(57)【要約】【課題】検出できる外力付加部位を限定しないようにでき、且つ、外力を検出する素子に相当する部材の個数を低減することができる変形センサシステムを提供する。【解決手段】外力Ｆを受け得る面状部１２ａを有し、面状部１２ａに外力Ｆを受けた場合に弾性変形し、その弾性変形量が増加するに従って電気抵抗が増加する弾性材からなる変形センサ１２と、面状部１２ａの周縁部にそれぞれ接触して配置される第一、第二および第三の電極１３、１４、１５と、第一の電極１３と第二の電極１４との間における外力Ｆによる変形センサ１２の電気抵抗の変化、および、第一の電極１３と第三の電極１５との間における外力Ｆによる変形センサ１２の電気抵抗の変化に基づいて、面状部１２ａのうち外力Ｆを受けた位置を検出する検出部２２とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外力を受け得る面状部を有し、前記面状部に前記外力を受けた場合に弾性変形し、その弾性変形量が増加するに従って電気抵抗が増加する弾性材からなる変形センサと、
前記面状部の周縁部にそれぞれ接触して配置される第一、第二および第三の電極と、
前記第一の電極と前記第二の電極との間における前記外力による前記変形センサの前記電気抵抗の変化、および、前記第一の電極と前記第三の電極との間における前記外力による前記変形センサの前記電気抵抗の変化に基づいて、前記面状部のうち前記外力を受けた位置を検出する検出部と、
を備えることを特徴とする変形センサシステム。
【請求項２】
前記弾性材は、所定のゴムからなるエラストマーと、前記エラストマー中に略単粒子状態で且つ高充填率で配合されている球状の導電性フィラーとを有する請求項１に記載の変形センサシステム。
【請求項３】
前記面状部に前記外力を受けていない場合において、前記第一の電極と前記第二の電極との間における前記変形センサの電気抵抗は、前記第一の電極と前記第三の電極との間における前記変形センサの電気抵抗と同一に設定する請求項１または２に記載の変形センサシステム。
【請求項４】
外力を受け得る面状部を有し、前記面状部に前記外力を受けた場合に弾性変形し、弾性変形量に応じて圧電効果により電圧を発生する変形センサと、
前記面状部の周縁部にそれぞれ接触して配置される第一、第二および第三の電極と、
前記第一の電極と前記第二の電極との間において前記外力により前記変形センサが発生する電圧、および、前記第一の電極と前記第三の電極との間において前記外力により前記変形センサが発生する電圧に基づいて、前記面状部のうち前記外力を受けた位置を検出する検出部と、
を備えることを特徴とする変形センサシステム。
【請求項５】
前記第一の電極と前記第二の電極との離間距離は、前記第一の電極と前記第三の電極との離間距離と同一である請求項１〜４の何れか一項に記載の変形センサシステム。
【請求項６】
前記面状部は、前記第一の電極、前記第二の電極および前記第三の電極をそれぞれ結ぶ三角形における前記第一の電極の内角の二等分線に対して、対称形状に形成される請求項５に記載の変形センサシステム。
【請求項７】
前記第二の電極と前記面状部との接触長は、前記第三の電極と前記面状部との接触長と同一である請求項１〜６の何れか一項に記載の変形センサシステム。
【請求項８】
前記変形センサシステムは、
隣接された複数の前記変形センサからなる変形センサ群と、
前記変形センサ群を構成する前記変形センサのそれぞれに前記第一、第二および第三の電極からなる電極群と、
を備える請求項１〜７の何れか一項に記載の変形センサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、感圧センサ等に用いることができる変形センサシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、感圧センサとしては、例えば、実開平５−３６３３１号公報（特許文献１）、特開平５−８１９７７号公報（特許文献２）、特開平１１−１１５６７８号公報（特許文献３）、特開２００１−５６２５９号公報（特許文献４）、特開２００５−３５１６５３号公報（特許文献５）および特開２００６−９０９８３号公報（特許文献６）に開示されたものがある。
【０００３】
特許文献１および特許文献２に記載の感圧センサは、感圧導電性エラストマー部材の表面に圧力検出用凸部を形成し、その裏面側に電極を配置する構成からなる。この感圧導電性エラストマーは、無加圧時には絶縁性を示し、加圧時に内部の導電性粒子が互いに接近して電気抵抗値が次第に低下することに伴って導電性を示す材料からなる。つまり、圧力検出用凸部に圧力が付加された場合に、その表面と裏面との離間距離が短くなることにより、感圧導電性エラストマー部材が導電性を示すこととなる。そして、この絶縁性から導電性への変化を裏面側の電極により検出して、圧力の付加を検出するというものである。
【０００４】
また、特許文献３に記載の感圧センサは、上側感圧インクと下側感圧インクとを備えており、無加圧時には両者は離間しており、加圧時に両者が接触してその間の電気抵抗が変化することにより、圧力の付加を検出するというものである。
【０００５】
また、特許文献４に記載の感圧センサは、配線パターンが形成されている下側フィルムと、その下側フィルムに重ね合わさるように離間して配置され感圧抵抗が形成されている上側フィルムとを備えている。つまり、無加圧時には配線パターンと感圧抵抗とが離間しているので導通されず、加圧時に配線パターンと感圧抵抗とが接触することにより導通する。従って、導通することにより発生する電気信号に基づいて、圧力の付加を検出するというものである。
【０００６】
また、特許文献５に記載の感圧センサは、基板表面に多数の電極をアレイ状に形成し、それぞれの電極上に導電性感圧ゴムを配置している。また、特許文献６に記載の感圧センサは、面部材を網目状に形成し、その交差部分に多数の圧力センサ素子を配置している。
【特許文献１】実開平５−３６３３１号公報
【特許文献２】特開平５−８１９７７号公報
【特許文献３】特開平１１−１１５６７８号公報
【特許文献４】特開２００１−５６２５９号公報
【特許文献５】特開２００５−３５１６５３号公報
【特許文献６】特開２００６−９０９８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来の感圧センサは、何れも、加圧部位に圧力検出素子に相当する部材が配置されている。例えば、特許文献１および特許文献２においては、導電性への変化を検出する電極（圧力検出素子）が、加圧部位の裏面側に配置されている。また、特許文献３においては、圧力検出素子に相当する上側感圧インクと下側感圧インクが、加圧部位に配置されている。特許文献４においても、圧力検出素子に相当する配線パターンと感圧抵抗との接触部位が、加圧部位に配置されている。特許文献５および６についても実質的に同様である。
【０００８】
このように、圧力検出素子が加圧部位に配置されている構成によれば、当該圧力検出素子が配置された部位への圧力付加を検出することはできるが、その他の部位への圧力付加を検出することはできない。つまり、検出できる圧力付加の部位が限定されている。また、例えば、所定の面の全部位への圧力付加を検出するような感圧センサを構成するとした場合には、面の全部位に多数の圧力検出素子を配置する必要がある。このように多数の電極を面の全部位に配置したとしても、より小さな単位で見ると、やはり検出できる圧力付加の部位が限定されていることになる。従って、従来の構成では、圧力付加の部位が限定されてしまう。多数の圧力検出素子を配置することで、ある程度の圧力付加の部位を限定しないようにできるとしても、この場合には、多数の圧力検出素子を必要とするため、高コスト化を招来する。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、検出できる外力付加部位を限定しないようにでき、且つ、外力を検出する素子に相当する部材の個数を低減することができる変形センサシステム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】
【００１０】
（１）本発明の変形センサシステムは、外力を受け得る面状部を有し、面状部に外力を受けた場合に弾性変形し、その弾性変形量が増加するに従って電気抵抗が増加する弾性材からなる変形センサと、面状部の周縁部にそれぞれ接触して配置される第一、第二および第三の電極と、第一の電極と第二の電極との間における外力による変形センサの電気抵抗の変化、および、第一の電極と第三の電極との間における外力による変形センサの電気抵抗の変化に基づいて、面状部のうち外力を受けた位置を検出する検出部と、を備えることを特徴とする。つまり、本発明の変形センサシステムを構成する変形センサは、いわゆる抵抗増加型センサを用いている。
【００１１】
まず、本発明の変形センサシステムにおいて、外力を受けた場合に、変形センサの面状部における外力の受けた位置を検出できる理由について説明する。
【００１２】
本発明における変形センサは、上述したように、弾性変形量が増加するに従って電気抵抗が増加する弾性材からなる。つまり、この弾性材は、無変形時に電気抵抗が最も小さく、変形時に電気抵抗が大きくなる。従って、この弾性材に一定の電圧を印加した場合には、無変形時に最も大きな電流が流れ、変形に応じて電流値が小さくなっていく。
【００１３】
つまり、変形センサの面状部に外力を受けていない状態（以下、「無負荷状態」という）が各電極間の電気抵抗が最も小さい。従って、この無負荷状態にて電極間に電圧を印加した場合が、各電極間に電流は最も流れやすい状態となる。このように、無負荷状態にて、各電極間に電流が流れていることになる。一方、変形センサの面状部に外力を受けた状態（以下、「負荷状態」という）には、変形センサが外力により弾性変形し、その結果、各電極間における変形センサの電気抵抗が大きくなる。さらに、外力を受ける位置によって電気抵抗の変化量は異なるとしても、各電極間における電気抵抗は、外力を受けることにより必ず増加する。そうすると、印加する電圧を一定とした場合に、各電極間に流れる電流は、外力を受けることにより小さくなる。
【００１４】
そして、検出部は、第一の電極と第二の電極との間に電圧を印加した場合に、当該電極間における外力による変形センサの電気抵抗の変化を検出している。さらに、検出部は、第一の電極と第三の電極との間に電圧を印加した場合に、当該電極間における外力による変形センサの電気抵抗の変化を検出している。つまり、検出部は、二つの経路における変形センサの電気抵抗の変化を検出している。そして、第一の電極を共有している。従って、検出部が検出する二つの経路における一端が共通し、他端が異なる。
【００１５】
ここで、検出部は、例えば、各電極間に電圧を印加した場合に、当該各電極間に流れる電流を検出する。この場合、検出部は、無負荷状態にて最大電流を検出し、負荷状態においてはそれより小さい電流を検出することになる。従って、外力を受ける位置がどの位置であっても、検出部は、確実に当該各電極間の電気抵抗の変化を検出できる。
【００１６】
そして、外力の大きさが同一であっても、外力を受けた位置が異なる場合には、第一の電極と第二の電極との間における電気抵抗の変化への影響が異なる。具体的には、当該電極から外力位置までの距離が遠い位置ほど、外力の大きさによる電気抵抗の変化への影響が小さく、電極から外力位置までの距離が近い位置ほど、外力の大きさによる電気抵抗の変化への影響が大きくなる。このように、外力を受ける位置と、その外力による電気抵抗の変化への影響度とを決定することができる。この関係は、第一の電極と第三の電極との間における電気抵抗の変化への影響度についても実質的に同様である。
【００１７】
つまり、負荷状態において、第一の電極と第二の電極との間における電気抵抗の変化量と、第一の電極と第三の電極との間における電気抵抗の変化量とは、以下に説明する所定境界線上に外力を受けた場合のみ同一となり、その他の位置に外力を受けた場合には異なる値となる。所定境界線とは、第一の電極、第二の電極および第三の電極をそれぞれ結ぶ三角形において、第一の電極を通り、且つ、当該三角形を分離する線である。この所定境界線は、電極の位置および変形センサの材料分布特性に応じて、直線となる場合や曲線となる場合がある。
【００１８】
ここで、所定境界線よりも第二の電極に近い位置に外力を受けた場合を考える。すなわち、この場合とは、所定境界線よりも第三の電極から遠ざかる位置に外力を受けた場合である。この場合、第一の電極と第二の電極との間における変形センサの電気抵抗の変化量は、第一の電極と第三の電極との間における変形センサの電気抵抗の変化量に比べて、大きくなる。
【００１９】
一方、所定境界線よりも第二の電極から遠ざかる位置に外力を受けた場合を考える。すなわち、この場合とは、所定境界線よりも第三の電極に近い位置に外力を受けた場合である。この場合、第一の電極と第二の電極との間における変形センサの電気抵抗の変化量は、第一の電極と第三の電極との間における変形センサの電気抵抗の変化量に比べて、小さくなる。
【００２０】
このように、外力を受けた位置が、所定境界線よりも第二の電極側であるのか、それとも第三の電極側であるのかに応じて、各電極間における変形センサの電気抵抗の変化量が異なる。従って、外力を受けた位置が、第二の電極側に位置するのか、それとも、第三の電極側に位置するのかを判断することができる。
【００２１】
さらに、第一の電極と第二の電極とを結ぶ直線方向においては、第一の電極または第二の電極から外力位置までの距離に応じて、第一の電極と第二の電極間における電気抵抗の変化量が異なる。従って、第一の電極と第二の電極とを結ぶ直線方向において、外力を受けた位置が、第一の電極または第二の電極からどの程度離れているかを判断することができる。
【００２２】
ただし、第一の電極と第二の電極の中央を境に、第一の電極側に所定距離ずれた位置に外力を受けた場合と、第二の電極側に同一の所定距離ずれた位置に同一外力を受けた場合とでは、当該電極間の電気抵抗の変化量は同一となる場合がある。しかし、これらの場合には、それぞれの外力位置において、第一の電極と第三の電極との間における変形センサのそれぞれの電気抵抗の変化量が異なる。従って、第一の電極と第三の電極との間における電気抵抗の変化量を参酌することで、外力を受けた位置が、第一の電極側に所定距離ずれた位置であるのか、それとも、第二の電極側に所定距離ずれた位置であるのかを判断することができる。
【００２３】
また、第一の電極と第三の電極との関係についても、第一の電極と第二の電極との関係と実質的に同様の関係である。すなわち、第一の電極と第三の電極の中央を境に、第一の電極側に所定距離ずれた位置に外力を受けた場合と、第三の電極側に同一の所定距離ずれた位置に同一外力を受けた場合とでは、当該電極間の電気抵抗の変化量は同一となる場合がある。しかし、これらの場合には、それぞれの外力位置において、第一の電極と第二の電極との間における変形センサのそれぞれの電気抵抗の変化量が異なる。従って、第一の電極と第二の電極との間における電気抵抗の変化量を参酌することで、外力を受けた位置が、第一の電極側に所定距離ずれた位置であるのか、それとも、第三の電極側に所定距離ずれた位置であるのかを判断することができる。
【００２４】
以上より、本発明の変形センサシステムによれば、電極を僅かに３個としたとしても、変形センサの面状部であればどの位置に外力を受けたとしても、面状部のうち外力を受けた位置を検出できる。このように、検出できる外力負荷部位を限定しないようにでき、且つ、外力を検出するための電極の個数を大幅に低減することができる。なお、もちろん、３個の電極を一組として上述したように検出部により電極間の電気抵抗の変化量を検出する限り、例えば、面状部において電極を３個より多い数としてもよい。これにより、重畳的に外力を受けた位置の算出を行うことができ、高精度に外力を受けた位置を検出できる。
【００２５】
ここで、変形センサに適用する抵抗増加型センサの弾性材は、所定のゴムからなるエラストマーと、エラストマー中に略単粒子状態で且つ高充填率で配合されている球状の導電性フィラーとを有するものを用いるとよい。ここで、「略単粒子状態」とは、導電性フィラーの全質量を１００質量％とした場合の５０質量％以上が、凝集した二次粒子としてではなく、単独の一次粒子として存在していることをいう。また、「高充填率で配合」とは、導電性フィラーが最密充填に近い状態で配合されていることをいう。
【００２６】
このように、導電性フィラーが、高充填率（最密充填に近い状態）で配合され、且つ、エラストマー中に一次粒子の状態で存在することにより、変形センサが無負荷状態時に、導電性フィラーによる三次元的な導電パスが形成される。これに対して、変形センサが負荷状態時には、変形センサが弾性変形する。そして、導電性フィラーが最密充填に近い状態で配合されているため、この弾性変形により、導電性フィラー同士が反発し合い、導電性フィラー同士の接触状態が変化する。その結果、無負荷状態時における三次元的な導電パスが崩壊し、電気抵抗が増加する。つまり、当該弾性材は、弾性変形量が増加するに従って電気抵抗が増加する性質を有することができる。そして、この弾性材を用いることにより、形状の成形自由度が非常に高い。
【００２７】
上述したように、検出部は、第一の電極と第二の電極との間である第一の経路における変形センサの電気抵抗、および、第一の電極と第三の電極との間である第二の経路における変形センサの電気抵抗を考慮して、外力位置を算出している。そこで、面状部に外力を受けていない場合（無負荷状態）において、第一の電極と第二の電極との間における変形センサの電気抵抗は、第一の電極と第三の電極との間における変形センサの電気抵抗と同一に設定するとよい。これにより、外力を受けた場合に、各電極間における変形センサの電気抵抗の変化割合、すなわち、無負荷状態における各電極間における当該電気抵抗に対する負荷状態における各電極間における当該電気抵抗を、ほぼ同等の範囲内とすることができる。つまり、各電極間における当該電気抵抗の変化量の検出に際する分解能を、ほぼ同等とすることができる。従って、高精度に外力位置を検出することができる。
【００２８】
また、上述したように、外力位置が各電極から遠ざかるほど、電極間の電気抵抗の変化量への影響度が小さくなる。つまり、電極間の電気抵抗の変化は、各電極から外力位置までの離間距離に影響を受ける。さらに、検出部は、第一の電極と第二の電極との間である第一の経路における変形センサの電気抵抗、および、第一の電極と第三の電極との間である第二の経路における変形センサの電気抵抗を考慮して、外力位置を算出している。
【００２９】
そこで、第一の電極と第二の電極との離間距離は、第一の電極と第三の電極との離間距離と同一とするとよい。これにより、第一の電極と第二の電極との離間距離が、第一の電極と第三の電極との離間距離と異なる場合に比べて、外力位置の演算が非常に容易となる。つまり、両者の離間距離が異なることを考慮することなく、外力位置を演算することができるためである。従って、検出部における外力位置の演算の高速化が可能となり、応答性を高めることができる。つまり、面状部に実際に外力を受けてから、例えば、外力位置を表示するまでの時間を短くすることができる。さらに、このことにより、変形センサの材料分布特性が均一であれば、無負荷状態において、第一の経路および第二の経路における変形センサの電気抵抗を同一に設定することができる。
【００３０】
そして、特に、第一の電極と第二の電極との離間距離が、第一の電極と第三の電極との離間距離と同一である場合、次のようにするとよい。すなわち、面状部は、第一の電極、第二の電極および第三の電極をそれぞれ結ぶ三角形における第一の電極の内角の二等分線に対して、対称形状に形成されるとよい。つまり、当該二等分線により切断された各領域において、第二の電極側の領域と、第三の電極側の領域とが、同形状からなる。これにより、当該二等分線に対して面状部が非対称となる場合に比べて、外力位置の演算が非常に容易となる。つまり、当該二等分線に対して面状部の形状が対称である場合には、当該形状が非対称である場合に生じる電気抵抗の相違を考慮することなく、外力位置を演算することができるためである。従って、検出部における外力位置の演算のさらなる高速化が可能となり、応答性をより高めることができる。つまり、面状部に実際に外力を受けてから、例えば、外力位置を表示するまでの時間をさらに短くすることができる。
【００３１】
また、第二の電極と面状部との接触長は、第三の電極と面状部との接触長と同一であるとよい。電極と面状部との接触長は、当該電極により検出できる変形センサの電気抵抗の変化量に影響を及ぼす。しかし、第二の電極と面状部との接触長が、第三の電極と面状部との接触長と同一とすることで、当該接触長が異なることに伴う電気抵抗の相違を考慮することなく、外力位置を演算することができる。従って、検出部における外力位置の演算の高速化が可能となり、応答性をより高めることができる。つまり、面状部に実際に外力を受けてから、例えば、外力位置を表示するまでの時間をさらに短くすることができる。
【００３２】
そして、上述した本発明の変形センサシステムは、隣接された複数の変形センサからなる変形センサ群と、複数の変形センサのそれぞれに配置される第一、第二および第三の電極からなる電極群と、を備えるようにしてもよい。つまり、複数の変形センサを隣接することで、より広範囲の領域における感圧センサとして高精度に外力位置を検出できる。
【００３３】
（２）上記においては、本発明の変形センサシステムを構成する変形センサとして、弾性変形量が増加するに従って電気抵抗が増加する、いわゆる抵抗増加型の弾性材を用いた。この他に、弾性変形量に応じて圧電効果により電圧を発生する、いわゆる圧電効果型の弾性材を用いることもできる。
【００３４】
すなわち、本発明の変形センサシステムは、外力を受け得る面状部を有し、面状部に外力を受けた場合に弾性変形し、弾性変形量に応じて圧電効果により電圧を発生する変形センサと、面状部の周縁部にそれぞれ接触して配置される第一、第二および第三の電極と、第一の電極と第二の電極との間において外力により変形センサが発生する電圧、および、第一の電極と第三の電極との間において外力により変形センサが発生する電圧に基づいて、面状部のうち外力を受けた位置を検出する検出部と、を備えることを特徴とする。
【００３５】
本発明の変形センサシステムを構成する変形センサは、弾性変形量に応じて圧電効果により電圧を発生させる。この変形センサは、弾性変形量に応じて発生する電圧が異なる。そして、変形する位置に応じて、電極間に発生する電圧が異なる。つまり、上述したいわゆる抵抗増加型の変形センサにおける弾性変形量と電気抵抗との関係が、本発明における変形センサにおける弾性変形量と発生する電圧との関係となる。
【００３６】
従って、本発明の変形センサシステムによれば、電極を僅かに３個としたとしても、変形センサの面状部であればどの位置に外力を受けたとしても、第一の電極と第二の電極との間に発生する電圧と、第一の電極と第三の電極との間に発生する電圧とに基づいて、面状部のうち外力を受けた位置を検出できる。このように、検出できる外力負荷部位を限定しないようにでき、且つ、外力を検出するための電極の個数を大幅に低減することができる。
【００３７】
そして、上述した抵抗増加型の弾性材を用いた場合における他の特徴的事項について、本発明の圧電効果型の弾性材を用いた場合にも、同様に適用することができる。そして、これらの場合において、同様の効果を奏することができる。
【００３８】
すなわち、抵抗増加型の弾性材からなる変形センサを有する変形センサシステムにおいて、第一の電極と第二の電極とを結ぶ直線、および、第一の電極と第三の電極とを結ぶ直線は、面状部の周縁部に位置しないようにするとよい。これにより、面状部のうち広い範囲で、外力位置を高精度に検出できる。
【００３９】
また、第一の電極と第二の電極との離間距離は、第一の電極と第三の電極との離間距離と同一とするとよい。これにより、第一の電極と第二の電極との離間距離が、第一の電極と第三の電極との離間距離と異なる場合に比べて、外力位置の演算が非常に容易となる。特に、面状部は、第一の電極、第二の電極および第三の電極をそれぞれ結ぶ三角形における第一の電極の内角の二等分線に対して、対称形状に形成されるとよい。
【００４０】
また、第二の電極と面状部との接触長は、第三の電極と面状部との接触長と同一であるとよい。電極と面状部との接触長は、当該電極により検出できる変形センサが発生する電圧に影響を及ぼす。しかし、第二の電極と面状部との接触長が、第三の電極と面状部との接触長と同一とすることで、当該接触長が異なることに伴う発生電圧の相違を考慮することなく、外力位置を演算することができる。従って、検出部における外力位置の演算の高速化が可能となり、応答性をより高めることができる。
【００４１】
また、本発明の変形センサシステムは、隣接された複数の変形センサからなる変形センサ群と、複数の変形センサのそれぞれに配置される第一、第二および第三の電極からなる電極群と、を備えるようにしてもよい。つまり、複数の変形センサを隣接することで、より広範囲の領域における感圧センサとして高精度に外力位置を検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。
【００４３】
＜Ｉ＞第１実施形態
（１）変形センサシステムの全体構成
本実施形態の変形センサシステムの全体構成について図１および図２を参照して説明する。図１は、変形センサシステムの全体構成図を示す。図２（ａ）は、変形センサ１２が押圧外力Ｆを受けていない状態（無負荷状態）における図１のＡ−Ａ断面を右に９０度回転させた図を示す。図２（ｂ）は、変形センサ１２が押圧外力Ｆを受けた状態（負荷状態）における図１のＡ−Ａ断面図を示す。
【００４４】
図１に示すように、変形センサシステムは、センサ構造体１０と、制御部２０と、モニタ３０とから構成される。ここで、本発明の変形センサシステムは、センサ構造体１０と制御部２０の検出部２２とを含むものである。
【００４５】
センサ構造体１０は、載置板１１と、変形センサ１２と、第一の電極１３と、第二の電極１４と、第三の電極１５と、コネクタ１６と、配線１７とから構成される。載置板１１は、図１および図２（ａ）（ｂ）に示すように、長方形の平板状からなり、弾力性のある発砲材またはクッション材などからなる。すなわち、載置板１１は、図２（ｂ）に示すように、その上面（図２の上側面）を押圧された場合に、押圧部位が凹状に変形する。この載置板１１は、例えば、平面または曲面の基盤上に配置される。
【００４６】
変形センサ１２は、弾性変形量が増加するに従って電気抵抗が増加するゴム弾性材からなる。この変形センサ１２は、長方形状に形成されている。さらに、変形センサ１２は、載置板１１よりも小さな長方形状からなる。そして、変形センサ１２は、載置板１１の上面のうち中央部に、載置板１１に重ね合わさるように配置されている。ここで、変形センサ１２の上面、すなわち、平板状の広がる面は、図２（ａ）（ｂ）の下方への押圧外力Ｆを受け得る面状部１２ａをなす。つまり、変形センサ１２の面状部１２ａが、その法線方向の押圧外力Ｆを受けた場合には、図２（ｂ）に示すように、変形センサ１２のうち当該押圧外力Ｆを受けた部位が図２（ｂ）の下方側に向かって湾曲するように曲げ弾性変形する。なお、変形センサ１２のゴム弾性材の詳細については、後述する「（２）変形センサ１２の材料説明」の項目において説明する。
【００４７】
第一の電極１３は、面状部１２ａの周縁部における図１の上端のうち左右方向中央に、面状部１２ａに接触した状態で固定されている。この第一の電極１３はほぼ正方形状からなり、第一の電極１３の一辺の長さは、面状部１２ａの図１の上端幅より十分に小さくされている。第二の電極１４は、面状部１２ａの周縁部における図１の下端のうち左右方向中央より右寄りに、面状部１２ａに接触した状態で固定されている。また、第三の電極１５は、面状部１２ａの周縁部における図１の下端のうち中央より左寄りに、面状部１２ａに接触した状態で固定されている。
【００４８】
そして、第一の電極１３と第二の電極１４との離間距離が、第一の電極１３と第三の電極１５との離間距離と同一となるように、各電極１３、１４、１５が配置されている。さらに、面状部１２ａは、第一の電極１３、第二の電極１４および第三の電極１５をそれぞれ結ぶ三角形における第一の電極１３の内角の二等分線に対して、対称な長方形状に形成されている。さらに、第二の電極１４および第三の電極１５は、第一の電極１３と同一形状からなる。つまり、第二の電極１４と面状部１２ａとの接触長は、第三の電極１５と面状部１２ａとの接触長と同一である。
【００４９】
コネクタ１６は、後述する制御部２０と電気的接続のための部材である。このコネクタ１６は、載置板１１の上面のうち図１の左下角部であって、変形センサ１２の周縁部よりも外方に配置されている。つまり、コネクタ１６は、変形センサ１２に対して離隔した位置に配置されている。配線１７は、一端が第一の電極１３、第二の電極１４および第三の電極１５のそれぞれに接続され、他端がコネクタ１６に接続されている。
【００５０】
制御部２０は、電源回路２１と、検出部２２と、出力部２３とから構成される。電源回路２１は、コネクタ１６および配線１７を介して各電極１３、１４、１５、並びに、後述する検出部２２の抵抗変化量検出部２２ａに、電気的接続されており、直流電圧Ｖｉｎを印加する回路である。
【００５１】
検出部２２は、第一の電極１３と第二の電極１４との間に直流電圧Ｖｉｎを印加した場合に、第一の電極１３と第二の電極１４との間における変形センサ１２の電気抵抗の変化を検出する。そして、検出部２２は、第一の電極１３と第三の電極１５との間に直流電圧Ｖｉｎを印加した場合に、第一の電極１３と第三の電極１５との間における変形センサ１２の電気抵抗の変化を検出する。さらに、検出部２２は、検出した電極間の電気抵抗の変化に基づいて、変形センサ１２の面状部１２ａのうち押圧外力Ｆを受けた位置を算出する。
【００５２】
出力部２３は、検出部２２にて算出された面状部１２ａのうち押圧外力Ｆを受けた位置をモニタ３０に出力する。モニタ３０には、変形センサ１２の面状部１２ａに相当する面が表示されており、押圧外力Ｆを受けた位置を種々の色を用いて表示したり、色の明暗を用いて表示したりする。なお、制御部２０の詳細は、後述する「（４）制御部２０の詳細説明」の項目において説明する。
【００５３】
（２）変形センサ１２の材料説明
次に、変形センサ１２に用いるゴム弾性材、すなわち、圧縮変形、引張変形、曲げ変形、ねじり変形などの全ての種類の弾性変形をそれぞれ生じる際に、それぞれの弾性変形における弾性変形量が増加するに従って電気抵抗が増加する性質を有するゴム弾性材について、図３を参照して詳細に説明する。図３（ａ）は、無負荷状態における変形センサ１２の断面模式図を示し、図３（ｂ）は、負荷状態における変形センサ１２の断面模式図を示す。なお、図３（ｂ）において、無負荷状態の変形センサ１２の形状を破線にて示す。
【００５４】
この変形センサ１２のゴム弾性材は、所定のゴムからなるエラストマー１２ｂと、エラストマー中に略単粒子状態で、且つ、高充填率で配合されている球状の導電性フィラー１２ｃとを有するものである。ここで、所定のゴムからなるエラストマー１２ｂ自体は、絶縁性を有している。また、「略単粒子状態」および「高充填率で配合」については、上述した意味である。
【００５５】
そして、無負荷状態では、図３（ａ）に示すように、導電性フィラー１２ｃの多くは、エラストマー１２ｂ中に一次粒子状態で存在している。また、導電性フィラー１２ｃの充填率は高く、最密充填に近い状態で配合されている。これにより、無負荷状態において、変形センサ１２には、導電性フィラー１２ｃによる三次元的な導電パスＰｓが形成されている。従って、無負荷状態では、変形センサ１２の電気抵抗が小さくなる。
【００５６】
一方、図３（ｂ）に示すように、変形センサ１２の面状部１２ａに外力Ｆ（例えば、押圧外力）を受けた場合（負荷状態）には、変形センサ１２は弾性変形する。ここで、導電性フィラー１２ｃは最密充填に近い状態で配合されているため、導電性フィラー１２ｃが移動できるスペースがほとんどない。従って、変形センサ１２が弾性変形すると、導電性フィラー１２ｃ同士が反発し合い、導電性フィラー１２ｃ同士の接触状態が変化する。その結果、無負荷状態において形成されていた三次元的な導電パスＰｓが崩壊し、変形センサ１２の電気抵抗が増加する。
【００５７】
ここで、変形センサ１２において、エラストマー１２ｂに対して導電性フィラー１２ｃの配合量を増加させるにつれて、変形センサ１２の電気抵抗は低下する。具体的には、所定量のエラストマー１２ｂに導電性フィラー１２ｃを配合していく場合を考えると、導電性フィラー１２ｃの配合量が少ない状態では、変形センサ１２の電気抵抗は大きな値を示す。すなわち、この場合の変形センサ１２の電気抵抗は、導電性フィラー１２ｃを配合していない状態におけるエラストマー１２ｂ自体の電気抵抗にほとんど等しい。
【００５８】
そして、導電性フィラー１２ｃの配合量を増加させて、その配合量が所定の体積分率に達すると、変形センサ１２の電気抵抗が急激に低下して、絶縁体−導電体転移が起こる（第一変極点）。この第一変曲点における導電性フィラー１２ｃの配合量（体積％）を、臨界体積分率という。また、さらに導電性フィラー１２ｃの配合量を増加していくと、所定の体積分率から、変形センサ１２の電気抵抗の変化量が小さくなり、電気抵抗の変化が飽和する（第二変極点）。この第二変極点における導電性フィラー１２ｃの配合量（体積％）を、飽和体積分率という。
【００５９】
このような変形センサ１２の電気抵抗の変化は、パーコレーションカーブと呼ばれ、エラストマー１２ｂ中に導電性フィラー１２ｃによる導電パスＰｓ（図３（ａ）に示す）が形成されるためと考えられている。そして、導電性フィラー１２ｃが略単粒子状態で最密充填に近い状態で配合されることに基づき３次元的な導電パスＰｓが形成されるようにするため、無負荷状態にてエラストマー１２ｂ中における導電性フィラー１２ｃの飽和体積分率が３５体積％以上とするとよい。飽和体積分率が３５体積％以上と大きいため、導電性フィラー１２ｃは、エラストマー１２ｂ中に略単粒子状態で安定に存在し、最密充填に近い状態が実現されるためである。
【００６０】
このため、変形センサ１２は、全体の体積を１００体積％とした場合に、導電性フィラー１２ｃの充填率を飽和体積分率に近い３０体積％以上６５体積％以下とすると、外力Ｆに対する電気抵抗の増加挙動を誘起することが可能である。
【００６１】
一方、導電性フィラー１２ｃの粒子径が小さい、導電性フィラー１２ｃとエラストマー１２ｂとの相溶性が悪い等の理由により、導電性フィラー１２ｃが凝集し、凝集体が形成されている場合には、一次元的な導電パスＰｓが形成され易い。このような場合には、エラストマー組成物の臨界体積分率は、２０体積％程度と比較的小さくなる。同様に、飽和体積分率も比較的小さくなる。言い換えると、臨界体積分率および飽和体積分率が小さい場合には、導電性フィラー１２ｃは一次粒子として存在し難く、二次粒子（凝集体）を形成し易い。よって、この場合、導電性フィラー１２ｃをエラストマー１２ｂ中に多量に配合することは難しい。つまり、導電性フィラー１２ｃを最密充填に近い状態で配合することは難しい。また、粒子径の小さな導電性フィラー１２ｃを多量に配合すると、凝集構造が三次元的に成長するため、変形に対する導電性の変化が乏しくなるからである。
【００６２】
ここで、変形センサ１２を形成するゴム弾性材の具体的な一例を以下に挙げる。まず、油展ＥＰＤＭ（住友化学社製「エスプレン（登録商標）６１０１」）８５質量部と、油展ＥＰＤＭ（住友化学社製「エスプレン６０１」３４質量部と、ＥＰＤＭ（住友化学社製「エスプレン５０５」）３０質量部と、酸化亜鉛（白水化学工業社製）５質量部と、ステアリン酸（花王社製「ルナック（登録商標）Ｓ３０」）１質量部と、パラフィン系プロセスオイル（日本サン石油社製「サンパー（登録商標）１１０」）２０質量部と、をロール練り機にて素練りした。
【００６３】
次に、カーボンビーズ（日本カーボン社製「ニカビーズＩＣＢ０５２０」）、平均粒子径約５μｍ、粒度分布におけるＤ９０／Ｄ１０＝３．２）２７０質量部を添加して、ロール練り機にて混合し、分散させた。さらに、加硫促進剤として、ジメチルジチオカルバミン酸亜鉛（大内新興化学社製「ノクセラー（登録商標）ＰＺ−Ｐ」）１．５質量部、テトラメチルチウラムジスルフィド（三新化学社製「サンセラー（登録商標）ＴＴ−Ｇ」）１．５質量部、２−メルカプトベンゾチアゾール（大内新興化学社製「ノクセラーＭ−Ｐ」）０．５質量部と、硫黄（鶴見化学工業社製「サンファックスＴ−１０」）０．５６質量部とを添加して、ロール練り機にて混合し、分散させて、エラストマー組成物を調整した。
【００６４】
このエラストマー組成物のパーコレーションカーブにおける臨界体積分率は、約４３体積％、飽和体積分率は約４８体積％であった。次に、エラストマー組成物を所定の大きさ（本実施形態では長方形状）に成形して、所定温度でプレス加硫により変形センサ１２を成形した。成形された変形センサ１２におけるカーボンビーズの充填率は、変形センサ１２の体積を１００体積％とした場合において約４８体積％であった。
【００６５】
（３）変形センサ１２の電気抵抗の変化特性について
次に、上述したように成形された変形センサ１２の電気抵抗の変化特性について、図４および図５を参照して説明する。図４は、変形センサ１２が曲げ変形した状態を示す図である。図５は、変形センサ１２の曲率Ｃに対する電気抵抗の変化特性を示す図である。ここでは、変形センサ１２の材料そのものの電気抵抗の変化特性を説明するために、変形センサ１２の形状を長尺板状としている。
【００６６】
まず、図４に示すように、長尺板状の変形センサ１２の両端に電極１８を配置した。この両端の電極１８は、同一形状としている。この場合に、変形センサ１２の中央部に押圧外力Ｆを付加して、変形センサ１２全体が図４の下側に湾曲するように曲げ弾性変形する状態を考える。このとき、無負荷状態における変形センサ１２の長手方向長さをＬとし、負荷状態における変形センサ１２の両端の離間距離をＬ１とし、ＬとＬ１との差を曲げ歪距離Ｓとした場合に、曲率Ｃ（％）は、以下の式（１）により定義する。
【００６７】
【数１】
2008286747.tif 000003
【００６８】
そして、押圧外力Ｆを適宜変更して曲率Ｃを変化させた状態において、そのときの電極１８間の電気抵抗を計測した。この結果は、図５に示すように、曲率Ｃが増加するに従って、電極１８間の電気抵抗が増加している。このことから、変形センサ１２の弾性変形量が大きいほど、電気抵抗が増加するということが言える。
【００６９】
なお、上記のような曲げ変形の他に、変形センサ１２に引張変形のみを生じさせた場合、圧縮変形のみを生じさせた場合、および、ねじり変形を生じさせた場合などにおいても、それぞれの弾性変形量が大きいほど、変形センサ１２の電気抵抗が増加する関係になった。
【００７０】
（４）制御部２０の詳細構成
次に、変形センサシステムにおける制御部２０の詳細構成について、図１および図６を参照して説明する。図６は、制御部２０の検出部２２を構成する抵抗変化量検出部２２ａを説明する図である。
【００７１】
制御部２０は、図１に示すように、電源回路２１と、検出部２２と、出力部２３とから構成される。電源回路２１は、コネクタ１６および配線１７を介して第一の電極１３と第二の電極１４と第三の電極１５、並びに、後述する検出部２２の抵抗変化量検出部２２ａに、電気的接続されており、直流電圧Ｖｉｎを印加する回路である。
【００７２】
検出部２２は、抵抗変化量検出部２２ａと、外力位置算出部２２ｂとから構成される。抵抗変化量検出部２２ａは、電源回路２１、第一の電極１３、第二の電極１４、および、第三の電極１５に電気的接続されている。そして、抵抗変化量検出部２２ａは、図６に示すように、所定の電極間における変形センサ１２の電気抵抗を第１抵抗Ｒ１とするホイートストン・ブリッジ回路を構成している。具体的には、抵抗変化量検出部２２ａは、一端側（図６における負極側）を第一の電極１３に接続し、他端側（図６における正極側）を第二の電極１４と第三の電極１５とを切り替えて接続している。つまり、ホイートストン・ブリッジ回路を構成する第１抵抗Ｒ１は、第一の電極１３と第二の電極１４との間における変形センサ１２の電気抵抗Ｒａと、第一の電極１３と第三の電極１５との間における変形センサ１２の電気抵抗Ｒｂとで切り替えられている。
【００７３】
つまり、電気抵抗Ｒａとなる第１抵抗Ｒ１は、第一の電極１３と第二の電極１４とを結ぶ第一の経路における変形センサ１２の電気抵抗である。この電気抵抗Ｒａとなる第１抵抗Ｒ１は、式（２）のように表すことができる。このように、当該第１抵抗Ｒ１は、第一の電極１３と第二の電極１４との間の多数の経路における電気抵抗Ｒａ１、Ｒａ２、Ｒａ３、・・・の並列回路となる。
【００７４】
また、電気抵抗Ｒｂとなる第１抵抗Ｒ１は、第一の電極１３と第三の電極１５とを結ぶ第二の経路における変形センサ１２の電気抵抗である。この電気抵抗Ｒｂとなる第１抵抗Ｒ１は、式（３）のように表すことができる。このように、当該第１抵抗Ｒ１は、第一の電極１３と第三の電極１５との間の多数の経路における電気抵抗Ｒｂ１、Ｒｂ２、Ｒｂ３、・・・の並列回路となる。
【００７５】
【数２】
2008286747.tif 000004
【００７６】
ここで、第一の電極１３と第二の電極１４との離間距離は、第一の電極１３と第三の電極１５との離間距離と同一である。さらに、各電極１３、１４、１５は、同形状からなる。つまり、第二の電極１４と面状部１２ａとの接触長は、第三の電極１５と面状部１２ａとの接触長と同一となる。さらに、面状部１２ａは、第一の電極１３、第二の電極１４および第三の電極１５をそれぞれ結ぶ三角形における第一の電極１３の内角の二等分線Ｌに対して、対称形状に形成されている。従って、無負荷状態において、第一の経路における第１抵抗Ｒ１、および、第二の経路における第１抵抗Ｒ１は、同一値に設定されている。
【００７７】
そして、ホイートストン・ブリッジ回路を構成する第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３および第４抵抗Ｒ４は、一定の抵抗値としている。ここでは、無負荷状態における第１抵抗Ｒ１と第４抵抗Ｒ４とを掛け合わせた値が、第２抵抗Ｒ２と第３抵抗Ｒ３とを掛け合わせた値に等しくなるように、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３および第４抵抗Ｒ４を設定する。
【００７８】
そして、図６において、印加電圧Ｖｉｎは、電源回路２１により印加される直流電圧である。また、抵抗変化量検出部２２ａは、ブリッジ中間電位差Ｖｍを検出する。つまり、このブリッジ中間電位差Ｖｍは、第一の電極１３と第二の電極１４との間、または、第一の電極１３と第三の電極１５との間における変形センサ１２の第１抵抗Ｒ１の変化に伴って変化する。すなわち、抵抗変化量検出部２２ａは、第一の電極１３と第二の電極１４との間に電圧を印加した場合に、第一の経路における変形センサ１２の第１抵抗Ｒ１（＝Ｒａ）の変化量ΔＲ１を検出できる。さらに、抵抗変化量検出部２２ａは、第一の電極１３と第三の電極１５との間に電圧を印加した場合に、第二の経路における変形センサ１２の第１抵抗Ｒ１（＝Ｒｂ）の変化量ΔＲ１を検出できる。
【００７９】
外力位置算出部２２ｂは、面状部１２ａの様々な位置に押圧外力Ｆを与えた場合に、第一の経路における変形センサ１２の第１抵抗Ｒ１の変化量ΔＲ１、および、第二の経路における変形センサ１２の第１抵抗Ｒ１の変化量ΔＲ１を、予め記憶しておく。すなわち、外力位置算出部２２ｂは、押圧外力Ｆを受ける位置と、その外力による各電極間における変形センサ１２の電気抵抗の変化への影響度との関係を予め記憶しておく。そして、外力位置算出部２２ｂは、電源回路２１により電圧Ｖｉｎを印加した場合に、予め記憶した上記関係と抵抗変化量検出部２２ａにより検出された各経路における第１抵抗Ｒ１の変化量ΔＲ１とに基づいて、変形センサ１２の面状部１２ａのうち押圧外力Ｆを受けた位置を算出する。
【００８０】
ここで、外力位置算出部２２ｂが予め記憶する、押圧外力Ｆを受ける位置と、その外力による各電極間における変形センサ１２の電気抵抗の変化への影響度との関係について、より詳細に説明する。変形センサ１２は、上述したように、弾性変形量が増加するに従って電気抵抗が増加するゴム弾性材からなる。そして、各経路における変形センサ１２の電気抵抗Ｒ１は、押圧外力Ｆを受ける位置によって、その影響度が異なる。
【００８１】
まず、第一の経路、すなわち第一の電極１３と第二の電極１４との間における変形センサ１２の電気抵抗Ｒ１について説明する。押圧外力Ｆの位置が、第一の電極１３または第二の電極１４から遠いほど、第一の経路における第１抵抗Ｒ１の変化量ΔＲ１として表れる影響度が小さくなる。つまり、第一の電極１３付近または第二の電極１４付近に押圧外力Ｆを受けた場合の方が、第一の電極１３と第二の電極１４の中央付近に同一の押圧外力Ｆを受けた場合に比べて、第一の電極１３と第二の電極１４との間における第１抵抗Ｒ１の変化量ΔＲ１が大きくなる。従って、第一の電極１３と第二の電極１４との間における第１抵抗Ｒ１の変化量ΔＲ１に基づいて、押圧外力Ｆを受けた位置が、第一の電極１３または第二の電極１４からどの距離にあるかを判断することができる。
【００８２】
ただし、第一の電極１３と第二の電極１４の中央を境に、第一の電極１３側に所定距離ずれた位置に外力を受けた場合と、第二の電極１４側に同一の所定距離ずれた位置に同一外力を受けた場合とでは、当該電極間の電気抵抗Ｒ１の変化量ΔＲ１はほぼ同一となる。例えば、図６の「Ａ」の位置に押圧外力Ｆを受けた場合と、「Ｂ」の位置に押圧外力Ｆを受けた場合とでは、第一の経路における変形センサ１２の第１抵抗Ｒ１の変化量ΔＲ１がほぼ同一となる。
【００８３】
しかし、「Ａ」「Ｂ」それぞれの押圧外力Ｆの位置において、第二の経路、すなわち、第一の電極１３と第三の電極１５との間における変形センサ１２のそれぞれの第１抵抗Ｒ１の変化量ΔＲ１が異なる。
【００８４】
この第二の経路における変形センサ１２の電気抵抗Ｒ１は、第一の経路における変形センサ１２の電気抵抗Ｒ１と実質的に同様で、押圧外力Ｆの位置が、第一の電極１３または第三の電極１５から遠いほど、第二の経路における第１抵抗Ｒ１の変化量ΔＲ１として表れる影響度が小さくなる。つまり、第一の電極１３付近または第三の電極１５付近に押圧外力Ｆを受けた場合の方が、第一の電極１３と第三の電極１５の中央付近に同一の押圧外力Ｆを受けた場合に比べて、第一の電極１３と第三の電極１５との間における第１抵抗Ｒ１の変化量ΔＲ１が大きくなる。
【００８５】
ここで、「Ａ」の位置に押圧外力Ｆを受けた場合には、「Ｂ」の位置に押圧外力を受けた場合に比べて、第一の電極１３からの離間距離および第三の電極１５からの離間距離が大きい。従って、第二の経路における変形センサ１２の第１抵抗Ｒ１の変化量ΔＲ１は、「Ａ」の位置に押圧外力Ｆを受けた場合の方が、「Ｂ」の位置に押圧外力を受けた場合に比べて、大きくなる。
【００８６】
このように、第一の経路における変形センサ１２の第１抵抗Ｒ１の変化量ΔＲ１が同一であっても、第二の経路における変形センサ１２の第１抵抗Ｒ１の変化量ΔＲ１が異なるため、図６における「Ａ」の位置に押圧外力Ｆを受けたのか、それとも、「Ｂ」の位置に押圧外力Ｆを受けたのかを判断することができる。
【００８７】
ここで、上述した第一の電極１３、第二の電極１４および第三の電極１５をそれぞれ結ぶ三角形における第一の電極１３の内角の二等分線Ｌ上に押圧外力Ｆを受けた場合には、第一の経路における変形センサ１２の第１抵抗Ｒ１の変化量ΔＲ１と、第二の経路における変形センサ１２の第１抵抗Ｒ１の変化量ΔＲ１とは、同一となる。これは、押圧外力Ｆの位置が、第二の電極１４からの離間距離と第三の電極１５からの離間距離が等しくなるためである。
【００８８】
これに対して、押圧外力Ｆが当該二等分線Ｌ以外の位置に受けた場合には、第一の経路における変形センサ１２の第１抵抗Ｒ１の変化量ΔＲ１と、第二の経路における変形センサ１２の第１抵抗Ｒ１の変化量ΔＲ１とが異なる値となる。そして、「Ａ」の位置に押圧外力Ｆを受けた場合には、第一の経路における変形センサ１２の第１抵抗Ｒ１の変化量ΔＲ１が、第二の経路における変形センサ１２の第１抵抗Ｒ１の変化量ΔＲ１に比べて大きくなる。この理由は、第二の電極１４から「Ａ」の位置までの離間距離が、第三の電極１５から「Ａ」の位置までの離間距離より小さいためである。一方、「Ｃ」の位置に押圧外力Ｆを受けた場合には、第一の経路における変形センサ１２の第１抵抗Ｒ１の変化量ΔＲ１が、第二の経路における変形センサ１２の第１抵抗Ｒ１の変化量ΔＲ１に比べて小さくなる。この理由は、第二の電極１４から「Ａ」の位置までの離間距離が、第三の電極１５から「Ａ」の位置までの離間距離より大きいためである。
【００８９】
このように、押圧外力Ｆを受けた位置が、二等分線Ｌよりも第二の電極１４側であるのか、それとも第三の電極１５側であるのかに応じて、各電極１３、１４、１５間における変形センサ１２の第１抵抗Ｒ１の変化量ΔＲ１が異なる。従って、押圧外力Ｆを受けた位置が、第二の電極１４側であるのか、第三の電極１５側であるのかを判断することができる。
【００９０】
以上より、本発明の変形センサシステムによれば、電極を僅かに３個としたとしても、変形センサ１２の面状部１２ａであればどの位置に押圧外力Ｆを受けたとしても、面状部１２ａのうち押圧外力Ｆを受けた位置を検出できる。
【００９１】
＜２＞第２実施形態
次に、第２実施形態における変形センサシステムについて、図７を参照して説明する。図７は、第２実施形態の変形センサシステムを構成するセンサ構造体１００のみを示す。なお、第２実施形態の変形センサシステムにおいて、第１実施形態における変形センサシステムと同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００９２】
ここで、上述した第１実施形態においては、変形センサ１２の面状部１２ａの周縁部に３個の電極１３、１４、１５を配置し、第一の電極１３と第二の電極１４との間、および、第一の電極１３と第三の電極１５との間のそれぞれにおける変形センサ１２の電気抵抗を検出することとした。
【００９３】
この他に、一つの面状部１２ａにおいて、４個の電極１１３、１１４、１１５、１１６を配置するようにしてもよい。具体的には、電極１１３と電極１１４との接続と、電極１１３と電極１１４との接続を切り替える。これらの状態における変形センサ１２の電気抵抗Ｒ１１、Ｒ１２の変化量に基づいて、押圧外力Ｆの位置を検出する。つまり、電極１１３、１１４、１１５は、それぞれ、第１実施形態における第一の電極１３、第二の電極１４、第三の電極１５に相当する。ここまでは、上述した第１実施形態と同様である。これに加えて、第２実施形態においては、さらに、電極１１６と電極１１４とを接続と、電極１１６と電極１１５との接続を切り替える。そして、これらの状態における変形センサ１２の電気抵抗Ｒ２１、Ｒ２２の変化量に基づいて、押圧外力Ｆの位置を検出する。つまり、電極１１３、１１４、１１５による押圧外力Ｆの検出と、電極１１６、１１４、１１５による押圧外力Ｆの検出とを、重畳的にしている。
【００９４】
ここで、基本的には、第１実施形態にて説明したように、３個の電極により押圧外力Ｆの位置を検出することができる。ただし、第２実施形態のように、重畳的にすることで、より高精度に押圧外力Ｆの位置を検出できる。
【００９５】
＜３＞第３実施形態
次に、第３実施形態における変形センサシステムについて、図８を参照して説明する。図８は、第３実施形態の変形センサシステムを構成するセンサ構造体２００のみを示す。なお、第３実施形態の変形センサシステムにおいて、第１実施形態における変形センサシステムと同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００９６】
ここで、上述した第１実施形態においては、変形センサ１２を一つとして、その面状部１２ａの周縁部に３個の電極１３、１４、１５を配置した。この一つの変形センサ１２を図８に示すように、多数連続的に配置することができる。
【００９７】
つまり、第３実施形態における変形センサシステムは、隣接された複数の変形センサ１２からなる変形センサ群と、変形センサ群を構成する変形センサ１２のそれぞれに第一の電極１３、第二の電極１４および第三の電極１５からなる電極群とを備えるようにする。つまり、複数の変形センサ１２を隣接することで、より広範囲の領域における感圧センサとして高精度に押圧外力Ｆの位置を検出できる。
【００９８】
＜４＞第４実施形態
次に第４実施形態における変形センサシステムについて説明する。上述した第１〜第３実施形態における変形センサシステムにおいては、変形センサとして抵抗増加型センサを適用した。この他に、変形センサとして、圧電効果型センサを適用することができる。
【００９９】
すなわち、当該変形センサは、押圧外力Ｆを受け得る面状部１２ａを有し、面状部１２ａに押圧外力Ｆを受けた場合に弾性変形し、弾性変形量に応じて圧電効果により電圧を発生するセンサである。つまり、押圧外力Ｆの位置に応じて、第一の電極１３と第二の電極１４との間に発生する電圧が異なり、且つ、第一の電極１３と第三の電極１５との間に発生する電圧が異なる。なお、この圧電効果により発生する電圧と押圧外力Ｆとの関係は、上述した第１実施形態における変形センサ１２の電気抵抗の変化と押圧外力Ｆとの関係と、ほぼ同等の関係である。
【０１００】
そして、第４実施形態における検出部２２は、発生電圧検出部と、外力位置算出部とを備える。発生電圧検出部は、第一の電極１３と第二の電極１４との間において押圧外力Ｆにより変形センサ１２が発生する電圧を検出する。さらに、発生電圧検出部は、第一の電極１３と第三の電極１５との間において押圧外力Ｆにより変形センサ１２が発生する電圧を検出する。すなわち、発生電圧検出部は、第１実施形態における抵抗変化量検出部２２ａに対して、電気抵抗であるか発生電圧であるかが相違するが、抵抗変化量検出部２２ａと実質的な機能は同様である。
【０１０１】
そして、外力位置算出部は、押圧外力Ｆの位置と、その押圧外力Ｆにより各電極間に発生する電圧との関係を予め記憶しておく。そして、実際に発生電圧検出部により検出された各発生電圧と、予め記憶した関係とに基づいて、面状部１２ａのうち押圧外力Ｆを受けた位置を検出する。すなわち、当該外力位置算出部についても、第１実施形態における外力位置算出部２２ｂと実質的な機能は同様である。
【０１０２】
以上より、第４実施形態における本発明の変形センサシステムにおいても、電極を僅かに３個としたとしても、変形センサ１２の面状部１２ａであればどの位置に押圧外力Ｆを受けたとしても、面状部１２ａのうち押圧外力Ｆを受けた位置を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】変形センサシステムの全体構成図を示す。
【図２】無負荷状態および負荷状態における図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】無負荷状態および負荷状態における変形センサ１２の断面模式図である。
【図４】変形センサ１２が曲げ変形した状態を示す図である。
【図５】変形センサ１２の曲率Ｃに対する電気抵抗の変化特性を示す図である。
【図６】制御部２０の検出部２２を構成する抵抗変化量検出部２２ａを説明する図を示す。
【図７】第２実施形態の変形センサシステムを構成するセンサ構造体１００である。
【図８】第３実施形態の変形センサシステムを構成するセンサ構造体２００である。
【符号の説明】
【０１０４】
１０、１００、２００：センサ構造体、  ２０：制御部、  ３０：モニタ、
１１：載置板、  １２：変形センサ、  １２ａ：面状部、  １２ｂ：エラストマー、
１２ｃ：導電性フィラー、
１３：第一の電極、  １４：第二の電極、  １５：第三の電極、  １６：コネクタ、
１７：配線、  １８、１１３、１１４、１１５、１１６：電極、
２１：電源回路、  ２２：検出部、  ２３：出力部、
２２ａ：抵抗変化量検出部、  ２２ｂ：外力位置算出部、
Ｐｓ：導電パス
【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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