(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材に対して第２部材が離間して配置されており、前記第２部材は前記第１部材に対して基準位置から直交３軸のうち所定軸方向へ相対変位可能であると共に、直交３軸のうち前記所定軸方向とは異なる軸方向への相対移動および相対回転のうち少なくとも１つの相対変位可能であり、
前記第１部材に対して前記第２部材が前記基準位置から前記所定軸方向へ相対変位する場合において、前記第１部材に対する前記第２部材の前記基準位置から前記所定軸方向への相対変位量を検出する変位量検出装置であって、
前記第１部材と前記第２部材とを弾性連結し、変形に応じてインピーダンスが変化する導電性の粘弾性材からなり、前記第１部材に対して前記第２部材が前記基準位置から前記所定軸方向へ相対変位した場合に引張変形または圧縮変形をする第１の導電性粘弾性部材と、
前記第１の導電性粘弾性部材に対して並列となるように前記第１部材と前記第２部材とを弾性連結し、変形に応じてインピーダンスが変化する導電性粘弾性材からなり、前記第１部材に対して前記第２部材が前記基準位置から前記所定軸方向へ相対変位した場合に前記第１の導電性粘弾性部材の引張圧縮変形に対して逆対称の引張圧縮変形をする第２の導電性粘弾性部材と、
前記第１の導電性粘弾性部材及び前記第２の導電性粘弾性部材のインピーダンスにより形成されるホイーストン・ブリッジ回路と、
前記ホイーストン・ブリッジ回路へブリッジ入力電圧を印加する電源と、
前記ホイーストン・ブリッジ回路のブリッジ出力電圧に基づき前記第１部材に対する前記第２部材の前記基準位置から前記所定軸方向への相対変位量を検出する検出部と、
前記第１部材及び／又は前記第２部材と前記第１の導電性粘弾性部材との間、並びに、前記第１部材及び／又は前記第２部材と前記第２の導電性粘弾性部材との間に配置され、且つ、前記第１の導電性粘弾性部材及び前記第２の導電性粘弾性部材のバネ定数よりも小さなバネ定数からなる変形吸収材と、
を備え、
前記第２の導電性粘弾性部材と前記第１の導電性粘弾性部材とは、前記第２部材を挟むように、前記第１の導電性粘弾性部材に対して前記所定軸方向に対向配置されることを特徴とする変位量検出装置。
【請求項２】
前記第１部材に対して前記第２部材が前記基準位置に位置している場合において前記第２の導電性粘弾性部材のインピーダンスは、前記第１の導電性粘弾性部材のインピーダンスと略同一であり、
前記ホイーストン・ブリッジ回路は、
前記第１の導電性粘弾性部材のインピーダンスと第３インピーダンスとを直列接続した第１ハーフブリッジ回路と、
前記第２の導電性粘弾性部材のインピーダンスと前記第３インピーダンスに略同一インピーダンスの第４インピーダンスとを直列接続し、前記第２の導電性粘弾性部材のインピーダンスと前記第１の導電性粘弾性部材のインピーダンスとが直接接続されるように前記第１ハーフブリッジ回路に並列接続され、かつ、前記第２の導電性粘弾性部材のインピーダンスと前記第４インピーダンスとの中間点が前記第１の導電性粘弾性部材のインピーダンスと前記第３インピーダンスとの中間点に接続された第２ハーフブリッジ回路と、
を備え、
前記電源は、前記第１ハーフブリッジ回路及び前記第２ハーフブリッジ回路の各両端に前記ブリッジ入力電圧を印加し、
前記ブリッジ出力電圧は、前記第１ハーフブリッジ回路及び前記第２ハーフブリッジ回路の各中間点の電圧差である請求項１記載の変位量検出装置。
【請求項３】
前記第１の導電性粘弾性部材及び前記第２の導電性粘弾性部材は、略同一変形をしたときに略同一のインピーダンスとなる請求項１又は２に記載の変位量検出装置。
【請求項４】
前記第２の導電性粘弾性部材は、前記第１の導電性粘弾性部材と略同一材質であり、前記所定軸方向に垂直な面に対して前記第１の導電性粘弾性部材と略面対称な形状からなる請求項３記載の変位量検出装置。
【請求項５】
第１部材に対して第２部材が離間して配置されており、前記第２部材は前記第１部材に対して基準位置から所定軸回りの回転方向及び直交３軸のうち１以上の軸方向に相対変位可能であり、
前記第１部材に対して前記第２部材が前記基準位置から前記所定軸回りへの回転方向に相対変位する場合において、前記第１部材に対する前記第２部材の前記基準位置から前記所定軸回りへの回転方向の相対変位量を検出する変位量検出装置であって、
前記第１部材と前記第２部材とを弾性連結し、変形に応じてインピーダンスが変化する導電性の粘弾性材からなり、前記第１部材に対して前記第２部材が前記基準位置から前記所定軸回りへの回転方向に相対変位した場合に引張変形または圧縮変形をする第１の導電性粘弾性部材と、
前記第１の導電性粘弾性部材に対して並列となるように前記第１部材と前記第２部材とを弾性連結し、変形に応じてインピーダンスが変化する導電性粘弾性材からなり、前記第１部材に対して前記第２部材が前記基準位置から前記所定軸回りへの回転方向の相対変位した場合に前記第１の導電性粘弾性部材の引張圧縮変形に対して逆対称の引張圧縮変形をする第２の導電性粘弾性部材と、
前記第１の導電性粘弾性部材及び前記第２の導電性粘弾性部材に対して並列となるように前記第１部材と前記第２部材とを弾性連結し、変形に応じてインピーダンスが変化する導電性の粘弾性材からなる１以上の第３の導電性粘弾性部材と、
前記第１の導電性粘弾性部材及び前記第２の導電性粘弾性部材のインピーダンスにより形成される第１ホイーストン・ブリッジ回路と、
前記第１の導電性粘弾性部材、前記第２の導電性粘弾性部材及び前記第３の導電性粘弾性部材の中から、前記第１の導電性粘弾性部材及び前記第２の導電性粘弾性部材の組み合わせ以外の選択された２個の導電性粘弾性部材により形成された１以上の第２ホイーストン・ブリッジ回路と、
前記第１ホイーストン・ブリッジ回路及び前記第２ホイーストン・ブリッジ回路へブリッジ入力電圧を印加する電源と、
前記第１ホイーストン・ブリッジ回路及び前記第２ホイーストン・ブリッジ回路のブリッジ出力電圧に基づき前記第１部材に対する前記第２部材の前記基準位置から前記所定軸回りへの回転方向の相対変位量を検出する検出部と、
を備え、
前記第１ホイーストン・ブリッジ回路及び前記第２ホイーストン・ブリッジ回路の合計回路数は、前記第１部材に対して前記第２部材が前記軸方向へ相対変位可能な方向数に１加算した所定数以上に設定され、
前記検出部は、
前記第１部材に対する前記第２部材のそれぞれの方向への相対変位に応じて出力される前記所定数以上の前記ブリッジ出力電圧である基準電圧ベクトルを予め記憶する基準電圧ベクトル記憶部と、
実際の前記第１部材に対する前記第２部材の相対変位に応じて出力される前記所定数以上の前記ブリッジ出力電圧である実電圧ベクトルを検出する実電圧ベクトル検出部と、
前記基準電圧ベクトル及び前記実電圧ベクトルに基づき、前記実電圧ベクトルに含まれる前記所定軸回りの回転方向及び前記軸方向それぞれの成分に関する寄与度を算出する寄与度算出部と、
前記所定軸回りの回転方向の成分に関する前記寄与度及び前記基準電圧ベクトル記憶部に記憶された前記所定軸回りの回転方向に関する前記基準電圧ベクトルに基づき、前記第１部材に対する前記第２部材の前記基準位置から前記所定軸回りの回転方向への相対変位量を算出する変位量算出部と、
を備えることを特徴とする変位量検出装置。
【請求項６】
前記第１の導電性粘弾性部材及び前記第２の導電性粘弾性部材は、略同一変形をしたときに略同一のインピーダンスとなる請求項５に記載の変位量検出装置。
【請求項７】
前記第１の導電性粘弾性部材及び前記第２の導電性粘弾性部材は、それぞれ複数からなる請求項１〜６の何れか一項に記載の変位量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相対変位する２部材の相対変位量を検出する変位量検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
相対変位する２部材の相対変位量を検出する装置としては、例えば、ひずみゲージを用いたものがある（例えば、特許文献１参照）。ここで、ひずみゲージは、異方性を有している。従って、検出したい方向の相対変位量を検出できるようにひずみゲージを配置することで、所定の方向の相対変位量を検出することができる。
【０００３】
ところで、従来から、ゴム中に金属粉末等の導電性粒子を分散させたゴムセンサが知られている（例えば、特許文献２参照）。このゴムセンサが圧縮された場合には、分散された導電性粒子が近接するので、ゴムセンサの抵抗値が小さくなる。一方、ゴムセンサが引張られた場合には、導電性粒子が離れるので、ゴムセンサの抵抗値は大きくなる。このように、ゴムセンサの状態に応じてゴムセンサの抵抗値が異なることを利用することで、ゴムセンサが取り付けられた部材の物理量を検出することができるとされている。
【特許文献１】特開２００５−１３４２２０号公報
【特許文献２】特開平４−２８３６０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、ゴムセンサなどの粘弾性部材は、ひずみゲージとは異なり、異方性を有していない。つまり、ゴムセンサが例えば圧縮変形又は引張変形をする場合において、どの方向に圧縮変形又は引張変形をしたのかを判断することができない。従って、２部材が複数方向へ相対変位する場合に、従来のゴムセンサを用いたとしても、２部材の特定方向への相対変位量を検出することはできない。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、ゴムセンサなどの粘弾性部材を用いて、相対変位する２部材の相対変位量を検出することができる変位量検出装置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】
【０００６】
本発明の変位量検出装置は、第１部材に対して第２部材が離間して配置されており、第２部材は第１部材に対して基準位置から直交３軸のうち所定軸方向へ相対変位可能であると共に、直交３軸のうち所定軸方向とは異なる軸方向への相対移動および相対回転のうち少なくとも１つの相対変位可能であり、第１部材に対して第２部材が基準位置から所定軸方向へ相対変位する場合において、第１部材に対する第２部材の基準位置から所定方向への相対変位量を検出する変位量検出装置であって、第１の導電性粘弾性部材と、第２の導電性粘弾性部材と、ホイーストン・ブリッジ回路と、電源と、検出部と、変形吸収材とを備えることを特徴とする。
【０００７】
ここで、第１の導電性粘弾性部材は、第１部材と第２部材とを弾性連結し、変形に応じてインピーダンスが変化する導電性の粘弾性材からなり、第１部材に対して第２部材が基準位置から所定軸方向へ相対変位した場合に引張変形または圧縮変形をする部材である。この第１の導電性粘弾性部材は、例えば、粘弾性部材の中に金属粉末等の導電性粒子が分散されたものなどである。粘弾性材とは、ゴム、シリコン、エラストマー、ゲルなどである。
【０００８】
第２の導電性粘弾性部材は、第１の導電性粘弾性部材に対して並列となるように第１部材と第２部材とを弾性連結し、変形に応じてインピーダンスが変化する導電性粘弾性材からなる。さらに、この第２の導電性粘弾性部材は、第１部材に対して第２部材が基準位置から所定軸方向へ相対変位した場合に、第１の導電性粘弾性部材の引張圧縮変形に対して逆対称の引張圧縮変形をする部材である。ここで、引張変形の逆対称は圧縮変形を意味し、圧縮変形の逆対称は引張変形を意味する。つまり、第１の導電性粘弾性部材が引張変形する場合には、第２の導電性粘弾性部材が圧縮変形される。また、第１の導電性粘弾性部材が圧縮変形する場合には、第２の導電性粘弾性部材が引張変形される。
【０００９】
ホイーストン・ブリッジ回路は、第１の導電性粘弾性部材及び第２の導電性粘弾性部材のインピーダンスにより形成される回路である。ここで、ホイーストン・ブリッジ回路とは、４つのインピーダンスにより形成される回路である。具体的には、第１インピーダンスと第３インピーダンスとを直列接続した第１ハーフブリッジ回路と、第２インピーダンスと第４インピーダンスとを直列接続した第２ハーフブリッジ回路とから構成される。そして、第１ハーフブリッジと第２ハーフブリッジとは、並列接続されている。さらに、第１インピーダンスと第３インピーダンスとの中間点と、第２インピーダンスと第４インピーダンスとの中間点とが、接続されている。そして、第１〜第４インピーダンスのうち選択された２個のインピーダンスが、第１の導電性粘弾性部材のインピーダンスと第２の導電性粘弾性部材のインピーダンスとされている。なお、上記において、インピーダンスと称したが、交流電流が流れる場合にはインピーダンスとなるが、直流電流が流れる場合には抵抗に相当することになる。つまり、本発明におけるインピーダンスとは、直流電流が流れる場合における抵抗を含む概念である。
【００１０】
電源は、ホイーストン・ブリッジ回路へブリッジ入力電圧を印加する。つまり、電源は、ホイーストン・ブリッジ回路を構成する第１ハーフブリッジ回路及び第２ハーフブリッジ回路の各両端にブリッジ入力電圧を印加する。この電源は、直流電源であってもよし、交流電源であってもよい。
【００１１】
検出部は、ホイーストン・ブリッジ回路のブリッジ出力電圧に基づき、第１部材に対する第２部材の基準位置から所定軸方向への相対変位量を検出する。ここで、ブリッジ出力電圧とは、第１インピーダンスと第３インピーダンスとの中間点と、第２インピーダンスと第４インピーダンスとの中間点との電圧差である。つまり、検出部は、この電圧差に基づき、第１部材に対する第２部材の基準位置から所定方向への相対変位量を検出する。
変形吸収材は、第１部材及び／又は第２部材と第１の導電性粘弾性部材との間、並びに、第１部材及び／又は第２部材と第２の導電性粘弾性部材との間に配置され、且つ、第１の導電性粘弾性部材及び第２の導電性粘弾性部材のバネ定数よりも小さなバネ定数からなる。
そして、第２の導電性粘弾性部材と第１の導電性粘弾性部材とは、第２部材を挟むように、第１の導電性粘弾性部材に対して所定軸方向に対向配置される。
【００１２】
上述したように構成される変位量検出装置は、以下のように動作する。まず、第１部材と第２部材とが相対変位することにより、第１の導電性粘弾性部材及び第２の導電性粘弾性部材が引張圧縮変形をする。特に、第１部材に対して第２部材が所定軸方向へ相対変位した場合には、第１の導電性粘弾性部材と第２の導電性粘弾性部材の一方が引張変形し、他方が圧縮変形する。つまり、この場合には、引張変形をする導電性粘弾性部材のインピーダンスは大きくなる。一方、圧縮変形をする導電性粘弾性部材のインピーダンスは小さくなる。
【００１３】
ここで、上述したように、ホイーストン・ブリッジ回路のブリッジ出力電圧は、第１インピーダンスと第３インピーダンスとの中間点と、第２インピーダンスと第４インピーダンスとの中間点との電圧差である。そして、第１〜第４インピーダンスのうち選択された２個のインピーダンスが、第１の導電性粘弾性部材のインピーダンス及び第２の導電性粘弾性部材のインピーダンスである。
【００１４】
従って、第１の導電性粘弾性部材のインピーダンス及び第２の導電性粘弾性部材のインピーダンスがそれぞれ大小異なる変化をすることにより、ホイーストン・ブリッジ回路のブリッジ出力電圧が変化する。このように変化するブリッジ出力電圧に基づき、検出部は第１部材に対する第２部材の基準位置から所定軸方向への相対変位量を検出することができる。
【００１５】
一方、第１部材に対して第２部材が上述した所定軸方向とは異なる方向へ相対変位した場合には、第１の導電性粘弾性部材と第２の導電性粘弾性部材との両方が、同じ変形をすることがある。例えば、第１の導電性粘弾性部材及び第２の導電性粘弾性部材が、共に引張変形をしたり、共に圧縮変形をしたりすることがある。このように、第１の導電性粘弾性部材及び第２の導電性粘弾性部材の何れもが同じ変形をする場合には、それぞれのインピーダンスは同じように変化する。つまり、第１の導電性粘弾性部材のインピーダンスと第２の導電性粘弾性部材のインピーダンスとが、それぞれ大小異なる変化をしない。この場合、ホイーストン・ブリッジ回路のブリッジ出力電圧は、変化しないようにできる。
【００１６】
なお、第１部材に対して第２部材が所定軸方向とは異なる方向へ相対変位した場合に、第１の導電性粘弾性部材と第２の導電性粘弾性部材とが同じ変形をしないような場合もある。このような場合であっても、第１部材に対して第２部材が所定軸方向へ相対変位した場合におけるブリッジ出力電圧の変化と、第１部材に対して第２部材が所定軸方向とは異なる方向へ相対変位した場合におけるブリッジ出力電圧の変化とは、異なる挙動となる。
【００１７】
このように、上述した何れの場合であっても、第１部材に対して第２部材が所定軸方向へ相対変位した場合におけるブリッジ出力電圧と、第１部材に対して第２部材が所定軸方向とは異なる方向へ相対変位した場合におけるブリッジ出力電圧とが、それぞれ異なる挙動を示す。従って、このような挙動を示すブリッジ出力電圧を利用することで、第１部材に対する第２部材が所定軸方向への相対変位量を抽出することができる。
特に、第２の導電性粘弾性部材と第１の導電性粘弾性部材とが、第２部材を挟むように、第１の導電性粘弾性部材に対して所定軸方向に対向配置されるようにしている。つまり、第１の導電性粘弾性部材の一端側と第２の導電性粘弾性部材の一端側との間に、第２部材が配置されることになる。そして、第１の導電性粘弾性部材の他端側及び第２の導電性粘弾性部材の他端側が、第１部材に連結されている。さらに、第１の導電性粘弾性部材と第２の導電性粘弾性部材とを結ぶ直線が、所定軸方向となるようにされている。
これにより、第１部材に対して第２部材が所定軸方向に相対変位した場合には、確実に第１の導電性粘弾性部材と第２の導電性粘弾性部材の何れか一方が圧縮変形をし、他方が引張変形をする。従って、第１部材に対して第２部材が所定軸方向に相対変位した場合には、第１の導電性粘弾性部材のインピーダンスと第２の導電性粘弾性部材のインピーダンスの差は、変化する。そして、第１部材に対して第２部材が所定軸に直交する方向へ相対変位する場合には、第１の導電性粘弾性部材及び第２の導電性粘弾性部材が同じ変形をする。従って、第１部材に対して第２部材が所定軸に直交する方向へ相対変位する場合には、第１の導電性粘弾性部材のインピーダンスと第２の導電性粘弾性部材のインピーダンスとの差は変化しない。さらに、第１部材に対して第２部材が所定軸回り又は所定軸に直交する軸回りに回転する場合にも、第１の導電性粘弾性部材及び第２の導電性粘弾性部材が同じ変形をする。従って、第１部材に対して第２部材が所定軸回り又は所定軸に直交する軸回りに回転する場合にも、第１の導電性粘弾性部材のインピーダンスと第２の導電性粘弾性部材のインピーダンスとの差は変化しない。
つまり、第１の導電性粘弾性部材と第２の導電性粘弾性部材との間に第２部材を配置するようにすることで、第１部材に対して第２部材が所定軸方向以外の方向へ相対変位する場合であっても、第１部材に対する第２部材の基準位置から所定軸方向への相対変位量を確実に検出することができる。すなわち、第１部材に対して第２部材が所定軸方向以外の方向への相対変位に影響を受けることなく、第１部材に対する第２部材の基準位置から所定軸方向への相対変位量を検出することができる。
また、変形吸収材を備えることにより、第１部材に対して第２部材が大きく変位するような場合には、変形吸収材が大きく変形し、第１の導電性粘弾性部材及び第２の導電性粘弾性部材の変形量を小さくすることができる。特に、第１部材に対して第２部材が所定軸方向以外の方向へ変位する場合に、第１の導電性粘弾性部材及び第２の導電性粘弾性部材が受ける影響を小さくすることができる。そして、変形吸収材のバネ定数が、第１の導電性粘弾性部材及び第２の導電性粘弾性部材のバネ定数よりも小さくすることで、変形吸収材の変形が、第１の導電性粘弾性部材及び第２の導電性粘弾性部材へほとんど影響を及ぼさないようにすることができる。従って、より確実に検出対象である第１部材に対する第２部材の基準位置から所定軸方向への相対変位量を検出することができる。
【００１８】
ここで、ホイーストン・ブリッジ回路において、第１の導電性粘弾性部材のインピーダンスと第２の導電性粘弾性部材のインピーダンスは、以下のようにするとよい。
【００１９】
まず、第１部材に対して第２部材が基準位置に位置している場合において第２の導電性粘弾性部材のインピーダンスは、第１の導電性粘弾性部材のインピーダンスと略同一とする。さらに、ホイーストン・ブリッジ回路は、以下に示す第１ハーフブリッジ回路と第２ハーフブリッジ回路とを備えるようにする。この第１ハーフブリッジ回路は、第１の導電性粘弾性部材のインピーダンスと第３インピーダンスとを直列接続した回路である。第２ハーフブリッジ回路は、第２の導電性粘弾性部材のインピーダンスと第３インピーダンスに略同一インピーダンスの第４インピーダンスとを直列接続している。さらに、第２ハーフブリッジ回路は、第２の導電性粘弾性部材のインピーダンスと第１の導電性粘弾性部材のインピーダンスとが直接接続されるように、第１ハーフブリッジ回路に並列接続される。さらには、第２ハーフブリッジ回路の第２の導電性粘弾性部材のインピーダンスと第４インピーダンスとの中間点が、第１の導電性粘弾性部材のインピーダンスと第３インピーダンスとの中間点に接続される。そして、この場合に、電源は、第１ハーフブリッジ回路及び第２ハーフブリッジ回路の各両端にブリッジ入力電圧を印加し、ブリッジ出力電圧は、第１ハーフブリッジ回路及び第２ハーフブリッジ回路の各中間点の電圧差であるとする。
【００２０】
これにより、第１の導電性粘弾性部材のインピーダンスと第２の導電性粘弾性部材のインピーダンスとの差が、ブリッジ出力電圧である電圧差に直接的に現われることになる。ここで、第１部材に対して第２部材が所定方向へ相対変位した場合には、上述したように、第１の導電性粘弾性部材のインピーダンス及び第２の導電性粘弾性部材のインピーダンスがそれぞれ大小異なる変化をする。従って、第１部材に対して第２部材が所定方向へ相対変位した場合には、ブリッジ出力電圧は、非常に大きな値となる。これに対して、第１部材に対して第２部材が所定方向とは異なる方向へ相対変位した場合には、ブリッジ出力電圧は、比較的小さな値となる。従って、このようなブリッジ出力電圧を利用することで、確実に、第１部材に対する第２部材が所定方向への相対変位量を抽出することができる。
【００２５】
また、検出部が第１部材に対する第２部材の基準位置から所定軸方向への相対変位量を検出する場合には、第１の導電性粘弾性部材及び第２の導電性粘弾性部材が、略同一変形をしたときに略同一のインピーダンスとなるようにするとよい。これにより、第１の導電性粘弾性部材のインピーダンスと第２の導電性粘弾性部材のインピーダンスとの差が、第１部材に対する第２部材の基準位置から所定軸方向への相対変位量に、より確実に対応することになる。従って、より確実に且つ容易に、第１部材に対する第２部材の基準位置から所定軸方向への相対変位量を検出することができる。
【００２６】
この場合、さらに、第２の導電性粘弾性部材が、第１の導電性粘弾性部材と略同一材質であり、所定軸方向に垂直な面に対して第１の導電性粘弾性部材と略面対称な形状からなるようにするとよい。つまり、第１の導電性粘弾性部材と第２の導電性粘弾性部材とは、略同一材質からなり、第２部材を挟んで略面対称な形状となっている。これにより、より確実に、第１の導電性粘弾性部材及び第２の導電性粘弾性部材は、略同一変形をしたときに略同一のインピーダンスとなるようにすることができる。従って、より確実に且つ容易に、第１部材に対する第２部材の基準位置から所定軸方向への相対変位量を検出することができる。
【００２８】
これにより、第１部材に対して第２部材が大きく変位するような場合には、変形吸収材が大きく変形し、第１の導電性粘弾性部材及び第２の導電性粘弾性部材の変形量を小さくすることができる。特に、第１部材に対して第２部材が所定軸方向以外の方向へ変位する場合に、第１の導電性粘弾性部材及び第２の導電性粘弾性部材が受ける影響を小さくすることができる。そして、変形吸収材のバネ定数が、第１の導電性粘弾性部材及び第２の導電性粘弾性部材のバネ定数よりも小さくすることで、変形吸収材の変形が、第１の導電性粘弾性部材及び第２の導電性粘弾性部材へほとんど影響を及ぼさないようにすることができる。従って、より確実に検出対象である第１部材に対する第２部材の基準位置から所定軸方向への相対変位量を検出することができる。
【００２９】
また、本発明の変位量検出装置は、第１部材に対して第２部材が離間して配置されており、第２部材は第１部材に対して基準位置から所定軸回りの回転方向及び直交３軸のうち１以上の軸方向に相対変位可能であり、第１部材に対して第２部材が基準位置から所定軸回りへの回転方向に相対変位する場合において、第１部材に対する第２部材の基準位置から所定軸回りへの回転方向の相対変位量を検出する変位量検出装置と適用することができる。
【００３０】
そして、この場合、以下のような構成とすることで、第１部材に対して第２部材が所定軸回りへの回転方向以外の方向（例えば、所定軸以外の軸回りの回転方向及び軸方向など）へ相対変位する場合であっても、第１部材に対する第２部材の基準位置から所定軸回りへの回転方向の相対変位量を確実に検出することができる。すなわち、第１部材に対する第２部材の基準位置から所定軸回りの回転方向への相対回転角度のみを確実に抽出することができる。
【００３１】
具体的には、本発明の変位量検出装置は、第１部材に対して第２部材が基準位置から所定軸回りへの回転方向に相対変位する場合において、第１部材に対する第２部材の基準位置から所定軸回りへの回転方向の相対変位量を検出する変位量検出装置であって、第１部材と第２部材とを弾性連結し、変形に応じてインピーダンスが変化する導電性の粘弾性材からなり、第１部材に対して第２部材が基準位置から所定軸回りへの回転方向に相対変位した場合に引張変形または圧縮変形をする第１の導電性粘弾性部材と、第１の導電性粘弾性部材に対して並列となるように第１部材と第２部材とを弾性連結し、変形に応じてインピーダンスが変化する導電性粘弾性材からなり、第１部材に対して第２部材が基準位置から所定軸回りへの回転方向の相対変位した場合に第１の導電性粘弾性部材の引張圧縮変形に対して逆対称の引張圧縮変形をする第２の導電性粘弾性部材と、第１の導電性粘弾性部材及び第２の導電性粘弾性部材に対して並列となるように第１部材と第２部材とを弾性連結し、変形に応じてインピーダンスが変化する導電性の粘弾性材からなる１以上の第３の導電性粘弾性部材と、第１の導電性粘弾性部材及び第２の導電性粘弾性部材のインピーダンスにより形成される第１ホイーストン・ブリッジ回路と、第１の導電性粘弾性部材、第２の導電性粘弾性部材及び第３の導電性粘弾性部材の中から、第１の導電性粘弾性部材及び第２の導電性粘弾性部材の組み合わせ以外の選択された２個の導電性粘弾性部材により形成された１以上の第２ホイーストン・ブリッジ回路と、第１ホイーストン・ブリッジ回路及び第２ホイーストン・ブリッジ回路へブリッジ入力電圧を印加する電源と、第１ホイーストン・ブリッジ回路及び第２ホイーストン・ブリッジ回路のブリッジ出力電圧に基づき第１部材に対する第２部材の基準位置から所定軸回りへの回転方向の相対変位量を検出する検出部とを備える。
そして、第１ホイーストン・ブリッジ回路及び第２ホイーストン・ブリッジ回路の合計回路数は、第１部材に対して第２部材が軸方向へ相対変位可能な方向数に１加算した所定数以上に設定される。例えば、第１部材に対して第２部材が所定軸回りの回転方向と直交３軸方向へ相対変位可能な場合には、例えば、１個の第１ホイーストン・ブリッジ回路と、３個の第２ホイーストン・ブリッジ回路とを備えるようにする。
【００３２】
さらに、検出部は、基準電圧ベクトル記憶部と、実電圧ベクトル検出部と、寄与度算出部と、変位量算出部とを備える。基準電圧ベクトル記憶部は、第１部材に対する第２部材のそれぞれの方向への相対変位に応じて出力される前記所定数以上のブリッジ出力電圧である基準電圧ベクトルを予め記憶する。実電圧ベクトル検出部は、実際の第１部材に対する第２部材の相対変位に応じて出力される前記所定数以上のブリッジ出力電圧である実電圧ベクトルを検出する。寄与度算出部は、基準電圧ベクトル及び実電圧ベクトルに基づき、実電圧ベクトルに含まれる所定軸回りの回転方向及び軸方向それぞれの成分に関する寄与度を算出する。変位量算出部は、所定軸回りの回転方向の成分に関する寄与度及び基準電圧ベクトル記憶部に記憶された所定軸回りの回転方向に関する基準電圧ベクトルに基づき、第１部材に対する第２部材の基準位置から所定軸回りの回転方向への相対変位量を算出する。
【００３３】
また、検出部が第１部材に対する第２部材の基準位置から所定軸回りの回転方向への相対変位量を検出する場合には、第１の導電性粘弾性部材及び第２の導電性粘弾性部材が、略同一変形をしたときに略同一のインピーダンスとなるようにするとよい。これにより、第１の導電性粘弾性部材のインピーダンスと第２の導電性粘弾性部材のインピーダンスとの差が、第１部材に対する第２部材の基準位置から所定軸回りの回転方向への相対回転角度に、より確実に対応することになる。従って、より確実に且つ容易に、第１部材に対する第２部材の基準位置から所定軸回りの回転方向への相対回転角度を検出することができる。
【００３４】
ここで、上述した本発明の変位量検出装置において、第１の導電性粘弾性部材及び第２の導電性粘弾性部材は、それぞれ複数からなるようにしてもよい。例えば、第１部材に対して第２部材が直交３軸方向へ相対変位可能な場合において、第１の導電性粘弾性部材及び第２の導電性粘弾性部材を３個ずつ備えるようにする。そして、それぞれの第１の導電性粘弾性部材及び第２の導電性粘弾性部材は、第２部材を挟むように、直交３軸方向にそれぞれ対向配置する。そうすることで、それぞれの第１の導電性粘弾性部材及び第２の導電性粘弾性部材により、第１部材に対する第２部材の基準位置から直交３軸方向への相対変位量を検出することができる。また、例えば、第１部材に対して第２部材が直交３軸回りの回転方向へ相対変位（相対回転）可能な場合において、第１の導電性粘弾性部材及び第２の導電性粘弾性部材を少なくとも３個ずつ備えるようにする。そして、それぞれの第１の導電性粘弾性部材及び第２の導電性粘弾性部材は、直交３軸回りの回転方向へ相対回転したそれぞれの場合に、逆対称の引張圧縮変形をするようにする。そうすることで、それぞれの第１の導電性粘弾性部材及び第２の導電性粘弾性部材により、第１部材に対する第２部材の基準位置から直交３軸方向への相対回転角度を検出することができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の変位量検出装置によれば、異方性を有しないゴムセンサなどの粘弾性部材を用いて、相対変位する２部材の所定方向の相対変位量を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。
【００３７】
（１）第１実施形態：軸方向の相対変位量を検出する変位量検出装置
第１実施形態の変位量検出装置３０は、第１部材１０に対して第２部材２０が基準位置から所定軸方向へ変位した相対変位量を検出する装置である。第１実施形態の変位量検出装置３０の構成について、図１〜図４を参照して説明する。図１は、第１実施形態の変位量検出装置３０の機械構成部分を示す図である。図２及び図３は、第１実施形態の変位量検出装置３０の機械構成部分の動作を示す図である。図４は、第１実施形態の変位量検出装置３０の回路構成部分を示す図である。ここで、第１実施形態の変位量検出装置３０は、第１部材１０に対して第２部材２０が図１の上下方向へ変位した相対変位量を検出する装置としている。
【００３８】
（１．１）第１部材１０及び第２部材２０の説明
まず、第１部材１０及び第２部材２０について、図１を参照して説明する。第１部材１０は、略矩形形状の枠体である。そして、この第１部材１０は、例えば、他の部材（図示せず）に固定された固定枠とする。第２部材２０は、例えば略直方体形状からなり、第１部材１０の枠状の中央に配置されている。ここで、第１部材１０に対して第２部材２０が図１の状態に存在する位置が、第１部材１０に対する第２部材２０の基準位置とする。また、第２部材２０は、第１部材１０の枠内において、第１部材１０に対して図１の上下方向、左右方向、及び前後方向の直交３軸方向へ相対変位可能とされている。さらに、第２部材２０は、第１部材１０に対して僅かな角度だけ回転可能でもある。つまり、第２部材２０は、基準位置から、図１の上下方向、左右方向、前後方向、及び回転方向へ変位可能である。
【００３９】
（１．２）変位量検出装置３０の機械構成部分についての説明
次に、第１実施形態の変位量検出装置３０の機械構成部分について、図１〜図３を参照して説明する。図１に示すように、第１実施形態の変位量検出装置３０の機械構成部分は、第１導電性粘弾性部材３１と、第２導電性粘弾性部材３２と、第１電極３３と、第２電極３４と、第３電極３５と、第４電極３６とから構成される。
【００４０】
第１導電性粘弾性部材３１は、略円柱状であって、導電性の粘弾性材からなる。導電性の粘弾性材とは、本実施形態においては、ゴム又はシリコン中に金属粉末等の導電性粒子を分散させたものである。そして、この第１導電性粘弾性部材３１の柱方向（図１の上下方向）の長さは、第２部材２０が基準位置に位置する場合において、第１部材１０の図１の上辺部分の内側面と第２部材２０の図１の上側面との離間距離にほぼ等しい長さとしている。
【００４１】
この第１導電性粘弾性部材３１の上端面には、略円盤状の第１電極３３が固定されている。そして、第１電極３３は、第１部材１０の図１の上辺部分の内側面の左右方向ほぼ中央に固定されている。つまり、第１導電性粘弾性部材３１の上端面は、第１電極３３を介して、第１部材１０の図１の上辺部分の内側面に連結固定されている。また、第１導電性粘弾性部材３１の下端面には、略円盤状の第２電極３４が固定されている。そして、第２電極３４は、第２部材２０の図１の上側面の左右方向ほぼ中央に固定されている。つまり、第１導電性粘弾性部材３１の下端面は、第２電極３４を介して、第２部材２０の図１の上側面に連結固定されている。従って、第２部材２０が基準位置に位置している場合には、第１導電性粘弾性部材３１は、図１の上下方向に向かって延伸するように、第１部材１０と第２部材２０の間に配置されている。
【００４２】
そして、第１導電性粘弾性部材３１は、第２部材２０が基準位置から変位することに伴って変形する。つまり、第１導電性粘弾性部材３１は、第２部材２０の基準位置からの変位方向に応じて、圧縮変形をしたり、引張変形をしたりする。ここで、第２部材２０が基準位置に位置する場合における第１導電性粘弾性部材３１の状態を第１導電性粘弾性部材３１の基準状態という。
【００４３】
また、第１導電性粘弾性部材３１のうち第１電極３３と第２電極３４との間の抵抗（又は、インピーダンス）Ｒ１（以下、「第１抵抗Ｒ１」という）は、第１導電性粘弾性部材３１の変形に応じて異なる。具体的には、第１導電性粘弾性部材３１が基準状態から圧縮変形をする場合には、当該第１抵抗Ｒ１は小さくなる。これは、第１導電性粘弾性部材３１内に分散されている導電性粒子間が近接することによるものである。一方、第１導電性粘弾性部材３１が基準状態から引張変形をする場合には、当該第１抵抗Ｒ１は大きくなる。これは、第１導電性粘弾性部材３１内に分散されている導電性粒子間が拡大することによるものである。
【００４４】
第２導電性粘弾性部材３２は、第１導電性粘弾性部材３１と略同一形状の略円柱状からなる。さらに、第２導電性粘弾性部材３２は、第１導電性粘弾性部材３１と略同一材質の導電性の粘弾性材からなる。そして、この第２導電性粘弾性部材３２の柱方向（図１の上下方向）の長さは、第２部材２０が基準位置に位置する場合において、第１部材１０の図１の下辺部分の内側面と第２部材２０の図１の下側面との離間距離にほぼ等しい長さとしている。
【００４５】
この第２導電性粘弾性部材３２の下端面には、略円盤状の第３電極３５が固定されている。そして、第３電極３５は、第１部材１０の図１の下辺部分の内側面の左右方向ほぼ中央に固定されている。つまり、第２導電性粘弾性部材３２の下端面は、第３電極３５を介して、第１部材１０の図１の下辺部分の内側面に連結固定されている。また、第２導電性粘弾性部材３２の上端面には、略円盤状の第４電極３６が固定されている。そして、第４電極３６は、第２部材２０の図１の下側面の左右方向ほぼ中央に固定されている。つまり、第２導電性粘弾性部材３２の上端面は、第４電極３６を介して、第２部材２０の図１の下側面に連結固定されている。従って、第２部材２０が基準位置に位置している場合には、第２導電性粘弾性部材３２は、図１の上下方向に向かって延伸するように、第１部材１０と第２部材２０の間に配置されている。
【００４６】
上述したように配置することで、第２導電性粘弾性部材３２は、第１導電性粘弾性部材３１とにより第２部材２０を挟むように、第１導電性粘弾性部材３１に対して図１の上下方向に対向配置されることになる。つまり、第１導電性粘弾性部材３１と第２導電性粘弾性部材３２との間に第２部材２０が配置され、且つ、第１導電性粘弾性部材３１、第２部材２０、及び第２導電性粘弾性部材３２が、図１の上下方向に直線上に配置されている。さらには、第２導電性粘弾性部材３２は、図１の上下方向に垂直な面に対して、第１導電性粘弾性部材３１と略面対称な形状となるようにされている。
【００４７】
そして、第２導電性粘弾性部材３２は、第２部材２０が基準位置から変位することに伴って変形する。つまり、第２導電性粘弾性部材３２は、第２部材２０の基準位置からの変位方向に応じて、圧縮変形をしたり、引張変形をしたりする。ここで、第２部材２０が基準位置に位置する場合における第２導電性粘弾性部材３２の状態を第２導電性粘弾性部材３２の基準状態という。
【００４８】
また、第２導電性粘弾性部材３２のうち第３電極３５と第４電極３６との間の抵抗（又は、インピーダンス）Ｒ２（以下、「第２抵抗Ｒ２」という）は、第２導電性粘弾性部材３２の変形に応じて異なる。具体的には、第２導電性粘弾性部材３２が基準状態から圧縮変形をする場合には、当該第２抵抗Ｒ２は小さくなる。これは、第２導電性粘弾性部材３２内に分散されている導電性粒子間が近接することによるものである。一方、第２導電性粘弾性部材３２が基準状態から引張変形をする場合には、当該第２抵抗Ｒ２は大きくなる。これは、第２導電性粘弾性部材３２内に分散されている導電性粒子間が拡大することによるものである。
【００４９】
ここで、第２導電性粘弾性部材３２は、上述したように、第１導電性粘弾性部材３１と略同一形状及び略同一材質からなる。従って、第２部材２０が基準位置に位置している場合において、第１導電性粘弾性部材３１の第１抵抗Ｒ１と第２導電性粘弾性部材３２の第２抵抗Ｒ２とは略同一の抵抗となる。さらに、第１導電性粘弾性部材３１と第２導電性粘弾性部材３２とが略同一変形をしたときには、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２とは、略同一の抵抗となる。
【００５０】
このような構成からなる変位量検出装置３０の機械構成部分は、第２部材２０が変位した場合に、以下のようになる。まず、第２部材２０が基準位置から図１の上下方向へ変位する場合について、図２を参照して説明する。図２に示すように、第２部材２０が図１の上側へ変位する場合には、第１導電性粘弾性部材３１は圧縮変形をし、第２導電性粘弾性部材３２は引張変形をする。この場合、第１抵抗Ｒ１は小さくなるのに対して、第２抵抗Ｒ２は大きくなる。さらに、第２部材２０の基準位置から図１の上側への変位量が大きくなるほど、第１抵抗Ｒ１はさらに小さくなり、第２抵抗Ｒ２はさらに大きくなる。
【００５１】
一方、第２部材２０が図１の下側へ変位する場合には、第１導電性粘弾性部材３１は引張変形をし、第２導電性粘弾性部材３２は圧縮変形をする。この場合、第１抵抗Ｒ１は大きくなるのに対して、第２抵抗Ｒ２は小さくなる。さらに、第２部材２０の基準位置から図１の下側への変位量が大きくなるほど、第１抵抗Ｒ１はさらに大きくなり、第２抵抗Ｒ２はさらに小さくなる。
【００５２】
つまり、第２部材２０が図１の上下方向へ変位する場合には、第２導電性粘弾性部材３２は、第１導電性粘弾性部材３１の引張圧縮変形とは逆対称の引張圧縮変形をする。そして、第２部材２０の図１の上下方向への変位量が大きいほど、第１抵抗Ｒ１及び第２抵抗Ｒ２は、より大きく又はより小さくなる。従って、第２部材２０が基準位置からの図１の上下方向への変位量が大きいほど、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２の差が大きくなる。
【００５３】
次に、第２部材２０が図１の左右方向へ変位する場合について、図３を参照して説明する。図３に示すように、第２部材２０が図１の左側へ変位する場合には、第１導電性粘弾性部材３１及び第２導電性粘弾性部材３２は、共に引張変形をする。具体的には、この場合、第１導電性粘弾性部材３１と第２導電性粘弾性部材３２は、変形前も変形後も、図１の上下方向に垂直な面に対して面対称となる形状を維持する。つまり、第１導電性粘弾性部材３１と第２導電性粘弾性部材３２とは、同じ引張変形をしていることになる。このとき、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２は、共に小さくなる。そして、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２は、同じ抵抗となる。
【００５４】
そして、第２部材２０が図１の右側へ変位する場合にも、第２部材２０が図１の左側へ変位する場合と同じように、第１導電性粘弾性部材３１及び第２導電性粘弾性部材３２は、共に引張変形をする。従って、この場合の第１抵抗Ｒ１及び第２抵抗Ｒ２は、共に小さくなり、同じ抵抗となる。
【００５５】
さらに、第２部材２０が図１の前後方向へ変位する場合にも、第２部材２０が図１の左右方向へ変位する場合と同じように、第１導電性粘弾性部材３１及び第２導電性粘弾性部材３２は、共に引張変形をする。従って、この場合の第１抵抗Ｒ１及び第２抵抗Ｒ２は、共に小さくなり、同じ抵抗となる。
【００５６】
また、第２部材２０が図１の時計回り方向へ回転変位する場合には、以下のようになる。第２部材２０が図１の時計回り方向へ回転変位する場合には、第１導電性粘弾性部材３１及び第２導電性粘弾性部材３２は、共に引張変形をする。具体的には、この場合、第１導電性粘弾性部材３１と第２導電性粘弾性部材３２とは、回転軸を中心に点対称となる形状に変形をする。つまり、第１導電性粘弾性部材３１と第２導電性粘弾性部材３２とは、同じ引張変形をしていることになる。このとき、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２は、共に小さくなり、同じ抵抗となる。
【００５７】
さらに、第２部材２０が図１の反時計回り方向へ回転変位する場合、図１の左右方向軸回りに回転する場合、図１の上下方向軸回りに回転変位する場合にも、第２部材２０が図１の時計回り方向へ回転変位する場合と同じように、第１導電性粘弾性部材３１及び第２導電性粘弾性部材３２は、共に引張変形をする。従って、この場合の第１抵抗Ｒ１及び第２抵抗Ｒ２は、共に小さくなり、同じ抵抗となる。
【００５８】
（１．３）変位量検出装置３０の回路構成部分についての説明
次に、第１実施形態の変位量検出装置３０の回路構成部分について、図４を参照して説明する。図４に示すように、第１実施形態の変位量検出装置３０の回路構成部分は、ホイーストン・ブリッジ回路４１と、直流電源４２と、ブリッジ出力電圧検出部４３と、変位量検出部４４とから構成される。
【００５９】
ホイーストン・ブリッジ回路４１は、第１ハーフブリッジ回路４１１と、第２ハーフブリッジ回路４１２とから構成される。第１ハーフブリッジ回路４１１は、第１導電性粘弾性部材３１の第１抵抗Ｒ１と、第３抵抗Ｒ３とを直列接続している。具体的には、第２電極３４と第３抵抗Ｒ３の一端側とを電気的に直接接続している。第２ハーフブリッジ回路４１２は、第２導電性粘弾性部材３２の第２抵抗Ｒ２と、第４抵抗Ｒ４とを直列接続している。具体的には、第４電極３６と第４抵抗Ｒ４の一端側とを電気的に直接接続している。ここで、第３抵抗Ｒ３と第４抵抗Ｒ４は、同一の抵抗を用いている。さらに、第３抵抗Ｒ３及び第４抵抗Ｒ４は、第１抵抗Ｒ１及び第２抵抗Ｒ２よりも非常に大きな抵抗としている。
【００６０】
そして、第１ハーフブリッジ回路４１１と第２ハーフブリッジ回路４１２とは、並列接続されている。具体的には、第１導電性粘弾性部材３１の一端側と第２導電性粘弾性部材３２の一端側とが直接接続されている。さらに具体的には、第１電極３３と第３電極３５とが直接接続され、且つ、第３抵抗Ｒ３の他端側と第４抵抗Ｒ４の他端側とが直接接続されている。
【００６１】
さらに、第１ハーフブリッジ回路４１１の中間点と第２ハーフブリッジ回路４１２の中間点とが接続されている。具体的には、第１導電性粘弾性部材３１の他端側と第３抵抗Ｒ３との間が、第２導電性粘弾性部材３２の他端側と第４抵抗Ｒ４との間に電気的に接続されている。さらに具体的には、第２電極３４と第４電極３６とが電気的に接続されている。
【００６２】
直流電源４２は、ホイーストン・ブリッジ回路４１へブリッジ入力電圧Ｖ１を印加する。具体的には、直流電源４２は、ホイーストン・ブリッジ回路４１の各両端へブリッジ入力電圧Ｖ１を印加する。さらに具体的には、直流電源４２の正極側が、第１電極３３及び第３電極３５に接続されている。また、直流電源４２の負極側が、第３抵抗Ｒ３の他端側及び第４抵抗Ｒ４の他端側に接続されている。
【００６３】
ブリッジ出力電圧検出部４３は、ホイーストン・ブリッジ回路４１のブリッジ出力電圧Ｖ２を検出する。このブリッジ出力電圧Ｖ２とは、第１ハーフブリッジ回路４１１の中間点と第２ハーフブリッジ回路４１２の中間点とを接続する部分の電圧である。すなわち、ブリッジ出力電圧Ｖ２は、第１ハーフブリッジ回路４１１及び第２ハーフブリッジ回路４１２の各中間点の電圧差となる。ここでは、ブリッジ出力電圧Ｖ２は、第１ハーフブリッジ回路４１１の中間点の電圧から第２ハーフブリッジ回路４１２の中間点の電圧を差し引いた電圧としている。
【００６４】
変位量検出部４４（本発明における検出部）は、ブリッジ出力電圧検出部４３により検出されたブリッジ出力電圧Ｖ２を入力する。そして、変位量検出部４４は、入力されたブリッジ出力電圧Ｖ２に基づき、第２部材２０が基準位置から図１の上下方向への変位量を求める。
【００６５】
以下に、変位量検出部４４がブリッジ出力電圧Ｖ２に基づき第２部材２０が基準位置から図１の上下方向への変位量を求める方法について、具体的に説明する。
【００６６】
まず、ブリッジ出力電圧Ｖ２は、数１のように示すことができる。
【００６７】
【数１】
0004640113.tif 000002
【００６８】
ここで、第２部材２０が基準位置に位置している場合における第１抵抗Ｒ１（０）及び第２抵抗Ｒ２（０）は等しいので、ブリッジ出力電圧Ｖ２は零となる。つまり、数２のように示すことができる。
【００６９】
【数２】
0004640113.tif 000003
【００７０】
そして、第２部材２０が基準位置から変位する場合には、上述したように、第２部材２０の変位に応じて、第１抵抗Ｒ１及び第２抵抗Ｒ２が変化する。ここで、第２部材２０が基準位置から図１の上下方向への変位、図１の左右方向への変位、図１の前後方向への変位、及び、回転方向への変位をそれぞれ行う場合に、第１抵抗Ｒ１及び第２抵抗Ｒ２はそれぞれの変位について線形性を有している領域が存在する。第１抵抗Ｒ１及び第２抵抗Ｒ２が線形性を有する領域は、例えば、第１導電性粘弾性部材３１及び第２導電性粘弾性部材３２の歪が１０％以下となる領域である。この領域内であれば、第２部材２０が変位することに伴う第１抵抗Ｒ１の変化ΔＲ１及び第２抵抗Ｒ２の変化ΔＲ２は、数３のように示すことができる。
【００７１】
【数３】
0004640113.tif 000004
【００７２】
ここで、上述したように、第２部材２０が図１の左右方向、前後方向、及び回転方向へ変位する場合には、第１抵抗Ｒ１及び第２抵抗Ｒ２は同じ抵抗となる。すなわち、これらの関係は、数４のように示すことができる。
【００７３】
【数４】
0004640113.tif 000005
【００７４】
さらに、上述したように、第３抵抗Ｒ３及び第４抵抗Ｒ４は、第１抵抗Ｒ１及び第２抵抗Ｒ２よりも非常に大きな抵抗としている。すなわち、数５に示すような関係となる。従って、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３、及び第４抵抗Ｒ４は、数６に示すような関係となる。
【００７５】
【数５】
0004640113.tif 000006
【００７６】
【数６】
0004640113.tif 000007
【００７７】
以上より、数１〜数６をまとめると、ブリッジ出力電圧Ｖ２は、数７のように示すことができる。
【００７８】
【数７】
0004640113.tif 000008
【００７９】
このように、ブリッジ出力電圧Ｖ２は、第２部材２０が基準位置から図１の上下方向のみへ変位することによる第１抵抗Ｒ１の変化ΔＲ１１と第２抵抗Ｒ２の変化ΔＲ２１との差として表される。つまり、ブリッジ出力電圧Ｖ２は、第２部材２０が基準位置から図１の左右方向、前後方向、及び回転方向への変位による影響を受けない。従って、第２部材２０が基準位置から種々の方向へ変位した場合であっても、ブリッジ出力電圧Ｖ２は、第２部材２０が基準位置から図１の上下方向への変位による影響分のみを抽出できる。
【００８０】
そして、第２部材２０が基準位置から図１の上側へ変位した場合において、第１抵抗Ｒ１は小さくなり、第２抵抗Ｒ２は大きくなる。つまり、第１抵抗Ｒ１の変化ΔＲ１１から第２抵抗Ｒ２の変化ΔＲ２１を差し引いた値は、負の値となる。さらに、第２部材２０が基準位置から図１の上側への変位量が大きくなるほど、第１抵抗Ｒ１の変化ΔＲ１１と第２抵抗Ｒ２の変化ΔＲ２１との差は大きくなる。
【００８１】
また、第２部材２０が基準位置から図１の下側へ変位した場合において、第１抵抗Ｒ１は大きくなり、第２抵抗Ｒ２は小さくなる。つまり、第１抵抗Ｒ１の変化ΔＲ１１から第２抵抗Ｒ２の変化ΔＲ２１を差し引いた値は、正の値となる。さらに、第２部材２０が基準位置から図１の下側への変位量が大きくなるほど、第１抵抗Ｒ１の変化ΔＲ１１と第２抵抗Ｒ２の変化ΔＲ２１との差は大きくなる。
【００８２】
つまり、ブリッジ出力電圧Ｖ２は、第２部材２０が基準位置から図１の上下方向へ変位した変位量に相当する。従って、ブリッジ出力電圧Ｖ２の単位系を変換することで、第２部材２０の基準位置からの図１の上下方向への変位量を求めることができる。
【００８３】
なお、第１部材１０に対する第２部材２０の基準位置から所定軸方向への相対変位量を求めることができれば、その相対変位量を利用して、加速度、荷重などを算出することができる。
【００８４】
（２）第１実施形態の変形態様
（２．１）上記実施形態においては、第１抵抗Ｒ１及び第２抵抗Ｒ２が線形性を有する領域内であることを前提に説明した。ただし、第１部材１０に対する第２部材２０の変位量が大きい場合には、第１導電性粘弾性部材３１及び第２導電性粘弾性部材３２が大きく変形し、第１抵抗Ｒ１及び第２抵抗Ｒ２が線形性を有しない領域となる場合がある。そのような場合には、変位量検出装置５０は、例えば図５に示すような構成としてもよい。図５に示すように、変位量検出装置５０は、変形吸収材５１をさらに備える。つまり、第１導電性粘弾性部材３１の上端面に固定された第１電極３３が、変形吸収材５１を介して第１部材１０に連結固定されるようにする。さらに、第２導電性粘弾性部材３２の下端面に固定された第３電極３５が、変形吸収材５１を介して第１部材１０に連結固定されるようにする。
【００８５】
これにより、第１部材１０に対して第２部材２０が大きく変位するような場合には、変形吸収材５１が大きく変形し、第１導電性粘弾性部材３１及び第２導電性粘弾性部材３２の変形量は小さくすることができる。従って、第１抵抗Ｒ１及び第２抵抗Ｒ２が線形性を有する領域となるように、第１導電性粘弾性部材３１及び第２導電性粘弾性部材３２の変形量を規定することができる。このとき、変形吸収材５１のバネ定数Ｋ２と第１導電性粘弾性部材３１及び第２導電性粘弾性部材３２バネ定数Ｋ１との関係は、例えば数８のようにするとよい。
【００８６】
【数８】
0004640113.tif 000009
【００８７】
このような関係とすることにより、変形吸収材５１の変形が、第１導電性粘弾性部材３１及び第２導電性粘弾性部材３２の変形にほとんど影響を及ぼさないようにすることができる。さらに、上記実施形態における第２部材２０の図１の上下方向以外の変形による影響を小さくすることができる。これにより、より確実に検出対象である方向への第２部材２０の変位量を検出することができる。
【００８８】
なお、図５においては、変形吸収材５１は、第１導電性粘弾性部材３１と第１部材１０との間、及び、第２導電性粘弾性部材３２と第１部材１０との間に配置したが、これに限られるものではない。例えば、第１導電性粘弾性部材３１と第２部材２０との間、及び、第２導電性粘弾性部材３２と第２部材２０との間に配置してもよい。
【００８９】
（２．２）直交３軸方向の相対変位量を検出する変位量検出装置
上記実施形態においては、第１部材１０に対する第２部材２０の所定の１軸方向（図１の上下方向）への相対変位量を検出する変位量検出装置３０について説明した。変位量検出装置３０を適用して、第１部材１０に対する第２部材２０の直交３軸方向へのそれぞれの相対変位量を検出することができる変位量検出装置６０について、図６及び図７を参照して説明する。図６は、変位量検出装置６０の機械構成部分を示す図である。図７は、変位量検出装置６０の回路構成部分を示す図である。
【００９０】
図６に示すように、第１部材１０（図６には図示せず）は、他の部材に固定された略直方体の箱状枠をなしている。第２部材２０は、円盤状をなしており、第１部材１０の内部に配置されている。
【００９１】
そして、変位量検出装置６０は、上述した変位量検出装置３０をＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向へ配置するようにしたものである。すなわち、変位量検出装置６０は、Ｘ軸方向変位量検出部６１と、Ｙ軸方向変位量検出部６２と、Ｚ軸方向変位量検出部６３とから構成される。Ｘ軸方向変位量検出部６１は、Ｘ軸用第１導電性粘弾性部材３１ａと、Ｘ軸用第２導電性粘弾性部材３２ａと、Ｘ軸用第１電極３３ａと、Ｘ軸用第２電極３４ａと、Ｘ軸用第３電極３５ａと、Ｘ軸用第４電極３６ａとから構成される。Ｙ軸方向変位量検出部６２は、Ｙ軸用第１導電性粘弾性部材３１ｂと、Ｙ軸用第２導電性粘弾性部材３２ｂと、Ｙ軸用第１電極３３ｂと、Ｙ軸用第２電極３４ｂと、Ｙ軸用第３電極３５ｂと、Ｙ軸用第４電極３６ｂとから構成される。Ｚ軸方向変位量検出部６３は、Ｚ軸用第１導電性粘弾性部材３１ｃと、Ｚ軸用第２導電性粘弾性部材３２ｃと、Ｚ軸用第１電極３３ｃと、Ｚ軸用第２電極３４ｃと、Ｚ軸用第３電極３５ｃと、Ｚ軸用第４電極３６ｃとから構成される。
【００９２】
ここで、上記符号３１ａ〜３６ａ、３１ｂ〜３６ｂ、３１ｃ〜３６ｃを付した構成は、上記第１実施形態における符号３１〜３６を付した構成と実質的に同一構成からなる。ただし、符号中にアルファベットａを付した構成は、上記第１実施形態における図１の上下方向を図６におけるＸ軸方向としたものである。符号中にアルファベットｂを付した構成は、上記第１実施形態における図１の上下方向を図６におけるＹ軸方向としたものである。符号中にアルファベットｃを付した構成は、上記第１実施形態における図１の上下方向を図６におけるＺ軸方向としたものである。
【００９３】
変位量検出装置６０の回路構成部分は、図７に示すように、Ｘ軸用ホイーストン・ブリッジ回路４１ａと、Ｙ軸用ホイーストン・ブリッジ回路４１ｂと、Ｚ軸用ホイーストン・ブリッジ回路４１ｃと、直流電源４２と、Ｘ軸用ブリッジ出力電圧検出部４３ａと、Ｙ軸用ブリッジ出力電圧検出部４３ｂと、Ｚ軸用ブリッジ出力電圧検出部４３ｃと、Ｘ軸用変位量検出部４４ａと、Ｙ軸用変位量検出部４４ｂと、Ｚ軸用変位量検出部４４ｃとから構成される。
【００９４】
Ｘ軸用ホイーストン・ブリッジ回路４１ａは、上記第１実施形態のホイーストン・ブリッジ回路４１の第１導電性粘弾性部材３１の第１抵抗Ｒ１をＸ軸用第１導電性粘弾性部材３１ａの第１抵抗Ｒ１とし、第２導電性粘弾性部材３２の第２抵抗Ｒ２をＸ軸用第２導電性粘弾性部材３２ａの第２抵抗Ｒ２としたものである。Ｙ軸用ホイーストン・ブリッジ回路４１ｂは、上記第１実施形態のホイーストン・ブリッジ回路４１の第１導電性粘弾性部材３１の第１抵抗Ｒ１をＹ軸用第１導電性粘弾性部材３１ｂの第１抵抗Ｒ１とし、第２導電性粘弾性部材３２の第２抵抗Ｒ２をＹ軸用第２導電性粘弾性部材３２ｂの第２抵抗Ｒ２としたものである。Ｚ軸用ホイーストン・ブリッジ回路４１ｃは、上記第１実施形態のホイーストン・ブリッジ回路４１の第１導電性粘弾性部材３１の第１抵抗Ｒ１をＺ軸用第１導電性粘弾性部材３１ｃの第１抵抗Ｒ１とし、第２導電性粘弾性部材３２の第２抵抗Ｒ２をＸ軸用第２導電性粘弾性部材３２ｃの第２抵抗Ｒ２としたものである。
【００９５】
そして、Ｘ軸用ブリッジ出力電圧検出部４３ａは、Ｘ軸用ホイーストン・ブリッジ回路４１ａのブリッジ出力電圧Ｖ２を検出する。Ｙ軸用ブリッジ出力電圧検出部４３ｂは、Ｙ軸用ホイーストン・ブリッジ回路４１ｂのブリッジ出力電圧Ｖ２を検出する。Ｚ軸用ブリッジ出力電圧検出部４３ｃは、Ｚ軸用ホイーストン・ブリッジ回路４１ｃのブリッジ出力電圧Ｖ２を検出する。
【００９６】
そして、Ｘ軸用変位量検出部４４ａは、Ｘ軸用ホイーストン・ブリッジ回路４１ａのブリッジ出力電圧Ｖ２に基づき、Ｘ軸方向への第２部材２０の変位量を求める。Ｙ軸用変位量検出部４４ｂは、Ｙ軸用ホイーストン・ブリッジ回路４１ｂのブリッジ出力電圧Ｖ２に基づき、Ｙ軸方向への第２部材２０の変位量を求める。Ｚ軸用変位量検出部４４ｃは、Ｚ軸用ホイーストン・ブリッジ回路４１ｃのブリッジ出力電圧Ｖ２に基づき、Ｚ軸方向への第２部材２０の変位量を求める。なお、この変位量検出装置６０は、直交３軸方向の加速度センサや荷重センサとして利用することができる。
【００９７】
（２．３）上記実施形態においては、変位量検出装置３０の回路構成部分において、直流電源４２を備えるようにしたが、交流電源としてもよい。この場合、上記における抵抗Ｒ１〜Ｒ４が、インピーダンスに置換されることになる。
【００９８】
（３）第２実施形態：回転方向の相対変位量（相対回転角度）を検出する変位量検出装置
次に、第２実施形態の変位量検出装置７０について、図８及び図９を参照して説明する。第２実施形態の変位量検出装置７０は、第１部材１０に対して第２部材２０が基準位置から所定軸回りに回転変位した相対変位量（相対回転角度）を検出する装置である。なお、図８は、第２実施形態の変位量検出装置７０の機械構成部分を示す図である。図９は、第２実施形態の変位量検出装置７０の回路構成部分を示す図である。
【００９９】
（３．１）第１部材１０及び第２部材２０の説明
第１部材１０及び第２部材２０について、図８を参照して説明する。第１部材１０は、略円筒状をなしている。そして、この第１部材１０は、例えば、他の部材（図示せず）に固定されているとする。第２部材２０は、第１部材１０よりも小径の略円筒状をなしている。そして、第２部材２０は、第１部材１０の中央にほぼ同軸上に配置されている。ここで、第２部材２０は、第１部材１０の内部において、第１部材１０に対して僅かな角度だけ、図８の前後方向軸回りに回転可能とされている。さらに、第２部材２０は、第１部材１０に対して図８の前後方向へ相対変位可能とされている。なお、ここでは、第２部材２０は、第１部材１０に対して図８の上下方向及び左右方向へ相対変位できないものとして説明する。つまり、第２部材２０は、第１部材１０に対して、図８の前後軸回りの回転変位、及び、図８の前後軸方向へ変位可能とする。
【０１００】
（３．２）変位量検出装置７０の機械構成部分についての説明
次に、第２実施形態の変位量検出装置７０の機械構成部分について、図８を参照して説明する。導電性粘弾性部材７１と、第１電極７２と、第２電極７３と、第３電極７４と、第４電極７５と、第５電極７６と、第６電極７７とから構成される。
【０１０１】
導電性粘弾性部材７１は、第１部材１０と第２部材２０とにより囲まれる空間に充填されている。すなわち、導電性粘弾性部材７１は、第１部材１０の内周面全てと第２部材２０の外周面全てとに連結固定されている。この導電性粘弾性部材７１は、導電性の粘弾性部材からなる。本実施形態においては、導電性の粘弾性部材とは、ゴム又はシリコン中に金属粉末等の導電性粒子を分散させたものである。
【０１０２】
第１電極７２は、第１部材１０の内周面に固定された電極である。この第１電極７２は、図８においては、第１部材１０の内周面であって、左上側に配置された電極である。第２電極７３は、第１部材１０の内周面に固定された電極である。この第２電極７３は、図８においては、第１部材１０の内周面であって、右上側に配置された電極である。第３電極７４は、第２部材２０の外周面に固定された電極である。この第３電極７４は、図８においては、第２部材２０の外周面であって、上側に配置された電極である。第４電極７５は、第１部材１０の内周面に固定された電極である。この第４電極７５は、図８においては、第１部材１０の内周面であって、左下側に配置された電極である。第５電極７６は、第１部材１０の内周面に固定された電極である。この第５電極７６は、図８においては、第１部材１０の内周面であって、右下側に配置された電極である。第６電極７７は、第２部材２０の外周面に固定された電極である。この第６電極７７は、図８においては、第２部材２０の外周面であって、下側に配置された電極である。
【０１０３】
ここで、第１電極７２と第３電極７４とは、第１電極７２と第３電極７４とを結ぶ線分上に存在する導電性粘弾性部材７１の一部分を抵抗とみなした場合に、その両端電極をなしている。そこで、図８においては、第１電極７２と第３電極７４とを結ぶ線分上に存在する導電性粘弾性部材７１の一部分を第６抵抗Ｒ６と記す。また、第２電極７３と第３電極７４とは、第２電極７３と第３電極７４とを結ぶ線分上に存在する導電性粘弾性部材７１の一部分を抵抗とみなした場合に、その両端電極をなしている。そこで、図８においては、第２電極７３と第３電極７４とを結ぶ線分上に存在する導電性粘弾性部材７１の一部分を第７抵抗Ｒ７と記す。また、第４電極７５と第６電極７７とは、第４電極７５と第６電極７７とを結ぶ線分上に存在する導電性粘弾性部材７１の一部分を抵抗とみなした場合に、その両端電極をなしている。そこで、図８においては、第４電極７５と第６電極７７とを結ぶ線分上に存在する導電性粘弾性部材７１の一部分を第８抵抗Ｒ８と記す。また、第５電極７６と第６電極７７とは、第５電極７６と第６電極７７とを結ぶ線分上に存在する導電性粘弾性部材７１の一部分を抵抗とみなした場合に、その両端電極をなしている。そこで、図８においては、第５電極７６と第６電極７７とを結ぶ線分上に存在する導電性粘弾性部材７１の一部分を第９抵抗Ｒ９と記す。
【０１０４】
このような構成からなる変位量検出装置７０の機械構成部分において、第１部材１０に対して第２部材２０が図８の時計回り方向に回転した場合に、第１電極７２と第３電極７４との離間距離が大きくなる。つまり、第１電極７２と第３電極７４との間に存在する導電性粘弾性部材７１が引張変形をしたとみなされる。また、第２電極７３と第３電極７４との離間距離は小さくなる。すなわち、第２電極７３と第３電極７４との間に存在する導電性粘弾性部材７１が圧縮変形をしたとみなされる。従って、第６抵抗Ｒ６が大きくなるのに対して、第７抵抗Ｒ７は小さくなる。
【０１０５】
また、第４電極７５と第６電極７７との離間距離は、小さくなる。すなわち、第４電極７５と第６電極７７との間に存在する導電性粘弾性部材７１が圧縮変形をしたとみなされる。また、第５電極７６と第６電極７７との離間距離は、大きくなる。すなわち、第５電極７６と第６電極７７との間に存在する導電性粘弾性部材７１が引張変形をしたとみなされる。従って、第８抵抗Ｒ８が小さくなるのに対して、第９抵抗Ｒ９は大きくなる。
【０１０６】
一方、第１部材１０に対して第２部材２０が図８の反時計回り方向に回転した場合に、第１電極７２と第３電極７４との離間距離が小さくなる。つまり、第１電極７２と第３電極７４との間に存在する導電性粘弾性部材７１が圧縮変形をしたとみなされる。また、第２電極７３と第３電極７４との離間距離は大きくなる。すなわち、第２電極７３と第３電極７４との間に存在する導電性粘弾性部材７１が引張変形をしたとみなされる。従って、第６抵抗Ｒ６が小さくなるのに対して、第７抵抗Ｒ７は大きくなる。
【０１０７】
また、第４電極７５と第６電極７７との離間距離は、大きくなる。すなわち、第４電極７５と第６電極７７との間に存在する導電性粘弾性部材７１が引張変形をしたとみなされる。また、第５電極７６と第６電極７７との離間距離は、小さくなる。すなわち、第５電極７６と第６電極７７との間に存在する導電性粘弾性部材７１が圧縮変形をしたとみなされる。従って、第８抵抗Ｒ８が大きくなるのに対して、第９抵抗Ｒ９は小さくなる。
【０１０８】
つまり、第２部材２０が図８の前後軸回り方向へ回転変位する場合には、第１電極７２と第３電極７４との間に存在する導電性粘弾性部材７１と、第２電極７３と第３電極７４との間に存在する導電性粘弾性部材７１とは、相互に逆対称の引張圧縮変形をする。また、第２部材２０が図８の前後軸回り方向へ回転変位する場合には、第４電極７５と第６電極７７との間に存在する導電性粘弾性部材７１と、第５電極７６と第６電極７７との間に存在する導電性粘弾性部材７１とは、相互に逆対称の引張圧縮変形をする。
【０１０９】
そして、第２部材２０の図８の前後軸回りの回転変位量が大きいほど、第６抵抗Ｒ６及び第７抵抗Ｒ７は、より大きく又はより小さくなる。従って、第２部材２０の図８の前後軸回りへの回転変位量が大きいほど、第６抵抗Ｒ６と第７抵抗Ｒ７の差が大きくなる。また、第２部材２０の図８の前後軸回りの回転変位量が大きいほど、第８抵抗Ｒ８及び第９抵抗Ｒ９は、より大きく又はより小さくなる。従って、第２部材２０の図８の前後軸回りへの回転変位量が大きいほど、第８抵抗Ｒ８と第９抵抗Ｒ９の差が大きくなる。
【０１１０】
次に、第１部材１０に対して第２部材２０が図８の前後方向へ変位する場合について説明する。この場合、第１電極７２と第３電極７４との離間距離、及び、第２電極７３と第３電極７４との離間距離が、共に同一量だけ大きくなる。つまり、第１電極７２と第３電極７４との間に存在する導電性粘弾性部材７１、及び、第２電極７３と第３電極７４との間に存在する導電性粘弾性部材７１が、共に同一の引張変形をしたとみなされる。従って、第６抵抗Ｒ６及び第７抵抗Ｒ７は、共に大きくなる。そして、第６抵抗Ｒ６と第７抵抗Ｒ７は、同じ抵抗となる。この場合、第８抵抗Ｒ８及び第９抵抗も、第６抵抗Ｒ６及び第７抵抗Ｒ７の関係と同様となる。
【０１１１】
（３．３）変位量検出装置７０の回路構成部分についての説明
次に、第２実施形態の変位量検出装置７０の回路構成部分について、図９を参照して説明する。図９に示すように、第２実施形態の変位量検出装置７０の回路構成部分は、第１ホイーストン・ブリッジ回路８１と、第２ホイーストン・ブリッジ回路８２と、直流電源８３と、第１ブリッジ出力電圧検出部８４と、第２ブリッジ出力電圧検出部８５と、変位量検出部８６とから構成される。
【０１１２】
第１ホイーストン・ブリッジ回路８１は、第１ハーフブリッジ回路８１１と、第２ハーフブリッジ回路８１２とから構成される。第１ハーフブリッジ回路８１１は、第６抵抗Ｒ６と、第３抵抗Ｒ３とを直列接続している。具体的には、第１電極７２と第３抵抗Ｒ３の一端側とを電気的に直接接続している。第２ハーフブリッジ回路８１２は、第７抵抗Ｒ７と、第４抵抗Ｒ４とを直列接続している。具体的には、第２電極７３と第４抵抗Ｒ４の一端側とを電気的に直接接続している。ここで、第３抵抗Ｒ３と第４抵抗Ｒ４は、同一の抵抗を用いている。さらに、第３抵抗Ｒ３及び第４抵抗Ｒ４は、第６抵抗Ｒ６及び第７抵抗Ｒ７よりも非常に大きな抵抗としている。そして、第１ハーフブリッジ回路８１１と第２ハーフブリッジ回路８１２とは、並列接続されている。具体的には、第３電極７４が共通化され、且つ、第３抵抗Ｒ３の他端側と第４抵抗Ｒ４の他端側とが直接接続されるようにされている。さらに、第１ハーフブリッジ回路８１１の中間点と第２ハーフブリッジ回路８１２の中間点とが接続されている。具体的には、第１電極７２と第２電極７３とが電気的に接続されている。
【０１１３】
第２ホイーストン・ブリッジ回路８２は、第１ハーフブリッジ回路８２１と、第２ハーフブリッジ回路８２２とから構成される。第１ハーフブリッジ回路８２１は、第８抵抗Ｒ８と、第３抵抗Ｒ３とを直列接続している。具体的には、第４電極７５と第３抵抗Ｒ３の一端側とを電気的に直接接続している。第２ハーフブリッジ回路８２２は、第９抵抗Ｒ９と、第４抵抗Ｒ４とを直列接続している。具体的には、第５電極７６と第４抵抗Ｒ４の一端側とを電気的に直接接続している。ここで、第３抵抗Ｒ３と第４抵抗Ｒ４は、上記同様、同一の抵抗を用いている。さらに、第３抵抗Ｒ３及び第４抵抗Ｒ４は、第８抵抗Ｒ８及び第９抵抗Ｒ９よりも非常に大きな抵抗としている。そして、第１ハーフブリッジ回路８２１と第２ハーフブリッジ回路８２２とは、並列接続されている。具体的には、第６電極７７が共通化され、且つ、第３抵抗Ｒ３の他端側と第４抵抗Ｒ４の他端側とが直接接続されるようにされている。さらに、第１ハーフブリッジ回路８２１の中間点と第２ハーフブリッジ回路８２２の中間点とが接続されている。具体的には、第４電極７５と第５電極７６とが電気的に接続されている。
【０１１４】
直流電源８３は、第１ホイーストン・ブリッジ回路８１及び第２ホイーストン・ブリッジ回路８２へブリッジ入力電圧Ｖ１を印加する。具体的には、直流電源８３は、第１ホイーストン・ブリッジ回路８１及び第２ホイーストン・ブリッジ回路８２の各両端へブリッジ入力電圧Ｖ１を印加する。さらに具体的には、直流電源８３の正極側が、第３電極７４及び第６電極７７に接続されている。また、直流電源８３の負極側が、第１ホイーストン・ブリッジ回路８１及び第２ホイーストン・ブリッジ回路８２のそれぞれの第３抵抗Ｒ３の他端側及び第４抵抗Ｒ４の他端側に接続されている。
【０１１５】
第１ブリッジ出力電圧検出部８４は、第１ホイーストン・ブリッジ回路８１のブリッジ出力電圧Ｖ２１を検出する。このブリッジ出力電圧Ｖ２１とは、第１ハーフブリッジ回路８１１の中間点と第２ハーフブリッジ回路８１２の中間点とを接続する部分の電圧である。すなわち、ブリッジ出力電圧Ｖ２１は、第１ハーフブリッジ回路８１１及び第２ハーフブリッジ回路８１２の各中間点の電圧差となる。ここでは、ブリッジ出力電圧Ｖ２１は、第１ハーフブリッジ回路８１１の中間点の電圧から第２ハーフブリッジ回路８１２の中間点の電圧を差し引いた電圧としている。
【０１１６】
第２ブリッジ出力電圧検出部８５は、第２ホイーストン・ブリッジ回路８２のブリッジ出力電圧Ｖ２２を検出する。このブリッジ出力電圧Ｖ２２とは、第１ハーフブリッジ回路８２１の中間点と第２ハーフブリッジ回路８２２の中間点とを接続する部分の電圧である。すなわち、ブリッジ出力電圧Ｖ２２は、第１ハーフブリッジ回路８２１及び第２ハーフブリッジ回路８２２の各中間点の電圧差となる。ここでは、ブリッジ出力電圧Ｖ２２は、第１ハーフブリッジ回路８２１の中間点の電圧から第２ハーフブリッジ回路８２２の中間点の電圧を差し引いた電圧としている。
【０１１７】
変位量検出部８６（本発明における検出部）は、第１ブリッジ出力電圧検出部８４により検出されたブリッジ出力電圧Ｖ２１及び第２ブリッジ出力電圧検出部８５により検出されたブリッジ出力電圧Ｖ２２を入力する。そして、変位量検出部８６は、入力されたブリッジ出力電圧Ｖ２１、Ｖ２２の何れか若しくは両方に基づき、第２部材２０が基準位置から図８の前後軸回りの回転方向への変位量（回転角度）を求める。なお、当該変位量は、上述した第１実施形態と同様の方法により求めることができる。
【０１１８】
（４）第２実施形態の変形態様
上記第２実施形態においては、第１部材１０に対して第２部材２０が図８の前後軸回りの回転変位のみ可能とした。それに対して、当該変形態様は、第１部材１０に対して第２部材２０が直交３軸方向へ変位し、且つ、所定軸回りに回転変位する場合を対象とする。そして、当該変形態様の変位量検出装置９０は、第１部材１０に対して第２部材２０が所定軸回りに回転変位する相対変位量（相対回転角度）を検出する装置とする。
【０１１９】
当該第２実施形態の変形態様の変位量検出装置９０について、図１０を参照して説明する。図１０は、第２実施形態の変形態様における変位量検出装置９０の回路構成部分を示す図である。変位量検出装置９０の機械構成部分は、上述した第２実施形態の変位量検出装置７０と同一であるので、説明を省略する。
【０１２０】
変位量検出装置９０の回路構成部分は、図１０に示すように、ホイーストン・ブリッジ回路部９１と、直流電源９２と、ブリッジ出力電圧検出部９３と、変位量検出部９４とから構成される。
【０１２１】
ホイーストン・ブリッジ回路部９１は、４個のホイーストン・ブリッジ回路９１ａ〜９１ｄにより形成されている。第１ホイーストン・ブリッジ回路９１ａは、第１ハーフブリッジ回路９１１ａと、第２ハーフブリッジ回路９１２ａとから構成される。第１ハーフブリッジ回路９１１ａは、第６抵抗Ｒ６と第３抵抗Ｒ３とを直列接続している。第２ハーフブリッジ回路９１２ａは、第７抵抗Ｒ７と第４抵抗Ｒ４とを直列接続している。そして、第１ハーフブリッジ回路９１１ａと第２ハーフブリッジ回路９１２ａとは、並列接続されている。さらに、第１ハーフブリッジ回路９１１ａの中間点と第２ハーフブリッジ回路９１２ａの中間点とが接続されている。
【０１２２】
第２ホイーストン・ブリッジ回路９１ｂは、第１ハーフブリッジ回路９１１ｂと、第２ハーフブリッジ回路９１２ｂとから構成される。第１ハーフブリッジ回路９１１ｂは、第７抵抗Ｒ７と第３抵抗Ｒ３とを直列接続している。第２ハーフブリッジ回路９１２ｂは、第８抵抗Ｒ８と第４抵抗Ｒ４とを直列接続している。そして、第１ハーフブリッジ回路９１１ｂと第２ハーフブリッジ回路９１２ｂとは、並列接続されている。さらに、第１ハーフブリッジ回路９１１ｂの中間点と第２ハーフブリッジ回路９１２ｂの中間点とが接続されている。
【０１２３】
第３ホイーストン・ブリッジ回路９１ｃは、第１ハーフブリッジ回路９１１ｃと、第２ハーフブリッジ回路９１２ｃとから構成される。第１ハーフブリッジ回路９１１ｃは、第８抵抗Ｒ８と第３抵抗Ｒ３とを直列接続している。第２ハーフブリッジ回路９１２ｃは、第９抵抗Ｒ９と第４抵抗Ｒ４とを直列接続している。そして、第１ハーフブリッジ回路９１１ｃと第２ハーフブリッジ回路９１２ｃとは、並列接続されている。さらに、第１ハーフブリッジ回路９１１ｃの中間点と第２ハーフブリッジ回路９１２ｃの中間点とが接続されている。
【０１２４】
第４ホイーストン・ブリッジ回路９１ｄは、第１ハーフブリッジ回路９１１ｄと、第２ハーフブリッジ回路９１２ｄとから構成される。第１ハーフブリッジ回路９１１ｄは、第９抵抗Ｒ９と第３抵抗Ｒ３とを直列接続している。第２ハーフブリッジ回路９１２ｄは、第６抵抗Ｒ６と第４抵抗Ｒ４とを直列接続している。そして、第１ハーフブリッジ回路９１１ｄと第２ハーフブリッジ回路９１２ｄとは、並列接続されている。さらに、第１ハーフブリッジ回路９１１ｄの中間点と第２ハーフブリッジ回路９１２ｄの中間点とが接続されている。
【０１２５】
直流電源９２は、ホイーストン・ブリッジ回路部９１へブリッジ入力電圧Ｖ１を印加する。具体的には、直流電源９２は、第１ホイーストン・ブリッジ回路９１ａ、第２ホイーストン・ブリッジ回路９１ｂ、第３ホイーストン・ブリッジ回路９１ｃ、第４ホイーストン・ブリッジ回路９１ｄの各両端へブリッジ入力電圧Ｖ１を印加する。
【０１２６】
ブリッジ出力電圧検出部９３は、ホイーストン・ブリッジ回路部９１のそれぞれのブリッジ出力電圧Ｖ２６〜Ｖ２９を検出する。ブリッジ出力電圧Ｖ２６は、第１ホイーストン・ブリッジ回路９１ａのブリッジ出力電圧である。ブリッジ出力電圧Ｖ２７は、第２ホイーストン・ブリッジ回路９１ｂのブリッジ出力電圧である。ブリッジ出力電圧Ｖ２８は、第３ホイーストン・ブリッジ回路９１ｃのブリッジ出力電圧である。ブリッジ出力電圧Ｖ２９は、第１ホイーストン・ブリッジ回路９１ｄのブリッジ出力電圧である。
【０１２７】
変位量検出部９４（本発明における検出部）は、ブリッジ出力電圧検出部９３により検出されたそれぞれのブリッジ出力電圧Ｖ２６〜Ｖ２９を入力する。そして、変位量検出部９４は、入力されたブリッジ出力電圧Ｖ２６〜Ｖ２９に基づき、第２部材２０が基準位置から図８の前後軸回りの回転方向への変位量（回転角度）を求める。
【０１２８】
以下に、変位量検出部９４の詳細構成、並びに、変位量検出部９４がブリッジ出力電圧Ｖ２６〜Ｖ２９に基づき第２部材２０が基準位置から図８の前後軸回りの回転方向への変位量を求める方法について、具体的に説明する。
【０１２９】
変位量検出部９４の詳細構成については、図１１を参照して説明する。図１１は、変位量検出部９４の構成を示すブロック図である。図１１に示すように、変位量検出部９４は、基準電圧ベクトル記憶部９４ａと、実電圧ベクトル検出部９４ｂと、寄与度算出部９４ｃと、変位量算出部９４ｄとから構成される。
【０１３０】
基準電圧ベクトル記憶部９４ａは、第１部材１０に対する第２部材２０のそれぞれの方向への変位に応じて出力されるブリッジ出力電圧Ｖ２６〜Ｖ２９を予め記憶しておく。
【０１３１】
具体的には、基準電圧ベクトル記憶部９４ａは、第１部材１０に対して第２部材２０が図８の前後軸回りにのみに回転変位する場合におけるブリッジ出力電圧Ｖ２６〜Ｖ２９を予め記憶する。ここで、この場合におけるブリッジ出力電圧Ｖ２６〜Ｖ２９を「回転モードにおける基準電圧ベクトルＵ１」という。
【０１３２】
さらに、基準電圧ベクトル記憶部９４ａは、第１部材１０に対して第２部材２０が図８の上下方向にのみ変位する場合におけるブリッジ出力電圧Ｖ２６〜Ｖ２９を予め記憶する。ここで、この場合におけるブリッジ出力電圧Ｖ２６〜Ｖ２９を「上下モードにおける基準電圧ベクトルＵ２」という。
【０１３３】
さらに、基準電圧ベクトル記憶部９４ａは、第１部材１０に対して第２部材２０が図８の左右方向にのみ変位する場合におけるブリッジ出力電圧Ｖ２６〜Ｖ２９を予め記憶する。ここで、この場合におけるブリッジ出力電圧Ｖ２６〜Ｖ２９を「左右モードにおける基準電圧ベクトルＵ３」という。
【０１３４】
さらに、基準電圧ベクトル記憶部９４ａは、第１部材１０に対して第２部材２０が図８の前後方向にのみ変位する場合におけるブリッジ出力電圧Ｖ２６〜Ｖ２９を予め記憶する。ここで、この場合におけるブリッジ出力電圧Ｖ２６〜Ｖ２９を「前後モードにおける基準電圧ベクトルＵ４」という。
【０１３５】
ここで、回転モードにおける基準電圧ベクトルＵ１、上下モードにおける基準電圧ベクトルＵ２、左右モードにおける基準電圧ベクトルＵ３、及び、前後モードにおける基準電圧ベクトルＵ４を総称して、「基準電圧ベクトルＵ」という。つまり、基準電圧ベクトル記憶部９４ａは、この基準電圧ベクトルＵを予め記憶しておく。
【０１３６】
ここで、第１部材１０に対して第２部材２０が変位するそれぞれの方向（以下、「変形モード」という）とブリッジ出力電圧Ｖ２６〜Ｖ２９との関係について、表１に示す。なお、表１の変形モードにおいて、回転モードとは、第１部材１０に対して第２部材２０が図８の前後軸回りに回転変位した場合のモードである。上下モードとは、第１部材１０に対して第２部材２０が図８の上下方向へ変位した場合のモードである。左右モードとは、第１部材１０に対して第２部材２０が図８の左右方向へ変位した場合のモードである。前後モードとは、第１部材１０に対して第２部材２０が図８の前後方向へ変位した場合のモードである。また、表１中、ａ１〜ａ８は、零でない値を示す。
【０１３７】
【表１】
0004640113.tif 000010
【０１３８】
ここで、第６抵抗Ｒ６、第７抵抗Ｒ７、第８抵抗Ｒ８、及び第９抵抗Ｒ９は、それぞれのモードについて線形性を有している領域が存在する。本実施形態においては、第６抵抗Ｒ６、第７抵抗Ｒ７、第８抵抗Ｒ８、及び第９抵抗Ｒ９が、それぞれのモードについて線形性を有している領域にて使用するものとする。
【０１３９】
そして、第１実施形態の数７を参照すると、ブリッジ出力電圧Ｖ２６は、第６抵抗Ｒ６と第７抵抗Ｒ７の差に比例する。また、ブリッジ出力電圧Ｖ２７は、第７抵抗Ｒ７と第８抵抗Ｒ８の差に比例する。また、ブリッジ出力電圧Ｖ２８は、第８抵抗Ｒ８と第９抵抗Ｒ９の差に比例する。また、ブリッジ出力電圧Ｖ２９は、第９抵抗Ｒ９と第６抵抗Ｒ６の差に比例する。
【０１４０】
従って、各モードにおける基準電圧ベクトルＵ１〜Ｕ４は、ブリッジ出力電圧Ｖ２６〜Ｖ２９に対して線形性を有する。つまり、数９のように示すことができる。
【０１４１】
【数９】
0004640113.tif 000011
【０１４２】
ここで、各モードにおける基準電圧ベクトルＵ１〜Ｕ４は、数１０のようになる。
【０１４３】
【数１０】
0004640113.tif 000012
【０１４４】
実電圧ベクトル検出部９４ｂは、実際の第１部材１０に対する第２部材２０の変位に応じて、ブリッジ出力電圧検出部９３により検出されたブリッジ出力電圧Ｖ２６〜Ｖ２９を入力する。ここで、実際の第１部材１０に対する第２部材２０の変位とは、上述した回転モード、上下モード、左右モード、及び前後モードが種々に混在した状態である。そして、この実際の第１部材１０に対して第２部材２０が変位する際のブリッジ出力電圧Ｖ２６〜Ｖ２９を「実電圧ベクトルＵＲ」という。
【０１４５】
寄与度算出部９４ｃは、基準電圧ベクトルＵ及び実電圧ベクトルＵＲを入力する。この基準電圧ベクトルＵと実電圧ベクトルＵＲとの関係は、数１１に示す関係となる。
【０１４６】
【数１１】
0004640113.tif 000013
【０１４７】
そして、寄与度算出部９４ｃは、数１１の関係からなる基準電圧ベクトルＵ及び実電圧ベクトルＵＲに基づき、実電圧ベクトルＵＲに含まれる図８の前後軸回りの回転方向及び直交３軸方向それぞれの成分に関する寄与度ｋ１〜ｋ４を算出する。つまり、寄与度算出部９４ｃは、回転モードの成分に関する寄与度ｋ１、上下モードの成分に関する寄与度ｋ２、左右モードの成分に関する寄与度ｋ３、及び前後モードの成分に関する寄与度ｋ４を算出する。具体的には、数１２に示すように、行列演算を行うことにより、各モードｉの成分に関する寄与度ｋｉを算出することができる。
【０１４８】
【数１２】
0004640113.tif 000014
【０１４９】
変位量算出部９４ｄは、寄与度算出部９４ｃにより算出された図８の前後軸回りの回転モードの成分に関する寄与度ｋ１を入力する。さらに、変位量算出部９４ｄは、基準電圧ベクトル記憶部９４ａに記憶された回転モードにおける基準電圧ベクトルＵ１を入力する。そして、変位量算出部９４ｄは、回転モードの成分に関する寄与度ｋ１及び回転モードにおける基準電圧ベクトルＵ１に基づき、第１部材１０に対する第２部材２０の相対変位量（相対回転角度）を算出する。
【０１５０】
このように、第１部材１０に対して第２部材２０が回転方向以外の軸方向へ変位する場合であっても、確実に回転方向の相対変位量を求めることができる。
【０１５１】
なお、上記第２実施形態の変形態様においては、第１部材１０に対して第２部材２０が、回転方向への変位の他に、直交３軸方向への変位が可能として説明した。そのため、ホイーストン・ブリッジ回路部９１は、４個のホイーストン・ブリッジ回路９１ａ〜９１ｄを形成するようにした。ただし、例えば、第１部材１０に対して第２部材２０が相対変位可能な軸方向が１つである場合には、ホイーストン・ブリッジ回路部９１は、２個のホイーストン・ブリッジ回路で十分である。つまり、第１部材１０に対して第２部材２０が軸方向へ相対変位可能な方向数に１加算した数以上のホイーストン・ブリッジ回路を形成すればよい。
【０１５２】
（５）その他
上記第１実施形態において、第１導電性粘弾性部材３１及び第２導電性粘弾性部材３２は、それぞれ独立して存在するような構成としたが、これに限られるものではない。例えば、第２実施形態の導電性粘弾性部材７０のように、第１部材１０と第２部材２０とにより囲まれる空間全てが導電性粘弾性部材により充填されるようにしてもよい。
【０１５３】
一方、第２実施形態において、導電性粘弾性部材７０は、第１部材１０と第２部材２０とにより囲まれる空間に充填されるようにしたが、これに限られるものではない。例えば、第１実施形態の第１導電性粘弾性部材３１及び第２導電性粘弾性部材３２のように、独立して導電性粘弾性部材を形成するようにしてもよい。
【０１５４】
なお、上述した変位量検出装置は、例えば、エンジンマウントなどに適用することができる。この場合、例えば、第１部材１０がエンジンに取り付けられ、第２部材２０が車両ボディに取り付けられる。
【図面の簡単な説明】
【０１５５】
【図１】第１実施形態の変位量検出装置３０の機械構成部分を示す図である。
【図２】第１実施形態の変位量検出装置３０の機械構成部分の動作を示す図である。
【図３】第１実施形態の変位量検出装置３０の機械構成部分の動作を示す図である。
【図４】第１実施形態の変位量検出装置３０の回路構成部分を示す図である。
【図５】第１実施形態の変形態様の変位量検出装置５０の機械構成部分を示す図である。
【図６】第１実施形態の変形態様の変位量検出装置６０の機械構成部分を示す図である。
【図７】第１実施形態の変形態様の変位量検出装置６０の回路構成部分を示す図である。
【図８】第２実施形態の変位量検出装置７０の機械構成部分を示す図である。
【図９】第２実施形態の変位量検出装置７０の回路構成部分を示す図である。
【図１０】第２実施形態の変形態様の変位量検出装置９０の回路構成部分を示す図である。
【図１１】変位量検出部９４の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１５６】
１０：第１部材、  ２０：第２部材、
３０、５０、６０、７０、９０：変位量検出装置、
３１：第１導電性粘弾性部材、  ３１ａ：Ｘ軸用第１導電性粘弾性部材、
３１ｂ：Ｙ軸用第１導電性粘弾性部材、  ３１ｃ：Ｚ軸用第１導電性粘弾性部材、
３２：第２導電性粘弾性部材、  ３２ａ：Ｘ軸用第２導電性粘弾性部材、
３２ｂ：Ｙ軸用第２導電性粘弾性部材、  ３２ｃ：Ｚ軸用第２導電性粘弾性部材、
３３：第１電極、  ３３ａ：Ｘ軸用第１電極、  ３３ｂ：Ｙ軸用第１電極、
３３ｃ：Ｚ軸用第１電極、
３４：第２電極、  ３４ａ：Ｘ軸用第２電極、  ３４ｂ：Ｙ軸用第２電極、
３４ｃ：Ｚ軸用第２電極、
３５：第３電極、  ３５ａ：Ｘ軸用第３電極、  ３５ｂ：Ｙ軸用第３電極、
３５ｃ：Ｚ軸用第３電極、
３６：第４電極、  ３６ａ：Ｘ軸用第４電極、  ３６ｂ：Ｙ軸用第４電極、
３６ｃ：Ｚ軸用第４電極、
４１：ホイーストン・ブリッジ回路、
４１ａ：Ｘ軸用ホイーストン・ブリッジ回路、
４１ｂ：Ｙ軸用ホイーストン・ブリッジ回路、
４１ｃ：Ｚ軸用ホイーストン・ブリッジ回路、
４２：直流電源、
４３：ブリッジ出力電圧検出部、  ４３ａ：Ｘ軸用ブリッジ出力電圧検出部、
４３ｂ：Ｙ軸用ブリッジ出力電圧検出部、  ４３ｃ：Ｚ軸用ブリッジ出力電圧検出部、
４４：変位量検出部、  ４４ａ：Ｘ軸用変位量検出部、  ４４ｂ：Ｙ軸用変位量検出部、
４４ｃ：Ｚ軸用変位量検出部
５１：変形吸収材、
６１：Ｘ軸方向変位量検出部、  ６２：Ｙ軸方向変位量検出部、
６３：Ｚ軸方向変位量検出部、
７１：導電性粘弾性部材、  ７２：第１電極、  ７３：第２電極、  ７４：第３電極、  ７５：第４電極、  ７６：第５電極、  ７７：第６電極、
８１：第１ホイーストン・ブリッジ回路、  ８２：第２ホイーストン・ブリッジ回路
８３：直流電源、  ８４：第１ブリッジ出力電圧検出部、
８５：第２ブリッジ出力電圧検出部、  ８６：変位量検出部、
９１：ホイーストン・ブリッジ回路部、
９１ａ〜９１ｄ：ホイーストン・ブリッジ回路、
９２：直流電源、  ９３：ブリッジ出力電圧検出部、
９４：変位量検出部、  ９４ａ：基準電圧ベクトル記憶部、
９４ｂ：実電圧ベクトル検出部、  ９４ｃ：寄与度算出部、  ９４ｄ：変位量算出部、
４１１：第１ハーフブリッジ回路、  ４１２：第２ハーフブリッジ回路、
８１１、８２１：第１ハーフブリッジ回路、  ８１２、８２２：第２ハーフブリッジ回路
９１１ａ〜９１１ｄ：第１ハーフブリッジ回路、
９１２ａ〜９１２ｄ：第２ハーフブリッジ回路
【図１】
0004640113.tif 000015
【図２】
0004640113.tif 000016
【図３】
0004640113.tif 000017
【図４】
0004640113.tif 000018
【図５】
0004640113.tif 000019
【図６】
0004640113.tif 000020
【図７】
0004640113.tif 000021
【図８】
0004640113.tif 000022
【図９】
0004640113.tif 000023
【図１０】
0004640113.tif 000024
【図１１】
0004640113.tif 000025