(57)【要約】【課題】電極数を低減しつつ、より高精度な外力を受けた位置を検出できる変形センサシステムを提供する。【解決手段】外力を受け得る受圧面１２１を有する変形センサは、受圧面１２１からその裏面１２２に向かう方向に貫通する貫通孔１２３を１以上形成している。さらに、受圧面１２１に外力Ｆを受けることにより弾性変形し、且つ、圧縮変形および引張変形を含む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率が増加する弾性材からなる。この変形センサ１２の受圧面１２１の周縁部に、複数の電極１３Ａ〜１３Ｘをそれぞれ離隔して配置する。電極１３Ａ〜１３Ｘの中から選択される電極対の間の電気抵抗Ｒ１の変化量を測定し、測定された電気抵抗Ｒ１の変化量に基づいて、受圧面１２１における外力Ｆの受ける位置を算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外力を受け得る受圧面を有し、前記受圧面からその裏面に向かう方向に貫通する貫通孔を１以上形成し、前記受圧面に前記外力を受けることにより弾性変形し、且つ、圧縮変形および引張変形を含む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率が増加する弾性材からなる変形センサと、
前記受圧面の周縁部にそれぞれ離隔して配置される複数の電極と、
前記電極の中から選択される電極対の間の電気抵抗の変化量を測定する電気抵抗変化量測定部と、
前記電気抵抗変化量測定部により測定された前記電気抵抗の変化量に基づいて、前記受圧面における前記外力の受ける位置を算出する外力位置算出部と、
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】
前記変形センサの前記裏面は、凹凸状に形成し、
前記変形センサシステムは、さらに、前記受圧面に前記外力を受けていない状態において、前記裏面の凸部に当接し、且つ、前記裏面の凹部に当接しないように前記変形センサの前記裏面側に配置される基台を備える請求項１に記載の変形センサシステム。
【請求項３】
前記変形センサの前記受圧面は、凹凸状に形成する請求項１または２に記載の変形センサシステム。
【請求項４】
前記変形センサの前記受圧面および前記裏面は、凹凸状に形成し、
前記受圧面は、前記裏面の凸部に対応する位置に凹部が形成され、
前記裏面は、前記受圧面の凸部に対応する位置に凹部が形成され、
前記変形センサシステムは、さらに、前記受圧面に前記外力を受けていない状態において、前記裏面の凸部に当接し、且つ、前記裏面の凹部に当接しないように前記変形センサの前記裏面側に配置される基台を備える請求項１に記載の変形センサシステム。
【請求項５】
前記貫通孔は、複数からなり、
前記変形センサは、格子状に形成される請求項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】
前記変形センサシステムは、前記貫通孔に充填された絶縁性弾性体を備える請求項１〜５の何れか一項に記載の変形センサシステム。
【請求項７】
前記変形センサシステムは、前記変形センサの前記受圧面全面および前記貫通孔のうち前記受圧面側の開口を被覆するシートを備える請求項１〜６の何れか一項に記載の変形センサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、圧力分布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、圧力分布センサとしては、例えば、特開平６−２８１５１６号公報（特許文献１）、特開２００６−２８４４０４号公報（特許文献２）および特開２００３−９８０２２号公報（特許文献３）に記載されたものがある。
【０００３】
特許文献１に記載の圧力分布センサは、感圧導電性エラストマーシートの両面または片面に、マトリックス状に多数の検出点が形成された電極を配置している。そして、圧力を受けることで、感圧導電性エラストマーシートの変形部位の電気抵抗率が変化することを利用して、当該変形部位付近の電極により、感圧導電性エラストマーシートに受けた圧力の位置を検出している。
【０００４】
また、特許文献２に記載の圧力分布センサは、積層される第１のセンサシートおよび第２のセンサシートのそれぞれに電極を形成している。そして、センサシートが圧力を受けることにより電気抵抗率が低下することを利用して、各センサシートの電極間の電気抵抗により圧力の位置を検出している。また、特許文献３に記載の圧力分布センサについても、特許文献１および２とほぼ同様に、受圧面の裏面側に電極を配置している。
【０００５】
すなわち、特許文献１〜３に記載の圧力分布センサは、何れも、検出するための電極を受圧面全体に配置している。このように、電極による検出箇所が受圧面全体に配置されているため、受圧面を拡大すると、電極が配置される検出箇所が非常に膨大となる。そうすると、電極に接続する配線が膨大となり、実装性が悪く、さらに、センサ自体の伸縮性を損なうことになるという問題があった。
【０００６】
そこで、この問題を解決するための研究がなされており、その研究成果が非特許文献１の論文に発表されている。非特許文献１に記載の圧力分布センサは、感圧ゴムシートの外周部に複数の電極を設置し、ＥＩＴ（Electrical Impedance Tomography）という逆問題解析に基づいた技術を用いて、感圧ゴムシートの内部領域の抵抗分布を推定するというものである。ここで、当該感圧ゴムシートとしては、圧縮変形に応じて電気抵抗率が減少する材料を用いている。
【特許文献１】特開平６−２８１５１６号公報
【特許文献２】特開２００６−２８４４０４号公報
【特許文献３】特開２００３−９８０２２号公報
【非特許文献１】長久保晶彦、國吉康夫、「逆問題解析にもとづく触覚分布センサ：原理」、第２４回日本ロボット学会学術講演会（2006年9月14日〜16日）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、非特許文献１に記載のセンサにおいては、受圧面に外力を受けた場合に、外力を受けた部位の電気抵抗率が低下することになる。従って、受圧面に外力を受けた場合には、外力の位置や大きさに応じて、所定の電極対の間の電気抵抗は、理論上、低下する。例えば、受圧面全体に亘って圧縮変形させた場合には、受圧面全体に亘って電気抵抗率が十分に低くなる。従って、所定の電極対の間の電気抵抗の低下量の絶対値は、無負荷状態に比べて十分に大きなものとなる。無負荷状態においては電極対の間に電流はほとんど流れない状態であるの対して、受圧面全体に亘って圧縮変形させた場合における電極対の間に電流が流れる状態となる。従って、この場合には、外力を受けた場合に電気抵抗率が低下する変形センサを用いた場合であっても、外力を受けたことを検出できる。
【０００８】
これに対して、受圧面の一部分に外力を受けた場合には、その一部分のみの電気抵抗率が低くなる。この場合も、理論上、所定の電極対の間の電気抵抗は、無負荷状態に比べて低くなる。しかし、外力を受けていない部分は電気抵抗率が高いため、所定の電極対の間の電気抵抗の低下量はほんの僅かとなる。そして、電極対の間の何れかの部位に、電気抵抗率が高い部分が存在する場合には、電極対の間において電流が極めて流れにくい状態となる。つまり、受圧面の一部分に外力を受けた場合の所定の電極対の間の電圧は、無負荷状態とほぼ同様に、ほとんど零に近い状態となる。このように、センサに電流を供給した場合に、所定の電極対の間の検出電圧がほとんど変化しないため、外力を受けた位置や大きさを検出することが困難である。
【０００９】
特に、外力を受けた位置が外周の電極から遠ざかるほど、すなわち、受圧面の中央付近ほど、電極対の間の電気抵抗の変化量は小さくなる。つまり、外力を受けた位置が受圧面の中央付近ほど感度が低くなる。これは、所定の電極対の間において、電気抵抗率が高い部分（電流が流れにくい部分）が多く存在する状態となるためである。このように、外力を受ける位置が受圧面の中央付近のみとなる場合には、上述した現象が顕著となる。つまり、外力を受けた位置が受圧面の中央付近であればあるほど、外力を受けたことを検出することが極めて困難となる。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、電極数を低減しつつ、より高精度な外力を受けた位置を検出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】
【００１１】
本発明の変形センサシステムは、
外力を受け得る受圧面を有し、前記受圧面からその裏面に向かう方向に貫通する貫通孔を１以上形成し、前記受圧面に前記外力を受けることにより弾性変形し、且つ、圧縮変形および引張変形を含む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率が増加する弾性材からなる変形センサと、
前記受圧面の周縁部にそれぞれ離隔して配置される複数の電極と、
前記電極の中から選択される電極対の間の電気抵抗の変化量を測定する電気抵抗変化量測定部と、
前記電気抵抗変化量測定部により測定された前記電気抵抗の変化量に基づいて、前記受圧面における前記外力の受ける位置を算出する外力位置算出部と、
を備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明の変形センサシステムによれば、電極は、受圧面の周縁部に配置している。つまり、特許文献１〜３に記載された圧力分布センサのように、電極を受圧面の全面に配置する場合に比べて、電極数を低減することができる。特に、受圧面が大きくなればなるほど、その効果は顕著なものとなる。
【００１３】
ここで、本発明の変形センサシステムを構成する変形センサは、圧縮変形および引張変形を含む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率が増加する。「全ての種類の弾性変形」とは、圧縮変形および引張変形はもちろんのこと、曲げ変形、せん断変形およびねじり変形を含む意味である。つまり、変形センサがどのような弾性変形をしたとしても、変形センサの電気抵抗率は必ず増加する。具体的には、変形センサに引張変形をさせた場合、圧縮変形をさせた場合、曲げ変形をさせた場合、せん断変形をさせた場合など、種々の弾性変形をさせた場合のそれぞれにおいて、変形センサの電気抵抗率が増加する。また、変形センサに引張変形と圧縮変形が同時に生じる場合には、引張変形による電気抵抗率の増加による影響と、圧縮変形による電気抵抗率の増加による影響の両方により、変形センサの電気抵抗率は増加する。なお、変形センサの電気抵抗率が増加するということは、交流として捉えた場合に、変形センサのインピーダンスが増加するということになる。
【００１４】
そして、本発明の変形センサシステムにおいて、受圧面に外力を受けた場合に受圧面における外力の受ける位置を高精度に検出できる。その理由について以下に説明する。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率が増加する弾性材からなる。
【００１５】
つまり、この弾性材は、変形センサの受圧面に外力を受けていない状態（以下、「無負荷状態」という）における電極対の間の電気抵抗が最も小さくなり、変形センサの受圧面に外力を受けた状態（以下、「負荷状態」という）における電極対の間の電気抵抗が大きくなる。従って、無負荷状態は、電極対の間に電流が最も流れやすい状態となり、負荷状態となることにより、電極対の間に電流が流れにくい状態へ変化する。つまり、受圧面が受けた外力がほんの僅かであっても、電極対の間に電流が流れにくくなる変化を、確実に検出できる。
【００１６】
例えば、本発明の変形センサの受圧面全体に亘って外力を受けた場合には、受圧面全体に亘って電気抵抗率が増加する。この場合、無負荷状態において電極対の間に流れていた電流は、変形センサの当該変形に伴って流れにくい状態へと変化する。そして、この電流の変化は、容易に把握できる。従って、受圧面全体に亘って外力を受けた場合には、そのことを確実に検出できる。ただし、受圧面全体に亘って外力を受けた場合には、従来の電気抵抗率低下型の変形センサの場合においても、十分に検出できる。
【００１７】
一方、本発明の変形センサの受圧面の一部分に外力を受けた場合には、その一部分のみの電気抵抗率が増加し、その他の部分の電気抵抗率は低いままとなる。この場合、無負荷状態において電極対の間に流れていた電流は、変形センサの当該変形に伴って流れにくい状態へと変化する。例えば、外力を受けた部位が絶縁状態となるまで電気抵抗率が増大した場合であっても、電極対の間は複数の経路を有しているため、必ず、電極対の間には電流が流れる状態となる。そして、外力を受けた位置が電極から遠い位置であっても、必ず、電極対の間には電流が流れる状態となる。このように、外力を受けた部位が受圧面の一部分であっても、特に電極から遠い位置のみであっても、電極対の間には電流が流れ得る状態となるため、電極対の間の検出電圧が変化する。従って、電極対の間の電気抵抗の変化を確実に検出できる。つまり、外力を受けた位置や大きさを検出できる。
【００１８】
さらに、本発明の変形センサは、受圧面からその裏面に向かう方向に貫通する貫通孔を１以上形成している。ここで、貫通孔が形成されていない変形センサの場合には、電極対の間を流れる電流の経路は、変形センサの全ての面で電極対の間を自由に繋ぐあらゆる経路となる。一方、貫通孔が形成された本発明の変形センサの場合には、電極対の間において、貫通孔が形成されていない部分での電極対の間を自由に繋ぐ経路となる。つまり、貫通孔が形成された部分は、電極対の間を流れる電流の経路とならない。従って、本発明の変形センサにおいては、電極対の間を流れる電流の経路が制限されることになる。つまり、本発明によれば、受圧面のうち外力を受けた部位の電気抵抗率の増加の影響が、電極対の間の電気抵抗の増加に対して大きくなる。そして、受圧面のうち外力を受けた位置がどの位置であっても、貫通孔が形成されていない場合に比べて、電気抵抗の増加量が大きくなる。電気抵抗の増加量が大きくなるということは、検出感度が向上するということである。
【００１９】
従って、変形センサに貫通孔を形成することで、検出感度を高めることができる。特に、電極を受圧面の周縁部に配置することにより、受圧面のうち電極から遠い位置における検出感度が低下する問題を、本発明により解決することができる。さらに、本発明によれば、外力を受けた位置が受圧面のうち電極に近い位置であっても、上述した理由により、貫通孔が形成されていない変形センサを用いた場合に比べて、検出感度が高まる。以上より、本発明によれば、電極数を低減しつつ、より高精度な圧力分布を得ることができる。
【００２０】
また、本発明の変形センサシステムにおいて、前記変形センサの前記裏面は、凹凸状に形成し、前記変形センサシステムは、さらに、前記受圧面に前記外力を受けていない状態において、前記裏面の凸部に当接し、且つ、前記裏面の凹部に当接しないように前記変形センサの前記裏面側に配置される基台を備えるとよい。
【００２１】
ここで、本発明の変形センサの受圧面からその裏面までの厚さは、薄いシート状とすることが望まれる。また、カーボンなどの導電体を混入するため、変形センサは比較的硬いものとなる。これらにより、受圧面に押圧外力を受けた場合に、その押圧外力によって受圧面から裏面へ向かう方向への圧縮変形量はそれほど大きくならない。
【００２２】
これに対して、上記のように変形センサの裏面を凹凸状に形成する場合、変形センサの裏面の凹部と基台との間に隙間が形成されていることになる。この場合、当該凹部に対応する変形センサの受圧面に押圧外力を受けた場合、基台との隙間の存在により、変形センサは曲げ変形しやすくなる。そして、変形センサが曲げ変形した場合であっても、変形センサの曲げ変形部分の電気抵抗率は増加する。つまり、同じ外力の大きさであっても、裏面を凹凸状に形成することで、変形センサの変形量を大きくすることができる。従って、外力位置を高精度に検出することができる。
【００２３】
ところで、裏面を平面状に形成した場合には、受圧面に外力を受けた場合に、受圧面のうち外力を受けた範囲の周囲部分まで変形する状態となる。本発明の変形センサシステムでは、変形センサの変形により電気抵抗率が増加することを利用して、受圧面のうち外力を受けた位置を求めている。しかし、変形センサの変形した範囲と外力を受けた範囲とが異なる場合には、受圧面のうち外力を受けた位置を高精度に求めることは容易ではない。ここで、本発明の変形センサの裏面を凹凸状にした場合、当該裏面の凸部は基台に当接しているため、当該裏面の凸部は裏面の凹部に比べて変形しにくくなる。このことを利用して、受圧面に外力を受けた場合に、外力を受けた範囲の周囲部分の変形を抑制することができる。つまり、変形センサのうち変形した範囲が、外力を受けた範囲と等しい状態に近づけることができる。従って、外力を受けた位置をより高精度に検出できる。
【００２４】
また、本発明の変形センサシステムにおいて、前記変形センサの前記受圧面は、凹凸状に形成するとよい。上記は、変形センサの裏面を凹凸状とすることについて述べた。ここでは、変形センサの受圧面、すなわち、変形センサの表面を凹凸状とする。ここで、本発明の変形センサは、貫通孔を形成している。仮に、貫通孔が空間であって、当該貫通孔のみに外力を受けた場合には、変形センサは一切変形しない状態となる。従って、貫通孔のみに外力を受ける状態となると、外力を受けたことを検出できない。そこで、変形センサの受圧面（表面）を凹凸状とすることで、外力付与部材が受圧面の凸部に当接しやすい状態にできる。換言すると、外力付与部材が貫通孔のみに位置する状態を回避できる。つまり、外力により受圧面の少なくとも凸部が変形することで、外力を受けた位置を検出できる。
【００２５】
また、本発明の変形センサシステムにおいて、前記変形センサの前記受圧面および前記裏面は、凹凸状に形成し、前記受圧面は、前記裏面の凸部に対応する位置に凹部が形成され、前記裏面は、前記受圧面の凸部に対応する位置に凹部が形成され、前記変形センサシステムは、さらに、前記受圧面に前記外力を受けていない状態において、前記裏面の凸部に当接し、且つ、前記裏面の凹部に当接しないように前記変形センサの前記裏面側に配置される基台を備えるとよい。
【００２６】
変形センサの裏面を凹凸状に形成することで、上述したように、変形センサの変形量を大きくすることができると共に、変形センサのうち変形した範囲が外力を受けた範囲にほぼ等しい状態にすることができる。さらに、変形センサの受圧面を凹凸状に形成することにより、上述したように、外力付与部材が貫通孔のみに位置する状態を回避できる。さらに、本発明によれば、受圧面の凸部が、裏面の凹部に対応する位置となる。これにより、受圧面の凸部が押圧外力を受けた場合に、裏面の凹部が変形する状態となる。ここで、裏面の凹部は上述したように変形しやすい部位である。一方、裏面の凸部は変形しにくい部位である。ただし、受圧面を凹凸状にすることで、受圧面の凸部が外力を受けやすい状態としているため、裏面の凹部が外力を受けやすい状態となる。従って、受圧面の凸部が、裏面の凹部に対応する位置とすることで、裏面の凹部が外力を受けやすい状態にできる。つまり、変形センサの変形量を大きくすることができ、結果として、外力を受けた位置をより高精度に検出できる。
【００２７】
また、上述した本発明の変形センサシステムにおいて、前記貫通孔は、複数からなり、前記変形センサは、格子状に形成されるとよい。これにより、電極対の間における変形センサの電気抵抗の変化に基づいて、受圧面における外力の受ける位置を算出することが容易となる。つまり、演算処理低減を図ることができる。
【００２８】
また、本発明の変形センサシステムは、さらに、前記貫通孔に充填された絶縁性弾性体を備えるとよい。つまり、変形センサと絶縁性弾性体との全体として見ると、貫通孔が形成されていない形状となる。ここで、貫通孔の影響により、受圧面に外力を受けた場合に、変形センサの変形態様にばらつきを生じるおそれがある。そこで、貫通孔に絶縁性弾性体を充填することで、変形センサの変形態様のばらつきを抑制でき、高精度な外力位置の検出が可能となる。なお、絶縁性弾性体には、電流が流れない。従って、絶縁性弾性体は、受圧面に受けた外力位置の検出感度へ影響を及ぼすことはない。
【００２９】
ここで、変形センサの貫通孔が空間である場合には、当該貫通孔の空間に外力付与部材が位置するときに、変形センサが変形しないことにより外力位置を検出できないという問題がある。これに対して、変形センサの貫通孔に絶縁性弾性体を充填することで、外力付与部材が変形センサの貫通孔の部位のみに位置する場合には、絶縁性弾性体が外力を受けることになる。そして、外力により絶縁性弾性体が変形することに伴って、その周囲にある変形センサ自身が変形するようにした場合には、この変形センサの変形に基づいて外力位置を算出することができる。
【００３０】
また、本発明の変形センサシステムは、前記変形センサの前記受圧面全面および前記貫通孔のうち前記受圧面側の開口を被覆するシートを備えるとよい。これにより、貫通孔が空間の場合に、貫通孔のみに外力付与部材が位置することを抑制できる。従って、外力位置を確実に検出できる。さらに、受圧面を凹凸状に形成する場合に、シートで被覆することで、外力付与部材が確実に受圧面の凸部に外力を付与する状態にできる。これにより、上述した受圧面を凹凸状に形成することによる効果を、確実に奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。
【００３２】
＜第一実施形態＞
（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である。図２（ａ）は図１のＡ矢視図であり、図２（ｂ）は図１のＢ−Ｂ断面図であり、図２（ｃ）は図１のＣ−Ｃ断面図であり、図２（ｄ）は図１のＤ矢視図であり、図２（ｅ）は図１のＥ−Ｅ断面図であり、図２（ｆ）は図１のＦ−Ｆ断面図である。図３（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Ｂ−Ｂ断面図である。図３（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Ｂ−Ｂ断面図である。図３（ｃ）は、比較例として、貫通孔１２３が形成されていない変形センサが押圧外力Ｆを受けた状態における、図１のＢ−Ｂ断面図に対応する図である。
【００３３】
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。センサ構造体１０は、基台１１と、変形センサ１２と、２４個の電極１３Ａ〜１３Ｘと、コネクタ１４と、配線（図示せず）とから構成される。
【００３４】
基台１１は、図１、図２（ａ）〜図２（ｆ）、および図３（ａ）（ｂ）に示すように、正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、基台１１は、その上面（図１の紙面手前面）を押圧された場合に、押圧部位が凹状に変形する。この基台１１は、例えば、平面の基盤上に配置される。
【００３５】
変形センサ１２は、本実施形態においては、抵抗増加型センサを用いている。具体的には、変形センサ１２は、圧縮変形および引張変形を含む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率が増加するゴム弾性材からなる。変形センサ１２のゴム弾性材の材料については、後述する「（２）変形センサ１２の材料説明」の項目において詳細に説明する。
【００３６】
ここでは、変形センサ１２の形状について説明する。変形センサ１２の外形は、正方形の平板状に形成されており、基台１１の上面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１の紙面奥側（図３（ｂ）の下方）への押圧外力Ｆを受け得る受圧面１２１をなす。さらに、変形センサ１２には、受圧面１２１から受圧面１２１の裏面１２２に向かう方向に貫通する、複数（本実施形態においては４９個）の正方形の貫通孔１２３が形成されている。これらの貫通孔１２３は、図１の左右方向に７列、図１の上下方向に７列となるように、碁盤目状に配列されている。つまり、変形センサ１２は、格子状に形成されている。さらに、格子状に形成されている変形センサ１２の幅が同一となるように、貫通孔１２３が形成されている。
【００３７】
さらに、変形センサ１２の受圧面１２１および裏面１２２は、何れも、凹凸状に形成されている。受圧面１２１の凸部１２１ａは、小さな円柱状をなしており、格子状の交差点のうち図１の上下方向および左右方向において１つ飛びの位置に形成されている。受圧面１２１の凸部１２１ａは、図１において、実線の丸印で示す部分である。また、裏面１２２の凸部１２２ａは、受圧面１２１の凸部１２１ａとほぼ同様の形状の、小さな円柱状をなしている。この裏面１２２の凸部１２２ａは、格子状の交差点のうち図１の上下方向および左右方向において１つ飛びの位置に形成されている。裏面１２２の凸部１２２ａは、図１において破線の丸印で示す部分である。この裏面１２２の凸部１２２ａは、変形センサ１２の受圧面１２１に外力を受けていない状態において、基台１１の上面に当接するように配置されている。また、裏面１２２の凹部１２２ｂは、変形センサ１２の受圧面１２１に外力を受けていない状態において、基台１１の上面に当接しないように配置されている。つまり、裏面１２２の凹部１２２ｂと基台１１の上面との間には、隙間が形成されている。
【００３８】
さらに、受圧面１２１の凸部１２１ａと裏面１２２の凸部１２２ａは、図１の平面状の座標において、相互に異なる位置に形成されている（図１、図２（ｂ）（ｅ）、図３（ａ）（ｂ）参照）。つまり、受圧面１２１においては、裏面の凸部１２２ａに対応する位置に凹部１２１ｂが形成されている。また、裏面１２２においては、受圧面１２１の凸部１２１ａに対応する位置に凹部１２２ｂが形成されている。
【００３９】
そして、変形センサ１２の受圧面１２１がその法線方向の押圧外力Ｆを受けた場合には、図３（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３（ｂ）の下側に向かって湾曲するように曲げ弾性変形する。具体的には、図３（ｂ）に示すように、受圧面１２１のうち裏面１２２の凹部１２２ｂに対応する位置に押圧外力Ｆを受けた場合、裏面１２２の凹部１２２ｂの部位が基台１１との隙間に入り込むように、変形センサ１２が曲げ変形する。つまり、裏面１２２の凸部１２２ａ付近を支持する両持ち梁のような状態となる。ここで、比較のため、図３（ｃ）に示すような、裏面１２２を凹凸状に形成していない変形センサ１２の場合には、曲げ変形するものの、その変形量は、遥かに小さい。このように、裏面１２２を凹凸状に形成することで、変形センサ１２の曲げ変形量（たわみ量）を大きくすることができる。特に、本実施形態における変形センサ１２は、曲げ剛性が高いため、比較的変形しにくい材料からなることからも、より効果的である。そして、変形センサ１２の変形量を大きくすることは、当該部位の電気抵抗率の変化量を大きくすることになるため、変形センサ１２の変形した位置、すなわち押圧外力Ｆを受けた位置を高精度に検出できる。
【００４０】
さらに、図３（ｂ）に示すように、押圧外力Ｆの範囲をＦ１とした場合に、裏面１２２を凹凸状に形成した場合における変形センサ１２の変形範囲Ｆ２は、Ｆ１より僅かに大きな範囲となる。具体的には、変形範囲Ｆ２は、押圧外力Ｆの範囲Ｆ１の外側に位置する裏面１２２の凸部１２２ａよりも狭い範囲となる。一方、図３（ｃ）に示すように、裏面１２２を凹凸状に形成していない場合における変形センサ１２の変形範囲Ｆ３は、押圧外力Ｆの範囲Ｆ１を中心として広い範囲となっている。そして、図３（ｂ）の変形範囲Ｆ２よりも、図３（ｃ）の変形範囲Ｆ３の方が広い範囲となる。つまり、変形センサ１２のうち押圧外力Ｆを実際に受けた範囲の周囲部分の変形を抑制することができる。換言すると、変形センサ１２のうち押圧外力Ｆにより変形した範囲が、受圧面１２１のうち押圧外力Ｆを実際に受けた範囲と等しい状態に近づけることができる。
【００４１】
また、変形センサ１２は貫通孔１２３が形成されている。仮に、貫通孔１２３に押圧外力Ｆを受けたとすると、その押圧外力Ｆにより変形センサ１２が変形しない状態となるおそれがある。しかし、本実施形態の変形センサ１２の受圧面１２１が凹凸状に形成されていることにより、受圧面１２１の凸部１２１ａに押圧外力Ｆを受ける状態とすることができる。そして、受圧面１２１の凸部１２１ａが押圧外力Ｆを受けることで、確実に変形センサ１２は変形する。
【００４２】
さらに、受圧面１２１の凸部１２１ａは、裏面１２２の凹部１２２ｂに対応する位置にある。そして、上記のように、受圧面１２１の凸部１２１ａが押圧外力Ｆを受けることができるので、その押圧外力Ｆは、裏面１２２の凹部１２２ｂの部位を曲げ変形させるように作用する。従って、裏面１２２の凹部１２２ｂに対応する部位に押圧外力Ｆを受けるようにできるため、確実に、変形センサ１２を曲げ変形させることができる。
【００４３】
このように形成される変形センサ１２の周縁部には、２４個の電極１３Ａ〜１３Ｘが取り付けられている。具体的には、変形センサ１２の受圧面１２１の周縁部に、加硫接着により接着されている。そして、これらの電極１３Ａ〜１３Ｘは、この受圧面１２１の周縁部への接続点（接着点）から外側に延びるように（飛び出すように）配置されている。さらに、これら２４個の電極１３Ａ〜１３Ｘは、受圧面１２１の周縁部の各辺において隣り合う電極間距離が等しくなるように、それぞれ離隔して配置されている。
コネクタ１４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１４は、基台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１４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。そして、このコネクタ１４は、それぞれの電極１３Ａ〜１３Ｘと配線（図示せず）により電気的に接続されている。
【００４４】
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１４を介して電極１３Ａ〜１３Ｘの中から選択された２個の電極（以下「電極対」という）、並びに、後述する検出部２２の電気抵抗変化量測定部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。
検出部２２は、各電極１３Ａ〜１３Ｘの中から選択された電極対の間に直流電圧Ｖｉｎを印加した場合に、当該電極対の間における変形センサ１２の電気抵抗の変化量を測定すると共に、測定した電気抵抗の変化量に基づいて変形センサ１２の受圧面１２１のうち押圧外力Ｆを受けた位置を算出する。出力部２３は、検出部２２にて算出された受圧面１２１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の受圧面１２１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「（３）制御部２０の詳細説明」の項目において説明する。
【００４５】
（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、圧縮変形および引張変形を含む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率が増加する性質を有するゴム弾性材について、図４を参照して詳細に説明する。図４（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４（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４（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。
【００４６】
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１２４と、エラストマー１２４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１２５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１２４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。
【００４７】
そして、無負荷状態では、図４（ａ）に示すように、導電性フィラー１２５の多くは、エラストマー１２４中に一次粒子状態で存在している。また、導電性フィラー１２５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１２５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の電気抵抗率が小さくなる。
【００４８】
一方、図４（ｂ）に示すように、変形センサ１２の受圧面１２１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１２５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１２５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１２５同士が反発し合い、導電性フィラー１２５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の電気抵抗率が増加する。
【００４９】
ここで、変形センサ１２において、エラストマー１２４に対して導電性フィラー１２５の配合量を増加させるにつれて、変形センサ１２の電気抵抗率は低下する。具体的には、所定量のエラストマー１２４に導電性フィラー１２５を配合していく場合を考えると、導電性フィラー１２５の配合量が少ない状態では、変形センサ１２の電気抵抗率は大きな値を示す。すなわち、この場合の変形センサ１２の電気抵抗率は、導電性フィラー１２５を配合していない状態におけるエラストマー１２４自体の電気抵抗率にほとんど等しい。
【００５０】
そして、導電性フィラー１２５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の電気抵抗率が急激に低下して、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１２５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１２５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の電気抵抗率の変化量が小さくなり、電気抵抗率の変化が飽和する（第二変極点）。この第二変極点における導電性フィラー１２５の配合量（体積％）を、飽和体積分率という。
【００５１】
このような変形センサ１２の電気抵抗率の変化は、パーコレーションカーブと呼ばれ、エラストマー１２４中に導電性フィラー１２５による導電パスＰｓ（図４（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１２５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１２４中における導電性フィラー１２５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１２５は、エラストマー１２４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。
【００５２】
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１２５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に対する電気抵抗率の増加挙動を誘起することが可能である。
【００５３】
一方、導電性フィラー１２５の粒子径が小さい、導電性フィラー１２５とエラストマー１２４との相溶性が悪い等の理由により、導電性フィラー１２５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１２５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１２５をエラストマー１２４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１２５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１２５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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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（本実施形態では円形状）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。
【００５７】
なお、上記においては、変形センサ１２が押圧外力Ｆを受けて圧縮変形した場合を例に挙げて説明したが、その他、引張変形、曲げ変形、ねじり変形の場合にも、変形センサ１２のうち変形した部位の電気抵抗率は増加する性質を有することが分かっている。
【００５８】
（３）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５を参照して説明する。図５は、制御部２０の検出部２２を構成する電気抵抗変化量測定部２２ａを説明する図である。
【００５９】
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１４および配線（図示せず）を介してそれぞれの電極対（電極１３Ａ〜１３Ｘの中から選択された２個の電極）、並びに、後述する検出部２２の電気抵抗変化量測定部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。
【００６０】
検出部２２は、電気抵抗変化量測定部２２ａと、係数記憶部２２ｂと、外力算出部２２ｃとから構成される。電気抵抗変化量測定部２２ａは、電源回路２１および電極対に電気的接続されている。ここで、本実施形態における電極対とは、電極１３Ａ〜１３Ｘのうち、図１の上下方向または左右方向に対向して位置する２個の電極としている。例えば、電極１３Ａと電極１３Ｒの対、電極Ｓと電極Ｌの対などである。そして、本実施形態においては、１２の電極対が存在する。
【００６１】
電気抵抗変化量測定部２２ａは、図５に示すように、それぞれの電極対の間におけるセンサ本体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。ただし、この第１抵抗Ｒ１の両端電極は、第１の電極対から第１２の電極対まで、順次切り替えられている。つまり、ここでいう第１抵抗Ｒ１は、第１の電極対（１３Ａと１３Ｒ）の間におけるセンサ本体１２の電気抵抗、第２電極対（１３Ｂと１３Ｐ）の間におけるセンサ本体１２の電気抵抗、・・・、第１１電極対（１３Ｋと１３Ｔ）の間におけるセンサ本体１２の電気抵抗、第１２電極対（１３Ｌと１３Ｓ）の間におけるセンサ本体１２の電気抵抗が、順次切り替えられている。
【００６２】
ここで、センサ本体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率が増加するゴム弾性材からなる。従って、第１〜第１２の電極対の間のそれぞれのセンサ本体１２の電気抵抗は、押圧外力Ｆにより生じた弾性変形量（主に曲げ弾性変形量）に応じて変化する。また、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、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設定する。
【００６３】
そして、図５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、電気抵抗変化量測定部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、それぞれの電極対の間におけるセンサ本体１２の電気抵抗の変化に伴って変化する。すなわち、電気抵抗変化量測定部２２ａは、それぞれの電極対の間に電圧を印加した場合に、それぞれの電極対の間におけるセンサ本体１２の電気抵抗の変化量を検出できる。
【００６４】
係数記憶部２２ｂは、センサ本体１２の受圧面１２１のそれぞれの位置、および、それぞれの電極対に応じて、押圧外力Ｆと当該電極対の間における電気抵抗Ｒ１の変化量との関係に対応した係数を記憶している。
【００６５】
この係数について以下に説明する。例えば、第２の電極対（１３Ｂと１３Ｑ）の間におけるセンサ本体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。例えば、第２の電極対（１３Ｂと１３Ｑ）を結ぶ線上に押圧外力Ｆを受けた場合における第２の電極対（１３Ｂと１３Ｑ）の間の電気抵抗Ｒ１の変化量と、受圧面１２１の図１の右端部分に押圧外力Ｆを受けた場合における第２の電極対（１３Ｂと１３Ｑ）との間の電気抵抗Ｒ１の変化量とは異なる。前者の電気抵抗Ｒ１の変化量が、後者の電気抵抗Ｒ１の変化量より大きくなる。つまり、押圧外力Ｆの位置が、電極対を構成する電極から遠いほど、当該電極対の間の電気抵抗の変化量として表れる影響度が小さいためである。
【００６６】
このように、センサ本体１２の受圧面１２１に同一の押圧外力Ｆを受けたとしても、その位置によって、それぞれの電極対の間の電気抵抗Ｒ１の変化量が異なる。そこで、この関係を係数化して、検出された電極対の間の電気抵抗Ｒ１の変化量に当該係数を掛け合わせることで、算出された値が、受圧面１２１のうちどの位置に押圧外力Ｆを受けた場合であっても、同一の押圧外力Ｆを受けたのであれば、同一の値とするように補間している。そして、当該係数が係数記憶部２２ｂに記憶されている。
【００６７】
外力算出部２２ｃは、電源回路２１により電圧Ｖｉｎを印加した場合に、電気抵抗変化量測定部２２ａにより測定されたそれぞれの電気抵抗Ｒ１の変化量と、係数記憶部２２ｂに記憶されているそれぞれの係数とに基づいて、センサ本体１２の受圧面１２１のそれぞれの位置における押圧外力Ｆの大きさを算出する。
【００６８】
ここで、本実施形態における変形センサ１２は、貫通孔１２３が形成された格子状からなるため、変形センサ１２のうち実際に変形した箇所は、変形センサ１２が存在する部位のみとなる。そこで、外力算出部２２ｃは、算出された各位置の押圧外力Ｆに基づいて、変形センサ１２に貫通孔１２３が形成されていない面状からなると仮定した場合の押圧外力Ｆの分布を算出する。
【００６９】
そして、出力部２３が、外力算出部２２ｃにより算出された受圧面１２１のそれぞれの位置における押圧外力Ｆの大きさをモニタ３０へ出力する。このとき、図１に示すように、モニタ３０には、押圧外力Ｆが大きな位置ほど、例えば、明るい色となるように表示されている。つまり、モニタ３０において明るく表示された位置が、受圧面１２１において押圧外力Ｆを受けた位置であると把握することができる。また、受圧面１２１がどの程度の大きさの押圧外力を受けたかを把握することもできる。
【００７０】
（４）貫通孔１２３を形成することによる効果説明
ここで、本実施形態の変形センサ１２は、貫通孔１２３を形成している。これにより、貫通孔１２３が形成されていない場合に比べて、電極対の間の電気抵抗Ｒ１の変化量が大きくなる。つまり、検出感度が向上する。このことについて、図６〜図８を参照して説明する。
【００７１】
まず、貫通孔１２３を形成することによる上記効果について、分かりやすく説明するために、本発明の変形センサ１２として図６（ａ）に示すように貫通孔１２３の数を４個にしたものを例に挙げ、比較例として図６（ｂ）に示す貫通孔１２３を形成していない変形センサ１２を例に挙げる。
【００７２】
図６（ａ）（ｂ）のＡ−Ｂ間の電気抵抗を測定する場合を考える。本発明の図６（ａ）の場合には、Ａ−Ｂ間を流れる電流の経路としては、貫通孔１２３以外の部分となる。つまり、貫通孔１２３の存在により、Ａ−Ｂ間を流れる電流の経路が制限されている。一方、比較例である図６（ｂ）の場合には、Ａ−Ｂ間を流れる電流の経路は、その面内であれば、あらゆる位置で、あらゆる方向に形成される。つまり、図６（ａ）と図６（ｂ）の変形センサ１２を比べると、図６（ａ）の変形センサ１２の方が、Ａ−Ｂ間を流れる電流の経路が少なくなる。
【００７３】
このことを模式的な回路図で表したものが図７（ａ）（ｂ）である。図７（ａ）の回路図が、図６（ａ）に対応し、図７（ｂ）の回路図が、図６（ｂ）に対応する。図７（ａ）（ｂ）は、押圧外力Ｆを受けていない状態、すなわち初期状態において、それぞれの抵抗値が同一として示している。
【００７４】
そして、図７（ａ）（ｂ）に示すように、何れの場合も、Ａ点またはＢ点に近い位置では並列抵抗の数が少なく、Ａ点およびＢ点から遠ざかるほど並列抵抗の数が多くなる関係になる。さらに、図７（ａ）は、図７（ｂ）に対して、Ａ−Ｂ間において、並列抵抗の数が少なくなっている。
【００７５】
ここで、変形センサ１２の受圧面１２１の所定位置に押圧外力Ｆを受けて、当該所定部位の電気抵抗率が大きくなった場合に、図７（ａ）（ｂ）の回路がどのように変化するかについて説明する。この場合、図７（ａ）（ｂ）で示す所定の一つ抵抗の抵抗値が増大する。図７（ａ）の回路では、抵抗の数が少ないため、一つの抵抗の抵抗値が増大した場合、Ａ−Ｂ間の電気抵抗へ大きな影響を及ぼす。一方、図７（ｂ）では、抵抗の数が多いため、一つの抵抗の抵抗値が増大したとしても、Ａ−Ｂ間の電気抵抗への影響は小さい。特に、Ａ点およびＢ点から遠い位置ほど、図７（ａ）と図７（ｂ）とで、Ａ−Ｂ間の電気抵抗への影響度の差が大きくなる。換言すると、貫通孔１２３が形成されている本実施形態の変形センサ１２は、貫通孔１２３が形成されていない変形センサに比べて、受圧面１２１全体において感度が高くなる。特に、受圧面１２１の中央付近ほど、本実施形態の変形センサ１２の方が、感度の差が大きくなる。
【００７６】
上述した貫通孔１２３が形成された変形センサ１２と、貫通孔１２３が形成されていない変形センサとについて、模式的回路により解析を行った。この解析に用いた回路図を図８（ａ）（ｂ）に示す。図８（ａ）の回路が、図６（ａ）、図７（ａ）に対応し、図８（ｂ）の回路が、図６（ｂ）、図７（ｂ）に対応する。
【００７７】
ここで、図８（ａ）（ｂ）において、初期状態（無負荷状態）として、各抵抗ｒ１〜ｒ２０は１ｋΩとした。そして、第一の解析として、抵抗ｒ７のみを１０ｋΩに変えた場合、第二の解析として、抵抗ｒ６のみを１０ｋΩに変えた場合、第三の解析として、抵抗ｒ１０のみを１０ｋΩに変えた。そして、Ｈ点を接地した場合に、Ａ点に所定の電流を供給した場合におけるＡ点〜Ｉ点の電圧を求めた。
【００７８】
初期状態におけるＡ点〜Ｉ点の電圧を表１に示し、第一の解析におけるＡ点〜Ｉ点の電圧を表２に示し、第二の解析におけるＡ点〜Ｉ点の電圧を表３に示し、第三の解析におけるＡ点〜Ｉ点の電圧を表４に示す。
【００７９】
【表１】
2009145119.tif 000003
【００８０】
【表２】
2009145119.tif 000004
【００８１】
【表３】
2009145119.tif 000005
【００８２】
【表４】
2009145119.tif 000006
【００８３】
第一〜第三の解析結果によれば、接地されたＨ点を除く全ての測定点において、初期値との電圧差が、図８（ａ）の回路の方が、図８（ｂ）の回路より、大きくなっていることが分かる。つまり、検出感度が向上したということが言える。
【００８４】
＜第二実施形態＞
次に、第二実施形態の変形センサ１１２について図９を参照して説明する。図９は、図１のＢ−Ｂ断面図に相当する図である。第一実施形態の変形センサ１２の貫通孔１２３は空間そのものであったが、第二実施形態の変形センサ１１２の貫通孔１２３は空間ではなく、貫通孔１２３に絶縁性弾性体１２６が充填されている。その他の構成は、第一実施形態と同様であるため、図面において同一符号を付して説明を省略する。
【００８５】
これにより、変形センサ１１２と絶縁性弾性体１２６との全体として見ると、貫通孔１２３が形成されていない形状となる。ここで、貫通孔１２３の影響により、受圧面１２１に押圧外力Ｆを受けた場合に、変形センサ１１２の変形態様にばらつきを生じるおそれがある。そこで、貫通孔１２３に絶縁性弾性体１２６を充填することで、変形センサ１１２の変形態様のばらつきを抑制でき、押圧外力Ｆの位置を高精度に検出可能となる。なお、絶縁性弾性体１２６には電流が流れないため、絶縁性弾性体１２６は、受圧面１２１に受けた外力位置の検出感度へ影響を及ぼすことはない。
【００８６】
また、変形センサ１１２の貫通孔１２３が空間である場合には、当該貫通孔１２３の空間に外力付与部材が位置するときに、変形センサ１１２が変形しないことにより外力位置を検出できないおそれがある。これに対して、変形センサ１１２の貫通孔１２３に絶縁性弾性体１２６を充填することで、外力付与部材が変形センサ１１２の貫通孔１２３の部位のみに位置する場合には、絶縁性弾性体１２６が押圧外力Ｆを受けることになる。そして、押圧外力Ｆにより絶縁性弾性体１２６が変形することに伴って、その周囲にある変形センサ１１２自身が変形するようにした場合には、この変形センサ１１２の変形に基づいて外力位置を算出することができる。
【００８７】
＜第三実施形態＞
次に、第三実施形態の変形センサ２１２について図１０を参照して説明する。図１０（ａ）は、変形センサ２１２の平面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＧ−Ｇ断面図である。第一実施形態の変形センサ１２は、受圧面１２１および裏面１２２を凹凸状に形成したが、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、第三実施形態の変形センサ２１２は、受圧面１２１および裏面１２２共に、平面状に形成した態様である。さらに、変形センサ２１２の貫通孔１２３には、絶縁性弾性体１２６が充填されている。
【００８８】
この変形センサ２１２によれば、貫通孔１２３を形成することによる効果と、絶縁性弾性体１２６を備えることによる効果を奏する。ただし、受圧面１２１の凹凸状および裏面１２２の凹凸状による効果を奏しない。
【００８９】
＜第四実施形態＞
第四実施形態の変形センサ３１２について図１１を参照して説明する。図１１（ａ）は、第四実施形態の変形センサ３１２の平面図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＨ−Ｈ断面図であり、図１１（ｃ）は、図１１（ａ）のＩ−Ｉ断面図である。
【００９０】
図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように、第四実施形態の変形センサ３１２は、第一実施形態の変形センサ１２に対して、受圧面１２１を平面状に形成したこと、および、貫通孔１２３に絶縁性弾性体１２６を充填したことが相違する。
【００９１】
この場合には、貫通孔１２３を形成することによる効果と、絶縁性弾性体１２６を備えることによる効果と、裏面１２２を凹凸状にすることによる効果を奏する。ただし、受圧面１２１を凹凸状にすることによる効果は奏しない。
【００９２】
＜第五実施形態＞
第五実施形態の変形センサシステムについて図１２を参照して説明する。図１２は、図１のＢ−Ｂ断面図に相当する図である。第一実施形態と同一構成については同一符号を付して説明を省略する。第五実施形態の変形センサシステムは、第一実施形態の変形センサシステムに対して、さらに、被覆シート１５を備えることが相違する。その他は同一構成からなる。
【００９３】
被覆シート１５は、変形センサ１２の外形と同形状の正方形からなり、変形センサ１２の厚みよりも薄肉に形成され、絶縁材により形成されている。この被覆シート１５は、受圧面１２１全面、および、貫通孔１２３のうち受圧面１２１側の開口を被覆している。つまり、被覆シート１５の裏面側は、受圧面１２１の凸部１２１ａに当接しており、受圧面１２１の凹部１２１ｂに当接していない状態となる。
【００９４】
これにより、貫通孔１２３が空間の場合に、貫通孔１２３のみに外力付与部材が位置することを抑制できる。従って、外力位置を確実に検出できる。さらに、受圧面１２１を凹凸状に形成する場合に、被覆シート１５で被覆することで、外力付与部材が確実に受圧面１２１の凸部１２１ａに外力を付与する状態にできる。これにより、受圧面１２１を凹凸状に形成することによる効果を、確実に奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】変形センサシステムの全体構成図である。
【図２】図１のＡ〜Ｆの矢視図または断面図である。
【図３】変形センサ１２の変形態様を示す図である。
【図４】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５】電気抵抗変化量測定部２２ａを説明する図である。
【図６】貫通孔１２３の有無の変形センサにおいて電流経路を示す図である。
【図７】図６（ａ）（ｂ）の模式的な回路図である。
【図８】解析に用いた回路図である。
【図９】第二実施形態の変形センサ１１２を示す図である。
【図１０】第三実施形態の変形センサ２１２を示す図である。
【図１１】第四実施形態の変形センサ３１２を示す図である。
【図１２】第五実施形態の変形センサシステムのうちセンサ構造体１０を示す図である。
【符号の説明】
【００９６】
１０：センサ構造体、  ２０：制御部、  ３０：モニタ
１１：基台
１２、１１２、２１２、３１２：変形センサ
１２１：受圧面、  １２１ａ：受圧面の凸部、  １２１ｂ：受圧面の凹部
１２２：裏面、  １２２ａ：裏面の凸部、  １２２ｂ：裏面の凹部
１２３：貫通孔
１２４：エラストマー、  １２５：導電性フィラー、  １２６：絶縁性弾性体
１３Ａ〜１３Ｘ：電極、  １４：コネクタ、  １５：被覆シート
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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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