとの距離が大きくなり、筆圧、傾き、回転などのセンシング感度が低下してしまう。
【０１２９】
一方、本構成の場合、図１５に示すように、磁性芯６２が６軸センサ１及びアタッチメント３Ａを貫く構成であることで、磁性コイル６３がアタッチメント３Ａの後方に設けられるため、磁性コイル６３のサイズは、ペン先５Ａと６軸センサ１Ａとの間の距離に影響を与えない。そのため、６軸センサ１Ａは、ペン先５Ａに近接して設けることが可能になるため、６軸センサ１Ａのセンシング感度の低下を回避できる。
【０１３０】
図１６は、図１５のスタイラスペン１００Ａのペン先５Ａがタッチパネル２１０（図２０参照）に接触した状態を示す。図１７は、ユーザーＯが本実施形態のスタイラスペン１００Ａで、タッチパネル２１０に入力している様子を示す。
【０１３１】
図１６に示すように、本実施形態に係るペン先５Ａは、パネルに接触する際の圧力により変形可能であると好ましい。この際、磁性芯６２は、弾性を有してペン先５Ａの変形に追従する。
【０１３２】
そのため、例えば、ペン先５Ａの材料は、樹脂やファイバー等で有ると好適である。また、磁性芯６２はある程度の変形を許容する、例えば、ピアノ線で構成すると好適である。
【０１３３】
仮に、本願のスタイラスペン１００Ａのペン先５Ａが硬い場合は、硬いパネル面上で滑ってしまい、書きづらい。一方、筆のように柔らかくし過ぎると、力が掛かると力から跳ね返って来る感覚が６軸センサ１Ａにうまく伝達されない。
【０１３４】
上記のように、ペン先５Ａ及び磁性芯６２に弾性を持たせることで、タッチパネル上にスタイラスペンを用いて入力するときに、ペン先５Ａの変形に追従して、スタイラスペン１００Ａを把持するユーザーＯが、紙に描くときの触感（フォースフィードバック、テクスチャー）に近い手ごたえを得ることが可能になる。
【０１３５】
また、樹脂やシリコン、ポリエステルファイバー等によって摩擦係数を所望の範囲に設定することで、６軸フォースセンサ１Ａは、パネル２２Ａに当接しているペン先の圧力（筆圧）及び検出する。そのため、タッチパネル側が接触面積を検出しなくても、図１７に示すように、線の太さを変更させることができる。
【０１３６】
（スタイラスペンのペン先種類交換）
図１８に、スタイラスペンのペン先の種類を、共振周波数を用いて特定する例を示す。
【０１３７】
スタイラスペン１００Ａは、ペン先の種類が交換可能であってもよい。図１８の例では、ペン先は、種類ごとに、コイル及びコンデンサによる異なる共振回路が搭載されている例を示す。例えば、図１８（ａ）の接触部５１Ａを有するペン先５Ａ―１の共振回路６４Ａの共振周波数はω１であり、図１８（ｂ）の接触部５１Ｂを有するペン先５Ａ−２の共振回路６４Ｂの共振周波数はω２である。
【０１３８】
ペン先を交換するとき、タッチパネル２１０のデジタイザ２１２（図２１参照）が、図１８に示すペン先５Ａ−１，５Ａ−２に搭載された、共振回路（ＬＣ回路）の共振周波数（ω１，ω２）をスキャンすることによって、ペン先の種類を認識可能にする。
【０１３９】
上記例では、共振回路６４を用いてペン先の種類の交換を認識させる例を説明したが、他の方法で、ペン先の交換を認識させてもよい。
【０１４０】
図１９に、スタイラスペンのペン先の種類を、インピーダンスとマイコンを用いて特定する例を示す。
【０１４１】
スタイラスペン１００Ａ‐１にマイコンを設ける場合、マイコン６５は、６軸センサ１Ａよりも後方に設けられる。
【０１４２】
ペン先５Ａ−３，５Ａ−４に、スタイラスペン１００Ａ‐１との接続状態を検知する検知機構６６が設けられており、この検知機構６６は、例えば、ＲＬＣ直列回路であって、ペン先の種類毎の所定のインピーダンスＺを有している。例えば、図１９（ａ）の接触部５１Ｃを有するペン先５Ａ−３のＲＬＣ直列回路６６ＣのインピーダンスはＺ１であり、図１９（ｂ）の接触部５１Ｄを有するペン先５Ａ−４のＲＬＣ直列回路６６ＤのインピーダンスはＺ２である。
【０１４３】
本構成でペン先を交換するとき、スタイラスペン１００Ａ‐１のマイコン６５が、検知機構６６（６６Ｃ，６６Ｄ）を介してペン先５Ａ−３，５Ａ−４の種類を特定すると共にタッチパネル２１０へ無線伝送し、そのタッチパネル２１０を備える装置（例えばタブレット２００）にペン先の種類を認識させる。
【０１４４】
上記の方法を用いて、ペン先の種類を認識させることで、認識させた複数のペン先の夫々に対応する、太さや質感で、タッチパネル上に、文字や線を描くことができる。
【０１４５】
＜スタイラスペンの応用例＞
図２０は、本実施形態のスタイラスペンで、文字を書いている最中にスタイラスペンの筆圧や向きについて指導を受ける例を示す。図２１は、図１５に示すスタイラスペン１００Ａを用いた作品描画手法指導システム１０００のブロック図である。
【０１４６】
図２１に示す、作品描画手法指導システム１０００は、スタイラスペン１００Ａとタブレット２００とを有する。
【０１４７】
図２１において、タブレット２００はＵＳＢ（Universal  Serial  Bus）等の、外部記憶媒体２９０に接続されているものとする。外部記憶媒体２９０は、ＵＳＢアダプタ２９５（図２０参照）を介して、タブレット２００と接続されていてもよい。
【０１４８】
外部記憶媒体２９０は、見本筆跡テーブルと、見本ペン傾きテーブルと、見本筆圧テーブルと、定型アドバイスデータ（表示用）と、定型アドバイスデータ（音声用）等を記憶している。
【０１４９】
図２１の例では、必要なデータを外部記憶媒体２９０内に格納している例を示しているが、例えば、ダウンロードすることで、作品描画手法指導に必要なデータを、タブレット２００の内部メモリに記憶させてもよい。
【０１５０】
スタイラスペン１００Ａは上述の、６軸センサ１Ａ及び位置発信部６Ａに加えて、通信部７Ａと有している。
【０１５１】
タブレット２００は、ＬＣＤ（Liquid  Cristal  Display）２１１と、位置検出部（デジタイザ）２１２の機能を有するタッチパネル２１０を有している。
【０１５２】
さらに、タブレット２００は、制御部２２０、表示制御部２３０、音声制御部２４０、スピーカー２５０、記憶部２６０、通信部２７０、及びデータ入出力部２８０などを有している。
【０１５３】
スタイラスペン１００Ａと、タブレット２００とは、電磁誘導方式で検出可能になるように、上述の図１８又は図１９の方式により予めペアリング（無線接続）されている。スタイラスペン１００Ａの位置発信部６から発信される位置を、タブレット２００のタッチパネル２１０における、位置検出部（デジタイザ）２１２が検出することで、タッチパネル２１０が認識し、画面上にスタイラスペン１００Ａが接触した位置を検出する。
【０１５４】
そして、検出したスタイラスペン１００Ａのタッチパネル２１０上の位置を、ＬＣＤ２１１上に表示するとともに、記憶部２６０の検出結果記憶領域２６１へ送る。
【０１５５】
また、スタイラスペン１００Ａの６軸センサ１Ａが検出した、ペン先の傾きや筆圧の情報は、通信部７Ａを介して、タブレット２００の通信部２７０に送られ、検出結果記憶領域２６１に一時的に保存される。
【０１５６】
制御部２２０は、比較部２２１と、指示情報設定部２２２とを有している。
【０１５７】
比較部２２１は、検出結果記憶領域２６１に記憶されたスタイラスペン１００Ａの筆跡、ペンの傾き、及び筆圧を、リアルタイムに、外部記憶媒体２９０に記憶され、データ入出力部（取得部）２８０を介して取得した、見本筆跡テーブル、見本ペン傾きテーブル、及び見本筆圧テーブルと比較する。なお、本例では、検出されたペン先の位置情報や、スタイラスペン１００Ａのペン先５Ａの傾き、筆圧の情報を、一時的に検出結果記憶領域２６１に記憶する例を示すが、保存せずに比較部２２１に検出結果を直接、入力してもよい。
【０１５８】
そして、比較結果に応じて、指示情報設定部２２２で指示情報を設定する。詳しくは、比較結果に応じて、表示用や音声用の定型アドバイスデータを参照して、そのアドバイスを指示情報として選択する。
【０１５９】
即ち、制御部２２０は、ユーザーが書道や絵画などの作品形成中の、スタイラスペン１００Ａの進行方向、力のかけ方、及びペン先の傾きのアドバイス情報を生成する。
【０１６０】
音声による指示が設定されている場合、指示情報設定部２２２で設定した指示内容を、音声制御部２４０に送り、図２０に示すように、タブレット２００に設けられるスピーカー２５０から音声によって、ユーザーへアドバイスする。
【０１６１】
表示による指示が設定されている場合、指示情報設定部２２２で設定した指示内容を、表示制御部２３０に送り、ＬＣＤ２１１により、その指示内容をタッチパネル２１０上に表示することで、ユーザーへアドバイスする。
【０１６２】
従来のタッチパネルを用いた指導システムでは、筆跡のみ指導であったが、本願の６軸センサを用いることで、文字や、絵画、描画などを、ペンの傾きや筆圧などをリアルタイムに、見本と比較して評価を受けることができる。
【０１６３】
なお、本例では、スタイラスペン１００Ａとペアリングされたタブレット２００が、音声又はタッチパネル２１０上で表示することで、スタイラスペン１００Ａのペン先の筆跡、力の強さ、又は傾き、次にペン先が向かう位置等をアドバイスする例を示している。
【０１６４】
しかし、スタイラスペン１００Ａ側にスピーカー機能を持たせることで、タブレット２００とペアリングされた、スタイラスペン１００Ａ自体が、進行方向、力のかけ方、及びペン先の傾き等をアドバイスするように構成してもよい。
【０１６５】
なお、図２０は、習字の指導を受ける例を示しているが、指導を受けるものは、描画や絵画や漫画等の他の作品であってもよい。
【０１６６】
従来のタッチパネルは筆跡の指導のみ可能であったが、本構成のように上記６軸センサを含むスタイラスペンを用いることで、文字や、絵画、描画などを、筆跡に加えてペンの傾きや筆圧なども、リアルタイムに、見本と比較して評価を受けることができる。
【０１６７】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態として、センサアッセンブリを、歯科技工器具に適用する例を、図２２〜図２４を用いて詳述する。
【０１６８】
図２２は、センサアッセンブリが歯科技工器具１００Ｂである場合の構成例である。
歯科技工用の工具である歯科技工器具（歯科技工工具）１００Ｂでは、先端部材として、先端工具５Ｂを有している。
【０１６９】
なお、図２２では、先端工具の例として、形態修正用のプッシュカーバイドバーの例を示しているが、先端工具は、形態修正用の超硬カッターやダイヤモンドポイント、中仕上げ又は仕上げ研磨用の、ペーパーコーンや、クロスコーン、シリコンポイント、マージンポイント、砥石等の他の先端工具であってもよい。
【０１７０】
先端工具５Ｂは、義歯や補綴物等の技工対象物ＡＴ（図２３参照）と接触することにより、技工対象物ＡＴを加工（研磨、掘削等の形態修正や、仕上げ）する。
【０１７１】
歯科技工器具１００Ｂは、さらに、先端工具５Ｂの傾き及び圧力を検出する６軸フォースセンサ１Ｂと、アタッチメントである先端工具取付部３Ｂと、筐体４Ｂとを有している。
【０１７２】
図２２に示す本構成においても、先端工具取付部３Ｂと、筐体４Ｂの内側面の間には空間ギャップが存在する。そのため、先端部材である先端工具５Ｂに加えられる３軸力及びその軸回りのモーメントが効果的に６軸センサ１Ｂへ伝達される。即ち、６軸センサ１Ｂは、先端工具５Ｂが技工対象物と接触した際に、技工対象物へ力をかけた方向と圧力の情報を検出する。
【０１７３】
さらに、接触した技工対象物への力のかけた方向と、圧力の情報、圧力及び方向の継続時間の情報を記憶する記憶部を、歯科技工器具１００Ｂの内部に有していてもよい。
【０１７４】
＜第２実施形態の応用例＞
図２３は、本実施形態の歯科技工器具１００Ｂを用いて技工中に、技工対象物ＡＴに対する歯科技工器具の接触の角度や圧力を表示する、歯科技工手法表示システムの例である。図２４は、図２３の歯科技工手法表示システム２０００のブロック図の一例である。
【０１７５】
図２４に示す、歯科技工手法表示システム２０００は、歯科技工器具１００Ｂと、ＰＣ３００と、カメラ４００と、を有する。
【０１７６】
情報処理装置の一例であるＰＣ３００は、歯科技工器具１００Ｂと、有線、又は無線のネットワークを介して接続されている。カメラ４００は、ＰＣ３００と、有線、又は無線のネットワークを介して接続されている。
【０１７７】
ＰＣ３００は、表示部３１０と、制御部３２０と、表示制御部３３０と、音声制御部３４０と、スピーカー３５０と、記憶部３６０と、通信部３７０等とを備える。
【０１７８】
記憶部３６０は、完成形状記憶領域、歯型記憶領域、検出結果記憶領域を有する。完成形状記憶領域、歯型記憶領域には、技工対象物となる患者の歯型を基に、予めデータを設定しておく。
【０１７９】
記憶部３６０は、歯科技工器具１００Ｂが接触した際に、技工対象物ＡＴへ力をかけた方向と、圧力の情報を記憶する。
【０１８０】
制御部３２０の切削情報累積部３２１は、例えば、技工実行時の、同じ角度及び同じ圧力での接触時間の継続時間を累積してカウントする。
【０１８１】
ＰＣ３００は、表示部３１０上に、カメラ４００で撮影した映像と、技工者Ｏが、現在の作業中の先端工具５Ｂの圧力、及び傾き情報を、関連付けて一緒に表示部３１０の画面上に表示する。
【０１８２】
本構成の歯科技工手法表示システム２０００では、熟練者の技工者Ｏの歯科技工器具１００Ｂの使用方法を映像とともに、圧力のかけ方や向きを数値化して表示することで、学生等の技工学習において、より具体的な、工具を用いた技の習得が可能になる。
【０１８３】
なお、本例では、歯科技工の例を示しているが、電動の工具を用いる技術習得な必要な分野にも、本技術を応用することも可能である。例えば、木工技工や、金属加工等へも応用可能である。
【０１８４】
＜第３実施形態＞
図２５は、センサアッセンブリを医療用機器に搭載する場合の構成例である。図２５において、（ａ）はセンサアッセンブリを医療用メス１００Ｃに搭載する場合の構成例であって、（ｂ）はセンサアッセンブリを医療用触手１００Ｄに搭載する場合の構成例である。医療用メス１００Ｃ及び医療用触手１００Ｄは、医療用器具の一例である。
【０１８５】
図２５（ａ）に示す医療用メス１００Ｃでは、先端部材として、医療用ブレード５Ｃを有している。医療用ブレード５Ｃは、医療用メスの刃先の部分に相当する。なお、図２５（ａ）に示す医療用ブレード（刃先）５Ｃは替刃メスの一例を示すが、適用可能な医療用ブレード５Ｃは、他の形状の替刃メスやマイクロスコープ用の替刃メスであってもよいし、スカルペルであってもよい。
【０１８６】
医療用メス１００Ｃは、さらに、医療用ブレード５Ｃの傾き及び圧力を検出する６軸フォースセンサ１Ｃと、アタッチメント（ブレード取付部）３Ｃと、筐体４Ｃとを有している。
【０１８７】
この構成においても、アタッチメントであるブレード取付部３Ｃと、筐体４Ｃの内側面の間には空間ギャップが存在する。そのため、先端部材である医療用ブレード５Ｃに加えられる３軸力及びその軸回りのモーメントが効果的に６軸センサ１Ｃへ伝達される。
【０１８８】
図２５（ｂ）に示す医療用触手１００Ｄでは、先端部材として、医療用の触手５Ｄを有している。触手５Ｄは、例えばやわらかい丸みを帯びた弾性体であって、外科医Ｏや獣医などの術者が手術する際に指の代わりに患者（又は患畜）の手術部位やその周辺部位にゆっくりと接触することで、患部と、患部以外の部位を触感によって判別するのと同様に、触手５Ｄを用いて触感を検出する。
【０１８９】
医療用触手１００Ｄは、さらに、触手５Ｄの傾き及び圧力を検出する６軸フォースセンサ１Ｄと、アタッチメント（触手取付部）３Ｄと、筐体４Ｄとを有している。
【０１９０】
この構成においても、アタッチメントである触手取付部３Ｄと、筐体４Ｄの内側面の間には空間ギャップが存在する。そのため、先端部材である触手５Ｄに加えられる３軸力及びその軸回りのモーメントが効果的に６軸センサ１Ｄへ伝達される。
【０１９１】
本実施形態においては、６軸フォースセンサ１Ｃ，１Ｄは、医療用ブレード５Ｃ及び/又は触手５Ｄが接触する手術対象物（患者や患畜）の柔らかさ及び手術対象物に対して圧力がかかる方向を検出する。
【０１９２】
＜第３実施形態の応用例１＞
図２６は、図２５の医療用メス及び/又は医療用触手を使用した遠隔手術システムの例である。図２７は、図２６の遠隔手術システム３０００のブロック図である。
【０１９３】
図２７に示す遠隔手術システム３０００は、手術用ロボット（患者手術ロボット）５００と、操作側コンソール６００とを有している。手術用ロボット５００は、医療用メス１００Ｃと、医療用触手１００Ｄとを操作可能に保持している。
【０１９４】
手術用ロボット５００と、操作側コンソール６００とは、ネットワーク（有線、近距離無線、指定の無線）を介して、接続されている。
【０１９５】
手術用ロボット５００は、ロボットアーム５１０，５２０と、情報処理部５３０と、カメラ５４０と、マイク５５０と、スピーカー５６０と、を有している。情報処理部５３０は、６軸情報取得部５３１、音声処理部５３２、映像処理部５３３、通信部５３４等を備えている。
【０１９６】
操作側コンソール６００は、入力デバイス６１０，６２０と、情報処理部６３０と、ディスプレイ６４０と、マイク６５０と、スピーカー６６０と、脚用ペダル６７０と、を有する。情報処理部６３０は、移動情報取得部６３１，６３２、６軸情報変換部６３３、音声処理部６３４、映像処理部６３５、ペダル情報取得部６３６、通信部６３７等を備えている。
【０１９７】
手術用ロボット５００は、操作側コンソール６００からの指示を受けて、患者に対して、直接手術を行う装置である。
【０１９８】
手術用ロボット５００において、ロボットアーム（スレーブマニピュレーター）５１０，５２０は、外科医が操作側コンソール６００を操縦することによって、その操縦の位置情報を移動情報取得部６３１，６３２が取得し、移動情報伝達駆動部５１１，５２１に伝達されることで、入力デバイス６１０，６２０に連動して動くように操縦される。
【０１９９】
本実施形態では、ロボットアーム（スレーブマニピュレーター）５１０，５２０の先端には医療用メス１００Ｃ及び/又は医療用触手１００Ｄを着脱自在に把持している。医療用メス１００Ｃ及び/又は医療用触手１００Ｄが検出したメス/触手の傾きや圧力は、ロボットアーム５１０、５２０を介して、又は無線により、情報処理部５３０の６軸情報取得部５３１に伝達され、検出した量が数値化される。
【０２００】
カメラ５４０は、患者の手術部位を撮影する。カメラ５４０は、３次元に撮影可能なカメラであるとより好ましい。
【０２０１】
マイク（マイクロフォン）５５０は、手術に立ち会っている、手術助手や、手術看護師からの音声コマンドを受信する。スピーカー５６０は、操作側コンソール６００に入力された外科医の音声コマンドを音声情報として流す。
【０２０２】
操作側コンソール６００は、外科医によって操縦される装置である。
【０２０３】
入力デバイス（マスターマニピュレータ）６１０，６２０は、任意の１つ以上の様々な入力デバイス、例えば、ジョイスティック、グローブ、トリガーガン、手動コントローラなどを含み得る。本実施形態では、メス入力デバイス６１０は、図２５（ａ）の医療用メス１００Ｃの操作に対応する入力デバイスであって、触手入力デバイス６２０は、図２５（ｂ）の医療用触手１００Ｄの操作に対応する入力デバイスである例を示す。
【０２０４】
なお、脚用ペダル６７０も、手を用いて入力する入力デバイス６１０，６２０とは、異なる指示を行う脚用の入力デバイスである。
【０２０５】
本実施形態では、入力デバイス６１０，６２０には、振動発生部６１１，６２１が設けられている。なお、脚用ペダル６７０にも、必要に応じて振動発生部を設けてもよい。
【０２０６】
マイク（マイクロフォン）６５０は、外科医からの音声コマンドを受信する。
【０２０７】
ディスプレイ（マスターディスプレイ）６４０は、患者内の外科手術の部位の１つ以上の画像と、外科医に対する他の情報として、医療用メス１００Ｃ、医療用触手１００Ｄで検出した、メスや触手の傾きや圧力等も表示する。
【０２０８】
上記の構成では、医療用メス１００Ｃ及び/又は医療用触手１００Ｄが検出したメス/触手の傾き/圧力は、ロボットアーム５１０，５２０を介して、又は無線により、手術用ロボット５００の情報処理部５３０に伝達される。そして、手術対象物の柔らかさ及び前記手術対象物に対して圧力がかかる方向として、通信部５３４，６３７を介して操作側コンソール６００に伝達され、６軸情報変換部６３３で振動量に変換され、入力デバイス６１０，６２０に設けられた振動発生部６１１，６２１が振動することで、振動として伝達することができる。
【０２０９】
これにより、遠隔手術システムにおいて、ロボットアーム５１０，５２０が把持する医療用メス１００Ｃ及び/又は医療用触手１００Ｄが、臓器や腹壁など、術部以外に接触している場合に、操作側コンソール６００において、術者である外科医は、振動により手ごたえとして感知することが可能になる。
【０２１０】
＜第３実施形態の応用例２＞
図２８は、図２５の医療用メス１００Ｃ及び/又は医療用触手１００Ｄを使用した３次元手術手法表示システムの例である。図２９は、図２８の３次元手術手法表示システム４０００のブロック図である。
【０２１１】
図２９に示す、３次元手術手法表示システム４０００は、ＰＣ７００、３次元位置検出装置８００、及びカメラ９００を有する。３次元位置検出装置８００及びカメラ９００は、医療用器具（１００Ｃ，１００Ｄ）の医療用ブレード５Ｃ又は触手５Ｄの位置を測位する、３次元カメラとして機能する。
【０２１２】
なお、カメラ９００を２次元で設ける場合は、医療用メス１００Ｃによって手術が行われる術部が視認可能なように、撮影されるのが好ましい。そのため、カメラ９００は、真上に設置されてもよく、又は、医療用メス１００Ｃと連動として移動してもよい。あるいは、カメラ９００と医療用メス１００Ｃとが一体化していてもよい。
【０２１３】
ＰＣ７００は、表示部７１０と、制御部７２０と、表示制御部７３０と音声制御部７４０と、スピーカー７５０と、記憶部７６０と、を備える。
【０２１４】
記憶部７６０は、３次元情報記憶領域、画像情報記憶領域、６軸検出結果記憶領域等を有する。
【０２１５】
制御部７２０は、情報合成部７２１を有しており、通信部を介して取得した、カメラ９００からの手術部位の画像と、３次元位置検出装置８００で検出した医療用メス１００Ｃ及び/又は医療用触手１００Ｄの位置を合成して、表示部７１０上に表示する。
【０２１６】
さらに、医療用メス１００Ｃ及び/又は医療用触手１００Ｄで検出した６軸センサの傾きや圧力を検出することで、手術対象物（患者や患畜）の柔らかさ及び手術対象物に対して圧力がかかる方向を検出する。
【０２１７】
ＰＣ７００は、撮影した映像と、位置情報と、現在の作業中の先端工具５Ｂの圧力、及び傾き情報を一緒に表示部７１０の画面上に表示する。
【０２１８】
本構成の手術手法表示システム４０００では、熟練者のメスの使用方法や、患部箇所（腫瘍箇所等）の特定方法を映像とともに数値化して表示することで、学生等の手術技術学習において、より具体的な、手術中のメスの使い方や、患部の発見方法等の習得が可能になる。
【０２１９】
＜第４実施形態＞
図３０は、センサアッセンブリを靴底に搭載する場合の構成例である。
【０２２０】
本実施形態では、センサアッセンブリが靴底に設けられているバランス検出靴１００Ｅである場合の構成例である。
【０２２１】
バランス検出靴１００では、上記の先端部材として、靴底に設けられたセンサ５Ｅを有している。
【０２２２】
さらに、バランス検出靴１００Ｅでは上記の６軸フォースセンサ５Ｅと、アタッチメントと、を有している。なお、靴底に穴を開けてセンサを設けられているため、筐体４Ｅは、靴の穴部に相当する。
【０２２３】
図３０に示すように、この構成においても、センサ及びセンサ取付部、筐体４Ｅとの内側面の間には空間ギャップが存在する。そのため、靴底に配置されたセンサ５Ｅに加えられる３軸力及びその軸回りのモーメントに相当する体重移動の動き及びかかり方が効果的に６軸センサへ伝達される。
【０２２４】
このように検出した６軸センサの結果は、例えば、靴を履いているユーザーの携帯電話やスマートフォン５１００に送信され、図２０に示す第１実施形態の応用例同様に、予め、基準となるデータを登録しておくことで、スマートフォン５１００から歩行やジョギング時のアドバイスが受けられると好ましい。
【０２２５】
以上、センサアッセンブリを複数の実施形態例により説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではない。他の実施形態例の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。
【符号の説明】
【０２２６】
１  ６軸センサ（６軸フォースセンサ、力覚センサ）
３，３‐１  アタッチメント（先端部材取付部）
３Ａ  ペン先取付部（アタッチメント）
３Ｂ  技工具取付部（アタッチメント）
３Ｃ  ブレード取付部（アタッチメント）
３Ｄ  触手取付部（アタッチメント）
３Ｅ  靴底検知部取付部（アタッチメント）
４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ  筐体
４ｉ  内周面
５，５‐１  先端部材
５Ａ，５Ａ‐１，５Ａ‐２，５Ａ‐３，５Ａ‐４  ペン先
５Ｂ  先端工具
５Ｃ  医療用ブレード
５Ｄ  触手
５Ｅ  靴底センサ
６  位置発信部
１０  センサチップ（６軸フォースセンサ）
２０  起歪体（６軸フォースセンサ）
３１  受け部
３２  取付け起立部
３３  雌ネジ
３４  溝
５１  接触部
５２  嵌合部
５３  雄ネジ
５４  ピン
６１  磁性体
６２  磁性芯
６３  磁性コイル
１００  センサアッセンブリ
１００Ａ  スタイラスペン
１００Ｂ  歯科技工器具
１００Ｃ  医療用メス（医療用器具）
１００Ｄ  医療用触手（医療用器具）
１００Ｅ  バランス検出靴
２００  タブレット
２１０  タッチパネル（パネル）
２１２  デジタイザ（位置検出部）
２７０  通信部
２８０  データ入出力部（取得部）
３００  ＰＣ（情報処理装置）
４００  カメラ
５００  手術用ロボット（患者手術ロボット）
５４０  カメラ
６００  操作用コンソール
６１０，６２０  入力デバイス
６４０  ディスプレイ
７００  ＰＣ（情報処理装置）
８００  ３次元位置検出装置（３次元カメラ）
９００  カメラ（３次元カメラ）
１０００  作品描画手法指導システム
２０００  歯科技工手法表示システム
３０００  遠隔手術システム
４０００  手術手法表示システム
５０００  歩行状態表示システム
【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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【図２９】
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【図３０】
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