JPH10221234A - 触覚センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は硬さ測定時に接触子を被測定物に接触
させる際に接触子に過大な荷重が作用することを防止し
て被測定物の硬さ測定を高精度に行うことができる触覚
センサを提供することを最も主要な特徴とする。 【解決手段】接触子１０の周囲を囲み、被測定物Ｈを固
定するためのフード部材１３をセンサ本体１ａの先端部
に設け、少なくとも測定時において、接触子１０の先端
部を、フード部材１３の先端部と同一面位置に配置した
ものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば生体組織等
の被測定物の硬さを測定する触覚センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から触覚センサとして例えば特開平
８−２９３１２号公報に示されているように、超音波振
動するプローブを被測定物に接触させ、そのときのプロ
ーブの共振状態の変化を計測することによって、被測定
物の硬さを測定する構成のものが知られている。

【０００３】この従来技術による触覚センサでは、被測
定物に接触させる対物接触振動子を含む振動系を、帰還
ループによる自励発振回路によって共振させ、対物接触
振動子、あるいはその対物接触振動子と機械的に結合さ
れた接触子が被測定物と接触したときの被測定物のイン
ピーダンスを、自励発振回路の発振周波数の変化、ある
いは電圧の変化として捉え、それによって被測定物の硬
さ情報を得る構成になっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来構成の触覚センサの使用時には、対物接触振動子、あ
るいはその対物接触振動子と機械的に結合された接触子
を被測定物に接触させる際の押圧力（荷重）は格別に規
制されていないので、触覚センサを被測定物に接触させ
る際の押圧力が適正値から外れるおそれがある。ここ
で、触覚センサを被測定物に接触させる際の押圧力が適
正値から外れ、対物接触振動子、あるいはその対物接触
振動子と機械的に結合された接触子を過大な荷重（例え
ば、触覚センサに作用する応力が２／π（ｇ／ｍｍ² ）
以上）で被測定物に接触させた場合には振動子の周波数
特性にノイズが発生し、正しい硬さ測定を行うことがで
きない問題がある。

【０００５】さらに、生体組織等の比較的柔らかい被測
定物の硬さを測定する場合には被測定物の弾性による影
響での共振状態の変化は小さいので、触覚センサによる
被測定物の硬さ測定時に分解能が十分に得られない問題
がある。そのため、従来の触覚センサにおいては一般に
被測定物の硬さ測定を高精度に行うことは困難なものと
なる問題がある。

【０００６】本発明は上記事情に着目してなされたもの
で、その目的は、接触子を被測定物に接触させる際に接
触子に過大な荷重が作用することを防止して被測定物の
硬さ測定を高精度に行うことができる触覚センサを提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明はセンサ本体内に
機械的振動系が内蔵され、前記機械的振動系を共振状態
で振動させ、この機械的振動系の振動を伝達する振動伝
達要素の先端部に配設された接触子が被測定物と接触し
たときの共振状態の変化情報を得て、前記被測定物の硬
さ情報とする触覚センサにおいて、前記接触子の周囲を
囲み、前記被測定物を固定するための固定部材を前記セ
ンサ本体の先端部に設け、少なくとも測定時において、
前記接触子の先端部を、前記固定部材の先端部と同一面
位置か、前記固定部材と同一面位置よりも前記センサ本
体の内側に引き込んだ状態に設定したことを特徴とする
触覚センサである。そして、被測定物の硬さ測定時には
接触子の先端部を、固定部材の先端部と同一面位置か、
固定部材と同一面位置よりもセンサ本体の内側に引き込
んだ状態に保持させた状態で、被測定物に接触させる。
このとき、センサ本体の先端部の固定部材によって被測
定物を固定することにより、接触子と固定部材との間
で、接触荷重を分散して受け持たせて、接触子に過大な
荷重が負荷されることをなくすとともに、被測定物が例
えば生体組織やゴムのように弾性に富んだ柔らかい物体
であっても、固定部材が被測定物の変形や滑ることを押
さえ、被測定物に対して固定部材の内部の接触子を安定
に接触させるようにしたものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
を図１（Ａ）〜（Ｃ）乃至図３（Ａ），（Ｂ）を参照し
て説明する。図１（Ａ）は本実施の形態の触覚センサ１
を組み込んだ硬さ検出システム２全体の概略構成を示す
ものである。この硬さ検出システム２は内視鏡３のチャ
ンネルを通して患者４の体腔内に本実施の形態の触覚セ
ンサ１を挿入して体内、例えば消化管の管壁部表面の粘
膜等の被測定物Ｈの硬さ測定診断を行う構成になってい
る。

【０００９】また、本実施の形態の触覚センサ１は図１
（Ｂ）に示すように内視鏡３のチャンネル内に挿通され
る長尺のカテーテル５の先端に配設されている。このカ
テーテル５は例えば図示しない測定者が操作して内視鏡
３の挿通用チャンネルを通じて患者４の体腔内に導入さ
れるものである。

【００１０】また、触覚センサ１の本体１ａにはカテー
テル５と略同径の筒状のケーシング６が設けられてい
る。このケーシング６はカテーテル５の先端にそのカテ
ーテル５と同軸に取着されている。ここで、カテーテル
５の先端には図２（Ａ）に示すように円筒状の連結部材
７が固定されている。この連結部材７の先端部には雄ね
じ部７ａが形成されている。さらに、触覚センサ１のケ
ーシング６の基端部には連結部材７の雄ねじ部７ａに螺
合するねじ穴６ａが形成されている。そして、ケーシン
グ６のねじ穴６ａが連結部材７の雄ねじ部７ａに螺着さ
れた状態でカテーテル５の先端に触覚センサ１のケーシ
ング６が連結されている。

【００１１】また、ケーシング６内には円筒状の振動子
８が同軸的に配置されている。この振動子８としては例
えば圧電セラミックを用いているが、水晶発振子、磁歪
素子、高分子圧電体であるＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリ
デン）等であっても良い。

【００１２】さらに、振動子８は径方向に分極されてお
り、その内周面と外周面にはそれぞれ電極が取り付けら
れている。そして、内外各周面の両電極に、給電コード
９を通じて、時間変動する電圧を印加すると、振動子８
が励磁され、機械的振動を行うようになっている。

【００１３】また、振動子８の軸方向前方に略円錐形状
の接触子１０が配設されている。この接触子１０の基端
部に連結されたシャフト部１１は振動子８の中空部に挿
入された状態で接着されている。そして、このシャフト
部１１によって振動子８の機械的振動を接触子１０に伝
達する振動伝達部材が形成されている。さらに、接触子
１０の円錐形状の先端部には被測定物Ｈに接触する滑ら
かな略半球状の接触部１０ａが形成されている。そし
て、少なくともこの振動子８および接触子１０によって
一体的な機械的振動の機械的振動部１２が構成されてい
る。

【００１４】また、触覚センサ本体１ａの先端部には先
端面が開口されるとともに、接触子１０の周囲を囲み、
例えば生壁粘膜等の被測定物Ｈを固定するフード部材
（固定部材）１３が取付けられている。このフード部材
１３の基端部はケーシング６の先端部内に挿入され、ケ
ーシング６の先端部内周面に接合された状態で取付けら
れている。さらに、接触子１０の先端は、フード部材１
３の先端開口部と同一面に位置するように設定されてい
る。

【００１５】また、接触子１０の外周面とフード部材１
３の内周面との間には弾性体からなる接触子支持材１４
が配設されている。ここで、フード部材１３には接触子
支持材１４の取付け用の複数の取付け穴１３ａが形成さ
れている。さらに、接触子支持材１４の外周面には各取
付け穴１３ａに挿入される凸部１４ａが突設されてい
る。そして、接触子支持材１４の凸部１４ａが各取付け
穴１３ａに挿入された状態で接触子支持材１４がフード
部材１３に取付けられている。さらに、接触子１０はこ
の接触子支持材１４を介してフード部材１３に固定され
ている。このように、フード部材１３と接触子１０との
間に弾性体からなる接触子支持材１４が介在するため
に、接触子１０側の機械的な振動がフード部材１３およ
びこのフード部材１３と結合されているケーシング６に
伝達されることはない。

【００１６】また、振動子８の基端部には、同軸上に検
出素子１５が密着して設置されている。そして、振動子
８の駆動時にはこの検出素子１５が振動子８に協調して
振動することによって、振動子８の振動の振幅、周波数
をモニタするためのセンサとして作用するようになって
いる。この検出素子１５の材料としては、振動子８と同
様に、圧電セラミック、水晶発振子などを用いる。

【００１７】なお、接触子支持材１４は、振動子８、検
出素子１５、接触子１０の一体的な機械的振動部１２の
振動の節部に設けると、機械的振動部１２の機械的な振
動を妨げることがないので、適している。

【００１８】また、検出素子１５は出力信号コード１６
を介してカテーテル５の外部に配置された自励発振回路
１７に接続されている。この自励発振回路１７にはアン
プ回路１８およびフィルタ回路１９が設けられている。
さらに、自励発振回路１７には、計測部である第２の出
力回路２０が接続されている。この第２の出力回路２０
には電圧測定手段２１および周波数測定手段２２が設け
られている。

【００１９】そして、検出素子１５からの出力信号は、
自励発振回路１７に入力されるとともに、この自励発振
回路１７からの出力信号は、再びケーシング６内の振動
子８に入力され、振動子８の駆動信号となる。さらに、
自励発振回路１７からの他の出力信号は第２の出力回路
２０に供給され、第２の出力回路２０の電圧測定手段２
１および周波数測定手段２２によって動作中の自励発振
回路１７の電圧、周波数がモニタされるようになってい
る。

【００２０】また、内視鏡３は図１（Ａ）に示すように
カメラコントロールユニット２３に接続されている。こ
のカメラコントロールユニット２３にはスキャンコンバ
ータ２４を介してモニタ２５が接続されている。そし
て、内視鏡３によって得られた撮像信号はカメラコント
ロールユニット２３で合成された後、スキャンコンバー
タ２４を経てモニタ２５に内視鏡像２６として写し出さ
れるようになっている。さらに、計測部の電圧測定手段
２１および周波数測定手段２２からの測定データに基い
て抽出された硬さ情報はグラフに映像化され、スキャン
コンバータ２４へ入力される。そして、この硬さ情報は
スキャンコンバータ２４において内視鏡３の観察画像中
にスーパーインポーズされ、モニタ２５の画面上に内視
鏡像２６と重ねてこの硬さ情報のグラフ２７が表示され
るようになっている。

【００２１】次に、上記構成の作用について説明する。
本実施の形態の触覚センサ１の使用時には図１（Ａ）に
示すように予め患者４の体腔内に内視鏡３の挿入部を挿
入した後、触覚センサ１のカテーテル５を内視鏡３のチ
ャンネルに挿入して患者４の体内、例えば消化管内に導
入する。

【００２２】このとき、内視鏡３によって得られた撮像
信号はカメラコントロールユニット２３で合成された後
に、スキャンコンバータ２４を経てモニタ２５に映像と
して写し出される。

【００２３】また、触覚センサ１による硬さ測定時には
測定者は、カテーテル５の操作によって、被測定物Ｈに
対して共振振動している接触子１０の先端を接触させ
る。このとき、接触子１０の先端は、フード部材１３の
先端開口部と同一面に位置しているために、図３（Ａ）
に示すように接触子１０と同時にフード部材１３の先端
部も被測定物Ｈに対して接触する。そのため、被測定物
Ｈと触覚センサ１との接触荷重は、接触子１０とフード
部材１３とで同時に受けることになるので、触覚センサ
１を被測定物Ｈに接触させた際の接触荷重を接触子１０
とフード部材１３とに分散させた状態で作用させること
ができる。したがって、触覚センサ１を被測定物Ｈに接
触させた際の接触荷重が接触子１０のみに集中的に作用
する場合のように接触子１０に過大な荷重が作用するお
それはない。

【００２４】また、触覚センサ１による硬さ測定中は検
出素子１５からの出力信号は、自励発振回路１７に入力
される。この自励発振回路１７からの出力信号は、再び
ケーシング６内の振動子８に入力され、振動子８の駆動
信号となる。

【００２５】さらに、自励発振回路１７からの他の出力
信号は第２の出力回路２０に供給され、第２の出力回路
２０の電圧測定手段２１および周波数測定手段２２によ
って動作中の自励発振回路１７の電圧、周波数がモニタ
される。

【００２６】また、電圧測定手段２１および周波数測定
手段２２からの測定データに基いて抽出された硬さ情報
はグラフに映像化され、スキャンコンバータ２４へ入力
される。そして、この硬さ情報はスキャンコンバータ２
４において内視鏡３の観察画像中にスーパーインポーズ
され、モニタ２５の画面上に内視鏡像２６と重ねてこの
硬さ情報のグラフ２７が表示される。

【００２７】そこで、上記構成のものにあっては次の効
果を奏する。すなわち、本実施の形態の触覚センサ１で
は接触子１０の先端部をフード部材１３の先端開口部と
同一面に位置させたので、被測定物Ｈと触覚センサ１と
の接触荷重を、接触子１０とフード部材１３とで同時に
受けることができる。そのため、触覚センサ１を被測定
物Ｈに接触させた際の接触荷重を接触子１０とフード部
材１３とに分散させた状態で作用させ、接触子１０に過
大な接触荷重が作用することを防止することができるの
で、振動子８の周波数特性を安定に保つことができる。
その結果、触覚センサ１から出力される硬さの検出信号
にノイズがのることがなく、被測定物Ｈの硬さ測定を高
精度に行うことができる。

【００２８】また、本実施の形態では触覚センサ１を被
測定物Ｈに接触させた際にフード部材１３によって被測
定物Ｈの変形や、滑りを抑えることができる。そのた
め、被測定物Ｈが例えば、生体組織や、ゴムのように弾
性に富んだ柔らかい物体であっても、被測定物Ｈに対し
てフード部材１３の内部の接触子１０を安定に接触させ
ることができるので、触覚センサ１の被測定物Ｈへの当
て方によらず安定に硬さ測定を行うことができる。

【００２９】また、本実施の形態の接触センサ１では、
フード部材１３の内側の略円錐形状の接触子１０の先端
部に略半球状の接触部１０ａを形成したので、被測定物
Ｈの弾性による共振状態の変化に加え、図３（Ｂ）に示
すように触覚センサ１を被測定物Ｈに押し込んだ際の被
測定物Ｈの変形によって接触子１０と被測定物Ｈとの接
触面積を増加させ、このとき生じる接触子１０の接触面
積の変化による共振状態の変化によって、より大きな共
振状態の変化を検出することができる。そのため、触覚
センサ１の分解能を一層高めることができる効果もあ
る。

【００３０】また、図４（Ａ），（Ｂ）は第１の実施の
形態（図１（Ａ）〜（Ｃ）乃至図３（Ａ），（Ｂ）参
照）の触覚センサ１の変形例を示すものである。本変形
例は第１の実施の形態の触覚センサ１の接触子１０の先
端部を、フード部材１２の先端開口部と同一面位置より
もセンサ本体１ａの内側に引き込んだ位置に配置したも
のである。

【００３１】一般に、共振状態の変化量は被測定物Ｈが
柔らかい程大きいが、被測定物Ｈの硬さ／柔らかさだけ
でなく、接触子１０と被測定物Ｈとの接触面積にも依存
し、接触面積が大きいほど共振状態の変化量は大きい。
本実施の形態の接触センサ１では、フード部材１３の内
側の略円錐形状の接触子１０の先端部に略半球状の接触
部１０ａを形成したので、同一の荷重で被測定物Ｈに接
触した場合、被測定物Ｈが硬いときには図４（Ａ）に示
すようにフード部材１３の内部に盛り上がる被測定物Ｈ
の高さは低く、接触子１０との接触面積も小さい。逆
に、被測定物Ｈが柔らかい場合には図４（Ｂ）に示すよ
うにフード部材１３の内部に盛り上がる被測定物Ｈの高
さは高く、より広い面積で接触子１０と接触する。この
ことにより、柔らかい被測定物Ｈと接触した場合には共
振状態はより大きく変化し、硬さの測定値の分解能を向
上させることができる。

【００３２】また、図５（Ａ），（Ｂ）は本発明の第２
の実施の形態を示すものである。本実施の形態は、第１
の実施の形態（図１（Ａ）〜（Ｃ）乃至図４（Ａ），
（Ｂ）参照）の触覚センサ１の接触子１０の先端部に球
面の一部分によって形成された接触部３１を設けたもの
である。なお、図５（Ａ）は本実施の形態の触覚センサ
１を硬い被測定物Ｈに接触させた状態、図５（Ｂ）は本
実施の形態の触覚センサ１を柔らかい被測定物Ｈに接触
させた状態をそれぞれ示すものである。

【００３３】そこで、本実施の形態では触覚センサ１の
接触子１０の先端部に球面の一部分によって形成された
接触部３１を設けたので、被測定物Ｈが比較的硬い材質
で、触覚センサ１の接触時に被測定物Ｈの変形が少ない
場合にも、図５（Ａ）に示すように被測定物Ｈの変形に
よる接触面積の変化を大きくすることができる。そのた
め、共振状態の変化も大きくすることができ、触覚セン
サ１の分解能を一層高めることができる。

【００３４】また、図６（Ａ）は本発明の第３の実施の
形態を示すものである。本実施の形態は、第１の実施の
形態（図１（Ａ）〜（Ｃ）乃至図４（Ａ），（Ｂ）参
照）の触覚センサ１の振動子８の外周面に歪みゲージ４
１を取付けたものである。

【００３５】そこで、本実施の形態では触覚センサ１に
よる被測定物Ｈの硬さ測定時に共振応対の変化情報と同
時に、振動子８の外周面の歪みゲージ４１によって触覚
センサ１の被測定物Ｈへの接触荷重を測定することがで
きる。そのため、触覚センサ１の被測定物Ｈへの接触荷
重を測定することによって、複数回の硬さ測定を行う場
合にも同一荷重下で測定することができるため、より正
確な硬さ測定を行うことができる。

【００３６】また、図６（Ｂ）は本発明の第４の実施の
形態を示すものである。本実施の形態は、第１の実施の
形態（図１（Ａ）〜（Ｃ）乃至図４（Ａ），（Ｂ）参
照）の触覚センサ１の振動子８と接触子１０との間に荷
重測定用の圧電素子５１を介設したものである。

【００３７】そこで、本実施の形態では触覚センサ１に
よる被測定物Ｈの硬さ測定時に共振状態の変化情報と同
時に、触覚センサ１の被測定物Ｈへの接触荷重を圧電素
子５１によって測定することができる。そのため、本実
施の形態では触覚センサ１の被測定物Ｈへの接触荷重を
圧電素子５１によって測定することによって、第３の実
施の形態（図６（Ａ）参照）と同様に複数回の硬さ測定
を行う場合にも同一荷重下で測定することができるた
め、より正確な硬さ測定を行うことができる。

【００３８】また、図６（Ｃ）は本発明の第５の実施の
形態を示すものである。本実施の形態は、第１の実施の
形態（図１（Ａ）〜（Ｃ）乃至図４（Ａ），（Ｂ）参
照）の触覚センサ１の振動子８の中心部に光ファイバー
歪みゲージ６１を取付けたものである。ここで、本実施
の形態では振動子８の中空部に挿入されたシャフト部１
１の軸心部に挿入穴６２を形成し、この挿入穴６２に光
ファイバー歪みゲージ６１の先端部が挿入された状態で
固定されている。

【００３９】そこで、本実施の形態では触覚センサ１に
よる被測定物Ｈの硬さ測定時に共振状態の変化情報と同
時に、触覚センサ１の被測定物Ｈへの接触荷重を光ファ
イバー歪みゲージ６１によって測定することができる。
そのため、本実施の形態では触覚センサ１の被測定物Ｈ
への接触荷重を光ファイバー歪みゲージ６１によって測
定することによって、第３の実施の形態（図６（Ａ）参
照）と同様に複数回の硬さ測定を行う場合にも同一荷重
下で測定することができるため、より正確な硬さ測定を
行うことができる。

【００４０】また、図７（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の第６
の実施の形態を示すものである。本実施の形態は、第１
の実施の形態（図１（Ａ）〜（Ｃ）乃至図４（Ａ），
（Ｂ）参照）の触覚センサ１の接触子１０とシャフト部
１１とを一体成形した接触子ユニット７１を弾性体であ
るポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の樹脂材
料によって形成するとともに、接触子支持材１４をポリ
ウレタン等の樹脂材料によって形成したものである。

【００４１】さらに、本実施の形態ではフード部材１３
の内周面と、振動子８の外周面との間に、振動子８の振
動の節の位置を支持するための支持リング７２が配設さ
れている。

【００４２】また、本実施の形態のケーシング６の後端
部には第１の実施の形態の連結部材７を一体化したカテ
ーテル連結部７３が設けられている。そして、このカテ
ーテル連結部７３にカテーテル５の先端部が固定されて
いる。

【００４３】次に、上記構成の作用について説明する。
本実施の形態の触覚センサ１の使用時には振動子８と接
触子ユニット７１とを含めた機械的振動部１２を共振さ
せ、被測定物Ｈに触覚センサ１の先端を押し当てる。こ
の時、振動子８と接触子１０との接触部分等から発生す
る不要な振動成分は、接触子ユニット７１の弾性体内を
伝播する過程において減衰し、目的の振動成分（共振点
での強い振動成分）の振動のみが、被測定物Ｈに伝播さ
れる。

【００４４】また、逆に被測定物Ｈと接触子１０との間
で発生する不要な振動成分が接触子ユニット７１の弾性
体内を伝播する過程において減衰され、振動子８には目
的の振動成分（共振点）が伝播する。

【００４５】そこで、本実施の形態では触覚センサ１に
よる被測定物Ｈの硬さ測定時に触覚センサ１を被測定物
Ｈに押し当てたときの振動特性は図７（Ｄ）に示すよう
に不要な振動成分であるノイズが減少し、共振周波数の
変化を正確に読み取ることが出来る。そのため、図７
（Ｃ）に示す従来例のように不要な振動成分であるノイ
ズが目的の振動成分に加わっている場合には、目的の振
動成分の測定が不正確になるおそれがあるのに対し、本
実施の形態の触覚センサ１では図７（Ｂ）に示す目的の
振動成分を正確に測定することができ、触覚センサ１の
重要な動作原理である被測定物Ｈに触れたときの共振周
波数の変化を高精度に読みとることができる。

【００４６】また、図８（Ａ）は本発明の第７の実施の
形態を示すものである。本実施の形態は、第６の実施の
形態（図７（Ａ）〜（Ｃ）参照）の触覚センサ１の振動
子８の中空部に挿入されたシャフト部１１の先端部に略
円錐形状の突設部８１を前方に向けて突設し、この突設
部８１の外周面に第６の実施の形態の接触子１０と同様
に弾性体であるポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥ
Ｋ）等の樹脂材料によって形成された接触子構成体８２
を貼り付けることにより、接触子８３を形成したもので
ある。

【００４７】次に、上記構成の作用について説明する。
本実施の形態の触覚センサ１の使用時には振動子８と、
シャフト部１１と、接触子８３とを含めた機械的振動部
１２を共振させ、被測定物Ｈに触覚センサ１の先端部を
押し当てる。この時、振動子８と接触子８３との接触部
分等から発生する不要な振動成分は、接触子８３の接触
子構成体８２の弾性体内を伝播する過程において減衰
し、目的の振動成分（共振点での強い振動成分）の振動
のみが、被測定物Ｈに伝播される。

【００４８】また、逆に被測定物Ｈと接触子８３との間
で発生する不要な振動成分が接触子８３の接触子構成体
８２の弾性体内を伝播する過程において減衰され、振動
子８には目的の振動成分（共振点）が伝播する。

【００４９】そこで、本実施の形態では触覚センサ１に
よる被測定物Ｈの硬さ測定時に触覚センサ１を被測定物
Ｈに押し当てたときの振動特性は不要な振動成分である
ノイズが減少し、共振周波数の変化を正確に読み取るこ
とが出来る。そのため、本実施の形態でも第６の実施の
形態と同様に目的の振動成分を正確に測定することがで
き、触覚センサ１の重要な動作原理である被測定物Ｈに
触れたときの共振周波数の変化を高精度に読みとること
ができる。

【００５０】また、図８（Ｂ）は本発明の第８の実施の
形態を示すものである。本実施の形態は、第６の実施の
形態（図７（Ａ）〜（Ｃ）参照）の触覚センサ１の振動
子８をセラミックス等の材料で形成し、この振動子８に
接するように設けられた接触子１０をＰＥＥＫ等の樹脂
またはＳＵＳ等の弾性体によって形成するとともに、接
触子支持材１４をポリウレタン等の樹脂材料の粘弾性体
によって形成し、この接触子支持材１４をフード部材１
３と一体成形したものである。ここで、接触子支持材１
４の粘弾性体は接触子１０の弾性材料の硬さよりも柔ら
かい材料で形成されている。

【００５１】そこで、上記構成のものにあっては触覚セ
ンサ１の接触子支持材１４とフード部材１３とを粘弾性
体によって一体成形したので、触覚センサ１の使用中に
触覚センサ１に横方向からの衝撃荷重が加わった場合、
フード部材１３と接触子支持材１４とにより振動子８に
かかる衝撃を和らげることができる。そのため、触覚セ
ンサ１の横からの衝撃に対する耐性が向上する。さら
に、フード部材１３と接触子支持材１４とを一体成形部
品としたことで、製造後の触覚センサ１の特性のバラツ
キを減少させることができる。

【００５２】また、図８（Ｃ）は本発明の第９の実施の
形態を示すものである。本実施の形態は、第６の実施の
形態（図７（Ａ）〜（Ｃ）参照）の触覚センサ１の振動
子８をセラミックス等の材料で形成し、この振動子８に
接するように設けられた接触子１０をＰＥＥＫ等の樹脂
またはＳＵＳ等の弾性体によって形成するとともに、第
６の実施の形態の接触子支持材１４に代えてゴム等の粘
弾性体によって形成されたリング状の２つの接触子支持
材９１を設けたものである。

【００５３】さらに、本実施の形態では、第６の実施の
形態のフード部材１３に代えてケーシング６の前端部に
固定されたフード支持部材９２と、このフード支持部材
９２の先端部に螺着されるフード本体９３とが設けられ
ている。そして、フード支持部材９２の内周面と振動子
８の外周面との間に一方の接触子支持材９１、フード支
持部材９２の内周面と接触子１０の外周面との間に他方
の接触子支持材９１がそれぞれ介設されている。

【００５４】そこで、上記構成のものにあってはゴム等
の粘弾性体によって形成されたリング状の２つの接触子
支持材９１を設け、フード支持部材９２の内周面と振動
子８の外周面との間に一方の接触子支持材９１、フード
支持部材９２の内周面と接触子１０の外周面との間に他
方の接触子支持材９１をそれぞれ介設したので、触覚セ
ンサ１の使用中に触覚センサ１に横方向からの衝撃荷重
が加わった場合、フード支持部材９２とフード本体９３
との連結体と、２つの接触子支持材９１とにより振動子
８にかかる衝撃を和らげることができる。そのため、触
覚センサ１の横からの衝撃に対する耐性が向上する。

【００５５】また、図８（Ｄ）は本発明の第１０の実施
の形態を示すものである。本実施の形態は、第６の実施
の形態（図７（Ａ）〜（Ｃ）参照）の触覚センサ１の振
動子８をセラミックス等の材料で形成し、この振動子８
に接するように設けられた接触子１０をＰＥＥＫ等の樹
脂またはＳＵＳ等の弾性体によって形成するとともに、
第６の実施の形態の接触子支持材１４に代えてゴム等の
粘弾性体によって形成されたＯリング１０１をフード部
材１３の内周面と接触子１０の外周面との間に介設した
ものである。

【００５６】そこで、上記構成のものにあってはフード
部材１３の内周面と接触子１０の外周面との間にゴム等
の粘弾性体によって形成されたＯリング１０１を介設し
たしたので、触覚センサ１の使用中に触覚センサ１に横
方向からの衝撃荷重が加わった場合、フード部材１３と
Ｏリング１０１とにより振動子８にかかる衝撃を和らげ
ることができる。そのため、触覚センサ１の横からの衝
撃に対する耐性が向上する。

【００５７】なお、本発明は上記各実施の形態に限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種
々変形実施できることは勿論である。次に、本出願の他
の特徴的な技術事項を下記の通り付記する。

【００５８】記 （付記項１） 機械的振動系を共振状態で振動させ、振
動子あるいは振動子と機械的に結合された接触子が物体
と接触したときの共振状態の変化情報を得て、物体の硬
さ情報とする触覚センサにおいて、触覚センサの外周上
に物体を固定するための固定部材を有し、少なくとも測
定時において、接触子先端部が、固定部材の先端部と同
一面か、固定部材の内部に位置することを特徴とする触
覚センサ。

【００５９】（付記項２） 上記固定部材が概略円筒形
であることを特徴とする付記項１の触覚センサ。 （付記項３） 上記触覚センサが内視鏡に挿通可能であ
ることを特徴とする付記項１の触覚センサ。

【００６０】（付記項４） 上記接触子が、概略円錐形
状であることを特徴とする付記項１の触覚センサ。 （付記項５） 上記接触子が、概略半球形状であること
を特徴とする付記項１の触覚センサ。

【００６１】（付記項６） 荷重センサを有する付記項
１の触覚センサ。 （付記項７） 荷重センサが歪みセンサである付記項６
の触覚センサ。 （付記項８） 荷重センサが圧電センサである付記項６
の触覚センサ。

【００６２】（付記項９） 荷重センサが光学式センサ
である付記項６の触覚センサ。 （付記項１０） 前記接触子の被験材との接触側が粘弾
性体からなる付記項１記載の触覚センサ。

【００６３】（付記項１１） 前記接触子全体が粘弾性
体である付記項１０記載の触覚センサ。 （付記項１２） 接触側に粘弾性体が貼り付けられた構
造である前記接触子からなる付記項１０記載の触覚セン
サ。

【００６４】（付記項１３） 前記粘弾性体が樹脂材か
らなる付記項１０記載の触覚センサ。 （付記項１４） 前記樹脂材がポリエーテルエーテルケ
トン（ＰＥＥＫ）からなる付記項１３記載の触覚セン
サ。

【００６５】（付記項１５） 前記樹脂材がポリカーボ
ネート（ＰＣ）からなる付記項１３記載の触覚センサ。 （付記項１６） 前記樹脂材がポリプロピレン（ＰＰ）
からなる付記項１３記載の触覚センサ。

【００６６】（付記項１７） 前記樹脂材がポリエチレ
ン（ＰＥ）からなる付記項１３記載の触覚センサ。 （付記項１８） 前記樹脂材がフッ素樹脂材からなる付
記項１３記載の触覚センサ。

【００６７】（付記項１９） 前記フッ素樹脂材がポリ
テトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる付記項１
８記載の触覚センサ。 （付記項２０） 前記フッ素樹脂材がＦＥＰからなる付
記項１８記載の触覚センサ。

【００６８】（付記項２１） 前記樹脂材がポリエチレ
ンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる付記項１３記載の
触覚センサ。 （付記項２２） 前記樹脂材がポリブチレンテレフタレ
ート（ＰＢＴ）からなる付記項１３記載の触覚センサ。

【００６９】（付記項２３） 前記樹脂材がＡＢＳ樹脂
材からなる付記項１３記載の触覚センサ。 （付記項２４） 前記樹脂材がポリアセタール（ＰＯ
Ｍ）からなる付記項１３記載の触覚センサ。

【００７０】（付記項２５） 前記樹脂材がポリサルフ
ォン（ＰＳＦ）からなる付記項１３記載の触覚センサ。 （付記項２６） 前記樹脂材がポリフェニレンサルファ
イド（ＰＰＳ）からなる付記項１３記載の触覚センサ。

【００７１】（付記項２７） 前記樹脂材がポリウレタ
ンからなる付記項１３記載の触覚センサ。 （付記項２８） 前記粘弾性体がゴムからなる付記項１
０記載の触覚センサ。

【００７２】（付記項２９） 前記固定部材と前記接触
子との間に接触子支持材を設けた構成である付記項１記
載の触覚センサ。 （付記項３０） 前記接触子支持材が弾性部材からなる
付記項２９記載の触覚センサ。

【００７３】（付記項３１） 前記弾性部材がＯリング
からなる付記項３０記載の触覚センサ。 （付記項３２） 前記弾性部材がシリコンゴムからなる
付記項３０記載の触覚センサ。

【００７４】（付記項３３） 前記弾性部材がフッ素ゴ
ムからなる付記項３０記載の触覚センサ。 （付記項３４） 前記固定部材と前記接触子とが樹脂の
一体成形部材である付記項２９記載の触覚センサ。

【００７５】（付記項３５） 前記樹脂がポリウレタン
からなる付記項３４記載の触覚センサ。 （付記項３６） 前記樹脂が塩化ビニルからなる付記項
３４記載の触覚センサ。 （付記項３７） 前記接触子支持材は前記接触子の材料
の硬さよりも柔らかい弾性材料で形成されている付記項
２９記載の触覚センサ。

【００７６】

【発明の効果】本発明によれば接触子の周囲を囲み、被
測定物を固定するための固定部材をセンサ本体の先端部
に設け、少なくとも測定時において、接触子の先端部
を、固定部材の先端部と同一面位置か、固定部材と同一
面位置よりもセンサ本体の内側に引き込んだ状態に設定
したので、接触子を被測定物に接触させる際に接触子に
過大な荷重が作用することを防止して被測定物の硬さ測
定を高精度に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態を示すもので、
（Ａ）は触覚センサによる硬さ検出システムの使用状態
を示す概略構成図、（Ｂ）は触覚センサの先端を被測定
物に当てた状態を示す斜視図、（Ｃ）は触覚センサの先
端部を示す要部の斜視図。

【図２】 （Ａ）は第１の実施の形態の触覚センサの先
端部を示す要部の縦断面図、（Ｂ）は触覚センサシステ
ム全体の概略構成図。

【図３】 第１の実施の形態の触覚センサによる被測定
物の硬さ測定状態を説明するもので、（Ａ）は硬さ測定
の前の触覚センサの状態を一部断面にして示す側面図、
（Ｂ）は触覚センサによる被測定物の硬さ測定状態を説
明するための一部断面にして示す側面図。

【図４】 第１の実施の形態の触覚センサの変形例を示
すもので、（Ａ）は本変形例の触覚センサによる硬い被
測定物の硬さ測定状態を示す要部の縦断面図、（Ｂ）は
柔らかい被測定物の硬さ測定状態を示す要部の縦断面
図。

【図５】 本発明の第２の実施の形態を示すもので、
（Ａ）は触覚センサによる硬い被測定物の硬さ測定状態
を示す要部の縦断面図、（Ｂ）は柔らかい被測定物の硬
さ測定状態を示す要部の縦断面図。

【図６】 （Ａ）は本発明の第３の実施の形態の触覚セ
ンサを示す要部の縦断面図、（Ｂ）は本発明の第４の実
施の形態の触覚センサを示す要部の縦断面図、（Ｃ）は
本発明の第５の実施の形態の触覚センサを示す要部の縦
断面図。

【図７】 本発明の第６の実施の形態を示すもので、
（Ａ）は触覚センサを示す要部の縦断面図、（Ｂ）は一
般的な被測定物の周波数とゲインとの関係を示す特性
図、（Ｃ）は従来の触覚センサによる被測定物の測定結
果を示す特性図、（Ｄ）は第６の実施の形態の触覚セン
サによる被測定物の測定結果を示す特性図。

【図８】 （Ａ）は本発明の第７の実施の形態の触覚セ
ンサを示す要部の縦断面図、（Ｂ）は本発明の第８の実
施の形態の触覚センサを示す要部の縦断面図、（Ｃ）は
本発明の第９の実施の形態の触覚センサを示す要部の縦
断面図、（Ｄ）は本発明の第１０の実施の形態の触覚セ
ンサを示す要部の縦断面図。

【符号の説明】

Ｈ 被測定物 １ 触覚センサ １ａ センサ本体 ８ 振動子（振動伝達要素） １０ 接触子 １２ 機械的振動部 １３ フード部材（固定部材）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 センサ本体内に機械的振動系が内蔵さ
   れ、前記機械的振動系を共振状態で振動させ、この機械
   的振動系の振動を伝達する振動伝達要素の先端部に配設
   された接触子が被測定物と接触したときの共振状態の変
   化情報を得て、前記被測定物の硬さ情報とする触覚セン
   サにおいて、 前記接触子の周囲を囲み、前記被測定物を固定するため
   の固定部材を前記センサ本体の先端部に設け、 少なくとも測定時において、前記接触子の先端部を、前
   記固定部材の先端部と同一面位置か、前記固定部材と同
   一面位置よりも前記センサ本体の内側に引き込んだ状態
   に設定したことを特徴とする触覚センサ。