JP6664742B2 - 力覚センサ - Google Patents

Description

本発明は、歪ゲージ式の力覚センサに適用して有効な技術に関する。

力覚センサは、受力部が受ける力ならびにモーメントを高精度に検出することが出来るため、計測機器や産業用ロボット等の高度な制御に用いられている。

従来の６軸力覚センサは、起歪体のアーム部の四面（例えば上面、下面、右側面、左側面）に歪みゲージを設けていた。そのため、多数の歪みゲージを設けることとなり、また、それら歪ゲージの配線が非常に複雑となってしまうため、高価格であった。

そこで本願発明者らは、起歪体のアーム部において向かい合う２面に所定配置で歪みゲージを設ける構成の力覚センサの提案を行った（特許文献１：特開２０１６−７０６７３号公報参照）。

特開２０１６−７０６７３号公報

特許文献１に記載の力覚センサは、起歪体のアーム部において向かい合う２面に所定配置で歪みゲージを設ける構造である。ここで、特許文献１に記載の力覚センサのように、例えばアーム部の上面および下面の２面に所定配置で設けられる歪みゲージによってブリッジ回路が構成される場合、上面の歪みゲージと下面の歪みゲージとが対称（平面視で一致）に設けられることが、検出精度を確保する上で重要である。つまり、検出精度を確保するためには、上面に貼り付けた複数の歪みゲージと、下面に貼り付けた複数の歪みゲージとが面対称となる位置に貼り付けられるように、高精度の位置調整が必要となる。しかし、高精度の位置調整を行うと生産性が低下してしまう。よって、さらなる、歪ゲージの位置ずれ防止と生産性の向上が望まれる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、起歪体のアーム部において向かい合う２面に所定配置で複数の歪みゲージを設けることに起因する位置ずれをなくした構成によって、歪ゲージの位置ずれ防止と生産性の向上の両立が可能な構成の力覚センサを提供することを目的とする。

一実施形態として、以下に開示するような解決手段により、前記課題を解決する。

開示の力覚センサは、中心軸に対して回転対称となる位置に３つ以上設けられたビーム部を有する起歪体と、前記ビーム部の外側面に設けられた複数の歪みゲージと、を備え、前記起歪体は、前記中心軸上に位置する受力部と、前記受力部に対して前記ビーム部を介して固定される固定部と、を有し、前記ビーム部は、前記受力部と連結されるアーム部と、前記アーム部の延在方向と交差する方向で前記アーム部の両側にそれぞれ連結されるフレクシャ部と、を有し、前記複数の歪みゲージは、前記固定部の外周面と隣り合う位置の前記外側面にのみ設けられることを特徴とする。

開示の力覚センサによれば、ビーム部における、固定部の外周面と隣り合う位置の外側面にのみ複数の歪みゲージが設けられるので、アーム部において向かい合う２面に所定配置で歪みゲージを設けることに起因する位置ずれをなくした構成となる。よって、歪ゲージの位置ずれ防止ができる。さらに、前記外側面にのみ複数の歪みゲージを設ける構成によって、歪ゲージの配設数が半減するので生産性が大幅に向上し、且つ大幅なコストダウンが図られる。

図１は本発明の第１の実施形態に係る力覚センサの例を示す斜視図である。 図２（Ａ）は上記実施形態の力覚センサの平面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の正面図である。 図３は本発明の第２の実施形態に係る力覚センサの例を示す斜視図である。 図４（Ａ）は上記実施形態の力覚センサの平面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）の正面図である。 図５は本発明の第３の実施形態に係る力覚センサの例を示す斜視図である。 図６（Ａ）は上記実施形態の力覚センサの平面図であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）の正面図である。 図７は上記実施形態の力覚センサの底面図である。 図８は本発明の第４の実施形態に係る力覚センサの例を示す斜視図である。 図９（Ａ）は上記実施形態の力覚センサの平面図であり、図９（Ｂ）は図９（Ａ）の正面図である。 図１０（Ａ）は本発明に係る力覚センサが有するＦｚ、Ｍｘ、Ｍｙ検出用ブリッジ回路の説明図であり、図１０（Ｂ）は本発明に係る力覚センサが有するＦｘ、Ｆｙ、Ｍｚ検出用ブリッジ回路の説明図である。

以下に説明する第１の実施形態〜第４の実施形態の力覚センサ１は、三次元空間の直交座標系（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）の３軸方向の力成分Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚと、その３軸回りのモーメント成分Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚの計６成分を同時に検出することができる６軸力覚センサである。

（第１の実施形態）
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施形態について詳しく説明する。第１の実施形態の力覚センサ１（１Ａ）は、中心軸Ｐ１に対して回転対称となる位置に３つのビーム部２０が備わっている場合の例であり、基本構造の例である。

図１は、本実施形態に係る力覚センサ１Ａの例を示す斜視図（概略図）であり、図２（Ａ）はその平面図（概略図）であり、図２（Ｂ）はその正面図（概略図）である（信号処理部および配線は不図示）。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

図１、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、力覚センサ１Ａは、複数の歪みゲージ４１〜４８と、複数の歪みゲージ４１〜４８が設けられる外側面２０ａを有する起歪体２と、を備える。本実施形態の起歪体２は、板状体であり、中心軸Ｐ１上に位置する受力部１２と、受力部１２に対して固定される固定部１９と、受力部１２と固定部１９とを連結するビーム部２０と、を有する。ビーム部２０は、起歪体２の中心軸Ｐ１に対して回転対称となる位置に３つ配されている。固定部１９は、同様に３つ配されている。起歪体２は、その中心軸Ｐ１に対して、回転対称となる形状である。

図１と図２（Ａ）において、破線で囲んだ部分がビーム部２０のうちの１つを指している。ビーム部２０は、受力部１２と連結されるアーム部１４と、アーム部１４の延在方向であるＹ軸方向と交差するＸ軸方向でアーム部１４の両側にそれぞれ連結されるフレクシャ部１６，１８と、を有する構成である。フレクシャ部１６とフレクシャ部１８は、起歪体２の中心軸Ｐ１に対して互いに線対称となる位置に設けられる。受力部１２、ビーム部２０、および固定部１９は、一体構造体である。起歪体２は、受力部１２および固定部１９を剛体とみなしたときにビーム部２０が弾性体とみなせるように各部のサイズが設定される。

図２（Ａ）のように、フレクシャ部１６（１８）のＹ軸方向の巾寸法は、アーム部１４のＸ軸方向の巾寸法よりも小さく設定される。そして、図２（Ｂ）のように、フレクシャ部１６（１８）のＺ軸方向の高さ寸法は、フレクシャ部１６，１８のＹ軸方向の巾寸法よりも大きく設定される。

複数の歪みゲージ４１〜４８は、ビーム部２０に設けられており、固定部１９の外周面１９ｆと隣り合う位置の外側面２０ａにのみ設けられている。

外側面２０ａは、ビーム部２０の中心軸Ｐ１方向の面と比較して、サイズが大きい。また、外側面２０ａには、遮蔽物がない。よって、外側面２０ａは、複数の歪みゲージ４１〜４８を配設し易く、且つ、起歪体２の小型化に対応し易い。

起歪体２は、例えば、ＮＣ（Numerical Control）加工機を用いてアルミニウム合金、合金鋼、ステンレス鋼などバネ性のある材料に貫通孔などを形成することによって得られる。ここでは、例えば外形が円形の板状体に切削加工、レーザ加工、または放電加工若しくはこれらの複合加工等を施して、受力部１２、固定部１９、およびビーム部２０からなる起歪体２が成形される。起歪体２には、受力部１２、固定部１９、およびビーム部２０のそれぞれを区画するための空間（貫通部）が形成される。本実施形態では、ビーム部２０の径方向の側面のうち中心軸Ｐ１から離れた位置にある外側面２０ａと、固定部１９の外周面１９ｆとで、起歪体２の外周部を構成している。力覚センサ１Ａは、固定部１９に形成された貫通孔１９ａにボルト等を通して、例えば産業用ロボット等に組み付けられる。

力覚センサ１Ａは、起歪体２の中心軸Ｐ１上に配された受力部１２に力が加えられると、応力（曲げ、せん断、捩り）による歪みがビーム部２０に生じる。例えば、ビーム部２０の放射方向（延在方向）およびこれと直交する方向に曲げ（撓み）歪みが生じ、ビーム部２０の放射方向に対して４５°方向にせん断歪みが生じ、そしてビーム部２０の周方向に捩り歪みが生ずる。力覚センサ１Ａでは、これら歪みを検出するにあたり、ビーム部２０における外側面２０ａにのみ複数の歪みゲージ４１〜４８が設けられる。外側面２０ａは、アーム部１４の延在方向に形成されている。また、外側面２０ａは、ビーム部２０の径方向の側面のうち中心軸Ｐ１から離れた位置に形成されている。

歪みゲージ４１〜４８としては、例えば、Ｃｕ（銅）−Ｎｉ（ニッケル）系合金やＮｉ−Ｃｒ（クロム）系合金の金属薄膜（金属箔など）の配線パターンを、可撓性を有するポリイミドやエポキシ樹脂フィルムで覆ったものを用いることができる。このような歪みゲージ４１〜４８は、接着剤を用いてビーム部２０における外側面２０ａに貼り付けられ、金属薄膜がビーム部２０の歪みを受けて変形したときの抵抗変化から歪みを検知、検出することができる。また、歪みゲージ４１〜４８としては、半導体薄膜を用いた半導体歪みゲージを用いることもできる。また、歪みゲージ４１〜４８は、スパッタリング法や真空蒸着法を用いてビーム部２０における外側面２０ａに金属薄膜ゲージを直接形成してもよい。

本実施形態によれば、固定部１９の外周面１９ｆと隣り合う位置の外側面２０ａにのみ複数の歪みゲージ４１〜４８を設けているので、アーム部において向かい合う２面に所定配置で複数の歪みゲージを設けることに起因する位置ずれをなくした構成となる。よって、歪ゲージの位置ずれ防止ができる。さらに、外側面２０ａにのみ複数の歪みゲージ４１〜４８を設ける構成によって、歪ゲージの配設数が半減するので生産性が大幅に向上し、且つ大幅なコストダウンが図られる。さらには、外側面２０ａには、遮蔽物がないので、スパッタリング法や真空蒸着法を用いて金属薄膜ゲージを直接形成することで複数の歪みゲージ４１〜４８を配設することが容易である。スパッタリング法や真空蒸着法を用いることで、生産性が飛躍的に向上する。そして、外側面２０ａは、ビーム部２０の中心軸Ｐ１方向の面と比較して、サイズが大きいので、複数の歪みゲージ４１〜４８を配設し易く、且つ、起歪体２の小型化に対応し易い。

複数の歪みゲージ４１〜４８は、固定部１９の外周面１９ｆよりも中心軸Ｐ１に近い位置に設けられる。これにより、力覚センサ１Ａをハンドリングする際に、例えば、複数の歪みゲージ４１〜４８よりも中心軸Ｐ１から離れた位置に設けられた外周面１９ｆを把持することで、複数の歪みゲージ４１〜４８に誤って接触してしまうことが防止できる。

本実施形態の力覚センサ１Ａは、中心軸Ｐ１とＺ軸を一致させた場合において、受力部１２が受けた力のＸ軸方向の力成分Ｆｘ、Ｙ軸方向の力成分Ｆｙ、Ｚ軸方向の力成分Ｆｚ、Ｘ軸周りのモーメント成分Ｍｘ、Ｙ軸周りのモーメント成分Ｍｙ、およびＺ軸周りのモーメント成分Ｍｚを検出する構成とされる。力覚センサ１Ａは、図１０（Ａ）に示すＦｚ、Ｍｘ、およびＭｙを検出する第１ブリッジ回路２１と、図１０（Ｂ）に示すＦｘ、Ｆｙ、およびＭｚを検出する第２ブリッジ回路２２とを有する。本実施形態では、６軸方向の力成分を切り分けて検出するために、３つのビーム部２０のそれぞれに、歪みゲージ４１〜４８からなる第１ブリッジ回路２１および第２ブリッジ回路２２を設けている。

Ｆｚ、Ｍｘ、およびＭｙを検出する第１ブリッジ回路２１は、第１の歪ゲージ４１、第２の歪ゲージ４２、第３の歪ゲージ４３、第４の歪ゲージ４４から構成される。Ｆｘ、Ｆｙ、およびＭｚを検出する第２ブリッジ回路２２は、第５の歪ゲージ４５、第６の歪ゲージ４６、第７の歪ゲージ４７、第８の歪ゲージ４８から構成される。ただし、この構成に限定されない。

複数の歪みゲージ４１〜４８は、外側面２０ａにおいて、フレクシャ部１６と一対一で対応する配置エリア１６ａ内と、フレクシャ部１８と一対一で対応する配置エリア１８ａ内と、に二分されて設けられる。これによって、１対のフレクシャ部１６，１８から生じる歪みの検出力を高められる。

図２（Ｂ）に示すように、第１の歪ゲージ４１と第３の歪ゲージ４３、第２の歪ゲージ４２と第４の歪ゲージ４４、第５の歪ゲージ４５と第７の歪ゲージ４７、および、第６の歪ゲージ４６と第８の歪ゲージ４８は、中心軸Ｐ１に対して、互いに線対称の位置に設けられる。これによれば、線対称位置関係にある歪みゲージ４１〜４８の抵抗値をＺ軸方向の力成分Ｆｚに対して同様に変化させることができる。そして、第１ブリッジ回路２１と第２ブリッジ回路２２とを構成するので、受力部１２に力が作用しないときに不要な出力信号が生じないようにキャンセルさせることができる。

第１の歪ゲージ４１と第２の歪ゲージ４２、第３の歪ゲージ４３と第４の歪ゲージ４４、第５の歪ゲージ４５と第７の歪ゲージ４７、および、第６の歪ゲージ４６と第８の歪ゲージ４８は、外側面２０ａの中心線のうち、中心軸１２と直交する方向の中心線Ｐ２に対して、互いに線対称の位置に設けられる。これによれば、線対称位置関係にある歪みゲージ４１〜４８の抵抗値をＸ軸方向の力成分Ｆｘに対して同様に変化させることができる。そして、第１ブリッジ回路２１と第２ブリッジ回路２２とを構成するので、受力部１２に力が作用しないときに不要な出力信号が生じないようにキャンセルさせることができる。

第１の歪ゲージ４１、第２の歪ゲージ４２、第３の歪ゲージ４３、第４の歪ゲージ４４は、いずれも、歪みの検出方向がアーム部１４の延在方向に対して４５°方向（あるいは１３５°方向）となるように配される。

第５の歪ゲージ４５、第６の歪ゲージ４６、第７の歪ゲージ４７、第８の歪ゲージ４８は、いずれも、歪みの検出方向がアーム部１４の延在方向と一致するように配される。

そして、図１０（Ａ）に示すように、第１ブリッジ回路２１に入力信号ＢＶが印加されると、歪みゲージ４１〜４４の抵抗値の変化により非平衡状態となったときに出力信号Ｖｏが変化する。力覚センサ１Ａではビーム部２０に応力が発生するが、第１ブリッジ回路２１を構成するので、干渉除去機能や温度保証機能を持たせると共に、例えば曲げ（撓み）による応力を検出する際には、せん断による応力をキャンセルさせている。

また、図１０（Ｂ）に示すように、第２ブリッジ回路２２に入力信号ＢＶが印加されると、歪みゲージ４５〜４８の抵抗値の変化により非平衡状態となったときに出力信号Ｖｏが変化する。力覚センサ１Ａではビーム部２０に応力が発生するが、第２ブリッジ回路２２を構成するので、干渉除去機能や温度保証機能を持たせると共に、例えばせん断による応力を検出する際には、曲げ（撓み）による応力をキャンセルさせている。

中心軸Ｐ１とＺ軸を一致させた場合において、力覚センサ１Ａの起歪体２の受力部１２が受けた力のＺ軸方向の力成分Ｆｚ、Ｘ軸周りのモーメント成分Ｍｘ、およびＹ軸周りのモーメント成分Ｍｙを、第１ブリッジ回路２１が検出した検出結果を次の表１に示す。

表１において、歪みゲージ４１〜４４の抵抗値が増加するときを「＋」、減少するときを「−」、０また値が小さいときを「０」としている。また、出力信号Ｖｏは、ブリッジ出力（非平衡出力）があるときを「１」、０または値が小さいときを「０」としている。

表１によって、第１ブリッジ回路２１は、Ｚ軸方向の力成分Ｆｚ、Ｘ軸周りのモーメント成分Ｍｘ、およびＹ軸周りのモーメント成分Ｍｙにおいて、歪みゲージ４１〜４４の抵抗値の増減が確認され、Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙを検出することができることが示された。

次に、力覚センサ１Ａの起歪体２の受力部１２が受けた力のＸ軸方向の力成分Ｆｘ、Ｙ軸方向の力成分Ｆｙ、およびＺ軸周りのモーメント成分Ｍｚを、第２ブリッジ回路２２が検出した検出結果を次の表２に示す。

表２において、歪みゲージ４５〜４８の抵抗値が増加するときを「＋」、減少するときを「−」、０また値が小さいときを「０」としている。また、出力信号Ｖｏは、ブリッジ出力（非平衡出力）があるときを「１」、０または値が小さいときを「０」としている。

表２によって、第２ブリッジ回路２２は、Ｘ軸方向の力成分Ｆｘ、Ｙ軸方向の力成分Ｆｙ、およびＺ軸周りのモーメント成分Ｍｚにおいて、歪みゲージ４１〜４４の抵抗値の増減が確認され、Ｆｘ，Ｆｙ，Ｍｚを検出することができることが示された。

表１と表２によれば、第２ブリッジ回路２２では検出し難い成分（Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ）を第１ブリッジ回路２１で検出し、また、第１ブリッジ回路２１では検出し難い成分（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｍｚ）を第２ブリッジ回路２２で検出する相補的な構成となっている。このように第１ブリッジ回路２１と第２ブリッジ回路２２を構成することで、６軸方向の力成分を切り分けて検出することができる。

ここで、歪みゲージ４１〜４８を一組としたときの、３組は、中心軸Ｐ１に対して、回転対称となる配置構成である。これは、各外側面２０ａにおける歪みゲージ４１〜４８のブリッジ回路の組み方を同じにできるので、歪みゲージ４１〜４８を各外側面２０ａに設けるときの作業性がよく、初期状態での出力をゼロとする零位調整や、出力レベルを適正値にするための感度調整等の調整作業が容易となるからである。ただし、この構成に限定されない。

（第２の実施形態）
第２の実施形態の力覚センサ１（１Ｂ）は、中心軸Ｐ１に対して回転対称となる位置に３つのビーム部２０が備わっている場合の例であり、固定部１９を補強した構造の例である。

図３は、本実施形態に係る力覚センサ１Ｂの例を示す斜視図（概略図）であり、図４（Ａ）はその平面図（概略図）であり、図４（Ｂ）はその正面図（概略図）である（信号処理部および配線は不図示）。第２の実施形態では、第１の実施形態と相違する点を中心に説明する。

本実施形態では、例えば円柱状の素体に切削加工、レーザ加工、または放電加工若しくはこれらの複合加工等を施して受力部１２、固定部１９、連結部９、およびビーム部２０からなる起歪体２が成形される。起歪体２には、受力部１２、固定部１９、連結部９、およびビーム部２０のそれぞれを区画するための空間（貫通部）が形成される。

本実施形態では、隣接する固定部１９同士は、連結部９によって連結されている。受力部１２、ビーム部２０、固定部１９、および連結部９は、一体構造体である。この構成によって、起歪体２は、固定部１９と連結部９とで補強されるので、堅牢な構造となる。

連結部９は、ビーム部２０の径方向の側面のうち中心軸Ｐ１から離れた位置にある外側面２０ａと隣り合う位置にそれぞれ設けられている。外側面２０ａを囲む位置に２つの連結部９、および２つの固定部１９が設けられている。そして、固定部１９の外周面１９ｆと、連結部９の外周面１９ｇとで、起歪体２の外周部を構成している。これにより、外周面１９ｆと外周面１９ｇとで、外側面２０ａを囲む構成となる。

複数の歪みゲージ４１〜４８は、外周面１９ｆよりも中心軸Ｐ１に近い位置に設けられ、且つ、外周面１９ｇよりも中心軸Ｐ１に近い位置に設けられる。これにより、力覚センサ１Ｂをハンドリングする際に、例えば、複数の歪みゲージ４１〜４８よりも中心軸Ｐ１から離れた位置に設けられた外周面１９ｆと外周面１９ｇのいずれかないしは両方を把持することで、複数の歪みゲージ４１〜４８に誤って接触してしまうことが防止できる。さらに、複数の歪みゲージ４１〜４８は、外周面１９ｆと外周面１９ｇとで構成される起歪体２の外周部よりも中心軸Ｐ１に近い位置に設けられることで保護されているので、複数の歪みゲージ４１〜４８に誤って接触してしまうことが防止できる。

フレクシャ部１６，１８の中心軸Ｐ１方向の両面にはそれぞれスリット１９ｂが形成されている。スリット１９ｂによって、フレクシャ部１６，１８の中心軸Ｐ１方向の両面と、連結部９とは、切り離されているので、フレクシャ部１６，１８が弾性変形し易い構造となっている。スリット１９ｂはＸ軸方向に延設されて所定深さの溝形状となっている。スリット１９ｂによって、フレクシャ部１６，１８の中心軸Ｐ１と直交する方向の両面と、固定部１９とは、互いの結合が疎になっているので、フレクシャ部１６，１８が弾性変形し易い構造となっている。したがって、歪みゲージ４１〜４８が歪みを検出し易い構造となっている。

また、受力部１２およびアーム部１４は、固定部１９および連結部９で保護されているので、堅牢な構造となる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態の力覚センサ１（１Ｃ）は、中心軸Ｐ１に対して回転対称となる位置に３つのビーム部２０が備わっている場合の例であり、テーブル６、起歪体２、およびベース８が一体化された構造の例である。

図５は、本実施形態に係る力覚センサ１Ｃの例を示す斜視図（概略図）であり、図６（Ａ）はその平面図（概略図）であり、図６（Ｂ）はその正面図（概略図）であり、図７はその底面図（概略図）である（信号処理部および配線は不図示）。第３の実施形態では、既に説明した実施形態と相違する点を中心に説明する。

本実施形態では、例えば円柱状の素体に切削加工、レーザ加工、または放電加工若しくはこれらの複合加工等を施して受力部１２と固定部１９とビーム部２０とを有する起歪体２、テーブル６、およびベース８が一体的に成形される。また、受力部１２、固定部１９、ビーム部２０、テーブル６、およびベース８のそれぞれを区画するための空間（貫通部）が形成される。

本実施形態では、テーブル６は、中心軸Ｐ１上に配されており、受力部１２に連結されている。ベース８は、中心軸Ｐ１上でテーブル６と反対側の位置に配されており、固定部１９から中心軸Ｐ１の方向に延設された結合部１９ｄに連結されている。テーブル６、受力部１２、ビーム部２０、固定部１９、結合部１９ｄ、およびベース８は、一体構造体である。

この構成によって、起歪体２を、テーブル６とベース８とに組み込む工数が削減できる。また、テーブル６、起歪体２、およびベース８は、一体構造体であることで、起歪体２とテーブル６、起歪体２とベース８とを、それぞれ組み付けるボルトやネジ等の部品が削減できる。さらに、部品組み立てによる組み立て誤差がなくなるため、性能が向上する。そして、このような力覚センサ１Ｃは、ハンドリングし易くなる。また、テーブル６とベース８とで起歪体２を保護しており、堅牢な構造となる。

テーブル６のＺ軸方向の面のうち、受力部１２と反対側の面には、中心軸Ｐ１に対して回転対称となる位置に、測定治具等をボルト等で取り付ける取り付け穴６ａが所定間隔で４つ形成されており、また、中心軸Ｐ１と直交する方向の位置に、測定治具等の位置決めピンを取り付けるピン穴６ｂが所定間隔で２つ形成されている。

ベース８のＺ軸方向の面のうち、受力部１２と反対側の面には、中心軸Ｐ１に対して回転対称となる位置に、取り付け穴８ａが所定間隔で４つ形成されている。取り付け穴８ａは、力覚センサ１Ｃを計測機器の筐体等にボルト等で取り付けるものである。

複数の歪みゲージ４１〜４８は、テーブル６の外周面よりも中心軸Ｐ１に近い位置に設けられ、且つ、ベース８の外周面よりも中心軸Ｐ１に近い位置に設けられる。これにより、力覚センサ１Ｃをハンドリングする際に、複数の歪みゲージ４１〜４８に誤って接触してしまうことが防止できる。さらに、複数の歪みゲージ４１〜４８は、テーブル６とベース８とで保護されているので、複数の歪みゲージ４１〜４８に誤って接触してしまうことが防止できる。

フレクシャ部１６，１８の中心軸Ｐ１方向の両面にはそれぞれ空間が形成されているので、フレクシャ部１６，１８が弾性変形し易い構造となっている。したがって、歪みゲージ４１〜４８が歪みを検出し易い構造となっている。

また、起歪体２は、テーブル６およびベース８で保護されているので、堅牢な構造となる。

図６（Ｂ）に示すように、起歪体２の受力部１２は、テーブル６と連結されている。図７に示すように、起歪体２の受力部１２は、ベース８とは切り離されている。起歪体２の固定部１９には、結合部１９ｄが形成されている。起歪体２の固定部１９は、結合部１９ｄを介してベース８と連結されている。ここでは、受力部１２は、平面視で、正六角形状となっている。

（第４の実施形態）
上述の第１の実施形態〜第３の実施形態では、起歪体２がビーム部２０を３つ有する場合の例であり、いわゆるＹビーム構造の例を示した。第４の実施形態の力覚センサ１（１Ｄ）は、起歪体２がビーム部２０を４つ有する場合の例であり、いわゆるＸビーム構造の例である。

図８は、本実施形態に係る力覚センサ１Ｄの例を示す斜視図（概略図）であり、図９（Ａ）はその平面図（概略図）であり、図９（Ｂ）はその正面図（概略図）である（信号処理部および配線は不図示）。第４の実施形態では、既に説明した実施形態と相違する点を中心に説明する。

本実施形態では、例えば角柱状の素体に切削加工、レーザ加工、または放電加工若しくはこれらの複合加工等を施して起歪体２が成形される。ビーム部２０は、受力部１２のＺ軸方向の中心軸Ｐ１に対して回転対称位置に４つ配されている。

本実施形態では、Ｚ軸方向を上方とすると、受力部１２の上部は、アーム部１４および固定部１９の上面から突出している。これにより、固定部１９に形成された貫通孔１９ａにボルト等を通して載置台等に組み付けた状態で、受力部１２に形成された取り付け穴１２ａに測定治具等をボルト等で取り付け易く、また、測定治具等が大きく変位しても固定部１９に当接しない構造となっている。固定部１９の下部は、切り欠き部１９ｅが形成されている。これにより、固定部１９に形成された貫通孔１９ａにボルト等を通して載置台等に組み付けた状態で、フレクシャ部１６、１８が、載置台等に当接しない構造となっている。ここでは、起歪体２は、平面視で、正方形状となっている。なお、この例に限定されず、起歪体２は平面視で円形状とすることができる。

本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、本発明を逸脱しない範囲において種々変更が可能である。例えば、上述の実施形態では、６軸力覚センサに適用した場合について説明した。これに限らず、１軸、３軸など軸数を減らした力覚センサへも適用することができる。また、上述の実施形態では、ビーム部２０を３つまたは４つ有する例について説明した。これに限らず、ビーム部２０を５つ以上有する構成とすることができる。起歪体２は、上述の切削加工、レーザ加工、または放電加工若しくはこれらの複合加工等に限られず、エッチング法、ダイキャスト法、プレス加工、３Ｄプリンタ技術等既知の加工技術が適用できる。

例えば、ブリッジ回路を構成する複数の歪みゲージ４１〜４８をビーム部に設けるにあたり、予めブリッジ回路を構成するよう接続された所定数の歪みゲージを、ブリッジ形成された歪みゲージＡＳＳＹ（assembly）として貼り付けることができる。

上述の、歪みゲージ４１〜４８の配設において、外側面２０ａは、内側面と比較して、スパッタリング法や真空蒸着法を用いることが容易な位置であり、スパッタリング法や真空蒸着法を用いて、歪みゲージ４１〜４８を同時に形成することによって、生産性が飛躍的に向上し、また、同時形成によって歪みゲージ同士の互いの位置ずれを防止することも可能となる。

１、１Ａ、１Ｂ，１Ｃ、１Ｄ 力覚センサ
２ 起歪体
６ テーブル
８ ベース
９ 連結部
１２ 受力部
１４ アーム部
１６、１８ フレクシャ部
１６ａ、１８ａ 配置エリア
１９ 固定部
１９ｆ 外周面
１９ｇ 連結部
２０ ビーム部
２０ａ 外側面
２１ 第１ブリッジ回路（Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ検出用ブリッジ回路）
２２ 第２ブリッジ回路（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｍｚ検出用ブリッジ回路）
４１〜４８ 歪みゲージ
Ｐ１ 中心軸

Claims (8)

1. 中心軸に対して回転対称となる位置に３つ以上設けられたビーム部を有する起歪体と、前記ビーム部の外側面に設けられた複数の歪みゲージと、を備え、
   前記起歪体は、前記中心軸上に位置する受力部と、前記受力部に対して前記ビーム部を介して固定される固定部と、を有し、
   前記ビーム部は、前記受力部と連結されるアーム部と、前記アーム部の延在方向と交差する方向で前記アーム部の両側にそれぞれ連結されるフレクシャ部と、を有し、
   前記複数の歪みゲージは、前記固定部の外周面と隣り合う位置の前記外側面にのみ設けられること
   を特徴とする力覚センサ。
2. 前記複数の歪みゲージは、前記フレクシャ部と一対一で対応する１対の配置エリア内に、それぞれ設けられること
   を特徴とする請求項１記載の力覚センサ。
3. 隣接する前記固定部同士に連結された連結部を、さらに備え、
   前記外側面を囲む位置に前記連結部および前記固定部が設けられていること
   を特徴とする請求項１または請求項２記載の力覚センサ。
4. 前記中心軸上に配されて前記受力部に連結されたテーブルと、前記中心軸上で前記テーブルと反対側の位置に配されて前記固定部に連結されたベースとを、さらに備えること
   を特徴とする請求項１または請求項２記載の力覚センサ。
5. 前記テーブル、前記起歪体、および前記ベースは、一体構造体であること、
   を特徴とする請求項４記載の力覚センサ。
6. 前記受力部が受ける力のＺ軸方向の力成分Ｆｚ、Ｘ軸周りのモーメント成分Ｍｘ、およびＹ軸周りのモーメント成分Ｍｙを検出する第１ブリッジ回路と、
   前記受力部が受ける力のＸ軸方向の力成分Ｆｘ、Ｙ軸方向の力成分Ｆｙ、およびＺ軸周りのモーメント成分Ｍｚを検出する第２ブリッジ回路と、を有し、
   前記複数の歪みゲージは、前記第１ブリッジ回路を構成する第１の歪ゲージ、第２の歪ゲージ、第３の歪ゲージ、および第４の歪ゲージと、
   前記第２ブリッジ回路を構成する第５の歪ゲージ、第６の歪ゲージ、第７の歪ゲージ、および第８の歪ゲージと、を有すること
   を特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の力覚センサ。
7. 前記第１の歪ゲージと前記第３の歪ゲージ、前記第２の歪ゲージと前記第４の歪ゲージ、前記第５の歪ゲージと前記第７の歪ゲージ、および、前記第６の歪ゲージと前記第８の歪ゲージは、前記中心軸に対して、互いに線対称となる位置に設けられること
   を特徴とする請求項６記載の力覚センサ。
8. 前記第１の歪ゲージと前記第２の歪ゲージ、前記第３の歪ゲージと前記第４の歪ゲージ、前記第５の歪ゲージと前記第７の歪ゲージ、および、前記第６の歪ゲージと前記第８の歪ゲージは、前記中心軸と直交する方向の前記外側面の中心線に対して、互いに線対称となる位置に設けられること
   を特徴とする請求項６または請求項７記載の力覚センサ。

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