(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-19
(45)【発行日】2024-09-30
(54)【発明の名称】力検出器及び力検出システム
(51)【国際特許分類】
G01L 5/00 20060101AFI20240920BHJP
【ＦＩ】
G01L5/00 101Z
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2020214413
(22)【出願日】2020-12-24
(65)【公開番号】P2022100447
(43)【公開日】2022-07-06
【審査請求日】2022-02-18
【審判番号】
【審判請求日】2023-06-13
(73)【特許権者】
【識別番号】000006507
【氏名又は名称】横河電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100165179
【弁理士】
【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡
(74)【代理人】
【識別番号】100206081
【弁理士】
【氏名又は名称】片岡 央
(74)【代理人】
【識別番号】100167553
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 久典
(74)【代理人】
【識別番号】100181124
【弁理士】
【氏名又は名称】沖田 壮男
(72)【発明者】
【氏名】濃野 友人
【合議体】
【審判長】山村 浩
【審判官】濱本 禎広
【審判官】藤田 年彦
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１１／０４５８３７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１１－８５４３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１３８７４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－１２８９４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－１６９７４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－１０３８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－２１８９０６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
G01L 5/00-5/28
G01B 7/16
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
検出対象の力が作用する検出面を有する第１層、及び前記第１層の前記検出面とは反対側の面に設けられると共に前記第１層とヤング率が異なる材料で形成された第２層を有する層構造体と、前記層構造体の内部に形成されると共に、前記検出面の接線方向に作用する前記力を受けて自らの周囲に前記検出面の法線方向から見て非対称な分布の応力を発生させる応力発生部と、
前記応力発生部の周囲に分散配置された複数のセンサと
を備え、
前記第１層は、前記第２層よりもヤング率が相対的に小さく、
前記応力発生部として、前記第２層側から前記第１層側に向けて突出された突部と、
前記第１層の内部に形成された空隙部と、を備え、
前記センサは、前記第１層の内部に埋設配置されている、
力検出器。
【請求項2】
前記第１層の前記検出面に積層されると共に前記第１層よりもヤング率が大きな材料によって形成された力分散層を備える請求項１記載の力検出器。
【請求項3】
前記応力発生部として、前記力分散層から前記第１層に向けて突出された力分散層突部を備える請求項２記載の力検出器。
【請求項4】
請求項１～３いずれか一項に記載の力検出器と、前記力検出器の出力と予め求められた校正値とに基づいて前記力検出器に作用した力の値を求める演算処理を行う演算装置と
を備える力検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、力検出器及び力検出システムに関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、触覚センサ等の外部から作用する力を検出する力検出器が用いられている。例えば、特許文献１には、感圧導電部材と、感圧導電部材を加圧する圧力伝達部材と、圧力伝達部材を被覆する弾性被覆層と備える触覚センサが開示されている。このような特許文献１に開示された触覚センサでは、弾性被覆層の表面に作用した力によって弾性被覆層に覆われた圧力伝達部材が傾き、この傾きによって変化する感圧導電部材への押圧力を検出することで、外部から作用する力を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２００８－１２８９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、特許文献１の触覚センサは、圧力伝達部材の傾きによって感圧導電部材を押圧することで力を検出する構造であるため、圧力伝達部材の感度を高めるには、弾性被覆層と圧力伝達部材との硬さの差を極めて大きくする必要がある。しかしながら、このような触覚センサを長期に亘って使用すると、弾性被覆層と圧力伝達部材との界面が剥離する可能性があり、検出精度の低下を招く可能性がある。また、圧力伝達部材のヤング率が大きいため、触覚センサの全体を湾曲させることが難しく、曲面や形状が変化する面に触覚センサを配置することが困難となる。
【0005】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、ヤング率が極めて大きな圧力伝達部材を内部に備える必要がなく、信頼性が高くかつより湾曲が容易な力検出器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一態様による力検出器は、検出対象の力が作用する検出面を有する第１層、及び上記第１層の上記検出面とは反対側の面に設けられると共に上記第１層とヤング率が異なる材料で形成された第２層を有する層構造体と、上記層構造体の内部に形成されると共に、上記検出面の接線方向に作用する上記力を受けて自らの周囲に上記検出面の法線方向から見て非対称な分布の応力を発生させる応力発生部と、上記応力発生部の周囲に分散配置された複数のセンサとを備えるという構成を採用する。
【0007】
本発明の一態様による力検出器は、上記センサが、上記第１層と上記第２層とのうちヤング率が相対的に小さい側の内部に埋設配置されているという構成を採用する。
【0008】
本発明の一態様による力検出器は、上記応力発生部として、上記第１層と上記第２層とのうちヤング率が相対的に大きい側からヤング率が相対的に小さい側に向けて突出された突部を備えるという構成を採用する。
【0009】
本発明の一態様による力検出器は、上記応力発生部として、上記第１層と上記第２層とのうちヤング率が相対的に小さい側の内部に形成された空隙部を備えるという構成を採用する。
【0010】
本発明の一態様による力検出器は、上記第１層の上記検出面に積層されると共に上記第１層よりもヤング率が大きな材料によって形成された力分散層を備えるという構成を採用する。
【0011】
本発明の一態様による力検出器は、上記応力発生部として、上記力分散層から上記第１層に向けて突出された力分散層突部を備えるという構成を採用する。
【0012】
本発明の一態様による力検出システムは、上記第１～第６いずれかの発明である力検出器と、上記力検出器の出力と予め求められた校正値とに基づいて上記力検出器に作用した力の値を求める演算処理を行う演算装置を備えるという構成を採用する。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、第１層と第２層とを有する層構造体の内部に、第１層の検出面の接線方向に作用する力を受けて自らの周囲に検出面の法線方向から見て非対称な分布の応力を発生させる応力発生部を備えている。第１層と第２層とのヤング率の差が小さい場合であっても、このような応力発生部によって非対称な分布の応力を発生させることができる。非対称な応力分布をセンサで検出することで、検出面に作用する力を求めることができる。このため、本発明によれば、ヤング率が極めて大きな圧力伝達部材を内部に備える必要がなく、信頼性が高くかつより湾曲が容易なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の第１実施形態における力検出器の概略構成を検出面の法線方向から見た模式図である。
【図3】本発明の第１実施形態における力検出器の概略構成を模式的に示す分解図である。
【図4】検出層の検出面に対して検出面の接線方向に力を作用させた場合における検出層のＹ方向における垂直ひずみ分布を示すシミュレーション結果を示す図であり、（ａ）が＋Ｘ方向に力を作用させた場合を示す図であり、（ｂ）が－Ｘ方向に力Ｆを作用させた場合を示す図である。
【図5】ヤング率比と、センサ出力との関係を示すグラフである。
【図6】本発明の第２実施形態における力検出器の概略構成を模式的に示す断面図である。
【図7】本発明の第２実施形態における力検出器の概略構成を模式的に示す分解図である。
【図8】本発明の第３実施形態における力検出器の概略構成を模式的に示す断面図である。
【図9】本発明の第３実施形態における力検出器の概略構成を模式的に示す分解図である。
【図10】本発明の第４実施形態における力検出器の概略構成を模式的に示す断面図である。
【図11】本発明の第４実施形態における力検出器の概略構成を模式的に示す分解図である。
【図12】本発明の第５実施形態における力検出器の概略構成を模式的に示す断面図である。
【図13】本発明の第５実施形態における力検出器の概略構成を模式的に示す分解図である。
【図14】本発明の第６実施形態における力検出システムの概略構成を示すブロック図である。
【図15】本発明の第６実施形態における力検出システムにおける校正方法を説明するための二次元モデルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、図面を参照して、本発明に係る力検出器及び力検出システムの一実施形態について説明する。以下では、まず本発明の実施形態の概要について説明し、続いて本発明の実施形態の詳細について説明する。
〔概要〕
〔概要〕
【0016】
本発明の実施形態は、ヤング率が極めて大きな圧力伝達部材を内部に備える必要がなく、信頼性が高くかつより湾曲が容易な力検出器を実現するものである。つまり、本発明の実施形態は、全体的に柔らかく、使用される対象（例えば、ロボットのハンド）の形状に応じた適切な形状にすることができる信頼性の高い力検出器を実現するものである。
【0017】
上述した特許文献１に開示された触覚センサは、圧力伝達部材の傾きによって感圧導電部材を押圧することで力を検出する構造であるため、圧力伝達部材の感度を高めるには、弾性被覆層と圧力伝達部材との硬さの差を極めて大きくする必要がある。例えば、弾性被覆層のヤング率が０．６ＭＰａであるのに対して、圧力伝達部材のヤング率が１００ＭＰａ以上とされており、１００倍以上の違いがある。このように、弾性被覆層と圧力伝達部材との硬さの差が極めて大きい場合には、長期に亘る使用により、弾性被覆層と圧力伝達部材との界面が剥離する可能性があり、検出精度の低下を招く可能性がある。また、圧力伝達部材のヤング率が大きいため、触覚センサの全体を湾曲させることが難しく、曲面や形状が変化する面に触覚センサを配置することが困難となる。
【0018】
本発明の実施形態では、検出対象の力が作用する検出面を有する第１層と、第１層の検出面と反対側の面に設けられると共に第１層とヤング率が異なる材料で形成された第２層とを有する層構造体を備える。また、層構造体の内部に応力発生部（検出面の接線方向に作用する力を受けて自らの周囲に検出面の法線方向から見て非対称な分布の応力を発生させる部位）が形成されており、応力発生部の周囲に複数のセンサが分散配置されている。これにより、ヤング率が極めて大きな圧力伝達部材を内部に備える必要がなく、信頼性が高くかつより湾曲が容易な力検出器を実現することができる。
【0019】
（第１実施形態）
図１は、本第１実施形態における力検出器１の概略構成を検出面の法線方向から見た模式図である。また、図２は、図１のＡ－Ａ断面図である。また、図３は、本実施形態の力検出器の分解図である。なお、視認を容易とするため、図１においては、後述する検出層２で被覆されたセンサ５及び配線６を実線で示している。また、図２及び図３においては、配線６を省略して図示している。
図１は、本第１実施形態における力検出器１の概略構成を検出面の法線方向から見た模式図である。また、図２は、図１のＡ－Ａ断面図である。また、図３は、本実施形態の力検出器の分解図である。なお、視認を容易とするため、図１においては、後述する検出層２で被覆されたセンサ５及び配線６を実線で示している。また、図２及び図３においては、配線６を省略して図示している。
【0020】
本実施形態の力検出器１は、検出面Ｍに作用した外力を電気信号に変換して出力するセンサであり、例えば触覚センサとして用いられる。本実施形態の力検出器１は、検出層２（第１層）と、支持層３（第２層）と、応力発生部４と、センサ５と、配線６とを備えている。
【0021】
なお、以下の説明においては、説明の便宜上、図１～図３に示すように、検出層２と支持層３との積層方向をＹ方向とし、Ｙ方向と直交する一方向をＸ方向とし、Ｘ方向及びＹ方向と直交する方向をＺ方向とする。ただし、本実施形態の力検出器１の設置姿勢は重力方向に対して特に限定されるものではない。
【0022】
検出層２は、支持層３に積層されており、支持層３と反対側の表面が検出面Ｍとされた層である。本実施形態においては、検出層２は、支持層３よりもヤング率が小さい材料によって形成されている。例えば、検出層２は、支持層３の形成材料よりもヤング率が小さなシリコーン樹脂によって形成することができる。また、検出層２は、支持層３よりもヤング率が小さい材料で形成されていればよく、アクリル樹脂やウレタン樹脂によって形成することも可能である。
【0023】
検出面Ｍは、検出対象の力が作用する面であり、本実施形態においては平面である。検出面Ｍは、Ｘ－Ｚ平面と平行な面である。なお、検出面Ｍが湾曲面であることも可能である。本実施形態においては、検出面Ｍに対して直接的に外部の物体が接触し、この物体から受ける力が検出対象の力となる。本実施形態の力検出器１は、検出面Ｍの接線方向（Ｘ－Ｚ平面と平行な方向）に作用する力成分と、検出面Ｍの法線方向に沿って検出面Ｍを押圧する力成分のいずれも検出することが可能である。
【0024】
支持層３は、検出層２の検出面Ｍと反対側の面に固着されており、検出層２を支持する。上述のように、検出層２は、支持層３よりもヤング率が小さい材料によって形成されている。すなわち、支持層３は、検出層２よりもヤング率が大きい材料によって形成されている。例えば、支持層３は、検出層２の形成材料よりもヤング率が大きなシリコーン樹脂によって形成することができる。また、支持層３は、検出層２よりもヤング率が大きい材料で形成されていればよく、アクリル樹脂やウレタン樹脂によって形成することも可能である。
【0025】
本実施形態の力検出器１は、検出層２と支持層３とが積層された構造、すなわち検出層２及び支持層３を有する層構造体７である。応力発生部４は、このような層構造体７の内部に形成されている。応力発生部４は、検出面Ｍの接線方向に作用する力を受けて自らの周囲に検出面Ｍの法線方向から見て非対称な分布の応力を発生させる。本実施形態においては、支持層３が検出層２に向けて突出された突部３ａを有しており、この突部３ａが応力発生部４である。すなわち、本実施形態の力検出器１は、応力発生部４として、ヤング率が相対的に大きい側（支持層３側）からヤング率が相対的に小さい側（検出層２側）に向けて突出された突部３ａを応力発生部４として備えている。
【0026】
図１に示すように、突部３ａは、アレイ状に配置されて複数設けられている。本実施形態では、各々の突部３ａは、同一の四角錐形状である。これらの突部３ａは、例えば図３に示すように支持層３の一部によって形成されているため、検出層２よりもヤング率が大きな材料によって形成されている。なお、本実施形態においては、複数の突部３ａは、Ｘ方向及びＺ方向において、等間隔で配列されている。ただし、複数の突部３ａの配置間隔は変更が可能である。また、複数の突部３ａは不等間隔で配列されていても良い。
【0027】
図４は、検出層２の検出面Ｍに対して検出面Ｍの接線方向に力Ｆを作用させた場合における検出層２のＹ方向における垂直ひずみ分布を示すシミュレーション結果を示す図であり、（ａ）が＋Ｘ方向に力Ｆを作用させた場合を示し、（ｂ）が－Ｘ方向に力Ｆを作用させた場合を示している。なお、図４においては、色の濃さで圧縮ひずみと引張ひずみが示されており、色が濃い部位（黒い部位）が圧縮ひずみ部位であり、色が薄い部位（白い部位）が引張ひずみ部位である。
【0028】
図４（ａ）に示すように検出面Ｍに対して＋Ｘ方向に力Ｆが作用すると、検出層２の全体が＋Ｘ方向に移動しようとする。突部３ａのヤング率が検出層２よりも大きいため、検出層２の各々の突部３ａの－Ｘ方向の部位は、突部３ａに押し当てられて圧縮する。これによって、突部３ａの－Ｘ方向の部位に圧縮ひずみが生じる。一方で、検出層２の各々の突部３ａの＋Ｘ方向の部位は、力Ｆの作用方向に対して突部３ａの裏側に位置し、変形が小さい突部３ａによって引っ張られることになり引張ひずみが生じる。また、図４（ａ）に示すように、突部３ａの頂部よりも検出面Ｍに近い部位においては、突部３ａの頂部よりも＋Ｘ方向の部位で圧縮ひずみが大きくなり、突部３ａの頂部よりも－Ｘ方向の部位で引張ひずみが大きくなっている。
【0029】
図４（ｂ）に示すように検出面Ｍに対して－Ｘ方向に力Ｆが作用すると、検出層２の全体が－Ｘ方向に移動しようとする。検出層２の各々の突部３ａの＋Ｘ方向の部位は、突部３ａに押し当てられて圧縮する。これによって、突部３ａの＋Ｘ方向の部位に圧縮ひずみが生じる。一方で、検出層２の各々の突部３ａの－Ｘ方向の部位は、引張ひずみが大きくなる。また、図４（ｂ）に示すように、突部３ａの頂部よりも検出面Ｍに近い部位においては、突部３ａの頂部よりも－Ｘ方向の部位で圧縮ひずみが大きくなり、突部３ａの頂部よりも＋Ｘ方向の部位で引張ひずみが大きくなっている。
【0030】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、検出面Ｍの接線方向に力Ｆが作用すると、突部３ａを挟んで力Ｆの上流側と下流側とでひずみの大きさが異なる。これは、突部３ａが検出面Ｍの接線方向に作用する力Ｆを受けて自らの周囲に検出面Ｍの法線方向から見て非対称なひずみ分布を発生させていることを意味する。また、ひずみ分布は応力分布と対応付けられる。したがって、突部３ａは、検出面Ｍの接線方向に作用する力Ｆを受けて自らの周囲に検出面Ｍの法線方向から見て非対称な分布の応力を発生させている。本実施形態では、このような突部３ａが、図２に示すように、層構造体７の内部に対して複数形成されている。
【0031】
図４（ａ）と図４（ｂ）とを比較すると、検出面Ｍの接線方向に作用する力Ｆの向きが反転した場合には、ひずみの分布（すなわち応力分布）も反転する。したがって、これらの応力分布を検出することによって、検出面Ｍの接線方向に作用する力Ｆの向きを得ることが可能となる。また、検出面Ｍを法線方向から押圧した場合には、突部３ａのＸ方向及びＺ方向における両側には、均等な大きさのひずみ（すなわち応力）が生じることとなる。したがって、突部３ａの周囲における検出層２の応力部分を検出することによって、検出面Ｍに作用する力Ｆの方向を得ることが可能となる。
【0032】
このように本実施形態においては、四角錐形状の突部３ａが設けられていることによって、検出面Ｍに作用する力Ｆの方向に応じて突部３ａの周囲に加わる応力の大きさや方向が変化する。なお、突部３ａの形状は、四角錐形状に限定されるものではない。突部３ａは、検出面Ｍに作用する力Ｆの方向に応じて突部３ａの周囲に加わる応力の大きさや方向が変化する形状であれば良く、例えば多角柱形状、円柱形状、半球形状、円錐形状、四角以外の多角錐形状等であっても良い。また、本実施形態では全ての突部３ａが同一形状であるが、異なる形状の突部３ａが含まれていても良い。
【0033】
センサ５は、図２及び図３に示すように、検出層２の内部に埋設配置されている。このセンサ５としては、ひずみを検出するひずみセンサを用いることができる。また、検出層２には、応力分布に応じた圧力分布も生じている。このため、センサ５として圧力を検出する圧力センサを用いることも可能である。
【0034】
センサ５は、１つの突部３ａに対して４つ設けられている。図１に示すように、突部３ａの頂部を囲むように、４つのセンサ５が設けられている。なお、説明の便宜上、必要に応じて、図１に示すように、頂部に対して＋Ｘ方向に変位した位置のセンサ５をセンサ５ａとし、頂部に対して－Ｘ方向に変位した位置のセンサ５をセンサ５ｂとし、頂部に対して＋Ｚ方向に変位した位置のセンサ５をセンサ５ｃとし、及び頂部に対して－Ｚ方向に変位した位置のセンサ５をセンサ５ｄとする。各々のセンサ５は、図２に示すように、突部３ａの頂部よりも検出面Ｍ側に配置されている。
【0035】
これらのセンサ５は、検出層２に生じた応力（すなわちひずみあるいは圧力）に応じた強度の信号を出力する。１つの突部３ａに対して設けられた４つのセンサ５の出力信号が示す値（以下、検出値と称する）に基づいて、この突部３ａの－Ｙ方向に位置において検出面Ｍに、どのような力Ｆが作用しているかを算出することができる。なお、本実施形態においてセンサ５は、圧縮ひずみで負の出力となり、引張ひずみで正の出力になる方式のものであるとする。このようなセンサ５としては、例えばピエゾ抵抗式ひずみゲージを用いることが可能である。ただし、圧縮ひずみで正の出力となり、引張ひずみで負の出力になる方式のセンサを用いることも可能である。
【0036】
例えば、力ＦがＸ方向にのみ作用しており、センサ５ｂの検出値が負（圧縮ひずみ）で、センサ５ａの検出値が正（引張ひずみ）である場合には、図４（ａ）に示すように、検出面Ｍに対して＋Ｘ方向に力Ｆが作用していることが分かる。また、センサ５ｂの検出値とセンサ５ａの検出値との差から、＋Ｘ方向に作用する力Ｆの大きさを算出することができる。
【0037】
また、力ＦがＸ方向にのみ作用しており、センサ５ａの検出値が正（引張ひずみ）で、センサ５ｂの検出値が負（圧縮ひずみ）である場合には、図４（ｂ）に示すように、検出面Ｍに対して－Ｘ方向に力Ｆが作用していることが分かる。また、センサ５ａの検出値とセンサ５ｂの検出値との差から、－Ｘ方向に作用する力Ｆの大きさを算出することができる。
【0038】
また、力ＦがＺ方向にのみ作用しており、センサ５ｄの検出値が負（圧縮ひずみ）で、センサ５ｃの検出値が正（引張ひずみ）である場合には、検出面Ｍに対して＋Ｚ方向に力Ｆが作用していることが分かる。また、センサ５ｄの検出値とセンサ５ｃの検出値との差から、＋Ｚ方向に作用する力Ｆの大きさを算出することができる。
【0039】
また、力ＦがＺ方向にのみ作用しており、センサ５ｃの検出値が正（引張ひずみ）で、センサ５ｄの検出値が負（圧縮ひずみ）である場合には、検出面Ｍに対して－Ｚ方向に力Ｆが作用していることが分かる。また、センサ５ｃの検出値とセンサ５ｄの検出値との差から、－Ｚ方向に作用する力Ｆの大きさを算出することができる。
【0040】
また、４つのセンサ５から検出値が出力されると共に、これらの検出値が同一あるいは略同一の大きさである場合には、検出面Ｍに対して法線方向に押圧する力Ｆが作用していることが分かる。また、これらの検出値の大きさ（あるいは検出値の和）から、検出面Ｍに対して法線方向に押圧する力Ｆの大きさを算出することができる。
【0041】
このように、力検出器１の表面である検出面Ｍに力Ｆが加わると、層構造体７の内部にひずみや圧力が発生する。検出面Ｍの接線方向に力Ｆが加わる場合、突部３ａは検出層２よりヤング率の大きい材料からなるため、突部３ａの周囲の検出層２より変形が少ない。このため、突部３ａの周囲のひずみや圧力は力Ｆの方向や大きさに応じて突部３ａよりも大きく変化することとなる。これらの突部３ａの周囲のひずみや圧力（すなわち応力）がセンサ５によって検出される。
【0042】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示したように、力Ｆを加える方向を反転することによって、ひずみの分布も反転する。このため、突部３ａを挟んで配置される２つのセンサ５の出力差は力Ｆの方向と力Ｆの大きさの情報を含むことになる。一方で、検出面Ｍに均一な分布の垂直方向の力が加わると、突部３ａを挟んで配置される２つのセンサ５には同じひずみが加わることとなる。したがって、これらの２つのセンサ５の出力の和が、力Ｆの大きさの情報を含むこととなる。これらのセンサ５の出力の差と和とによって力検出器１に加わる力Ｆの大きさ及び方向が算出可能である。
【0043】
図５は、突部３ａ（すなわち本実施形態においては支持層３）のヤング率を検出層２とのヤング率で割った値（ヤング率比）と、センサ５の出力強度（センサ出力）との関係を示すグラフである。なお、図５においては、ヤング率比が無限大の時のセンサ出力を１として規格化している。図５に示すように、ヤング率比が２以上である場合には、ヤング率比が無限大の時の半分程度ものセンサ出力が得られる。
【0044】
配線６は、センサ５の各々に対して接続されてセンサ５からの出力信号を外部に取り出すためのものであり、本実施形態では検出層２に埋設配置されている。本実施形態においては、センサ５の一方の出力端子に接続された縦向きの配線６が平行に複数配設され、センサ５の他方の出力端子に接続された横向きの配線６が平行に複数配設され、縦向きの配線６と横向きの配線６が検出面Ｍの法線方向から見て交差するマトリックス配線構造が設けられている。ただし、配線６の配設パターンについては、各々のセンサ５の出力信号を外部に取り出すことができるのであれば、特に限定されるものではない。
【0045】
なお、検出層２に埋設配置されるセンサ５及び配線６は、力Ｆが検出面Ｍに作用した場合の検出層２の変形を阻害しないことが好ましい。このため、センサ５及び配線６は、検出層２と同等のヤング率の材料によって形成されていることが好ましい。このようなセンサ５及び配線６は、例えば、インクジェット印刷法、スクリーン印刷法あるいはグラビアオフセット印刷法等の印刷法を用いて形成することが可能である。
【0046】
このような本実施形態の力検出器１では、上述のように、検出面Ｍに力Ｆが作用すると、検出層２の内部に応力分布が生じる。このとき、検出面Ｍの接線方向に力Ｆが作用した場合には、突部３ａによって、突部３ａの周囲に検出面Ｍの法線方向から見て非対称な応力分布が発生する。このような応力分布が複数のセンサ５によって検出される。上述のように突部３ａの応力分布により、力Ｆの方向及び大きさを算出することができる。したがって、本実施形態の力検出器１によれば、ヤング率が極めて大きな（例えば、検出層２のヤング率の１００倍程度の）圧力伝達部材を内部に備えることなく、力Ｆを算出可能な検出値を得ることができる。
【0047】
以上のように、本実施形態の力検出器１は、検出対象の力Ｆが作用する検出面Ｍを有する検出層２と、検出層２の検出面Ｍと反対側の面に設けられると共に検出層２とヤング率が異なる材料で形成された支持層３とを備えている。また、力検出器１は、応力発生部４とセンサ５とを備えている。応力発生部４は、検出層２及び支持層３を有する層構造体７の内部に形成されると共に、検出面Ｍの接線方向に作用する力を受けて自らの周囲に検出面Ｍの法線方向から見て非対称な分布の応力を発生させる。センサ５は、応力発生部４の周囲に分散配置されて複数設けられている。
【0048】
本実施形態の力検出器１によれば、検出層２と支持層３とを有する層構造体７の内部に、検出層２の検出面Ｍの接線方向に作用する力Ｆを受けて自らの周囲に検出面Ｍの法線方向から見て非対称な分布の応力を発生させる応力発生部４を備えている。検出層２と支持層３とのヤング率の差が小さい場合であっても、このような応力発生部４によって非対称な分布の応力を発生させることができる。このため、本実施形態の力検出器１によれば、ヤング率が極めて大きな圧力伝達部材を内部に備える必要がなく、圧力伝達部材が周囲の層と剥離するような現象を抑止して、信頼性が高いものとなる。また、検出層２と支持層３とのヤング率が近く、検出層２及び支持層３との両方を柔軟に変形可能な材料によって形成することが可能である。このため、本実施形態の力検出器１は、湾曲が容易なものとなる。
【0049】
また、本実施形態の力検出器１においては、センサ５が、検出層２と支持層３とのうちヤング率が相対的に小さい側（本実施形態では検出層２）の内部に埋設配置されている。相対的にヤング率が大きな層の内部にもひずみ等は生じるが、相対的にヤング率が小さい層の内部の方がよりひずみ等が大きくなる。したがって、相対的にヤング率が小さい層の内部にセンサ５を設置することで、ひずみ等（すなわち応力）の検出が容易となる。ただし、相対的にヤング率が大きな層の内部にセンサ５を設置することも可能である。
【0050】
また、本実施形態の力検出器１においては、応力発生部４として、検出層２と支持層３とのうちヤング率が相対的に大きい側（本実施形態では支持層３）からヤング率が相対的に小さい側（本実施形態では検出層２）に向けて突出された突部３ａを備えている。このような本実施形態の力検出器１によれば、応力発生部４を簡易な構造とすることが可能となる。また、突部３ａの外側にセンサ５が配置されるため、突部３ａを避けてセンサ５に接続する配線６を引き廻すことが容易となる。
【0051】
【0052】
図６は、本実施形態の力検出器１Ａの概略構成を模式的に示す断面図である。また、図７は、本実施形態の力検出器１Ａの概略構成を模式的に示す分解図である。これらの図に示すように、本実施形態の力検出器１Ａは、検出層２の検出面Ｍに対して、力分散層１０が設けられている。つまり、本実施形態の力検出器１Ａにおいては、層構造体７は、検出層２及び支持層３に加えて、力分散層１０を有している。
【0053】
力分散層１０は、検出層２よりもヤング率が大きな材料によって形成されている。例えば、力分散層１０は、検出層２の形成材料よりもヤング率が大きなシリコーン樹脂によって形成することができる。また、力分散層１０は、検出層２よりもヤング率が大きい材料で形成されていればよく、アクリル樹脂やウレタン樹脂によって形成することも可能である。また、力分散層１０は、力ＦをＸ－Ｚ面において分散させることができれば良く、検出層２及び支持層３よりも厚さ寸法（Ｙ方向における寸法）を小さくすることができる。
【0054】
力分散層１０を設けない場合には、応力発生部４（突部３ａ）の配置間隔（応力発生部４の周期）よりも周期が短い空間周波数の力Ｆが検出面Ｍに作用した場合には、標本化定理より実際の力Ｆと異なる力成分が誤差として出力される。これに対して、力分散層１０を設けることによって、力ＦがＸ－Ｚ面において分散されて、検出面Ｍに作用する力Ｆの空間周波数が小さくなる。このため、実際の力Ｆと異なる力成分が誤差として出力されることを防止することができる。
【0055】
このように本実施形態の力検出器１Ａは、検出層２の検出面Ｍに積層されると共に検出層２よりもヤング率が大きな材料によって形成された力分散層１０を備えている。このため、実際の力Ｆと異なる力成分が誤差として出力されることを防止することができ、検出誤差を低減することが可能となる。
【0056】
なお、力分散層１０と検出層２との厚さ寸法（Ｙ方向における寸法）やヤング率を調整することによって、空間周波数のカットオフ周波数を調整することが可能である。
【0057】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について、図８及び図９を参照して説明する。なお、本実施形態の説明において、上記第１及び上記第２実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
次に、本発明の第３実施形態について、図８及び図９を参照して説明する。なお、本実施形態の説明において、上記第１及び上記第２実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
【0058】
図８は、本実施形態の力検出器１Ｂの概略構成を模式的に示す断面図である。また、図９は、本実施形態の力検出器１Ｂの概略構成を模式的に示す分解図である。これらの図に示すように、本実施形態の力検出器１Ｂは、力分散層１０から検出層２に向けて突出する突部１０ａ（応力発生部）が設けられている。一方で、本実施形態の力検出器１Ｂにおいては、支持層３に対して突部３ａが設けられていない。つまり、本実施形態の力検出器１Ｂにおいては、応力発生部４として、力分散層１０の突部１０ａ（力分散層突部）が設けられている。
【0059】
本実施形態の力検出器１Ｂでは、力分散層１０に設けられた突部１０ａが応力発生部４である。すなわち、本実施形態の力検出器１Ｂは、応力発生部４として、ヤング率が相対的に大きい側（力分散層１０側）からヤング率が相対的に小さい側（検出層２側）に向けて突出された突部１０ａを備えている。
【0060】
突部１０ａは、例えば検出面Ｍの法線方向から見て、上記第１実施形態の突部３ａと同じ位置にアレイ状に配置されて複数設けられている。本実施形態では、各々の突部１０ａは、同一の四角錐形状である。これらの突部１０ａは、例えば図８に示すように力分散層１０の一部によって形成されているため、検出層２よりもヤング率が大きな材料によって形成されている。なお、本実施形態においては、複数の突部１０ａは、Ｘ方向及びＺ方向において、等間隔で配列されている。ただし、複数の突部１０ａの配置間隔は変更が可能である。また、複数の突部１０ａは不等間隔で配列されていても良い。
【0061】
このような本実施形態の力検出器１Ｂにおいては、四角錐形状の突部１０ａが設けられていることによって、検出面Ｍに作用する力Ｆの方向に応じて突部１０ａの周囲に加わる応力の大きさや方向が変化する。ただし、突部１０ａの形状は、四角錐形状に限定されるものではない。突部１０ａは、検出面Ｍに作用する力Ｆの方向に応じて突部１０ａの周囲に加わる応力の大きさや方向が変化する形状であれば良く、例えば多角柱形状、円柱形状、半球形状、円錐形状、四角以外の多角錐形状等であっても良い。また、本実施形態では全ての突部１０ａが同一形状であるが、異なる形状の突部１０ａが含まれていても良い。
【0062】
センサ５は、１つの突部１０ａに対して４つ設けられている。検出面Ｍの法線方向から見て突部１０ａの下向きの頂部を囲むように、頂部に対して＋Ｘ方向に変位した位置、頂部に対して－Ｘ方向に変位した位置、＋Ｚ方向に変位した位置及び－Ｚ方向に変位した位置の各々にセンサ５が配置されている。また、図８に示すように、各々のセンサ５は、突部１０ａの下向きの頂部よりも支持層３側に配置されている。
【0063】
これらのセンサ５は、検出層２に生じた応力（すなわちひずみあるいは圧力）に応じた強度の信号を出力する。１つの突部１０ａに対して設けられた４つのセンサ５の検出値に基づいて、この突部１０ａの－Ｙ方向に位置する検出面Ｍの部位に、どのような力Ｆが作用しているかを算出することができる。
【0064】
このように、力検出器１Ｂの検出面Ｍに力Ｆが加わると、層構造体７の内部にひずみや圧力が発生する。検出面Ｍの接線方向に力Ｆが加わる場合、突部１０ａは検出層２よりヤング率の大きい材料からなるため、突部１０ａの周囲の検出層２より変形が少ない。このため、突部１０ａの周囲のひずみや圧力は力Ｆの方向や大きさに応じて突部１０ａよりも大きく変化することとなる。これらの突部１０ａの周囲のひずみや圧力（すなわち応力）がセンサ５によって検出される。力Ｆを加える方向を反転することによって、ひずみの分布も反転する。このため、突部１０ａを挟んで配置される２つのセンサ５の出力差は力Ｆの方向と力Ｆの大きさの情報を含むことになる。
【0065】
一方で、検出面Ｍに均一な分布の垂直方向の力が加わると、突部１０ａを挟んで配置される２つのセンサ５には同じひずみが加わることとなる。したがって、これらの２つのセンサ５の出力の和が、力Ｆの大きさの情報を含むこととなる。これらのセンサ５の出力の差と和とによって力検出器１Ｂに加わる力Ｆの大きさ及び方向が算出可能である。
【0066】
【0067】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について、図１０及び図１１を参照して説明する。なお、本実施形態の説明において、上記第１及び上記第２実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
次に、本発明の第４実施形態について、図１０及び図１１を参照して説明する。なお、本実施形態の説明において、上記第１及び上記第２実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
【0068】
図１０は、本実施形態の力検出器１Ｃの概略構成を模式的に示す断面図である。また、図１１は、本実施形態の力検出器１Ｃの概略構成を模式的に示す分解図である。これらの図に示すように、本実施形態の力検出器１Ｃは、検出層２の内部に空隙部２ｂ（応力発生部）が設けられている。一方で、本実施形態の力検出器１Ｃにおいては、支持層３に対して突部３ａが設けられていない。つまり、本実施形態の力検出器１Ｃにおいては、応力発生部４として、空隙部２ｂが設けられている。
【0069】
本実施形態の力検出器１Ｃでは、検出層２に設けられた空隙部２ｂが応力発生部４である。すなわち、本実施形態の力検出器１Ｃは、応力発生部４として、検出層２と支持層３とのうちヤング率が相対的に小さい側（本実施形態においては検出層２）の内部に形成された空隙部２ｂを備えている。
【0070】
空隙部２ｂは、例えば検出面Ｍの法線方向から見て、上記第１実施形態の突部３ａと同じ位置にアレイ状に配置されて複数設けられている。本実施形態では、各々の空隙部２ｂは、同一の直方体形状である。なお、本実施形態においては、複数の空隙部２ｂは、Ｘ方向及びＺ方向において、等間隔で配列されている。ただし、複数の空隙部２ｂの配置間隔は変更が可能である。また、複数の空隙部２ｂは不等間隔で配列されていても良い。
【0071】
このような本実施形態の力検出器１Ｃにおいては、直方体形状の空隙部２ｂが設けられていることによって、検出面Ｍに作用する力Ｆの方向に応じて空隙部２ｂの周囲に加わる応力の大きさや方向が変化する。ただし、空隙部２ｂの形状は、直方体形状に限定されるものではない。空隙部２ｂは、検出面Ｍに作用する力Ｆの方向に応じて空隙部２ｂの周囲に加わる応力の大きさや方向が変化する形状であれば良く、四角錐形状、円錐形状、半球形状等であっても良い。また、本実施形態では全ての空隙部２ｂが同一形状であるが、異なる形状の空隙部２ｂが含まれていても良い。
【0072】
センサ５は、１つの空隙部２ｂに対して４つ設けられている。検出面Ｍの法線方向から見た空隙部２ｂの中心位置を囲むように、中心位置に対して＋Ｘ方向に変位した位置、中心位置に対して－Ｘ方向に変位した位置、中心位置に対して＋Ｚ方向に変位した位置及び中心位置に対して－Ｚ方向に変位した位置の各々にセンサ５が配置されている。また、図１０に示すように、各々のセンサ５は、空隙部２ｂよりも検出面Ｍ側に配置されている。
【0073】
これらのセンサ５は、検出層２に生じた応力（すなわちひずみあるいは圧力）に応じた強度の信号を出力する。１つの空隙部２ｂに対して設けられた４つのセンサ５の検出値に基づいて、この空隙部２ｂの－Ｙ方向に位置する検出面Ｍの部位に、どのような力Ｆが作用しているかを算出することができる。
【0074】
このように、力検出器１Ｃの検出面Ｍに力Ｆが加わると、層構造体７の内部にひずみや圧力が発生する。検出面Ｍの接線方向に力Ｆが加わる場合、空隙部２ｂの周囲では空隙部２ｂによる応力緩和や応力集中により、非対称のひずみの分布が発生する。これらの空隙部２ｂの周囲のひずみや圧力（すなわち応力）がセンサ５によって検出される。力Ｆを加える方向を反転することによって、ひずみの分布も反転する。このため、空隙部２ｂを挟んで配置される２つのセンサ５の出力差は力Ｆの方向と力Ｆの大きさの情報を含むことになる。
【0075】
一方で、検出面Ｍに均一な分布の垂直方向の力が加わると、空隙部２ｂを挟んで配置される２つのセンサ５には同じひずみが加わることとなる。したがって、これらの２つのセンサ５の出力の和が、力Ｆの大きさの情報を含むこととなる。これらのセンサ５の出力の差と和とによって力検出器１Ｃに加わる力Ｆの大きさ及び方向が算出可能である。
【0076】
このような本実施形態の力検出器１Ｃによれば、空隙部２ｂを応力発生部４として備えるため、検出層２あるいは力分散層１０に対して突部を設けない構成であることが可能となる。ただし、力検出器１ｃは、空隙部２ｂに加えて、上記第１実施形態の突部３ａ、上記第２実施形態の突部１０ａを備えることも可能である。
【0077】
【0078】
図１２は、本実施形態の力検出器１Ｄの概略構成を模式的に示す断面図である。また、図１３は、本実施形態の力検出器１Ｄの概略構成を模式的に示す分解図である。これらの図に示すように、本実施形態の力検出器１Ｄは、支持層３が凹部３ｂ（応力発生部）を備えている。一方で、本実施形態の力検出器１Ｄにおいては、支持層３に対して突部３ａが設けられていない。つまり、本実施形態の力検出器１Ｄにおいては、応力発生部４として、凹部３ｂが設けられている。
【0079】
本実施形態の力検出器１Ｄでは、支持層３に設けられた凹部３ｂが応力発生部４である。すなわち、本実施形態の力検出器１Ｄは、応力発生部４として、検出層２と支持層３とのうちヤング率が相対的に大きい側（本実施形態においては支持層３）に形成された凹部３ｂを備えている。
【0080】
凹部３ｂは、例えば検出面Ｍの法線方向から見て、上記第１実施形態の突部３ａと同じ位置にアレイ状に配置されて複数設けられている。本実施形態では、各々の凹部３ｂは、検出面Ｍの法線方向から見て、例えば正方形状である。なお、本実施形態においては、複数の凹部３ｂは、Ｘ方向及びＺ方向において、等間隔で配列されている。ただし、複数の凹部３ｂの配置間隔は変更が可能である。また、複数の凹部３ｂは不等間隔で配列されていても良い。
【0081】
このような本実施形態の力検出器１Ｄにおいては、検出面Ｍの法線方向から見て正方形状の凹部３ｂが設けられていることによって、検出面Ｍに作用する力Ｆの方向に応じて凹部３ｂの周囲に加わる応力の大きさや方向が変化する。なお、本実施形態において、凹部３ｂの周囲とは、凹部３ｂを形成する支持層３の壁面の周囲を意味し、凹部３ｂの内部も含む。
【0082】
検出面Ｍの法線方向から見た凹部３ｂの形状は、正方形状に限定されるものではない。凹部３ｂは、検出面Ｍに作用する力Ｆの方向に応じて凹部３ｂの周囲に加わる応力の大きさや方向が変化する形状であれば良い。検出面Ｍの法線方向から見た凹部３ｂの形状は、円形状等であっても良い。また、本実施形態では全ての凹部３ｂが同一形状であるが、異なる形状の凹部３ｂが含まれていても良い。
【0083】
センサ５は、１つの凹部３ｂに対して４つ設けられている。検出面Ｍの法線方向から見た凹部３ｂの中心位置を囲むように、中心位置に対して＋Ｘ方向に変位した位置、中心位置に対して－Ｘ方向に変位した位置、中心位置に対して＋Ｚ方向に変位した位置及び中心位置に対して－Ｚ方向に変位した位置の各々にセンサ５が配置されている。また、図１２に示すように、各々のセンサ５は、凹部３ｂの内部に配置されている。
【0084】
これらのセンサ５は、検出層２に生じた応力（すなわちひずみあるいは圧力）に応じた強度の信号を出力する。１つの凹部３ｂに対して設けられた４つのセンサ５の検出値に基づいて、この凹部３ｂの－Ｙ方向に位置する検出面Ｍの部位に、どのような力Ｆが作用しているかを算出することができる。
【0085】
このように、力検出器１Ｄの検出面Ｍに力Ｆが加わると、層構造体７の内部にひずみや圧力が発生する。検出面Ｍの接線方向に力Ｆが加わる場合、凹部３ｂの周囲では凹部３ｂの壁面に検出層２が押圧されることにより、非対称のひずみの分布が発生する。これらの凹部３ｂの周囲のひずみや圧力（すなわち応力）がセンサ５によって検出される。力Ｆを加える方向を反転することによって、ひずみの分布も反転する。このため、凹部３ｂを挟んで配置される２つのセンサ５の出力差は力Ｆの方向と力Ｆの大きさの情報を含むことになる。
【0086】
一方で、検出面Ｍに均一な分布の垂直方向の力が加わると、凹部３ｂを挟んで配置される２つのセンサ５には同じひずみが加わることとなる。したがって、これらの２つのセンサ５の出力の和が、力Ｆの大きさの情報を含むこととなる。これらのセンサ５の出力の差と和とによって力検出器１Ｄに加わる力Ｆの大きさ及び方向が算出可能である。
【0087】
【0088】
図１４は、本実施形態の力検出システムＳの概略構成を示すブロック図である。この図に示すように、本実施形態の力検出システムＳは、上記第１実施形態における力検出器１と、演算装置２０とを備えている。なお、力検出システムＳは、上記第１実施形態における力検出器１に代えて、第２実施形態における力検出器１Ａ、第３実施形態における力検出器１Ｂ、第４実施形態における力検出器１Ｃ、あるいは第５実施形態における力検出器１Ｄを備えていても良い。
【0089】
演算装置２０は、コンピュータ装置やワークステーションからなり、力検出器１の出力に基づいた演算処理を行う。図１４に示すように、演算装置２０は、入力部２１と、記憶部２２と、制御部２３（算出部）と、表示部２４と、出力部２５とを備えている。
【0090】
入力部２１は、力検出器１が出力する信号を受付可能な入力用インタフェースや作業者の指令を入力可能な操作部等を含む。入力部２１は、力検出器１に有線または無線によって直接的に接続されており、力検出器１が備えるセンサ５の検出値が入力される。
【0091】
記憶部２２は、例えば、半導体メモリ、磁気メモリあるいは光メモリからなるが、特にこれらに限定されるものではない。この記憶部２２は、例えばコンピュータ装置やワークステーションの主記憶装置、補助記憶装置あるいはキャッシュメモリとして機能させることも可能である。この記憶部２２は、演算装置２０の動作に用いられる任意の情報を記憶する。例えば、記憶部２２は、例えばシステムプログラム及びアプリケーションプログラムなどの各種情報等を記憶することが可能である。
【0092】
また、本実施形態においては、記憶部２２は、制御部２３にて力検出器１に作用した力Ｆを算出する際に用いられる校正値を予め記憶している。図１５を用いて、記憶部２２に記憶された校正値を用いた校正方法の考え方について説明する。図１５は、校正方法の考え方について説明するための二次元モデルである。
【0093】
図１５に示すように、力検出器１の検出面Ｍのある一点に一定の大きさの法線方向の力Ｆ１を加える。このときｎ個のセンサ５のそれぞれの検出値ｓ１１，・・・，ｓ１ｎを校正値として記録する。続いて、力を加える位置をＸ方向に微小量移動し同様の大きさの法線方向の力Ｆ２を加える。同様にセンサのそれぞれの検出値ｓ２１，・・・，ｓ２ｎを校正値として記録する。同様にして位置を変えてＦｍ／２まで校正値を記録していく。ｍは偶数である。
【0094】
次に、力Ｆ１を加えた位置でＸ方向の力Ｆｍ／２＋１を力検出器１に加えて同様にセンサ５のそれぞれの検出値を校正値として記録する。同様に力Ｆ２を加えた位置でＸ方向の力Ｆｍ／２＋２を力検出器１に加えてセンサ５のそれぞれの検出値を校正値として記録する。同様にしてＦｍまでセンサ５の検出値を校正値として記録する。ここで任意の位置である力Ｆ０を加えた場合のセンサ出力をｓ０１，・・・，ｓ０ｎとする。Ｆ０をＦ１～Ｆｍまでの線形結合で表すと下式（１）のようになる。
【0095】
【数1】
【0096】
ここで係数ｋ１，・・・，ｋｍと校正値とｓ０１，・・・，ｓ０ｎの関係式は下式（２）のようになる。
【0097】
【数2】
【0098】
ここから係数ｋ１，・・・，ｋｍを近似解として求める。この近似解を式（１）に代入することによってＦ０を求める。
【0099】
なお、実際の力検出器１では奥行き方向（Ｚ方向）にも突部３ａとセンサ５がアレイ状に配置されており、校正で力を加える位置はＺ方向にもあり、力の向きもＺ方向が加わる。このような場合であっても校正方法は同様である。また、校正方法はこの方法だけでなく、校正する際に力を点ではなく球や長方形などの特定の形状を持ったもので力を加え、この際のセンサ５の検出値を校正値としてもよい。
【0100】
制御部２３は、少なくとも１つのプロセッサと、少なくとも１つの専用回路とを備えており、例えばこれらの組み合わせを備えている。プロセッサは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）若しくはＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などの汎用プロセッサ、又は特定の処理に特化した専用プロセッサである。専用回路は、例えば、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）又はＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）である。制御部２３は、演算装置２０の各部を制御しながら、演算装置２０の動作に関わる処理を実行する。
【0101】
また、制御部２３は、記憶部２２に記憶された校正値と力検出器１のセンサ５の検出値とに基づいて力検出器１に作用した力Ｆの値を算出する。このとき、制御部２３は、上述の校正方法に基づいて、力検出器１に作用した力Ｆの値を算出する。ただし、これに限られるものではなく、制御部２３における演算方法は深層学習などを用いてもよい。
【0102】
表示部２４は、各種情報を表示する。表示部２４は、例えば液晶ディスプレイを用いることができる。ただし、表示部２４は、液晶ディスプレイに限定されず、例えば、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）ディスプレイなどであってもよい。出力部２５は演算装置２０の演算結果や力検出器１の検出値を外部に出力するためのものである。
【0103】
このような本実施形態の力検出システムＳによれば、力検出器１の特性に応じて予め取得された校正値を用いて力検出器１の検出値を校正する。このため、力検出器１に作用した力Ｆの値をより正確に求めることが可能となる。
【0104】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【0105】
例えば、上記実施形態においては、検出層２を形成する材料のヤング率が支持層３を形成する材料のヤング率よりも小さい構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、検出層２を形成する材料のヤング率が支持層３を形成する材料のヤング率よりも大きい構成を採用することが可能である。また、検出層２を形成する材料のヤング率が支持層３を形成する材料のヤング率よりも大きい場合には、本発明は、センサ５を支持層３に埋設配置する構成であっても良い。
【符号の説明】
【0106】
１……力検出器、１Ａ……力検出器、１Ｂ……力検出器、１Ｃ……力検出器、１Ｄ……力検出器、２……検出層（第１層）、２ｂ……空隙部、３……支持層（第２層）、３ａ……突部、３ｂ……凹部、４……応力発生部、５……センサ、６……配線、７……層構造体、１０……力分散層、１０ａ……突部、２０……演算装置、２１……入力部、２２……記憶部、２３……制御部、２４……表示部、２５……出力部、Ｆ……力、Ｍ……検出面、Ｓ……力検出システム
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】