JPH11132928A - 触覚センサプローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、接触圧の影響を受けない手段に関す
る構造が単純で、その為の制御が簡単な触覚センサプロ
ーブを提供する。 【解決手段】本発明の一態様によると、測定対象物の硬
さを測定する触覚センサを有する触覚センサプローブに
おいて、前記触覚センサに接合された弾性部材と、前記
弾性部材に接して設けられた圧電素子とを有し、前記圧
電素子によって前記触覚センサに加わる圧力を検出する
とともに、前記圧電素子によって前記触覚センサに加わ
る圧力を打ち消す方向に前記触覚センサに加わる力と同
一の大きさの力を発生させることを特徴とする触覚セン
サプローブが提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検体に接触して
被検体の硬さを検出する触覚センサプローブに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】医療分野、特にマルチメディア時代に於
ける医療では同一の患者のカルテを複数の医師が共有閲
覧し、この情報を基に異なる医師が治療を進めると言う
こと、即ち、カルテの共有化が極く普通に行われるよう
になることが予想される。

【０００３】このカルテの共有化に於いて、医師による
触診を代行する機能を有する触覚センサは、触診結果を
定量的に表現することができる医療装置として重要にな
ってくる。

【０００４】また、マイクロ化してカテテールの先端に
配置させ、脳血管等の体腔内に挿入させ脳血管疾患等の
診断に用いるマイクロ触覚の研究も進められている。し
かし、被検体に触覚センサを接触するときに発生する接
触圧による信号が対象物の硬さ信号に重畳する為、セン
サ出力が被検体の硬さを忠実に表すことができず、必ず
しも信頼性のある医療装置とは言えなかった。

【０００５】その具体的な解決手段が特開平５−３４０
８５９号公報に開示されている。これは従来例として図
１４に示す様に、接触被検体２００の硬度に応じた周波
数変動を検知し、当該周波数変動量により硬度を検出す
る硬度検出器であり、被検体２００に接触させる振動子
２０１と、当該振動子２０１の振動駆動系２０２と、当
該振動子２０１と接触被検体２００との間の接触圧を検
知する圧力センサ２０３と、前記振動子２０１を前記被
検体２００に押しつける進退移動機構２０４と、圧力セ
ンサ２０３と接続すると共に当該進退移動機構２０４を
動作するサーボモータ２０５とを備えて、サーボモータ
２０５が振動子２０１を被検体２００に一定圧力、速度
で接触するようにしたものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記先行技術に記載し
たように、被検体に触覚センサを接触するときに発生す
る接触圧の影響を受けずに高い信頼性で被検体の硬さを
検出する技術として圧力センサとアクチュエータによっ
て接触圧が一定になるように制御する方法（特開平５−
３４０８５９号公報）が提案されているが、圧力センサ
とアクチュエータが個々に必要で、サーボモータの回転
動作を直進動作に変換する進退移動機構が更に余分に必
要で、そのため構造が極めて複雑で小型化を図ることが
難しい。

【０００７】また、上記の先行技術では、制御系が複雑
であると共に、被検体に接触圧がかかる速度の制御が必
要である。更に、この先行技術では、図１４に示した様
に、触覚センサプローブの中心軸即ち、圧力検出軸また
は加圧軸方向に硬さ検出や接触圧の制御を行うことがで
きるものの、触覚センサプローブの中心軸に垂直な方向
（側面方向）に硬さ検出や接触圧の制御を行うことがで
きる触覚センサは提案されていなかった。

【０００８】前述したように、マイクロ化してカテテー
ルの先端に配置させ、脳血管等の体腔内に挿入させ脳血
管疾患等の診断、例えば血管壁の硬さの診断に用いるマ
イクロ触覚センサの応用では直面型（プローブの正面に
接触する対象物の硬さを検出するタイプ）より側面型
（プローブの側面に接触する対象物の硬さを検出するタ
イプ）の方が重要であり、側面型で、側面方向の接触圧
の影響を受けずに対象物の硬さを検出できる触覚センサ
が必要とされている。

【０００９】本発明は以上の様な点に鑑みてなされたも
ので、接触圧の影響を受けない手段に関する構造が単純
で、その為の制御が簡単な触覚センサプローブを提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によると、上記課
題を解決するために、下記のような手段による触覚セン
サプローブが提供される。 （手段１）測定対象物の硬さを測定する触覚センサを有
する触覚センサプローブにおいて、前記触覚センサに接
合された弾性部材と、前記弾性部材に接して設けられた
圧電素子とを有し、前記圧電素子によって前記触覚セン
サに加わる圧力を検出するとともに、前記圧電素子によ
って前記触覚センサに加わる圧力を打ち消す方向に前記
触覚センサに加わる力と同一の大きさの力を発生させる
ことを特徴とする触覚プローブセンサ。 （対応する発明の実施の形態）第１、第２の実施の形態
が該当する。

【００１１】即ち、測定対象物の硬さを検出する為の触
覚センサとは、図１に示した触覚センサ２、図３の
（ａ）、図５の（ｃ）に示したエネルギ閉じ込め電極２
８、４５と直下の圧電セラミクス２６又は圧電素子板４
７からなる圧電振動子、図４に示した触覚センサ５１、
図５の（ａ）に示した触覚センサ３８が該当し、広義に
は受圧部３４、３９を含めた構造を言い、触覚センサプ
ローブとはこの触覚センサの機能を効果的に作用させる
為の付随的な要素をも一体的に構成した複合構造体を指
している。

【００１２】触覚センサは、実施の形態では、何れも厚
み縦振動子を用いるので、触覚センサ下部の屈曲性弾性
体部には、触覚センサを構成する圧電振動子が高いＱｍ
有すると共に、不要振動が乗らない様にするための貫通
孔３３、３３１が設けられて触覚センサを構成してい
る。

【００１３】しかし、本発明の触覚センサプローブに用
いる触覚センサを構成する圧電振動子は、必ずしも厚み
縦振動子に限定する必要はない。触覚センサに接合され
た弾性体とは、具体的には屈曲性弾性体１、２７、４３
を言い、前述の通り一部に貫通孔３３、３３１が設けら
れている。

【００１４】例えば、厚み滑り振動子を用いることによ
り、前述の貫通孔を設けない構成としても良い。前記圧
電素子によって前記触覚センサに加わる圧力を打ち消す
方向に前記触覚センサに加わる力と同一の大きさの力を
発生させる手段は、具体的には一体的に構成された圧力
センサ、アクチュエータ及び制御手段を言っている。

【００１５】（手段１の作用効果）触覚センサに対象物
を接触して対象物の硬さを検出するときに時間的に緩や
かに変化する接触圧が加わると、その接触圧によって屈
曲性弾性体は屈曲し△ｘの変位を発生する。

【００１６】これと同時に、圧力センサの電極６、２
４、４６ａ、４６ｂ、５３には、圧電歪みに対応した電
荷が発生する。一方、接触圧が無い時に丁度△ｘの変
位、即ち接触圧に等しい発生力を起こす様な駆動電圧で
アクチュエータを制御させると、実質的に触覚センサが
接触圧を受けていない状態を実現することができる。

【００１７】以上の構成により、接触圧の影響を受けな
いで安定した触覚センシングが可能となる触覚センサを
実現することができる。 （手段２）前記圧電素子により前記触覚センサに加わる
圧力を検出する動作と、前記圧電素子によって前記触覚
センサに加わる圧力を打ち消す方向に前記触覚センサに
加わる力と同一の大きさの力を発生させる動作とを時分
割的に駆動する制御手段を有することを特徴とする（手
段１）に記載の触覚センサプローブ。

【００１８】尚、時分割的に機能するように制御させる
制御手段とは，具体的には図２の（ｂ）に示したセレク
タ２２と、スイッチ２０とのセット構造１２４を言って
いる。

【００１９】（対応する発明の実施の形態）第１、第２
の実施の形態が該当する。 （手段２の作用効果）時分割制御手段によって、アクチ
ュエータを駆動することにより、接触圧に関係ない電圧
を圧力センサが出力し、不安定な動作となることを防ぐ
ことが可能となる。

【００２０】以上の構成により、接触圧の影響を受けな
いで安定した触覚センシングが可能となる触覚センサを
実現することができる。 （手段３）前記圧電素子は、前記弾性体と接合する第１
の面のほぼ全面に一体に設けられた電極と、第２の面に
設けられた分割された電極と有することを特徴とする
（手段１）に記載の触覚センサプローブ。

【００２１】（対応する発明の実施の形態）第１、第２
の実施の形態が該当する。ここで、分割電極構造とは具
体的には図１の（ａ）に示した圧電ユニモルフ型屈曲変
位圧力センサ兼アクチュエータ３、図１の（ｂ）、
（ｃ）に示した圧力センサ用電極６とアクチュエータ用
電極７、図４に示した圧力センサ用電極５３とアクチュ
エータ用電極５４、図５の（ｃ）に示した圧力センサ用
電極４６ａ、４６ｂとアクチュエータ用電極７が該当す
る。

【００２２】尚、いずれの図に於いても、弾性体に接合
される面側の全面電極は図示していない。圧電ユニモル
フとは、これらの電極と、その直下の圧電素子板と、更
にその下面に接合された屈曲性弾性板からなる複合構造
体を指している。

【００２３】（手段３の作用効果）センサ出力とアクチ
ュエータ入力の両電圧極性は異符号なので、電極を分割
することによって互いの信号が相殺し合わずに制御する
ことができる。

【００２４】以上の構成により、接触圧の影響を受けな
いで安定した触覚センシングが可能となる触覚センサを
実現することができる。また、この構造によれば、小型
化の可能性が大きく、制御が簡単で、かつ、側面型の触
覚センサプローブを提供することが可能となる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態について説明する。 （第１の実施の形態）始めに、図１乃至図３を用いて本
発明による触覚センサプローブの第１の実施の形態につ
いて説明する。

【００２６】図１の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はこの発明
の第１の実施の形態の原理説明図、図２の（ａ）、
（ｂ）は同じく制御方法を、図３（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）、（ｄ）は同じく実際の構造図をそれぞれ示して
いる。

【００２７】先ず、図１の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を用
いてこの発明の第１の実施の形態の動作原理について説
明する。この実施の形態では、一端を保持台４に固定さ
れた燐青銅等の金属製、ジルコニア、アルミナ等のセラ
ミクス製、あるいはシリコンや水晶等の単結晶からなる
薄細板状屈曲性弾性体１にＰＺＴセラミクス等の圧電薄
板に電極を両面に形成し、板厚方向に分極処理された圧
電素子板５が接合された構造になっている。

【００２８】この圧電素子板５と前記薄細板状屈曲性弾
性体１の一部とで圧電ユニモルフを構成し、これが電極
を分割することにより圧力センサ兼アクチュエータ３と
なっている。

【００２９】また、この薄細板状屈曲性弾性体１の端部
には圧電振動子からなる触覚センサ２が配設されて、触
覚センサプローブの基本構造を構成している。この様な
構造の触覚センサプローブの先端に配設した触覚センサ
に、図１の（ｂ）に示した様に応力Ｆ（９）が加わると
変位△ｘが発生し、前記圧電ユニモルフ型屈曲変位圧力
センサ兼アクチュエータ３の圧力センサ検出用電極６に
電荷１０が発生する。

【００３０】圧電素子板５が図１の（ｂ）で上に向かっ
て分極されているとすると、図１の（ｂ）に示した様な
下方への力Ｆ（９）が加わり屈曲変位８を起こすことに
より、負の発生電荷１０を生じる。

【００３１】この時、力Ｆ（９）と変位△ｘ（８）との
間にはＦ＝Kbend ・△ｘ （但し、Kbend は屈曲弾性
率）が成り立つ。この状態で触覚センサ２には圧力Ｆ
（９）が加わり、その反対方向に反作用力ーＦが働いて
いて変位△ｘ（８）の位置にとどまっている。

【００３２】一方、この様な応力Ｆ（９）を与えること
を考えずに、アクチュエータ用電極７に、丁度△ｘ（８
´）の変位を発生するアクチュエータ駆動電圧＋Ｖ（１
１）を印加すると、図１の（ｃ）に示した様な屈曲変位
△ｘ（８´）を示す。

【００３３】従って、図１の（ｂ）に示した様に力Ｆ
（９）が加わり変位△ｘ（８）の変位を発生している
時、図１の（ｃ）に示す様に△ｘの変位（８´）を発生
する様にアクチュエータ駆動電圧＋Ｖ（１１）を印加す
ると、屈曲性弾性体の先端に配設した触覚センサは実質
的に力を受けていない状態を実現することができること
になる。

【００３４】この時の制御の様子を図２の（ａ）に示
す。屈曲性弾性体１の先端に配設した触覚センサ２に外
部力Ｆ（９）が加わり圧電ユニモルフ型屈曲変位圧力セ
ンサ１２にも屈曲歪みが発生すると、圧力センサ用電極
にセンサ出力信号２０１を生じる。

【００３５】このセンサ出力信号２０１を制御回路１４
に入力し、ここでアクチュエータ駆動信号２０２に変換
し、力が全く加わっていない時に屈曲性弾性体１の先端
に配設した触覚センサ２が丁度△ｘの変位１６を発生す
るのに相当する電圧をアクチュエータ用電極７と下部電
極１７間に印加する。

【００３６】制御回路１４は、図２の（ｂ）に示した様
にプリアンプ１８、スイッチ２０、比較器２３、セレク
タ２２、高圧発生器１９からなっている。外部応力によ
ってセンサ出力電極６に発生した電荷１０は、プリアン
プ１８によってインピーダンス変換され、スイッチ２０
がオンの状態で比較器２３に入力される。

【００３７】この入力値が一定値を越えると、比較器２
３はその差異に対応した電圧を出力する。この出力電圧
によって、セレクタ２２はスイッチ２０から高圧発生器
１９を選択するようになり、スイッチ２０がオフ状態に
なる。

【００３８】比較器２３の出力電圧はセレクタ２２を経
て、高圧発生器１９に入力され、駆動変位△ｘ（１６）
を発生する様なアクチュエータ駆動電圧＋Ｖに変換し、
アクチュエータ用電極に入力される。

【００３９】尚、スイッチ２０がオフ状態になると、比
較器２３からの出力がなくなるので、セレクタ２２は再
びスイッチ２０を選択し、スイッチ２０がオン状態に戻
る。この時、更に外部力Ｆが増加しつつあると、再度同
じ制御が繰り返され、屈曲性弾性体１の先端に配設した
触覚センサ２が実質的に力を受けていない状態に至るこ
とになる。

【００４０】この様に、圧力検出のタイミングとアクチ
ュエータ動作のタイミングとは完全に時分割しているの
で、アクチュエータ動作が圧力検出にフイードバックさ
れることにより、動作が不安定になることは無い。

【００４１】次に、本第１の実施の形態による触覚セン
サプローブの実際の構造について図３の（ａ）乃至
（ｄ）を用いて説明する。図３の（ａ）は、管状構造体
３７に内装する接触圧フリー状態を実現する構造体の上
面図、図３の（ｂ）、（ｃ）はその内部構造の側面図を
それぞれ示している。

【００４２】また、図３の（ｄ）は触覚センサプローブ
の全体図である。片面に圧力検出電極２４、アクチュエ
ータ駆動電圧印加電極２５、エネルギ閉じ込め電極２８
を有し、他の面が圧力検出電極２４、アクチュエータ駆
動電圧印加電極２５に対向するように共通に配置し、エ
ネルギ閉じ込め電極２８に対向する様に同形状の裏面エ
ネルギ閉じ込め電極（図示せず）を配し、板厚方向に分
極処理した圧電セラミクス２６を燐青銅等の金属製、ジ
ルコニア、アルミナ等のセラミクス製、あるいはシリコ
ンや水晶等の単結晶からなる薄細板状屈曲性弾性体２７
に接着等の手段で接着し、これを保持台３５に対して保
持した構造になっている。

【００４３】薄細板状屈曲性弾性体２７の圧電素子のエ
ネルギ閉じ込め電極２８が配置する位置には貫通孔３３
が設けられ、高効率で不要振動の無い厚み縦振動を励振
することができる。

【００４４】また、圧力検出電極２４、アクチュエータ
駆動電圧印加電極２５には圧力検出端子３０、アクチュ
エータ駆動電圧印加端子３１を接続し、薄細板状屈曲性
弾性体２７に設けた圧電素子裏面電極接続電極パッドに
は接地端子２９を接続し、それぞれの端子は制御部へ導
かれている。

【００４５】また、エネルギ閉じ込め電極２８と裏面エ
ネルギ閉じ込め電極（図示せず）には屈曲性弾性体に形
成された配線（図示せず）が接続され、保持台３５側で
触覚センサを制御することができる様になっている。

【００４６】以上の構造体のエネルギ閉じ込め電極２８
には、図３の（ｃ）に示した様に、受圧部３４が形成さ
れ、保持台３５に変形しない管状構造体３７に内装され
触覚センサプローブが構成される。

【００４７】次に、この発明の第１の実施の形態による
センサプローブの作用について説明する。エネルギ閉じ
込め電極２８とその部分の圧電セラミクスからなる厚み
縦振動子は背面に屈曲性弾性体２７に設けられた貫通孔
３３の存在により不要振動がなく高い先鋭度を持った圧
電振動子を構成し、受圧部３４とで触覚センサとなって
いる。

【００４８】この受圧部に外部応力Ｆ（９）が加わる
と、これを屈曲弾性率Ｋbendで除算した△ｘの変位８が
生じる。この変位は屈曲性弾性体２７の圧力検出電極２
４近傍にも屈曲歪みを生じさせる。

【００４９】この屈曲歪みによって圧力検出電極２４上
に電荷が発生する。この電荷はプリアンプ１８によって
電圧信号に変換され、比較器２３で比較電圧との差異の
大きさに応じた出力を発生し、セレクタ２２を経て高圧
発生器１９に入力され、その出力として応力がないとき
に駆動変位△ｘを発生させるのに等しい電圧を発生さ
せ、その電圧がアクチュエータ駆動電圧印加電極２５に
印加され、受圧部３４に加わる応力が実質的にゼロにな
る。

【００５０】尚、屈曲歪みによって圧力検出電極２４上
に発生する電荷とアクチュエータ駆動電圧印加電極２５
に印加する電圧の関係は極性が反対で、圧力検出電極２
４上に発生する電荷をプリアンプ１８によってインピー
ダンス変換して得られる電圧を増幅した電圧がアクチュ
エータ駆動電圧印加電極２５に印加する電圧に等しくな
っている。

【００５１】以上の本実施の形態に関わる触覚センサプ
ローブの構造は被検体の硬さを接触圧の影響を受けずに
行えるだけでなく、構造が極めて簡単で小型化の可能性
が大きく、また側方視の構造になっていて体腔壁の硬さ
検出に適した構造を実現することができる。

【００５２】なお、この発明の実施の形態の各構成は、
当然、各種の変形、変更が可能である。例えば、圧力検
出電極２４の位置は必ずしも図３の（ａ）に示した様な
位置ではなく、他の部位でも良い。

【００５３】また、アクチュエータ駆動周波数と触覚セ
ンサの制御周波数は大幅に差があるので、アクチュエー
タ駆動電圧印加電極２５とエネルギ閉じ込め電極は導通
させて同一配線で制御することも可能である。

【００５４】この場合の制御信号は触覚センサの制御信
号である高周波信号にアクチュエータ制御信号である数
ＫＨｚ以下の信号が重畳したものとなる。更に、同一の
圧電セラミクス上に圧力センサ電極、アクチュエータ駆
動電圧印加電極、エネルギ閉じ込め電極の全てをモノリ
シックに形成するのではなく、図４に示す様に、圧力セ
ンサ電極５３とアクチュエータ用電極５４を共通の圧電
素子板５８に形成し、触覚センサ５１は異なる圧電素子
板に分離して形成した構造でも良い。

【００５５】この構造は、圧力センサ電極５３とアクチ
ュエータ用電極５４とが屈曲性弾性体５２の長手方向の
同位置にあり、制御が正確になったり、圧電素子板の寸
法を小さくすることができ、屈曲性弾性体５２への接着
接合が容易になると言う製造工程上の利点がある構造で
ある。

【００５６】（第２の実施の形態）次に、本発明の触覚
センサプローブに関する第２の実施の形態を図５の
（ａ）乃至（ｄ）及び図６の（ａ）、（ｂ）を用いて説
明する。

【００５７】図５の（ｃ）は、管状構造体４８に内装す
る接触圧フリー状態を実現する構造体の上面図、図５の
（ａ）、（ｂ）はその側面図をそれぞれ示している。ま
た、図５の（ｄ）は、触覚センサプローブの全体図であ
る。

【００５８】この第２の実施の形態が上述した第１の実
施の形態と異なる点は、屈曲性弾性体４３が両端で保持
台４ａ、４ｂによって保持され、触覚センサ３８の位置
が屈曲性弾性体４３の中央付近に配置されていると言う
ことである。

【００５９】圧電ユニモルフ型屈曲変位圧力センサ兼ア
クチュエータの構造は、図５の（ｃ）に示す様に、中央
部にエネルギ閉じ込め電極４５、それを囲む様にアクチ
ュエータ用電極７と、アクチュエータ端子４６、及び該
アクチュエータ用電極７に取り囲まれるように一対の圧
力センサ検出用電極４６ａ、４６ｂを配し、板厚方向に
分極した圧電素子板４７を屈曲性弾性体４３の中央部付
近に接着等の手段で接合したユニモルフ構造となってい
る。

【００６０】一対の圧力センサ検出用電極４６ａ、４６
ｂはジャンパ線４４によって同電位とされ、検出信号は
圧力センサ検出端子４６ｃを経てプリアンプ１８に導か
れて信号制御される。

【００６１】この実施の形態の制御の方法は、第１の実
施の形態と同じなので省略する。図５の（ｄ）は管状構
造体４８に内装した触覚センサプローブであり、図６の
（ａ）は第１の実施の形態の触覚センサプローブと第２
の実施の形態の触覚センサプローブとを接続した触覚セ
ンサプローブである。

【００６２】マイクロカテテールの先端や途中の位置に
触覚センサを複数配置して体腔壁の複数の位置の硬さを
接触圧の影響を受けずに検出することができる。また、
図６の（ｂ）に示す様に、保持台を湾曲性の構造体と
し、湾曲制御システムを搭載して、複雑に曲がりくねっ
た管腔壁にも対応することができる。

【００６３】（第３の実施の形態）図７の（ａ）乃至
（ｆ）を用いて第３の実施の形態について説明する。図
７の（ａ）は第３の実施の形態に関する触覚センサプロ
ーブ製造工程の途中の工程の状態の断面図を示してい
る。

【００６４】シリコン単結晶の一部に異方性エッチング
で液体保持容器６１の側壁面とそれに連なる液体流路６
０を形成した構造体５９に、前記液体保持容器６１の底
部の形状寸法に合致した形状寸法の、くり貫き部を有し
構造体５９の形状寸法と同じ面形状、寸法を有するガラ
ス等の弾性体からなる流路カバー板６２を電界接合等の
手段で接合し、閉じた液体流路６０を形成し、更にガラ
スビーズ状ジョイント６３を液体流路６０に電界接合等
の手段で接合している。

【００６５】尚、該液体流路６０は流路の一部に、その
溝幅を広げた領域を有し、弁（図示していない）が設け
られると共に、図７の（ｅ）に示す様な液体輸送ポンプ
部７４を有している。

【００６６】次に、図７の（ｂ）に示す様な、厚み縦振
動励起用電極６４ａ、屈曲振動励起用電極６６、及び両
者を連結する連結部配線電極６５ａを圧電セラミクス６
７の片面に形成し、他面は厚み縦振動励起用電極６４ｂ
´と屈曲振動励起用電極６６ｂ´が分離して形成され、
厚み方向に分極したモノリシック圧電振動子６８を前記
図７の（ａ）に示した構造体に、厚み縦振動励起用電極
６４ａが構造体５９に形成した液体保持容器の底面開口
部、即ち、前記くり貫き部に、また屈曲振動励起用電極
６６ａが構造体５９に形成した液体輸送ポンプ部７４に
位置ずれなく重なる様に接着等の手段で接合する。

【００６７】更に、図７の（ｄ）に示す様な、制御用配
線７１、７２が、それぞれ厚み縦振動励起用電極６４
ｂ、屈曲振動励起用電極６６ｂに接続されそれぞれの配
線を経て、厚み縦振動励起用電極６４部の圧電振動子を
パルス駆動方式の触覚センサ７３として制御し、屈曲振
動励起用電極６６部の圧電振動子は流路カバー板６２と
圧電ユニモルフ屈曲振動子を構成し、図７の（ｅ）に示
す液体輸送ポンプ部７４用のアクチュエータとして制御
する。

【００６８】尚、図７の（ｄ）に示す様に、液体保持容
器６１の側壁面と厚み縦振動励起用電極６４の表面には
液体のスムーズな流れを実現することができる様に疎水
性コーティング膜６９が形成されている。

【００６９】また、図示していないが液体流路６０にも
スムーズな流れを実現することができる様に、疎水性コ
ーティング膜が形成されている。更に、液体保持容器６
１の被検体に接触する側の開口部周縁部には親水性保護
膜５９１を形成し、液体保持容器６１に保持する水等の
液体が液体輸送ポンプ部７４のポンピングで容易に液体
が漏れ流れ出る様に配慮してある。

【００７０】この様な構造に於いて、この構造の触覚セ
ンサプローブが被検体に接触していない時は、液体輸送
ポンプ部７４のポンピング動作を弱めに制御し、液体保
持容器６１から微量ずつ液体が漏れ流れ出る様に制御
し、厚み縦振動励起用電極６４部の圧電振動子を繰り返
し周波数数ＫＨｚでインパルス電圧を印加し超音波を送
受信する様な制御を行う。

【００７１】液体保持容器６１に保持した液体の表面が
被検体に接触していない時は、液体保持容器６１の深さ
ｄと液体の音速とで決まる時刻に液体表面で反射した大
きな振幅のエコー信号が観測される。

【００７２】しかるに、液体保持容器６１に保持した液
体の表面が被検体に接触すると、送信超音波の一部が被
検体に侵入するので、前記エコー信号の振幅は大幅に低
下する。

【００７３】この変化を検出した瞬間、液体輸送ポンプ
部７４のポンピング動作を強めに制御する様に変更し、
常に液体が被検体と親水性保護膜６９１の間から均一に
漏れ出る様に制御する。

【００７４】この状態で触覚センサを動作し続け、前記
エコー信号の検出時刻以降に観測され、かつ前記エコー
信号の多重反射とは区別されるエコー信号と前記エコー
信号との関係を解析することにより、被検体の硬さ情報
を検出する。

【００７５】この検出に於いて、液体保持容器６１に保
持した液体は超音波遅延媒体として、また逐次液体が被
検体と親水性保護膜６９１の間から均一に漏れ出る様に
制御することにより、圧電振動子が直接被検体に接触し
ないので接触圧の影響を受けることがなく、また液体保
持容器６１に保持した液体の圧力も大きな変動をするこ
とが無い。

【００７６】即ち、この様な構造の触覚センサプローブ
によれば、被検体との接触圧の影響を受けず正確な硬さ
検出を行うことができると共に、構造が簡単で、シリコ
ンプロセスを用いるので小型化、大量生産が可能とな
る。

【００７７】図８の（ａ）は本実施の形態の変形例であ
り、触覚センサ７９とポンプ用圧電素子８０が流路カバ
ー板７８にディスクリートに接合され、配線もそれぞれ
から引き出されている。

【００７８】この様な構造は工程的には煩雑になるが、
個々に位置合わせが可能で、触覚センサ７９とポンプ用
圧電素子８０との間のクロストークを皆無にすることが
できるので、精度の高い検出を行うことができると言う
効果が得られる。

【００７９】図８の（ｂ）は、他の変形例で、配線を流
路カバー板に形成したもので、前の変形例の様に配線を
取り付けると言う工数を省略することができ、断線等に
よる信頼性の低下を懸念しないですむと言う効果が得ら
れる。

【００８０】更に、図８の（ｃ）は、他の変形例で、触
覚センサ７９、触覚センサ７９用配線、ポンプ用圧電素
子８０を同一の圧電素子板に一体的に形成し、更に構造
の簡略化を図っている。

【００８１】（第４の実施の形態）図９を用いて第４の
実施の形態について説明する。この第４の実施の形態に
於いて、シリコン構造体に形成する液体保持容器や液体
流路構造は、上述した他の実施の形態と変わらないので
省略する。

【００８２】この第４の実施の形態に於いて、上述した
他の実施の形態と異なるのは触覚センサ１０４用電極１
０２、触覚センサ７９用配線１０７、ポンプ用圧電素子
の電極１０１の配置が異なる。

【００８３】即ち、同一の圧電素子板１００の表裏に配
設される触覚センサ１０４用電極１０２、１０２´、ポ
ンプ用圧電素子の電極１０１、１０１´はそれぞれ同じ
面に於いて圧電素子板１００上で結線され、２本の配線
１０７、１０７´だけで制御信号を送受する構造になっ
ている。

【００８４】この構造に於いて、触覚センサ１０４を制
御する信号は１０ＭＨｚ前後の高周波で、ポンプ用圧電
素子の制御信号は高々数ＫＨｚであり、同一配線を用い
て、両信号を重畳させて制御しても両信号が互いに悪影
響を及ぼし合うことが無いようになっている。

【００８５】この様な構造は、制御端子が少なく、構造
が極めて簡単で高い信頼性で被検体の検出が可能となる
と共に、、シリコンプロセスを用いて大量生産し、極め
て安価な触覚センサプローブの提供が可能となり、使い
捨てタイプの触覚センサプローブの実現も可能となる。

【００８６】（第５の実施の形態）図１０の（ａ）乃至
（ｄ）は、第５の実施の形態に関する触覚センサプロー
ブの断面図である。

【００８７】この第５の実施の形態に於いて、シリコン
構造体に形成する液体保持容器や液体流路構造は他の実
施の形態と変わらない。また、この第５の実施の形態に
於いて、構造的には前述した第３の実施の形態の変形例
で説明した図８の（ａ）の構造に近く、異なる点は触覚
センサ１１２用圧電振動子の形状が平板ではなく曲面を
持っていると言うことである。

【００８８】この様な曲面構造にし、超音波ビームが焦
点を結ぶ様にすることによって、液体保持容器１１１の
開口部の面積は更に小さくすることが可能で、これによ
って、被検体に触覚センサプローブが接していない時、
常にポンプ用圧電素子１１３を制御し続けなくても、わ
ずかに液体が横溢する状態を保持することができること
になり、液体を常に垂れ流し続けるということが無くな
り、被検体への影響を減ずることが可能となる。

【００８９】尚、液体保持手段に収容された液体表面の
中央部に向けて超音波ビームを放射する構造とは、使用
する圧電振動子の構造を超音波ビーム放射側の面を凹面
にした構造で、具体的には図１０の（ａ）に示した触覚
センサ１１２が該当する。

【００９０】この圧電振動子としては、曲面構造の圧電
振動子が用いられている。この実施の形態に用いられる
触覚センサの構造は曲面構造の圧電振動子を用いなくて
も図１０の（ｂ）、（ｃ）に示した様に平面圧電振動子
に音響レンズを形成したものでも構わないことは言うま
でもない。

【００９１】この場合、音響レンズ材料の音速が、液体
の音速より速い時は凹面、遅いときは凸面形状となる。
この他、アニュラーアレイ電極を付した平面圧電振動子
をダイナミックフォーカスによって収束超音波ビームを
送受することも可能で、この場合の圧電振動子の制御方
法は通常の超音波診断装置に用いられているアニュラー
アレイ圧電振動子の制御方法と同じである。

【００９２】（第６の実施の形態）図１１は、第６の実
施の形態に関する触覚センサプローブの断面図である。
この第６の実施の形態に於いて、シリコン構造体に形成
する液体保持容器や液体流路構造は他の実施の形態と変
わらない。

【００９３】また、この第６の実施の形態に於いて、構
造的には前述した第３の実施の形態の変形例で説明した
図８の（ａ）の構造に近く、異なる点は液体保持容器の
対象物に接触する側の表面の液体保持手段の開口周縁部
に親水性保護膜１１９が形成されていると言うことであ
る。

【００９４】これによって、液体保持容器１２０に保持
する水等の液体が液体輸送ポンプ部１２２のポンピング
で容易に均一に液体が漏れ流れ出る様になり、液体表面
と被検体表面の間に空気層が介在することが無く超音波
ビームが容易に安定して被検体に侵入させることができ
る様になる。

【００９５】（第７の実施の形態）図１２は、第７の実
施の形態に関する触覚センサプローブの断面図である。
本実施の形態に関する構造は、これまで述べた他の構造
とは異なり、触覚センサの検出方向が構造体５９１の長
手方向に一致している場合、即ち正面配置の触覚センサ
プローブ構造を示している。

【００９６】この構造に於いて、構造体５９１の端部側
壁部に圧電振動子７０３の主面が構造体５９１の長手方
向に向くように配置させ、その方向の超音波を送受信す
ることができる様になっている。

【００９７】該構造体５９１の端部側壁部には液体流路
６０１の出口が接続され、液体溜め７１１に留置した液
体７０２、例えば水をポンプ用圧電素子７０７のポンプ
作用と逆流防止弁（図示していない）の作用によって液
体が液体保持容器６１１に送液され絶え間なく満杯状態
が実現される様になっている。

【００９８】また、構造体５９１は４面（図１１では２
面のみ表示）に、液体保持容器用側壁板７０４が接合さ
れた構造をしていて、液体保持容器６１１を構成する。
この様な構造にすることによって、正面方向の対象物の
硬さを測定時のプローブ接触圧の影響を受けずに検出す
ることができる様になる。

【００９９】図１３は本実施の形態の変形例である。即
ち、この変形例は、途中からテーパのついた一部に注水
孔を有した内部構造体７１２と、これに内装着した圧電
振動子７０８及びダンピング層７０９、及びこれらを保
持すると同時に液体溜め７１１を構成する為の液体溜め
枠構造体７１３、この液体溜め枠構造体７１３に接合
し、屈曲変位を起こしポンプ作用を起こさせる為のポン
プ用圧電振動子７０７、及びこれらを内装する外筒体７
０６からなっている。

【０１００】また、液体溜め７１１を形成する液体溜め
枠構造体７１３の一部には、逆流防止弁７１０と液体輸
送管７１６内の液体流路７１７が接続されていて、手元
操作部から適宜液体を供給することができる様になって
いる。

【０１０１】更に、触覚センサ用圧電振動子７０８とポ
ンプ用圧電振動子７０７には、駆動信号を授受する為の
配線７１４、７１５が施されることにより、手元操作部
に配置された信号制御部に導かれている。

【０１０２】この様な構成に於いて、ポンプ用圧電振動
子７０７を適当な電圧で屈曲動作させることにより、ポ
ンプ用圧電振動子７０７をポンピングさせて液体を図示
した液体経路１１４に沿って液体保持容器７０９に導
く。

【０１０３】液体保持容器７０９は図示した様なテーパ
形をした構造で、寸法も小さいので大きな表面張力が働
き容易に液体保持容器７０９が空になることは無いが、
対象物に接触した瞬間や、急激に姿勢を変えた瞬間に液
体が少しづつこぼれ落ちるので、それを補給する為に送
液することになる。

【０１０４】この場合、連続的に送液する液体として水
を用いれば生体組織に悪影響及ぼすことは無い。この様
に溢れ出る状態で、液体保持容器７０９の水面が対象物
に接触すると、触覚センサ用圧電振動子７０８から送信
された超音波は水面で反射する超音波エネルギとして対
象物表面の音響インピーターンスに応じて変化し、また
同時に深さ方向に存在する音響的不連続物体、例えば腫
瘍からのエコー信号も検出することができるので、生体
組織の表面から深部にかけて硬さ検出を行うことができ
る様になる。

【０１０５】尚、本実施の形態に於いて、対象物にプロ
ーブ先端が接触した瞬間に、送液量を増加させることに
より、接触圧の影響を受けない検出をさらに安定して行
える様になるので、水面反射エコー振幅が、ある値以下
になった時に、ポンプ用圧電振動子７０７への供給電圧
を自動的にで大きくする制御装置を手元操作部に配置す
ることが有効になる。

【０１０６】なお、上述した第１乃至第７の実施の形態
及びそれらの幾つかの変形例で示した本明細書には、特
許請求の範囲及び解決手段の項に記載した発明を含み、
以下のような発明が含まれている。

【０１０７】尚、発明（１）乃至（３）の対応する発明
の実施の形態及び作用効果については、解決手段の項に
記載した手段（１）乃至（３）のそれらを参照するもの
とする。

【０１０８】（１）測定対象物の硬さを測定する触覚セ
ンサを有する触覚センサプローブにおいて、前記触覚セ
ンサに接合された弾性部材と、前記弾性部材に接して設
けられた圧電素子とを有し、前記圧電素子によって前記
触覚センサに加わる圧力を検出するとともに、前記圧電
素子によって前記触覚センサに加わる圧力を打ち消す方
向に前記触覚センサに加わる力と同一の大きさの力を発
生させることを特徴とする触覚プローブセンサ。

【０１０９】（２）前記圧電素子により前記触覚センサ
に加わる圧力を検出する動作と、前記圧電素子によって
前記触覚センサに加わる圧力を打ち消す方向に前記触覚
センサに加わる力と同一の大きさの力を発生させる動作
とを時分割的に駆動する制御手段を有することを特徴と
する（１）に記載の触覚センサプローブ。

【０１１０】（３）前記圧電素子は、前記弾性体と接合
する第１の面のほぼ全面に一体に設けられた電極と、第
２の面に設けられた分割された電極と有することを特徴
とする（１）に記載の触覚センサプローブ。

【０１１１】（４）前記圧電素子を時分割的に駆動する
制御手段は、前記圧電素子の第２の面に設けられた前記
分割電極に発生する電荷を検出する動作と、この検出さ
れた電荷に比例した電圧を圧電素子に印加する動作を時
間分割的におこなうことを特徴とする（３）に記載の触
覚センサープローブ。 （対応する発明の実施の形態）第１、第２の実施の形態
が該当する。 （作用効果）時分割制御手段によって、圧力センサとア
クチュエータを時間的に重ならないように駆動すること
により、センサ動作とアクチュエータ動作が作用しあう
ことが無く、接触圧の影響を受けないで安定した触覚セ
ンシングが可能となる触覚センサを実現することができ
る。

【０１１２】（５）前記触覚センサと前記圧電素子が同
一の圧電素子基板上に一体に形成されていることを特徴
とする（１）に記載の触覚センサプローブ。 （対応する発明の実施の形態）第１、第２の実施の形態
が該当する。 （作用効果）触覚センサと前記センサ機能とアクチュエ
ータ機能を兼ねた圧電素子とが同一の圧電素子板上にモ
ノリシックに形成されているので、組立工程が少なく信
頼性が高く低コストで製造することができ、小型化が容
易である。

【０１１３】（６）測定対象物に対向する面に開口部を
有する液体保持室と、液体保持室内面に設けられた圧電
素子と、液体保持室に液体を供給する供給流路を有する
ことを特徴とする触覚センサプローブ。（対応する発明
の実施の形態）第３乃至第６の実施の形態が該当する。

【０１１４】尚、ここで言う触覚センサ７９、７３、８
７、１０４、１１２、１２３は、具体的には、図７の
（ｄ）に示す厚み縦振動励起用電極６４ａ、６４ｂと、
それに挟まれた圧電セラミクス６７の領域を指し、超音
波発生方法が自励発振ではなく他励発振方式による触覚
センサである。

【０１１５】また、液体保持手段は底面が前記触覚セン
サ、側壁が、例えば、シリコン単結晶からなる構造体５
９、他の一面が開口している液体保持容器６１、７６、
１１１、１２０を指している。

【０１１６】また、液体を送液する手段は具体的には液
体流路６０を指している。 （作用効果）液体保持手段に液体を送液する流路を経
て、液体が常に少しづつ溢れ出る状態で満たされている
状態になっている。

【０１１７】この液体として、例えば、超音波伝播ロス
の小さな水を用いれば圧電振動子に測定圧が殆ど伝えら
れず、測定圧の影響を気にしないで対象物の硬さ検出を
行うことができる。

【０１１８】（７）前記供給流路に接続され、前記液体
保持室に液体を供給する送液手段と、この送液手段を制
御し，液体供給量を調節する送液制御手段とを有するこ
とを特徴とする（６）に記載の触覚センサプローブ。 （対応する発明の実施の形態）第３乃至第６の実施の形
態が該当する。

【０１１９】尚、ここで言う触覚センサ７９、７３、８
７、１０４、１１２、１２３は、具体的には、図７の
（ｄ）に示す厚み縦振動励起用電極６４ａ、６４ｂと、
それに挟まれた圧電セラミクス６７の領域を指し、超音
波発生方法が自励発振ではなく他励発振方式による触覚
センサである。

【０１２０】また、液体保持手段は底面が前記触覚セン
サ、側壁が、例えば、シリコン単結晶からなる構造体５
９、他の一面が開口している液体保持容器６１、７６、
１１１、１２０を指している。

【０１２１】また、液体を送液する手段は具体的には液
体流路６０と、この一部に設けられた液体層液ポンプ部
７４とを指し、液体流路６０と屈曲振動励起用電極６６
ａ、６６ｂと両電極に挟まれた圧電セラミクス６７から
なる圧電振動子と流路カバー板６２との接合体からなる
圧電ユニモルフ構造からなっている。

【０１２２】また、送液制御手段としては、具体的には
図示していないが、例えば、構造体５９に一体的に、又
はディスクリートに構成した圧電ユニモルフ用制御回路
を指している。

【０１２３】尚、液体を常時触覚センサプローブ内に蓄
えることはできないので、外部から供給する必要があ
り、その為のジョイント６３を備えている。広義には、
ジョイント６３も前記送液手段である。

【０１２４】（作用効果）液体保持手段に液体を送液す
る手段、及び送液制御手段とで液体保持容器には液体が
常に少しづつ溢れ出る状態で満たされている状態になっ
ている。

【０１２５】この液体として、例えば、超音波伝播ロス
の小さな水を用いれば、圧電振動子に測定圧が殆ど伝え
られず、測定圧の影響を気にしないで対象物の硬さ検出
を行うことができる。

【０１２６】また、圧電振動子と対象物が直接接触しな
いので、これが超音波遅延媒体として働き、対象物の表
面からの反射エコー信号と、圧電振動子に超音波振動を
励起させる為の駆動信号が重畳することがなくなる為、
正確に対象物の硬さ情報を検出することができる様にな
る。

【０１２７】（８）前記液体保持室と前記送液手段とを
設けた第１の基板と、この第１の基板に形成された溝を
覆うように第１の基板に接合された第２の基板と、この
第２の基板に接合された圧電素子基板とを有することを
特徴とする（６）に記載の触覚センサプローブ。 （対応する発明の実施の形態）第３乃至第６の実施の形
態が該当する。

【０１２８】尚、ここで言う第１の基板とは実施の形態
ではシリコンからなる構造体５９のことであり、異方性
エッチング等のシリコンプロセスで液体保持容器６１や
液体流路６０を第１の基板（構造体５９）に作り込んで
いる。

【０１２９】また、この流路を覆う様に配設された第２
の基板とは、実施の形態では流路カバー板６２のこと
で、例えばガラス薄板からなり、シリコンへの電界接合
等の手段で第１の基板に接合することにより、閉じた液
体流路が形成される。

【０１３０】但し、このガラス基板は液体保持容器６１
の底部に位置する部分は、圧電セラミクス６７の厚み縦
振動励起用電極６４が直接露出する様に厚み縦振動励起
用電極６４と同形でほぼ同寸法の孔が開けられている。 （作用効果）前記液体保持手段は，前記した様に対象物
への接触圧の影響を受けないという好ましい効果を持
つ。

【０１３１】この液体保持手段に対し、第１の基板に形
成された流路と、この流路を覆う様に配設された第２の
基板と、第２の基板上に接合配設された圧電素子基板か
らなる液体輸送ポンピング部７４のポンピング動作で液
体流路６０を経て液体を供給する。

【０１３２】即ち、圧電素子板に形成した屈曲振動励起
用電極６６に該圧電素子板と流路カバー板からなる圧電
ユニモルフの共振周波数に相当する周波数を持つ交流電
圧を入力することにより、圧電ユニモルフがポンピング
動作を行う様になり、交流電圧の振幅を変えることによ
って１回の屈曲変位による送液量を微妙に変化させ適量
の送液が可能となる。

【０１３３】触覚センサプローブが対象物に接触しない
状態の時、送液しないと触覚センサプローブが種々の姿
勢をとるので、液体保持容器が常に満杯の状態になると
は限らなくなる。

【０１３４】満杯でない状態で、触覚センサプローブが
対象物に接触すると水面と対象物との間に空気層ができ
てしまうことにより、超音波が対象物に入射しない事態
が引き起こされると、誤差の大きなセンシングとなって
しまう。

【０１３５】しかし、本発明によれば、上記の様な不具
合が起きず信頼性の高い対象物の硬さセンシングが可能
となる。 （９）前記液体保持室の底面および側面に疎水性膜が設
けられていることを特徴とする（６）に記載の触覚セン
サプローブ。 （対応する発明の実施の形態）第３乃至第６の実施の形
態が該当する。 （作用効果）これらの膜の存在によって液体の淀んだ流
れを抑制することができると共に、常に液体保持容器を
満杯状態に維持することが可能となる。

【０１３６】満杯でない状態で、触覚センサプローブが
対象物に接触すると水面と対象物との間に空気層ができ
てしまうことにより、超音波が対象物に入射しない事態
が引き起こされると、誤差の大きなセンシングとなって
しまう。

【０１３７】しかし、本発明によれば、上記の様な不具
合が起きず信頼性の高い対象物の硬さセンシングが可能
となる。 （１０）前記液体保持室の開口部周辺に親水性膜が設け
られていることを特徴とする（６）に記載の触覚センサ
プローブ。 （対応する発明の実施の形態）第３乃至第６の実施の形
態が該当する。 （作用効果）これらの膜の存在によって液体の淀んだ流
れを抑制することができると共に、常に液体保持容器を
満杯状態に維持することが可能となる。

【０１３８】満杯でない状態で、触覚センサプローブが
対象物に接触すると水面と対象物との間に空気層ができ
てしまうことにより、超音波が対象物に入射しない事態
が引き起こされると、誤差の大きなセンシングとなって
しまう。

【０１３９】しかし、本発明によれば、上記の様な不具
合が起きず信頼性の高い対象物の硬さセンシングが可能
となる。 （１１）前記圧電素子基板に接して第１および第２の電
極がそれぞれ異なる面に設けられており、この第１およ
び第２の電極により前記圧電素子基板を触覚センサとし
て駆動するとともに、前記圧電素子基板に接して第３お
よび第４の電極がそれぞれ異なる面に設けられており、
この第３および第４の電極により前記圧電素子を送液手
段として駆動することを特徴とする（８）に記載の触覚
センサプローブ。 （対応する発明の実施の形態）第３乃至第６の実施の形
態が該当する。 （作用効果）この様な構成にすることにより、組立が大
幅に簡略化され、信頼性が向上すると共に、製造コスト
の大幅な低減を計ることが可能となる。

【０１４０】また、図８の（ｂ）に示す様に両圧電素子
をディスクリートに組み立てる場合に比べ、図８の
（ｃ）に示した本発明によれば配線長を減ずることが可
能で、複数の配線による浮遊容量やインダクタンスの影
響も回避することができる様になる。

【０１４１】（１２）前記第１の電極と前記第３の電極
は共通の配線を通じて送られる重畳した信号によって駆
動され、また前記第２の電極と前記第４の電極は共通の
配線を通じて送られる重畳した信号によって駆動される
ことを特徴とする（１１）に記載の触覚センサプロー
ブ。 （対応する発明の実施の形態）第４の実施の形態が該当
する。 （作用効果） （１１）に記載の触覚センサプローブより更に構造を簡
略化することができ、特に、配線は２本（１０７、１０
７´）だけで済む様になる。

【０１４２】また、送受信信号も液体供給手段として機
能する低周波圧電振動子への低周波駆動電圧信号と、触
覚センサとして機能する高周波圧電振動子への高周波駆
動電圧信号とが重畳した駆動信号の両周波数成分に大幅
な周波数差があるので、同一配線に両信号を重畳させる
ことが可能となる。

【０１４３】圧電振動子は本質的にバンドパスフィルタ
の機能をもっているので、互いに他の駆動信号で邪魔し
あうことが無い。従って、この様な手段によって触覚セ
ンサプローブの構造が簡略化されるだけでなく、駆動信
号処理系も大幅な簡略化が図れるようになり、信頼性の
向上とコストの低減を実現することができる様になる。

【０１４４】（１３）前記圧電素子は前記液体保持室の
開口部中央に超音波ビームの超音波ビームの焦点を有す
ることを特徴とする（６）に記載の触覚センサプロー
ブ。 （対応する発明の実施の形態）第５の実施の形態が該当
する。 （作用効果）超音波ビームが、液体保持手段に内容した
液体の表面中央部に確実に照射されることになり、特に
対象物表面近傍の硬さ検出精度が向上する、という効果
が得られる。

【０１４５】（１４）前記圧電素子は超音波の放射面が
曲面となっていることを特徴とする（１３）に記載の触
覚センサプローブ。 （対応する発明の実施の形態）第５の実施の形態が該当
する。 （作用効果）液体保持手段に内容された液体表面の中央
部に向けて超音波ビームを放射する様に圧電振動子の構
造として超音波ビーム放射側の面を凹面にした構造で、
具体的には図１０の（ａ）に示した触覚センサ１１２が
該当する。

【０１４６】この圧電振動子は曲面構造の圧電振動子を
用いている。この様な圧電振動子を用いることによっ
て、超音波ビームが、液体保持手段に収容した液体の表
面中央部に確実に照射されることになり、対象物表面近
傍の硬さ検出精度が向上する、という効果が得られる。

【０１４７】（１５）前記圧電素子に音響レンズを接合
したことを特徴とする（１３）に記載の触覚センサプロ
ーブ。 （対応する発明の実施の形態）第５の実施の形態が該当
する。

【０１４８】この実施の形態に用いられる触覚センサの
構造は曲面構造の圧電振動子を用いなくても、図１０の
（ｂ）、（ｃ）に示した様に平面圧電振動子に音響レン
ズを形成したものでも構わないことは言うまでもない。

【０１４９】この場合、音響レンス゛材料の音速が液体の音
速より速い時は凹面、遅いときは凸面形状となる。 （作用効果）この様に超音波放射側前面に音響レンズを
接合した圧電振動子を用いることによって、超音波ビー
ムが、液体保持手段に内容した液体の表面中央部に確実
に照射されることになり、対象物表面近傍の硬さ検出精
度が向上する、という効果が得られる。

【０１５０】（１６）前記圧電素子にアニューラアレイ
を設けたことを特徴とする（１３）に記載の触覚センサ
プローブ。 （対応する発明の実施の形態）第５の実施の形態が該当
する。

【０１５１】この他、アニューラアレイ電極を付した平
面圧電振動子をダイナミックフォーカスによって収束超
音波ビームを送受することが可能で、この場合の圧電振
動子の制御方法は通常の超音波診断装置に用いられてい
るアニューラアレイ圧電振動子の制御方法と同じであ
る。 （作用効果）この様に超音波放射側前面に音響レンズを
接合した圧電振動子を用いることによって、超音波ビー
ムが、液体保持手段に内容した液体の表面中央部に確実
に照射されることになり、対象物表面近傍の硬さ検出精
度が向上する、という効果が得られる。

【０１５２】

【発明の効果】したがつて、本発明によれば、接触圧の
影響を受けない手段に関する構造が単純で、その為の制
御が簡単な触覚センサプローブを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の第１の実施の形態による触覚
センサプローブの原理を説明するための図。

【図２】図２はこの発明の第１の実施の形態による触覚
センサプローブの制御方法を説明するための図。

【図３】図３はこの発明の第１の実施の形態による触覚
センサプローブの実際の構造を示す図。

【図４】図４はこの発明の第１の実施の形態による触覚
センサプローブの変形例の構造を示す図。

【図５】図５はこの発明の第２の実施の形態による触覚
センサプローブの実際の構造を示す図。

【図６】図６はこの発明の第１の実施の形態による触覚
センサプローブと第２の実施の形態による触覚センサプ
ローブとの接続構造を示す図。

【図７】図７はこの発明の第３の実施の形態による触覚
センサプローブの実際の構造を示す図。

【図８】図８はこの発明の第３の実施の形態による触覚
センサプローブの変形例の構造を示す図。

【図９】図９はこの発明の第４の実施の形態による触覚
センサプローブの実際の構造を示す図。

【図１０】図１０はこの発明の第５の実施の形態による
触覚センサプローブの実際の構造を示す断面図。

【図１１】図１１はこの発明の第６の実施の形態による
触覚センサプローブの実際の構造を示す断面図。

【図１２】図１２はこの発明の第７の実施の形態による
触覚センサプローブの実際の構造を示す断面図。

【図１３】図１３はこの発明の第７の実施の形態による
触覚センサプローブの変形例の構造を示す図。

【図１４】図１４は従来の触覚センサプローブの構造を
示す図。

【符号の説明】

４…保持台 １…薄細板状屈曲性弾性体 ５…圧電素子板 ３…圧力センサ兼アクチュエータ ２…触覚センサ ９…応力Ｆ ８…変位△ｘ ６…圧力センサ検出用電極 １０…発生電荷 ７…アクチュエータ用電極 １１…アクチュエータ駆動電圧 １２…圧電ユニモルフ型屈曲変位圧力センサ １４…制御回路 １６…変位 １８…プリアンプ ２０…スイッチ ２３…比較器 ２２…セレクタ １９…高圧発生器 ２４…圧力検出電極 ２５…アクチュエータ駆動電圧印加電極 ２８…エネルギ閉じ込め電極 ２６…圧電セラミクス ２７…薄細板状屈曲性弾性体 ３５…保持台 ３３…貫通孔 ３０…圧力検出端子 ３１…アクチュエータ駆動電圧印加端子 ２９…接地端子 ３４…受圧部 ３７…管状構造体 ５３…圧力センサ電極 ５４…アクチュエータ用電極 ５８…圧電素子板 ５１…触覚センサ ５２…屈曲性弾性体 ４３…屈曲性弾性体 ４ａ、４ｂ…保持台 ３８…触覚センサ ４５…エネルギ閉じ込め電極 ４６ａ、４６ｂ…圧力センサ検出用電極 ４７…圧電素子板 ４８…管状構造体 ６１…液体保持容器 ６０…液体流路 ５９…構造体 ６２…流路カバー板 ６３…ガラスビーズ状ジョイント ７４…液体輸送ポンプ部 ６４…厚み縦振動励起用電極 ６６…屈曲振動励起用電極 ６５…連結部配線電極 ６７…圧電セラミクス ６４´…厚み縦振動励起用電極 ６６´…屈曲振動励起用電極 ６８…モノリシック圧電振動子 ６９…疎水性コーティング膜 ６９１…親水性コーティング膜 ７１、７２…制御用配線 ７９…触覚センサ ８０…ポンプ用圧電素子 １０２、１０２´…触覚センサ用電極 １０７、１０７´…触覚センサ用配線 １０１、１０１´…ポンプ用圧電素子の電極 １００…圧電素子板 １０４…触覚センサ １１２…触覚センサ １１１…液体保持容器 １１３…ポンプ用圧電素子 １１９…親水性保護膜１１９ １２０…液体保持容器 １２２…液体輸送ポンプ部 ５９１…構造体 ７０３…圧電振動子 ６０１…液体流路 ７１１…液体溜め ７０２…液体 ７０７…ポンプ用圧電素子 ６１１…液体保持容器 ７０４…液体保持容器用側壁板 ７１２…内部構造体 ７０８…圧電振動子 ７０９…ダンピング層 ７１３…液体溜め枠構造体 ７０６…外筒体 ７１０…逆流防止弁 ７１６…液体輸送管 ７１４、７１５…配線

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定対象物の硬さを測定する触覚センサ
   を有する触覚センサプローブにおいて、 前記触覚センサに接合された弾性部材と、 前記弾性部材に接して設けられた圧電素子とを有し、 前記圧電素子によって前記触覚センサに加わる圧力を検
   出するとともに、前記圧電素子によって前記触覚センサ
   に加わる圧力を打ち消す方向に前記触覚センサに加わる
   力と同一の大きさの力を発生させることを特徴とする触
   覚センサプローブ。
2. 【請求項２】 前記圧電素子により前記触覚センサに加
   わる圧力を検出する動作と、前記圧電素子によって前記
   触覚センサに加わる圧力を打ち消す方向に前記触覚セン
   サに加わる力と同一の大きさの力を発生させる動作とを
   時分割的に駆動する制御手段を有することを特徴とする
   請求項１に記載の触覚センサプローブ。
3. 【請求項３】 前記圧電素子は、前記弾性体と接合する
   第１の面のほぼ全面に一体に設けられた電極と、第２の
   面に設けられた分割された電極と有することを特徴とす
   る請求項１に記載の触覚センサプローブ。