JP2009145119A - Deformation sensor system - Google Patents

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Hiroshi Kanazawa
浩 金澤
Shiketsu Kaku
士傑 郭
Tomonori Hayakawa
知範 早川
Tetsuyoshi Shibata
哲好 柴田
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Sumitomo Riko Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-precision deformation sensor system which can detect a position at which an external force is received, while reducing the number of electrodes. <P>SOLUTION: The deformation sensor having a pressure-receiving surface 121 for receiving external force is formed with one or more through-holes 123 which pass through in the direction from the pressure-receiving surface 121 to its rear surface 122. The pressure-receiving surface 121 is made of an elastic material which elastically deforms by receiving an external force F and increases its electrical resistivity, in accordance with the increase in the amount of elastic deformation, when elastic deformation of all types including compressive deformation and tensile deformation occurs. A plurality of electrodes 13A to 13X are arranged at the perimeter of the pressure receiving surface 121 of the deformation sensor 12, spaced apart from one another. The amount of change in qn electrical resistance R1 between a pair of electrodes selected from among the electrodes 13A to 13X is measured, and on the basis of the measured amount of change in the electrical resistance R1, the position at which the external force F is received on the pressure-receiving surface 121 is calculated. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

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。   The present invention relates to a deformation sensor system that can be used in, for example, a pressure distribution sensor.

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。   Conventional pressure distribution sensors are described in, for example, JP-A-6-281516 (Patent Document 1), JP-A-2006-284404 (Patent Document 2) and JP-A-2003-98022 (Patent Document 3). There is something that was done.

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。   In the pressure distribution sensor described in Patent Literature 1, electrodes on which a large number of detection points are formed in a matrix are arranged on both sides or one side of a pressure-sensitive conductive elastomer sheet. And the position of the pressure received by the pressure-sensitive conductive elastomer sheet by the electrode near the deformation site by utilizing the change in the electrical resistivity of the deformation site of the pressure-sensitive conductive elastomer sheet by receiving the pressure. Is detected.

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。   Moreover, the pressure distribution sensor described in Patent Document 2 has electrodes formed on each of the first sensor sheet and the second sensor sheet to be stacked. And the position of a pressure is detected by the electrical resistance between the electrodes of each sensor sheet using the fact that the electrical resistivity is lowered by receiving pressure on the sensor sheet. In addition, in the pressure distribution sensor described in Patent Document 3, an electrode is disposed on the back surface side of the pressure receiving surface in substantially the same manner as in Patent Documents 1 and 2.

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。   That is, in each of the pressure distribution sensors described in Patent Documents 1 to 3, electrodes for detection are arranged on the entire pressure receiving surface. Thus, since the detection location by an electrode is arrange | positioned in the whole pressure receiving surface, if a pressure receiving surface is expanded, the detection location where an electrode will be arrange | positioned will become very huge. As a result, the wiring connected to the electrodes becomes enormous, the mountability is poor, and the stretchability of the sensor itself is impaired.

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。
特開平6−281516号公報 特開2006−284404号公報 特開2003−98022号公報 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)
Therefore, research for solving this problem has been conducted, and the research results have been published in the paper of Non-Patent Document 1. In the pressure distribution sensor described in Non-Patent Document 1, a plurality of electrodes are installed on the outer periphery of the pressure-sensitive rubber sheet, and a technique based on an inverse problem analysis called EIT (Electrical Impedance Tomography) is used. This is to estimate the resistance distribution in the inner region. Here, as the pressure-sensitive rubber sheet, a material whose electrical resistivity decreases in accordance with compression deformation is used.
JP-A-6-281516 JP 2006-284404 A JP 2003-98022 A Akihiko Nagakubo, Yasuo Kuniyoshi, “Tactile sensor based on inverse problem analysis: Principle”, The 24th Annual Conference of the Robotics Society of Japan (September 14-16, 2006)

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。   Here, in the sensor described in Non-Patent Document 1, when an external force is applied to the pressure receiving surface, the electrical resistivity of the portion receiving the external force is reduced. Therefore, when an external force is applied to the pressure receiving surface, the electrical resistance between the predetermined electrode pair theoretically decreases according to the position and magnitude of the external force. For example, when the entire pressure receiving surface is compressed and deformed, the electrical resistivity is sufficiently low over the entire pressure receiving surface. Therefore, the absolute value of the amount of decrease in electrical resistance between the predetermined electrode pair is sufficiently larger than that in the no-load state. In the no-load state, almost no current flows between the electrode pairs, whereas a current flows between the electrode pairs when the entire pressure receiving surface is compressed and deformed. Therefore, in this case, it is possible to detect that an external force has been received even when a deformation sensor whose electric resistivity decreases when an external force is applied is used.

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。   On the other hand, when an external force is applied to a part of the pressure receiving surface, the electrical resistivity of only that part becomes low. Also in this case, theoretically, the electrical resistance between the predetermined electrode pair is lower than that in the no-load state. However, since the portion not receiving external force has high electrical resistivity, the amount of decrease in electrical resistance between the predetermined electrode pair is only slight. When there is a portion with high electrical resistivity at any part between the electrode pairs, it becomes difficult for current to flow between the electrode pairs. That is, when an external force is applied to a part of the pressure receiving surface, the voltage between the predetermined electrode pair is almost in a state of almost zero as in the no-load state. As described above, when a current is supplied to the sensor, the detection voltage between the predetermined electrode pair hardly changes, so that it is difficult to detect the position and size of the external force.

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。   In particular, the amount of change in the electrical resistance between the electrode pair decreases as the position where the external force is applied is further away from the outer peripheral electrode, that is, near the center of the pressure receiving surface. That is, the sensitivity is lower as the position where the external force is received is closer to the center of the pressure receiving surface. This is because there are many portions with high electrical resistivity (portions where current does not easily flow) between the predetermined electrode pairs. Thus, when the position for receiving the external force is only near the center of the pressure receiving surface, the above-described phenomenon becomes significant. In other words, the closer the position to which the external force is received is near the center of the pressure receiving surface, the more difficult it is to detect that the external force has been received.

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。   This invention is made | formed in view of such a situation, and it aims at providing the deformation | transformation sensor system which can detect the position which received the highly accurate external force, reducing the number of electrodes.

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。
The deformation sensor system of the present invention comprises:
It has a pressure-receiving surface that can receive an external force, and has one or more through-holes penetrating in a direction from the pressure-receiving surface toward the back surface thereof, elastically deforming by receiving the external force on the pressure-receiving surface, and compressive deformation and tension A deformation sensor made of an elastic material whose electrical resistivity increases as the amount of elastic deformation in each elastic deformation increases when all types of elastic deformation including deformation are generated;
A plurality of electrodes spaced apart from each other at the peripheral edge of the pressure receiving surface;
An electrical resistance change amount measuring unit that measures the amount of change in electrical resistance between the electrode pair selected from the electrodes;
An external force position calculation unit that calculates a position received by the external force on the pressure-receiving surface based on the change amount of the electrical resistance measured by the electrical resistance change amount measurement unit;
It is characterized by providing.

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。   According to the deformation sensor system of the present invention, the electrode is disposed on the peripheral edge of the pressure receiving surface. That is, the number of electrodes can be reduced as compared with the case where the electrodes are arranged on the entire pressure receiving surface as in the pressure distribution sensors described in Patent Documents 1 to 3. In particular, the larger the pressure receiving surface, the more remarkable the effect.

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。   Here, when the deformation sensor constituting the deformation sensor system of the present invention causes all types of elastic deformation including compression deformation and tensile deformation, the electrical resistivity increases as the amount of elastic deformation in each elastic deformation increases. Will increase. “All kinds of elastic deformation” means not only compression deformation and tensile deformation, but also bending deformation, shear deformation and torsion deformation. That is, no matter how elastically the deformation sensor is deformed, the electrical resistivity of the deformation sensor always increases. Specifically, when the deformation sensor is subjected to tensile deformation, compression deformation, bending deformation, shear deformation, etc. The electrical resistivity of the sensor increases. In addition, when tensile deformation and compression deformation occur simultaneously in the deformation sensor, the electric resistance of the deformation sensor is due to both the effect of the increase in electrical resistivity due to the tensile deformation and the effect due to the increase in electrical resistivity due to the compression deformation. To increase. Note that an increase in the electrical resistivity of the deformation sensor means that the impedance of the deformation sensor increases when viewed as alternating current.

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。   And in the deformation | transformation sensor system of this invention, when the external force is received in the pressure receiving surface, the position which the external force receives in a pressure receiving surface can be detected with high precision. The reason will be described below. As described above, the deformation sensor according to the present invention is made of an elastic material whose electrical resistivity increases as the amount of elastic deformation increases.

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。   That is, this elastic material has the smallest electrical resistance between the electrode pair in a state where the pressure receiving surface of the deformation sensor is not subjected to an external force (hereinafter referred to as “no load state”), and the external force is applied to the pressure receiving surface of the deformation sensor. The electrical resistance between the electrode pair in the received state (hereinafter referred to as “load state”) increases. Therefore, the no-load state is a state in which current flows most easily between the electrode pairs, and the load state changes to a state in which current does not easily flow between the electrode pairs. That is, even when the external force received by the pressure receiving surface is very small, a change that makes it difficult for current to flow between the electrode pairs can be reliably detected.

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。   For example, when an external force is applied over the entire pressure receiving surface of the deformation sensor of the present invention, the electrical resistivity increases over the entire pressure receiving surface. In this case, the current flowing between the electrode pair in the no-load state changes to a state in which it hardly flows with the deformation of the deformation sensor. And the change of this electric current can be grasped | ascertained easily. Therefore, when an external force is applied over the entire pressure receiving surface, this can be reliably detected. However, when an external force is applied over the entire pressure-receiving surface, it can be sufficiently detected even in the case of a conventional deformation sensor having a reduced electrical resistivity.

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。   On the other hand, when an external force is applied to a part of the pressure receiving surface of the deformation sensor of the present invention, the electrical resistivity of only that part increases, and the electrical resistivity of the other part remains low. In this case, the current flowing between the electrode pair in the no-load state changes to a state in which it hardly flows with the deformation of the deformation sensor. For example, even if the electrical resistivity increases until the part that has received an external force is in an insulating state, there is a plurality of paths between the electrode pairs, so there is always a current between the electrode pairs. It will be in a flowing state. And even if the position where the external force is received is a position far from the electrodes, a current always flows between the electrode pairs. In this way, even if the part receiving the external force is a part of the pressure receiving surface, particularly only at a position far from the electrodes, a current can flow between the electrode pairs. The detection voltage changes. Therefore, it is possible to reliably detect a change in electrical resistance between the electrode pair. That is, it is possible to detect the position and size of the external force.

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。   Furthermore, the deformation sensor of the present invention has one or more through holes penetrating in a direction from the pressure receiving surface toward the back surface. Here, in the case of a deformation sensor in which no through-hole is formed, the path of the current flowing between the electrode pairs is any path that freely connects the electrode pairs on all surfaces of the deformation sensor. On the other hand, in the case of the deformation sensor of the present invention in which the through hole is formed, the path is a path that freely connects between the electrode pair in the portion where the through hole is not formed. That is, the portion in which the through hole is formed does not serve as a path for current flowing between the electrode pair. Therefore, in the deformation sensor of the present invention, the path of the current flowing between the electrode pair is limited. That is, according to the present invention, the influence of the increase in the electrical resistivity of the portion of the pressure receiving surface that has received an external force is increased with respect to the increase in the electrical resistance between the electrode pairs. Then, regardless of the position where the external force is received on the pressure receiving surface, the amount of increase in electrical resistance is greater than when no through-hole is formed. An increase in the electrical resistance increases means that detection sensitivity is improved.

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。   Therefore, detection sensitivity can be increased by forming a through hole in the deformation sensor. In particular, the present invention can solve the problem that the detection sensitivity at a position far from the electrode on the pressure receiving surface is reduced by arranging the electrode at the peripheral edge of the pressure receiving surface. Furthermore, according to the present invention, even when the position receiving the external force is a position close to the electrode on the pressure receiving surface, for the reason described above, the detection is performed as compared with the case where a deformation sensor without a through hole is used. Increases sensitivity. As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a more accurate pressure distribution while reducing the number of electrodes.

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。   Further, in the deformation sensor system of the present invention, the back surface of the deformation sensor is formed in an uneven shape, and the deformation sensor system further has a convex portion on the back surface in a state where the external force is not applied to the pressure receiving surface. It is good to provide the base arrange | positioned at the said back surface side of the said deformation sensor so that it may contact | abut and may not contact | abut to the recessed part of the said back surface.

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。   Here, it is desirable that the thickness from the pressure receiving surface of the deformation sensor of the present invention to the back surface thereof is a thin sheet. In addition, since a conductor such as carbon is mixed, the deformation sensor is relatively hard. As a result, when a pressure external force is applied to the pressure receiving surface, the amount of compressive deformation in the direction from the pressure receiving surface toward the back surface is not so large due to the pressure external force.

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。   On the other hand, when the back surface of the deformation sensor is formed in an uneven shape as described above, a gap is formed between the recess on the back surface of the deformation sensor and the base. In this case, when a pressing external force is applied to the pressure receiving surface of the deformation sensor corresponding to the concave portion, the deformation sensor is easily bent due to the presence of a gap with the base. And even if it is a case where a deformation sensor carries out bending deformation, the electrical resistivity of the bending deformation part of a deformation sensor increases. That is, even when the external force is the same, the deformation amount of the deformation sensor can be increased by forming the back surface to be uneven. Therefore, the external force position can be detected with high accuracy.

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。   By the way, when the back surface is formed in a flat shape, when an external force is applied to the pressure receiving surface, the pressure receiving surface is deformed to a peripheral portion of the range where the external force is received. In the deformation sensor system of the present invention, the position of the pressure receiving surface that receives an external force is obtained by utilizing the fact that the electrical resistivity increases due to the deformation of the deformation sensor. However, when the deformed range of the deformation sensor is different from the range subjected to the external force, it is not easy to obtain the position of the pressure receiving surface that has received the external force with high accuracy. Here, when the back surface of the deformation sensor of the present invention is made uneven, since the convex portion on the back surface is in contact with the base, the convex portion on the back surface is less likely to deform than the concave portion on the back surface. By utilizing this, when an external force is applied to the pressure receiving surface, it is possible to suppress the deformation of the surrounding portion in the range where the external force is applied. That is, the deformed range of the deformation sensor can be brought close to a state where the deformed sensor receives the external force. Therefore, it is possible to detect the position receiving the external force with higher accuracy.

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。   In the deformation sensor system of the present invention, the pressure receiving surface of the deformation sensor may be formed in an uneven shape. The above describes making the back surface of the deformation sensor uneven. Here, the pressure-receiving surface of the deformation sensor, that is, the surface of the deformation sensor is made uneven. Here, the deformation sensor of the present invention forms a through hole. If the through hole is a space and an external force is applied only to the through hole, the deformation sensor is not deformed at all. Therefore, when the external force is received only by the through hole, it cannot be detected that the external force has been received. Therefore, by making the pressure receiving surface (surface) of the deformation sensor uneven, the external force applying member can easily come into contact with the convex portion of the pressure receiving surface. In other words, it is possible to avoid a state in which the external force applying member is located only in the through hole. That is, the position where the external force is received can be detected by deforming at least the convex portion of the pressure receiving surface by the external force.

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。   In the deformation sensor system of the present invention, the pressure receiving surface and the back surface of the deformation sensor are formed in an uneven shape, and the pressure receiving surface is formed with a recess at a position corresponding to the convex portion of the back surface, and the back surface Is formed with a concave portion at a position corresponding to the convex portion of the pressure receiving surface, and the deformation sensor system is further in contact with the convex portion of the back surface in a state where the external force is not applied to the pressure receiving surface, and It is good to provide the base arrange | positioned at the said back surface side of the said deformation sensor so that it may not contact | abut to the recessed part of the said back surface.

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。   By forming the back surface of the deformation sensor in a concavo-convex shape, the deformation amount of the deformation sensor can be increased as described above, and the deformed range of the deformation sensor is substantially equal to the range subjected to external force. be able to. Furthermore, by forming the pressure receiving surface of the deformation sensor in an uneven shape, it is possible to avoid the state where the external force applying member is located only in the through hole as described above. Furthermore, according to this invention, the convex part of a pressure receiving surface becomes a position corresponding to the concave part of a back surface. Thereby, when the convex part of a pressure receiving surface receives pressing external force, it will be in the state where the concave part of a back surface deform | transforms. Here, the concave portion on the back surface is a portion that is easily deformed as described above. On the other hand, the convex portion on the back surface is a portion that is difficult to deform. However, by making the pressure receiving surface uneven, the convex portion of the pressure receiving surface is in a state where it is susceptible to external force, so that the concave portion on the back surface is susceptible to external force. Therefore, the convex part of the pressure receiving surface is set at a position corresponding to the concave part on the back surface, so that the concave part on the back surface can easily receive external force. That is, the deformation amount of the deformation sensor can be increased, and as a result, the position where the external force is received can be detected with higher accuracy.

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。   Moreover, in the deformation sensor system of the present invention described above, the through-hole is composed of a plurality, and the deformation sensor is preferably formed in a lattice shape. Thereby, it becomes easy to calculate the position that the external force receives on the pressure receiving surface based on the change in the electric resistance of the deformation sensor between the electrode pair. That is, it is possible to reduce the arithmetic processing.

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。   The deformation sensor system of the present invention may further include an insulating elastic body filled in the through hole. That is, when viewed as a whole of the deformation sensor and the insulating elastic body, the shape is such that no through hole is formed. Here, when an external force is applied to the pressure receiving surface due to the influence of the through hole, there is a possibility that the deformation mode of the deformation sensor may vary. Therefore, by filling the through hole with an insulating elastic body, variations in deformation modes of the deformation sensor can be suppressed, and the external force position can be detected with high accuracy. Note that no current flows through the insulating elastic body. Therefore, the insulating elastic body does not affect the detection sensitivity of the external force position received on the pressure receiving surface.

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。   Here, when the through hole of the deformation sensor is a space, there is a problem that when the external force applying member is positioned in the space of the through hole, the position of the external force cannot be detected because the deformation sensor is not deformed. On the other hand, by filling the through hole of the deformation sensor with an insulating elastic body, the insulating elastic body receives an external force when the external force applying member is located only at the site of the through hole of the deformation sensor. Become. When the insulating sensor itself is deformed as the insulating elastic body is deformed by the external force, the external force position can be calculated based on the deformation of the deformation sensor.

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。   In addition, the deformation sensor system of the present invention may include a sheet that covers the entire pressure receiving surface of the deformation sensor and an opening on the pressure receiving surface side of the through hole. Thereby, when a through-hole is space, it can suppress that an external force provision member is located only in a through-hole. Therefore, the external force position can be detected reliably. Furthermore, when the pressure receiving surface is formed in a concavo-convex shape, the external force applying member can reliably apply an external force to the convex portion of the pressure receiving surface by covering with a sheet. Thereby, the effect by forming the pressure-receiving surface mentioned above in uneven | corrugated shape can be show | played reliably.

次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。   Next, the present invention will be described in more detail with reference to embodiments.

<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。
<First embodiment>
(1) Overall Configuration of Deformation Sensor System The overall configuration of the deformation sensor system of this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a deformation sensor system. 2 (a) is a view taken in the direction of arrow A in FIG. 1, FIG. 2 (b) is a sectional view taken along line BB in FIG. 1, and FIG. 2 (c) is a sectional view taken along line CC in FIG. 2D is a view taken along arrow D in FIG. 1, FIG. 2E is a cross-sectional view taken along line EE in FIG. 1, and FIG. 2F is a cross-sectional view taken along line FF in FIG. FIG. 3A is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 1 in a state where the deformation sensor 12 does not receive the pressing external force F (no load state). FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 1 in a state where the deformation sensor 12 receives the pressing external force F (load state). FIG. 3C is a diagram corresponding to a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 1 in a state where the deformation sensor in which the through hole 123 is not formed receives a pressing external force F as a comparative example.

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。   As shown in FIG. 1, the deformation sensor system includes a sensor structure 10, a control unit 20, and a monitor 30. The sensor structure 10 includes a base 11, a deformation sensor 12, 24 electrodes 13A to 13X, a connector 14, and wiring (not shown).

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。   As shown in FIGS. 1, 2 (a) to 2 (f), and FIGS. 3 (a) and (b), the base 11 has a square flat plate shape and is an elastic foaming material or cushioning material. Etc. That is, when the upper surface of the base 11 is pressed (the front side of the paper in FIG. 1), the pressed portion is deformed into a concave shape. The base 11 is disposed on a flat base, for example.

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。   In the present embodiment, the deformation sensor 12 uses a resistance increasing type sensor. Specifically, when the deformation sensor 12 generates all types of elastic deformation including compression deformation and tensile deformation, a rubber elastic material whose electrical resistivity increases as the amount of elastic deformation in each elastic deformation increases. Consists of. The material of the rubber elastic material of the deformation sensor 12 will be described in detail in the item “(2) Material description of the deformation sensor 12” described later.

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。   Here, the shape of the deformation sensor 12 will be described. The outer shape of the deformation sensor 12 is formed in a square flat plate shape, and is arranged so as to overlap the upper surface of the base 11. Here, the upper surface of the deformation sensor 12, that is, a flat spreading surface forms a pressure receiving surface 121 that can receive a pressing external force F toward the back side of the sheet of FIG. 1 (downward in FIG. 3B). Furthermore, a plurality of (49 in the present embodiment) square through-holes 123 are formed in the deformation sensor 12 so as to penetrate in the direction from the pressure receiving surface 121 toward the back surface 122 of the pressure receiving surface 121. These through holes 123 are arranged in a grid pattern so that there are seven rows in the left-right direction in FIG. 1 and seven rows in the up-down direction in FIG. That is, the deformation sensor 12 is formed in a lattice shape. Furthermore, the through-hole 123 is formed so that the width | variety of the deformation | transformation sensor 12 formed in the grid | lattice form may become the same.

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。   Furthermore, the pressure receiving surface 121 and the back surface 122 of the deformation sensor 12 are both formed in an uneven shape. The convex portion 121a of the pressure receiving surface 121 has a small columnar shape, and is formed at a position jumping one in the vertical and horizontal directions in FIG. The convex portion 121a of the pressure receiving surface 121 is a portion indicated by a solid circle in FIG. Moreover, the convex part 122a of the back surface 122 has comprised the small cylinder shape of the shape substantially the same as the convex part 121a of the pressure receiving surface 121. FIG. The convex portion 122a of the back surface 122 is formed at a position jumping one by one in the vertical and horizontal directions in FIG. The convex part 122a of the back surface 122 is a part shown with a broken-line circle in FIG. The convex portion 122 a of the back surface 122 is disposed so as to contact the upper surface of the base 11 in a state where the external pressure is not applied to the pressure receiving surface 121 of the deformation sensor 12. Further, the concave portion 122 b of the back surface 122 is disposed so as not to contact the upper surface of the base 11 when no external force is applied to the pressure receiving surface 121 of the deformation sensor 12. That is, a gap is formed between the recess 122 b on the back surface 122 and the upper surface of the base 11.

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。   Furthermore, the convex part 121a of the pressure receiving surface 121 and the convex part 122a of the back surface 122 are formed at mutually different positions in the planar coordinates of FIG. 1 (FIGS. 1, 2B, and 2E). 3 (a) (b)). That is, in the pressure receiving surface 121, the concave portion 121b is formed at a position corresponding to the convex portion 122a on the back surface. On the back surface 122, a recess 122 b is formed at a position corresponding to the protrusion 121 a of the pressure receiving surface 121.

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。   When the pressure receiving surface 121 of the deformation sensor 12 receives a pressing external force F in the normal direction, the portion of the deformation sensor 12 that has received the pressing external force F is illustrated in FIG. Bending elastically deforms so as to curve toward the lower side of 3 (b). Specifically, as shown in FIG. 3B, when a pressing external force F is received at a position corresponding to the concave portion 122 b of the back surface 122 of the pressure receiving surface 121, the portion of the concave portion 122 b of the back surface 122 becomes the base 11. The deformation sensor 12 is bent and deformed so as to enter the gap. That is, it becomes a state like a doubly supported beam that supports the vicinity of the convex portion 122 a of the back surface 122. Here, for comparison, in the case of the deformation sensor 12 in which the back surface 122 is not formed in a concavo-convex shape as shown in FIG. 3C, the deformation amount is much smaller although it is bent. Thus, by forming the back surface 122 in an uneven shape, the bending deformation amount (deflection amount) of the deformation sensor 12 can be increased. In particular, the deformation sensor 12 in this embodiment is more effective because it is made of a material that is relatively difficult to deform because of its high bending rigidity. Since increasing the deformation amount of the deformation sensor 12 increases the amount of change in the electrical resistivity of the part, the position where the deformation sensor 12 is deformed, that is, the position where the pressing external force F is received is highly accurate. Can be detected.

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。   Further, as shown in FIG. 3B, when the range of the pressing external force F is F1, the deformation range F2 of the deformation sensor 12 when the back surface 122 is formed in an uneven shape is a range slightly larger than F1. Become. Specifically, the deformation range F2 is a range narrower than the convex portion 122a of the back surface 122 positioned outside the range F1 of the pressing external force F. On the other hand, as shown in FIG. 3C, the deformation range F3 of the deformation sensor 12 when the back surface 122 is not formed in an uneven shape is a wide range centering on the range F1 of the pressing external force F. And the deformation | transformation range F3 of FIG.3 (c) becomes a range wider than the deformation | transformation range F2 of FIG.3 (b). That is, it is possible to suppress the deformation of the peripheral portion of the deformation sensor 12 in the range where the pressing external force F is actually received. In other words, the range of the deformation sensor 12 deformed by the pressing external force F can be brought close to a state where the pressure receiving surface 121 has actually received the pressing external force F.

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。   Further, the deformation sensor 12 is formed with a through hole 123. If the pressing external force F is applied to the through-hole 123, the deformation sensor 12 may not be deformed by the pressing external force F. However, since the pressure receiving surface 121 of the deformation sensor 12 of the present embodiment is formed in a concavo-convex shape, the convex portion 121a of the pressure receiving surface 121 can receive a pressing external force F. And the deformation | transformation sensor 12 deform | transforms reliably because the convex part 121a of the pressure receiving surface 121 receives the press external force F. As shown in FIG.

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。   Further, the convex portion 121 a of the pressure receiving surface 121 is at a position corresponding to the concave portion 122 b of the back surface 122. As described above, since the convex portion 121a of the pressure receiving surface 121 can receive the pressing external force F, the pressing external force F acts to bend and deform the portion of the concave portion 122b of the back surface 122. Accordingly, since the pressing external force F can be received at the portion corresponding to the concave portion 122b of the back surface 122, the deformation sensor 12 can be reliably bent and deformed.

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。
Twenty-four electrodes 13A to 13X are attached to the peripheral edge of the deformation sensor 12 formed in this way. Specifically, it is bonded to the peripheral edge portion of the pressure receiving surface 121 of the deformation sensor 12 by vulcanization bonding. And these electrodes 13A-13X are arrange | positioned so that it may extend outside from the connection point (adhesion point) to the peripheral part of this pressure receiving surface 121 (it protrudes). Furthermore, these 24 electrodes 13 </ b> A to 13 </ b> X are arranged apart from each other so that the distance between adjacent electrodes is equal on each side of the peripheral edge of the pressure receiving surface 121.
The connector 14 is a member for electrical connection with the control unit 20 described later. The connector 14 is arranged at the lower left corner of FIG. 1 on the upper surface of the base 11 and outside the peripheral edge of the deformation sensor 12. That is, the connector 14 is disposed at a position separated from the deformation sensor 12. And this connector 14 is electrically connected with each electrode 13A-13X by wiring (not shown).

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。
The control unit 20 includes a power supply circuit 21, a detection unit 22, and an output unit 23. The power supply circuit 21 includes two electrodes (hereinafter referred to as “electrode pairs”) selected from the electrodes 13A to 13X via the connector 14, and an electric resistance change measurement unit 22a of the detection unit 22 described later. The circuit is electrically connected and applies a DC voltage Vin.
When the detection unit 22 applies the DC voltage Vin between the electrode pairs selected from the electrodes 13A to 13X, the detection unit 22 measures the amount of change in the electrical resistance of the deformation sensor 12 between the electrode pairs, Based on the measured change amount of the electrical resistance, the position of the pressure receiving surface 121 of the deformation sensor 12 that receives the pressing external force F is calculated. The output unit 23 outputs to the monitor 30 the position of the pressure receiving surface 121 calculated by the detection unit 22 that has received the pressing external force F. A surface corresponding to the pressure receiving surface 121 of the deformation sensor 12 is displayed on the monitor 30, and the position where the pressing external force F is received is displayed using various colors, or is displayed using the brightness of the color. . Details of the control unit 20 will be described in an item “(3) Detailed description of the control unit 20” described later.

(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。
(2) Material Description of Deformation Sensor 12 Next, when the rubber elastic material used for the deformation sensor 12, that is, when all types of elastic deformation including compression deformation and tensile deformation occur, the amount of elastic deformation in each elastic deformation A rubber elastic material having a property that the electrical resistivity increases as the value of A increases will be described in detail with reference to FIG. 4A shows a schematic cross-sectional view of the deformation sensor 12 in a no-load state, and FIG. 4B shows a schematic cross-sectional view of the deformation sensor 12 in a load state. In addition, in FIG.4 (b), the shape of the deformation sensor 12 of a no-load state is shown with a broken line.

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。   The rubber elastic material of the deformation sensor 12 has an elastomer 124 made of a predetermined rubber and a spherical conductive filler 125 blended in the elastomer 124 in a substantially single particle state with a high filling rate. is there. Here, the elastomer 124 itself made of a predetermined rubber has an insulating property. Further, “substantially single particle state” and “compounding at a high filling rate” have the above-mentioned meanings.

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。   And in a no-load state, as shown to Fig.4 (a), many of the conductive fillers 125 exist in the primary particle state in the elastomer 124. FIG. Moreover, the filling rate of the conductive filler 125 is high, and it is blended in a state close to closest packing. Thereby, in the no-load state, the deformation sensor 12 is formed with a three-dimensional conductive path Ps by the conductive filler 125. Therefore, in the no-load state, the electrical resistivity of the deformation sensor 12 is small.

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。   On the other hand, as shown in FIG. 4B, when the external force F (for example, pressing external force) is applied to the pressure receiving surface 121 of the deformation sensor 12 (load state), the deformation sensor 12 is elastically deformed. Here, since the conductive filler 125 is blended in a state close to closest packing, there is almost no space where the conductive filler 125 can move. Therefore, when the deformation sensor 12 is elastically deformed, the conductive fillers 125 repel each other, and the contact state between the conductive fillers 125 changes. As a result, the three-dimensional conductive path Ps formed in the no-load state collapses, and the electrical resistivity of the deformation sensor 12 increases.

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。   Here, in the deformation sensor 12, as the blending amount of the conductive filler 125 is increased with respect to the elastomer 124, the electrical resistivity of the deformation sensor 12 decreases. Specifically, considering the case where the conductive filler 125 is blended with a predetermined amount of elastomer 124, the electrical resistivity of the deformation sensor 12 exhibits a large value when the blending amount of the conductive filler 125 is small. That is, the electrical resistivity of the deformation sensor 12 in this case is almost equal to the electrical resistivity of the elastomer 124 in a state where the conductive filler 125 is not blended.

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。   Then, when the blending amount of the conductive filler 125 is increased and the blending amount reaches a predetermined volume fraction, the electrical resistivity of the deformation sensor 12 is rapidly decreased, and an insulator-conductor transition occurs ( First inflection point). The blending amount (volume%) of the conductive filler 125 at the first inflection point is called a critical volume fraction. Further, when the blending amount of the conductive filler 125 is further increased, the change amount of the electric resistivity of the deformation sensor 12 is reduced from the predetermined volume fraction, and the change of the electric resistivity is saturated (second change). pole). The blending amount (volume%) of the conductive filler 125 at the second inflection point is referred to as a saturated volume fraction.

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。   Such a change in the electrical resistivity of the deformation sensor 12 is called a percolation curve and is considered to be due to the formation of a conductive path Ps (shown in FIG. 4A) by the conductive filler 125 in the elastomer 124. Yes. In order to form a three-dimensional conductive path Ps based on the fact that the conductive filler 125 is blended in a substantially single particle state in a state close to the closest packing, in the elastomer 124 in an unloaded state. The saturated volume fraction of the conductive filler 125 is preferably 35% by volume or more. This is because the saturated volume fraction is as large as 35% by volume or more, so that the conductive filler 125 is stably present in the elastomer 124 in a substantially single particle state, and a state close to closest packing is realized.

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。   For this reason, the deformation sensor 12 has an electric resistance to the external force F when the filling volume of the conductive filler 125 is 30% by volume or more and 65% by volume or less, which is close to the saturated volume fraction, when the entire volume is 100% by volume. It is possible to induce an increasing behavior of the rate.

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。   On the other hand, when the conductive filler 125 is aggregated and an aggregate is formed because the conductive filler 125 has a small particle diameter or poor compatibility between the conductive filler 125 and the elastomer 124, The original conductive path Ps is easily formed. In such a case, the critical volume fraction of the elastomer composition is relatively small, about 20% by volume. Similarly, the saturated volume fraction is relatively small. In other words, when the critical volume fraction and the saturated volume fraction are small, the conductive filler 125 is unlikely to exist as primary particles, and secondary particles (aggregates) are easily formed. Therefore, in this case, it is difficult to mix a large amount of the conductive filler 125 in the elastomer 124. That is, it is difficult to mix the conductive filler 125 in a state close to closest packing. Further, when a large amount of the conductive filler 125 having a small particle diameter is blended, the aggregated structure grows three-dimensionally, so that the change in conductivity due to deformation becomes poor.

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。   Here, a specific example of the rubber elastic material forming the deformation sensor 12 is given below. First, 85 parts by weight of oil exhibition EPDM (“Esprene (registered trademark) 6101” manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), 34 parts by mass of oil exhibition EPDM (“Esplen 601” manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), and EPDM (“Esplen 505 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) ”) 30 parts by mass, 5 parts by mass of zinc oxide (manufactured by Hakusui Chemical Co., Ltd.), 1 part by mass of stearic acid (“ Lunac (registered trademark) S30 ”manufactured by Kao Corporation), paraffinic process oil (Nihon Sun Oil Co., Ltd.) 20 parts by mass of “Samper (registered trademark) 110”) was masticated with a roll kneader.

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。   Next, 270 parts by mass of carbon beads (“Nika Beads ICB0520” manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd., average particle diameter of about 5 μm, D90 / D10 = 3.2 in the particle size distribution) are added, mixed and dispersed by a roll kneader. It was. Furthermore, as a vulcanization accelerator, 1.5 parts by mass of zinc dimethyldithiocarbamate (“Noxeller (registered trademark) PZ-P” manufactured by Ouchi Shinsei Chemical Co., Ltd.), tetramethylthiuram disulfide (“Sunseller (registered by Sanshin Chemical Co., Ltd.)) (Trademark) TT-G ") 1.5 parts by mass, 0.5 part by mass of 2-mercaptobenzothiazole (" Noxeller MP "manufactured by Ouchi Shinsei Chemical Co., Ltd.) and sulfur (" Sunfax T "manufactured by Tsurumi Chemical Co., Ltd.) −10 ”) and 0.56 parts by mass were added, mixed and dispersed by a roll kneader to prepare an elastomer composition.

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。   The critical volume fraction in the percolation curve of this elastomer composition was about 43% by volume, and the saturated volume fraction was about 48% by volume. Next, the elastomer composition was formed into a predetermined size (circular shape in this embodiment), and the deformation sensor 12 was formed by press vulcanization at a predetermined temperature. The filling rate of carbon beads in the formed deformation sensor 12 was about 48% by volume when the volume of the deformation sensor 12 was 100% by volume.

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。   In the above description, the case where the deformation sensor 12 is compressed and deformed by receiving the pressing external force F has been described as an example. However, the deformation sensor 12 is also deformed in the case of tensile deformation, bending deformation, and torsion deformation. It has been found that the electrical resistivity at the site has an increasing property.

(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。
(3) Detailed Configuration of Control Unit 20 Next, a detailed configuration of the control unit 20 in the deformation sensor system will be described with reference to FIGS. 1 and 5. FIG. 5 is a diagram for explaining the electrical resistance change amount measurement unit 22 a that constitutes the detection unit 22 of the control unit 20.

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。   As shown in FIG. 1, the control unit 20 includes a power supply circuit 21, a detection unit 22, and an output unit 23. The power supply circuit 21 includes a pair of electrodes (two electrodes selected from the electrodes 13A to 13X) via the connector 14 and wiring (not shown), and an electric resistance change amount of the detection unit 22 described later. It is a circuit that is electrically connected to the measurement unit 22a and applies a DC voltage Vin.

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。   The detection unit 22 includes an electrical resistance change amount measurement unit 22a, a coefficient storage unit 22b, and an external force calculation unit 22c. The electrical resistance change amount measurement unit 22a is electrically connected to the power supply circuit 21 and the electrode pair. Here, the electrode pairs in the present embodiment are two electrodes that are positioned facing each other in the vertical direction or the horizontal direction in FIG. 1 among the electrodes 13A to 13X. For example, a pair of electrode 13A and electrode 13R, a pair of electrode S and electrode L, and the like. In this embodiment, there are 12 electrode pairs.

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。   As shown in FIG. 5, the electrical resistance change measuring unit 22a constitutes a Wheatstone bridge circuit in which the electrical resistance of the sensor body 12 between each pair of electrodes is a first resistance R1. However, both end electrodes of the first resistor R1 are sequentially switched from the first electrode pair to the twelfth electrode pair. That is, the first resistor R1 here is the electrical resistance of the sensor body 12 between the first electrode pair (13A and 13R), the electrical resistance of the sensor body 12 between the second electrode pair (13B and 13P), ..., the electrical resistance of the sensor body 12 between the eleventh electrode pair (13K and 13T) and the electrical resistance of the sensor body 12 between the twelfth electrode pair (13L and 13S) are sequentially switched.

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。   Here, as described above, the sensor body 12 is made of a rubber elastic material whose electrical resistivity increases as the amount of elastic deformation increases. Therefore, the electrical resistance of each sensor body 12 between the first to twelfth electrode pairs changes according to the amount of elastic deformation (mainly bending elastic deformation) generated by the pressing external force F. In addition, the second resistor R2, the third resistor R3, and the fourth resistor R4 constituting the Wheatstone bridge circuit have constant resistance values. Here, the value obtained by multiplying the first resistor R1 and the fourth resistor R4 is set to be equal to the value obtained by multiplying the second resistor R2 and the third resistor R3.

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。   In FIG. 5, the applied voltage Vin is a DC voltage applied by the power supply circuit 21. The electrical resistance change amount measuring unit 22a detects the bridge intermediate potential difference Vm. That is, the bridge intermediate potential difference Vm changes with a change in the electrical resistance of the sensor body 12 between each electrode pair. That is, the electrical resistance change amount measuring unit 22a can detect the change amount of the electrical resistance of the sensor body 12 between each electrode pair when a voltage is applied between each electrode pair.

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。   The coefficient storage unit 22b corresponds to the relationship between the pressing external force F and the amount of change in the electrical resistance R1 between the electrode pair according to the position of the pressure receiving surface 121 of the sensor body 12 and the respective electrode pairs. The coefficient is memorized.

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。   This coefficient will be described below. For example, the influence degree of the electric resistance R1 of the sensor body 12 between the second electrode pair (13B and 13Q) varies depending on the position where the pressing external force F is received. For example, the amount of change in the electrical resistance R1 between the second electrode pair (13B and 13Q) when the pressing external force F is received on the line connecting the second electrode pair (13B and 13Q) and the pressure receiving surface 121 The amount of change in the electric resistance R1 between the second electrode pair (13B and 13Q) when the pressing external force F is applied to the right end portion of 1 is different. The change amount of the former electric resistance R1 is larger than the change amount of the latter electric resistance R1. In other words, this is because as the position of the pressing external force F is farther from the electrodes constituting the electrode pair, the degree of influence that appears as the amount of change in electrical resistance between the electrode pairs is smaller.

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。   Thus, even if the pressure receiving surface 121 of the sensor body 12 receives the same pressing external force F, the amount of change in the electric resistance R1 between the respective electrode pairs varies depending on the position. Therefore, by converting this relationship into a coefficient and multiplying the detected change amount of the electric resistance R1 between the electrode pair by the coefficient, the calculated value gives the pressing external force F to any position on the pressure receiving surface 121. Even if it is received, if it receives the same pressing external force F, it is interpolated to have the same value. The coefficient is stored in the coefficient storage unit 22b.

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。   When the voltage Vin is applied by the power supply circuit 21, the external force calculation unit 22c changes each electric resistance R1 measured by the electric resistance change measuring unit 22a and each coefficient stored in the coefficient storage unit 22b. Based on the coefficient, the magnitude of the pressing external force F at each position of the pressure receiving surface 121 of the sensor body 12 is calculated.

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。   Here, since the deformation sensor 12 in the present embodiment has a lattice shape in which the through-holes 123 are formed, the part of the deformation sensor 12 that is actually deformed is only the part where the deformation sensor 12 exists. Therefore, the external force calculation unit 22c calculates the distribution of the pressing external force F when it is assumed that the deformation sensor 12 has a planar shape in which the through hole 123 is not formed, based on the calculated pressing external force F at each position.

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。   Then, the output unit 23 outputs the magnitude of the pressing external force F at each position of the pressure receiving surface 121 calculated by the external force calculating unit 22 c to the monitor 30. At this time, as shown in FIG. 1, the monitor 30 is displayed such that the position where the pressing external force F is larger is, for example, a brighter color. That is, it can be understood that the position displayed brightly on the monitor 30 is the position where the pressure receiving surface 121 receives the pressing external force F. It is also possible to grasp how large the pressure receiving surface 121 has received the pressing external force.

(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。
(4) Explanation of Effect by Forming Through Hole 123 Here, the deformation sensor 12 of the present embodiment forms the through hole 123. Thereby, compared with the case where the through-hole 123 is not formed, the variation | change_quantity of the electrical resistance R1 between electrode pairs becomes large. That is, the detection sensitivity is improved. This will be described with reference to FIGS.

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。   First, in order to explain the above-described effect by forming the through-hole 123 in an easy-to-understand manner, an example in which the number of the through-holes 123 is four as shown in FIG. As a comparative example, the deformation sensor 12 in which the through hole 123 shown in FIG. 6B is not formed is taken as an example.

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。   Consider a case where the electrical resistance between A and B in FIGS. 6 (a) and 6 (b) is measured. In the case of FIG. 6A of the present invention, the path of the current flowing between A and B is a portion other than the through hole 123. That is, the path of the current flowing between A and B is limited by the presence of the through hole 123. On the other hand, in the case of FIG. 6B as a comparative example, the path of the current flowing between A and B is formed at any position and in any direction within the plane. That is, comparing the deformation sensor 12 of FIG. 6A and FIG. 6B, the deformation sensor 12 of FIG. 6A has fewer paths of current flowing between A and B.

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。   FIGS. 7A and 7B show this in a schematic circuit diagram. The circuit diagram of FIG. 7A corresponds to FIG. 6A, and the circuit diagram of FIG. 7B corresponds to FIG. FIGS. 7A and 7B show that the resistance values are the same in the state where the pressing external force F is not received, that is, in the initial state.

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。   As shown in FIGS. 7A and 7B, in either case, the number of parallel resistors is small at positions close to point A or B, and the number of parallel resistors increases as the distance from points A and B increases. It becomes a relationship. Further, in FIG. 7A, the number of parallel resistors is smaller between A and B than in FIG. 7B.

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。   Here, when a predetermined external position of the pressure receiving surface 121 of the deformation sensor 12 receives the pressing external force F and the electrical resistivity of the predetermined portion increases, how the circuits in FIGS. 7A and 7B change. Explain what to do. In this case, the resistance value of the predetermined one resistor shown in FIGS. 7A and 7B increases. In the circuit of FIG. 7A, since the number of resistors is small, when the resistance value of one resistor increases, the electrical resistance between A and B is greatly affected. On the other hand, in FIG. 7B, since the number of resistors is large, even if the resistance value of one resistor increases, the influence on the electrical resistance between A and B is small. In particular, as the position is farther from the point A and the point B, the difference in the degree of influence on the electrical resistance between A and B becomes larger in FIGS. 7A and 7B. In other words, the deformation sensor 12 of the present embodiment in which the through hole 123 is formed has higher sensitivity on the entire pressure receiving surface 121 than the deformation sensor in which the through hole 123 is not formed. In particular, the closer to the center of the pressure receiving surface 121, the greater the difference in sensitivity of the deformation sensor 12 of the present embodiment.

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。   The deformation sensor 12 in which the above-described through-hole 123 was formed and the deformation sensor in which the through-hole 123 was not formed were analyzed by a schematic circuit. The circuit diagrams used for this analysis are shown in FIGS. The circuit in FIG. 8A corresponds to FIGS. 6A and 7A, and the circuit in FIG. 8B corresponds to FIGS. 6B and 7B.

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。   Here, in FIGS. 8A and 8B, the resistors r1 to r20 are set to 1 kΩ as an initial state (no load state). As a first analysis, when only the resistor r7 is changed to 10 kΩ, as a second analysis, when only the resistor r6 is changed to 10 kΩ, as a third analysis, only the resistor r10 is changed to 10 kΩ. Then, when the point H was grounded, the voltages at the points A to I when a predetermined current was supplied to the point A were obtained.

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。   Table 1 shows the voltages at points A to I in the initial state, Table 2 shows the voltages at points A to I in the first analysis, and Table 3 shows the voltages at points A to I in the second analysis. Table 4 shows the voltages at points A to I in the third analysis.

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。   According to the first to third analysis results, the voltage difference from the initial value at all the measurement points except the grounded H point is higher in the circuit of FIG. 8A than in FIG. 8B. It can be seen that it is larger than the circuit. That is, it can be said that the detection sensitivity is improved.

<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。
<Second embodiment>
Next, the deformation sensor 112 of the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a view corresponding to the BB cross-sectional view of FIG. Although the through hole 123 of the deformation sensor 12 of the first embodiment is a space itself, the through hole 123 of the deformation sensor 112 of the second embodiment is not a space, and the insulating elastic body 126 is filled in the through hole 123. Yes. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, the same reference numerals are given in the drawings, and description thereof is omitted.

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。   Thereby, when it sees as a whole with the deformation | transformation sensor 112 and the insulating elastic body 126, it becomes a shape in which the through-hole 123 is not formed. Here, due to the influence of the through-hole 123, when the pressure receiving surface 121 receives the pressing external force F, the deformation mode of the deformation sensor 112 may vary. Therefore, by filling the through hole 123 with the insulating elastic body 126, variation in the deformation mode of the deformation sensor 112 can be suppressed, and the position of the pressing external force F can be detected with high accuracy. Since no current flows through the insulating elastic body 126, the insulating elastic body 126 does not affect the detection sensitivity of the external force position received by the pressure receiving surface 121.

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。   Further, when the through hole 123 of the deformation sensor 112 is a space, the external force position may not be detected because the deformation sensor 112 is not deformed when the external force applying member is located in the space of the through hole 123. In contrast, when the through-hole 123 of the deformation sensor 112 is filled with the insulating elastic body 126, the external elastic body 126 is positioned only in the portion of the through-hole 123 of the deformation sensor 112. Receives a pressing external force F. Then, when the insulating elastic body 126 is deformed by the pressing external force F and the deformation sensor 112 itself is deformed, the external force position is calculated based on the deformation of the deformation sensor 112. can do.

<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。
<Third embodiment>
Next, the deformation sensor 212 of the third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 10A is a plan view of the deformation sensor 212, and FIG. 10B is a cross-sectional view taken along line GG in FIG. In the deformation sensor 12 of the first embodiment, the pressure receiving surface 121 and the back surface 122 are formed in an uneven shape. However, as shown in FIGS. 10A and 10B, the deformation sensor 212 of the third embodiment has a pressure receiving surface 121. Both the back surface 122 and the back surface 122 are formed in a planar shape. Further, the through hole 123 of the deformation sensor 212 is filled with an insulating elastic body 126.

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。   According to the deformation sensor 212, there are an effect obtained by forming the through hole 123 and an effect obtained by providing the insulating elastic body 126. However, the effect of the unevenness of the pressure receiving surface 121 and the unevenness of the back surface 122 is not achieved.

<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。
<Fourth embodiment>
A deformation sensor 312 according to a fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 11A is a plan view of the deformation sensor 312 according to the fourth embodiment, FIG. 11B is a cross-sectional view taken along line HH in FIG. 11A, and FIG. It is II sectional drawing of 11 (a).

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。   As shown in FIGS. 11A to 11C, the deformation sensor 312 of the fourth embodiment has a pressure receiving surface 121 formed in a planar shape with respect to the deformation sensor 12 of the first embodiment, and penetrates. The difference is that the hole 123 is filled with the insulating elastic body 126.

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。   In this case, the effect of forming the through hole 123, the effect of providing the insulating elastic body 126, and the effect of making the back surface 122 uneven are provided. However, the effect of making the pressure receiving surface 121 uneven is not achieved.

<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。
<Fifth embodiment>
A deformation sensor system according to a fifth embodiment will be described with reference to FIG. 12 is a view corresponding to the BB cross-sectional view of FIG. The same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. The deformation sensor system of the fifth embodiment is different from the deformation sensor system of the first embodiment in that it further includes a covering sheet 15. Others have the same configuration.

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。   The covering sheet 15 is a square having the same shape as the outer shape of the deformation sensor 12, is formed thinner than the thickness of the deformation sensor 12, and is formed of an insulating material. The covering sheet 15 covers the entire pressure receiving surface 121 and the opening on the pressure receiving surface 121 side of the through hole 123. That is, the back surface side of the covering sheet 15 is in contact with the convex portion 121 a of the pressure receiving surface 121 and is not in contact with the concave portion 121 b of the pressure receiving surface 121.

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。   Thereby, when the through-hole 123 is space, it can suppress that an external force provision member is located only in the through-hole 123. FIG. Therefore, the external force position can be detected reliably. Further, when the pressure receiving surface 121 is formed in a concavo-convex shape, the external force applying member can reliably apply an external force to the convex portion 121 a of the pressure receiving surface 121 by covering with the covering sheet 15. Thereby, the effect by forming the pressure-receiving surface 121 in uneven | corrugated shape can be show | played reliably.

変形センサシステムの全体構成図である。It is a whole block diagram of a deformation sensor system. 図1のA〜Fの矢視図または断面図である。It is an arrow view or sectional drawing of AF of FIG. 変形センサ12の変形態様を示す図である。It is a figure which shows the deformation | transformation aspect of the deformation sensor. 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。It is a cross-sectional schematic diagram of the deformation sensor 12 in an unloaded state and a loaded state. 電気抵抗変化量測定部22aを説明する図である。It is a figure explaining the electrical resistance variation | change_quantity measurement part 22a. 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。It is a figure which shows an electric current path | route in the deformation | transformation sensor of the presence or absence of the through-hole 123. FIG. 図6(a)(b)の模式的な回路図である。It is a typical circuit diagram of Drawing 6 (a) (b). 解析に用いた回路図である。It is the circuit diagram used for the analysis. 第二実施形態の変形センサ112を示す図である。It is a figure which shows the deformation sensor 112 of 2nd embodiment. 第三実施形態の変形センサ212を示す図である。It is a figure which shows the deformation | transformation sensor 212 of 3rd embodiment. 第四実施形態の変形センサ312を示す図である。It is a figure which shows the deformation | transformation sensor 312 of 4th embodiment. 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。It is a figure which shows the sensor structure 10 among the deformation | transformation sensor systems of 5th embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

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
10: sensor structure, 20: control unit, 30: monitor 11: base 12, 112, 212, 312: deformation sensor 121: pressure receiving surface, 121a: convex portion of pressure receiving surface, 121b: concave portion of pressure receiving surface 122: back surface 122a: convex portion on the back surface, 122b: concave portion on the back surface 123: through-hole 124: elastomer, 125: conductive filler, 126: insulating elastic bodies 13A to 13X: electrodes, 14: connector, 15: covering sheet Ps: conductive path

Claims (7)

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。
It has a pressure-receiving surface that can receive an external force, and has one or more through-holes penetrating in a direction from the pressure-receiving surface toward the back surface thereof, elastically deforming by receiving the external force on the pressure-receiving surface, and compressive deformation and tension A deformation sensor made of an elastic material whose electrical resistivity increases as the amount of elastic deformation in each elastic deformation increases when all types of elastic deformation including deformation are generated;
A plurality of electrodes spaced apart from each other at the peripheral edge of the pressure receiving surface;
An electrical resistance change amount measuring unit that measures the amount of change in electrical resistance between the electrode pair selected from the electrodes;
An external force position calculation unit that calculates a position received by the external force on the pressure-receiving surface based on the change amount of the electrical resistance measured by the electrical resistance change amount measurement unit;
A deformation sensor system comprising:
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。
The back surface of the deformation sensor is formed in an uneven shape,
The deformation sensor system further contacts the convex portion of the back surface and does not contact the concave portion of the back surface on the back surface side of the deformation sensor in a state where the external force is not received by the pressure receiving surface. The deformation | transformation sensor system of Claim 1 provided with the base arrange | positioned.
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。   The deformation sensor system according to claim 1, wherein the pressure receiving surface of the deformation sensor is formed in an uneven shape. 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。
The pressure receiving surface and the back surface of the deformation sensor are formed in an uneven shape,
The pressure receiving surface has a recess formed at a position corresponding to the protrusion on the back surface,
The back surface is formed with a concave portion at a position corresponding to the convex portion of the pressure receiving surface,
The deformation sensor system further contacts the convex portion of the back surface and does not contact the concave portion of the back surface on the back surface side of the deformation sensor in a state where the external force is not received by the pressure receiving surface. The deformation | transformation sensor system of Claim 1 provided with the base arrange | positioned.
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。
The through hole comprises a plurality of
The deformation sensor system according to any one of claims 1 to 4, wherein the deformation sensor is formed in a lattice shape.
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。   The deformation sensor system according to any one of claims 1 to 5, wherein the deformation sensor system includes an insulating elastic body filled in the through hole. 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。   The deformation sensor system according to any one of claims 1 to 6, further comprising a sheet that covers an entire surface of the pressure receiving surface of the deformation sensor and an opening on the pressure receiving surface side of the through hole.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012226846A (en) * 2011-04-15 2012-11-15 Honda Motor Co Ltd Fuel cell system

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