JP6925653B2

JP6925653B2 - Force sensor

Info

Publication number: JP6925653B2
Application number: JP2019176114A
Authority: JP
Inventors: 岡田　和廣; 和廣岡田; 美穂岡田; 聡江良
Original assignee: Tri Force Management Corp
Current assignee: Tri Force Management Corp
Priority date: 2018-01-09
Filing date: 2019-09-26
Publication date: 2021-08-25
Anticipated expiration: 2038-01-09
Also published as: JP2020012844A

Description

本発明は、力覚センサに関し、特に、所定の軸方向に作用した力及び所定の回転軸まわりに作用したモーメント（トルク）を電気信号として出力する機能をもったセンサに関する。 The present invention relates to a force sensor, and more particularly to a sensor having a function of outputting a force acting in a predetermined axial direction and a moment (torque) acting around a predetermined rotating axis as an electric signal.

従来、所定の軸方向に作用した力及び所定の回転軸まわりに作用したトルクを電気信号として出力する機能をもった力覚センサが知られている（例えば特許文献１）。このような力覚センサは、産業用ロボットの力制御に広く利用されている他、近年では生活支援ロボットにも採用されており、高い安全性が求められている。しかしながら、例えば、従来の静電容量タイプの力覚センサにおいては、機構部、静電容量の検出部（力の検出部）、マイコンを含む電子回路を備えているが、結露、衝撃、過負荷、あるいは容量素子を構成する一対の平行平板間に異物が混入することによって、故障してしまう可能性がある。特には、力覚センサの力検出部は、可撓性を有するため、過負荷や繰り返し荷重によって金属疲労を生じる。このことにより、当該力検出部を構成する弾性体にクラック等が生じ、最終的には破断してしまう恐れがある。 Conventionally, a force sensor having a function of outputting a force acting in a predetermined axial direction and a torque acting around a predetermined rotating axis as an electric signal is known (for example, Patent Document 1). Such force sensors are widely used for force control of industrial robots, and in recent years, they have also been adopted for life support robots, and high safety is required. However, for example, a conventional capacitance type force sensor is provided with an electronic circuit including a mechanism unit, a capacitance detection unit (force detection unit), and a microcomputer, but condensation, impact, and overload are provided. Or, there is a possibility of failure due to foreign matter being mixed between the pair of parallel flat plates constituting the capacitive element. In particular, since the force detection unit of the force sensor has flexibility, metal fatigue occurs due to overload or repeated load. This may cause cracks or the like in the elastic body constituting the force detection unit, and eventually break the elastic body.

力覚センサが故障しているか否かを判断する簡便な方法としては、例えば特許文献１に記載されている力覚センサを複数（例えば３つ）並列に並べ、各力覚センサの出力信号の差を評価すればよい。この方法では、３つの出力信号を２つずつ比較し、各２つの力覚センサの出力信号の差が所定の範囲内に存在していれば当該力覚センサは正常に機能していると判断され、一方で当該差が所定の範囲内に存在していなければ、当該力覚センサは正常に機能していない（故障している）と判断される。 As a simple method for determining whether or not the force sensor is out of order, for example, a plurality (for example, three) force sensors described in Patent Document 1 are arranged in parallel, and the output signal of each force sensor is displayed. The difference should be evaluated. In this method, three output signals are compared by two, and if the difference between the output signals of each of the two force sensors is within a predetermined range, it is determined that the force sensor is functioning normally. On the other hand, if the difference does not exist within a predetermined range, it is determined that the force sensor is not functioning normally (failed).

特開２００４−３５４０４９号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-354049

しかしながら、複数の力覚センサを用いて当該力覚センサが正常に機能しているか否かを判断する方法を採用した場合、力覚センサの個数に応じてコストが増大してしまう。更に、力覚センサを設置するために必要なスペースも増大してしまうため問題である。もちろん、ロボット等に取り付けられた力覚センサを取り外して故障診断を行うことにより、当該力覚センサが正常に機能しているか否かを判定しても良い。しかしながら、一度取り付けられた力覚センサを取り外すと作業コストが増大してしまうため、より簡便に故障診断を行うことができる力覚センサが望まれていた。 However, when a method of determining whether or not the force sensor is functioning normally by using a plurality of force sensors is adopted, the cost increases according to the number of force sensors. Further, the space required for installing the force sensor is also increased, which is a problem. Of course, it may be determined whether or not the force sensor is functioning normally by removing the force sensor attached to the robot or the like and performing a failure diagnosis. However, since the work cost increases when the force sensor once attached is removed, a force sensor that can perform failure diagnosis more easily has been desired.

ところで、本出願人は、静電容量型の力覚センサにおいて、低価格かつ高感度であり、使用環境の温度変化や同相ノイズによる影響を受けにくい力覚センサを発明し、特願２０１７−１８５１８４を出願した。このような力覚センサにおいても、より簡便に故障診断を行うことができれば、極めて有用である。 By the way, the applicant has invented a force sensor that is inexpensive, has high sensitivity, and is not easily affected by temperature changes in the usage environment and in-phase noise in the capacitance type force sensor. I applied for. Even in such a force sensor, it would be extremely useful if a failure diagnosis could be performed more easily.

本発明は、以上のような事情に鑑みて創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、低価格かつ高感度でありながら、単一の力覚センサによってそれ自身の故障診断が可能な力覚センサを提供することである。 The present invention has been devised in view of the above circumstances. That is, an object of the present invention is to provide a force sensor capable of diagnosing its own failure by a single force sensor while being inexpensive and having high sensitivity.

本発明の第１の態様による力覚センサは、
受力部と固定部とを有し、前記受力部に作用した力により弾性変形を生じる変形体と、
前記変形体に接続され、当該変形体に生じる弾性変形により変位を生じる変位体と、
前記変位体に生じる変位に基づいて、作用した力を検出する検出回路と、を備え、
前記変形体は、
長手方向を有し、前記受力部と前記固定部との間に配置された傾動部と、
前記受力部と前記傾動部とを接続する第１変形部と、
前記固定部と前記傾動部とを接続する第２変形部と、を有し、
各変形部は、前記傾動部の前記長手方向と交差する方向に延在し、
前記第１変形部と前記傾動部との接続部位と、前記第２変形部と前記傾動部との接続部位とは、当該傾動部の前記長手方向において位置が異なっており、
前記変位体は、前記傾動部に接続されているが前記固定部から離間した変位部を有し、
前記検出回路は、前記変位部に配置された第１変位センサ及び第２変位センサを有し、
前記検出回路は、前記第１変位センサの検出値に基づいて、作用した力を示す第１電気信号を出力し、且つ、前記第２変位センサの検出値に基づいて、作用した力を示す第２電気信号を出力し、当該第１電気信号及び当該第２電気信号に基づいて、力の検出が正常に行われているか否かを判定する。 The force sensor according to the first aspect of the present invention is
A deformed body having a receiving portion and a fixed portion and elastically deformed by the force acting on the receiving portion.
A displacement body that is connected to the deformed body and causes displacement due to elastic deformation that occurs in the deformed body.
A detection circuit that detects the applied force based on the displacement generated in the displacement body is provided.
The variant is
A tilting portion having a longitudinal direction and arranged between the receiving portion and the fixing portion,
A first deformed portion that connects the receiving portion and the tilting portion, and
It has a second deformed portion that connects the fixed portion and the tilting portion, and has.
Each deformed portion extends in a direction intersecting the longitudinal direction of the tilted portion.
The connection portion between the first deformed portion and the tilting portion and the connecting portion between the second deformed portion and the tilting portion are different in position in the longitudinal direction of the tilting portion.
The displacement body has a displacement portion that is connected to the tilting portion but is separated from the fixed portion.
The detection circuit has a first displacement sensor and a second displacement sensor arranged in the displacement portion.
The detection circuit outputs a first electric signal indicating the applied force based on the detected value of the first displacement sensor, and indicates the applied force based on the detected value of the second displacement sensor. 2 An electric signal is output, and it is determined whether or not force detection is normally performed based on the first electric signal and the second electric signal.

前記検出回路は、前記第１電気信号と前記第２電気信号との和である合算電気信号を出力し、
前記検出回路は、前記合算電気信号と、前記第１電気信号及び前記第２電気信号の少なくとも一方と、に基づいて、力の検出が正常に行われているか否かを判定して良い。 The detection circuit outputs a total electric signal which is the sum of the first electric signal and the second electric signal.
The detection circuit may determine whether or not force detection is normally performed based on the total electric signal and at least one of the first electric signal and the second electric signal.

以上の力覚センサは、前記変位体に対向配置され、前記固定部に接続された支持体を更に備え、
各変位センサは、前記変位体の前記変位部に配置された変位電極と、この変位電極に対向して前記支持体上に配置された固定電極と、を有する容量素子であって良い。 The above-mentioned force sensor is further provided with a support that is arranged to face the displacement body and is connected to the fixed portion.
Each displacement sensor may be a capacitive element having a displacement electrode arranged in the displacement portion of the displacement body and a fixed electrode arranged on the support so as to face the displacement electrode.

前記変位部は、前記傾動部の前記長手方向と交差する方向に延在する梁を有していて良い。 The displacement portion may have a beam extending in a direction intersecting the longitudinal direction of the tilt portion.

前記梁には、第１計測部位が規定され、
前記検出回路は、前記第１計測部位の変位を計測する、第１−１変位センサ及び第１−２変位センサを有し、
前記検出回路は、前記第１−１変位センサの検出値に基づいて前記第１電気信号を出力し、且つ、前記第１−２変位センサの検出値に基づいて前記第２電気信号を出力して良い。 A first measurement site is defined on the beam,
The detection circuit has a 1-1 displacement sensor and a 1-2 displacement sensor that measure the displacement of the first measurement site.
The detection circuit outputs the first electric signal based on the detection value of the 1-1 displacement sensor, and outputs the second electric signal based on the detection value of the 1-2 displacement sensor. It's okay.

あるいは、前記梁には、第１計測部位及び第２計測部位が規定され、
前記検出回路は、前記第１計測部位の変位を計測する、第１−１変位センサ及び第１−２変位センサと、前記第２計測部位の変位を計測する、第２−１変位センサ及び第２−２変位センサと、を有し、
前記検出回路は、前記第１−１変位センサ及び前記第１−２変位センサの各検出値に基づいて前記第１電気信号を出力し、且つ、前記第２−１変位センサ及び前記第２−２変位センサの各検出値に基づいて前記第２電気信号を出力して良い。 Alternatively, the beam is defined with a first measurement part and a second measurement part.
The detection circuit has a 1-1 displacement sensor and a 1-2 displacement sensor that measure the displacement of the first measurement site, and a 2-1 displacement sensor and a second displacement sensor that measure the displacement of the second measurement site. Has a 2-2 displacement sensor,
The detection circuit outputs the first electric signal based on the detected values of the 1-1 displacement sensor and the 1-2 displacement sensor, and also outputs the 2-1 displacement sensor and the 2-. 2 The second electric signal may be output based on each detected value of the displacement sensor.

前記変位部は、前記変形体の前記傾動部と前記梁とを接続する接続体を有し、
前記変位体の前記第１計測部位及び前記第２計測部位は、前記接続体と前記梁との接続部位に関して対称的に規定され、
前記検出回路は、前記第１−１変位センサの検出値と前記第２−２変位センサの検出値との差に基づいて前記第１電気信号を出力し、且つ、前記第１−２変位センサの検出値と前記第２−１変位センサの検出値との差に基づいて前記第２電気信号を出力して良い。 The displacement portion has a connecting body that connects the tilting portion of the deformed body and the beam.
The first measurement portion and the second measurement portion of the displacement body are symmetrically defined with respect to the connection portion between the connection body and the beam.
The detection circuit outputs the first electric signal based on the difference between the detection value of the 1-1 displacement sensor and the detection value of the 2-2 displacement sensor, and the 1-2 displacement sensor. The second electric signal may be output based on the difference between the detected value of the 2-1 displacement sensor and the detected value of the 2-1 displacement sensor.

前記検出回路は、前記第１電気信号、または、前記第１電気信号と前記第２電気信号との和である合算電気信号、に基づいて作用した力を検出して良い。 The detection circuit may detect a force acting based on the first electric signal or the total electric signal which is the sum of the first electric signal and the second electric signal.

本発明の第２の態様による力覚センサは、
閉ループ状の変形体であって、２つの受力部と、閉ループ状の経路に沿って前記２つの受力部と交互に配置された２つの固定部と、前記閉ループ状の経路に沿って隣接する前記受力部及び前記固定部を接続し前記受力部に作用した力ないしモーメントにより弾性変形を生じる４つの変形要素と、を有する変形体と、
各変形要素に接続され、当該変形要素に生じる弾性変形により変位を生じる４つの変位体と、
前記４つの変位体に生じる変位に基づいて、作用した力及びモーメントの少なくとも一方を検出する検出回路と、を備え、
前記４つの変形要素は、それぞれ、
長手方向を有し、前記受力部と前記固定部との間に配置された傾動部と、
対応する前記受力部と前記傾動部とを接続する第１変形部と、
対応する前記固定部と前記傾動部とを接続する第２変形部と、を有し、
前記第１変形部及び前記第２変形部は、前記傾動部の前記長手方向と交差する方向に延在し、
前記第１変形部と前記傾動部との接続部位と、前記第２変形部と前記傾動部との接続部位とは、当該傾動部の前記長手方向において位置が異なっており、
前記４つの変位体は、それぞれ、対応する前記傾動部に接続されているが対応する前記固定部から離間した変位部を有し、
前記検出回路は、少なくとも４つの第１変位センサと少なくとも４つの第２変位センサとを有し、
前記少なくとも４つの第１変位センサ及び前記少なくとも４つの第２変位センサは、各変位部に少なくとも１つずつ配置されており、
前記検出回路は、各第１変位センサの検出値に基づいて、作用した力を示す第１電気信号を出力し、且つ、各第２変位センサの検出値に基づいて、作用した力を示す第２電気信号を出力し、当該第１電気信号及び当該前記第２電気信号に基づいて、力の検出が正常に行われているか否かを判定する。 The force sensor according to the second aspect of the present invention is
It is a closed-loop variant, and is adjacent to two receiving portions, two fixed portions alternately arranged along the closed-loop path with the two receiving portions, and the closed-loop path. A deformed body having four deforming elements that connect the receiving portion and the fixing portion to cause elastic deformation due to a force or moment acting on the receiving portion.
Four displacement bodies that are connected to each deformation element and cause displacement due to elastic deformation that occurs in the deformation element.
A detection circuit for detecting at least one of an acting force and a moment based on the displacement generated in the four displacement bodies is provided.
Each of the four deformation elements
A tilting portion having a longitudinal direction and arranged between the receiving portion and the fixing portion,
A first deformed portion that connects the corresponding receiving portion and the tilting portion,
It has a second deformed portion that connects the corresponding fixed portion and the tilted portion.
The first deformed portion and the second deformed portion extend in a direction intersecting the longitudinal direction of the tilting portion.
The connection portion between the first deformed portion and the tilting portion and the connecting portion between the second deformed portion and the tilting portion are different in position in the longitudinal direction of the tilting portion.
Each of the four displacement bodies has a displacement portion connected to the corresponding tilting portion but separated from the corresponding fixed portion.
The detection circuit has at least four first displacement sensors and at least four second displacement sensors.
At least one of the at least four first displacement sensors and the at least four second displacement sensors are arranged in each displacement portion.
The detection circuit outputs a first electric signal indicating the applied force based on the detected value of each first displacement sensor, and indicates the applied force based on the detected value of each second displacement sensor. 2 An electric signal is output, and it is determined whether or not force detection is normally performed based on the first electric signal and the second electric signal.

このような力覚センサは、前記４つの変位体に対向配置され、前記固定部に接続された支持体を更に備え、
各変位センサは、各変位体の前記変位部に配置された変位電極と、各変位電極に対向して前記支持体上に配置された固定電極と、を有する容量素子であって良い。 Such a force sensor is further provided with a support that is arranged to face the four displacement bodies and is connected to the fixed portion.
Each displacement sensor may be a capacitive element having a displacement electrode arranged in the displacement portion of each displacement body and a fixed electrode arranged on the support so as to face each displacement electrode.

前記４つの変位体は、それぞれ、対応する前記傾動部の前記長手方向と交差する方向に延在する梁を有して良い。 Each of the four displacement bodies may have a beam extending in a direction intersecting the longitudinal direction of the corresponding tilting portion.

各梁には、第１計測部位が規定され、
前記検出回路は、各第１計測部位の変位を計測する、第１−１変位センサ及び第１−２変位センサを有し、
前記検出回路は、各第１−１変位センサの検出値に基づいて前記第１電気信号を出力し、且つ、各第１−２変位センサの検出値に基づいて前記第２電気信号を出力して良い。 The first measurement site is defined for each beam,
The detection circuit has a 1-1 displacement sensor and a 1-2 displacement sensor that measure the displacement of each first measurement site.
The detection circuit outputs the first electric signal based on the detection value of each 1-1 displacement sensor, and outputs the second electric signal based on the detection value of each 1-2 displacement sensor. It's okay.

あるいは、各梁には、第１計測部位及び第２計測部位が規定され、
前記検出回路は、各第１計測部位の変位を計測する、第１−１変位センサ及び第１−２変位センサと、各第２計測部位の変位を計測する、第２−１変位センサ及び第２−２変位センサと、を有し、
前記検出回路は、各第１−１変位センサ及び各第２−１変位センサの各検出値に基づいて前記第１電気信号を出力し、且つ、各第１−２変位センサ及び各第２−２変位センサの各検出値に基づいて前記第２電気信号を出力して良い。 Alternatively, each beam is defined with a first measurement part and a second measurement part.
The detection circuit has a 1-1 displacement sensor and a 1-2 displacement sensor that measure the displacement of each first measurement site, and a 2-1 displacement sensor and a second displacement sensor that measure the displacement of each second measurement site. Has a 2-2 displacement sensor,
The detection circuit outputs the first electric signal based on the detected values of each 1-1 displacement sensor and each 2-1 displacement sensor, and outputs each 1-2 displacement sensor and each 2-. 2 The second electric signal may be output based on each detected value of the displacement sensor.

各変位部は、前記変形体の前記傾動部と前記梁とを接続する接続体を有し、
各変位体の前記第１計測部位及び前記第２計測部位は、前記接続体と前記梁との接続部位に関して対称的に規定され、
各第１−１変位センサ、各第１−２変位センサ、各第２−２変位センサ及び各第２−１変位センサは、対応する前記梁の長さ方向に沿ってこの順序で配置され、
前記検出回路は、前記第１−１変位センサの検出値と前記第２−１変位センサの検出値との差に基づいて前記第１電気信号を出力し、且つ、前記第１−２変位センサの検出値と前記第２−２変位センサ検出値との差に基づいて前記第２電気信号を出力して良い。 Each displacement portion has a connecting body that connects the tilting portion of the deformed body and the beam.
The first measurement portion and the second measurement portion of each displacement body are symmetrically defined with respect to the connection portion between the connection body and the beam.
Each 1-1 displacement sensor, each 1-2 displacement sensor, each 2-2 displacement sensor and each 2-1 displacement sensor are arranged in this order along the length direction of the corresponding beam.
The detection circuit outputs the first electric signal based on the difference between the detection value of the 1-1 displacement sensor and the detection value of the 2-1 displacement sensor, and the 1-2 displacement sensor. The second electric signal may be output based on the difference between the detected value of 2-2 and the detected value of the 2-2 displacement sensor.

前記検出回路は、前記第１電気信号、または、前記第１電気信号と前記第２電気信号との和である合算電気信号に基づいて、作用した力を検出して良い。 The detection circuit may detect the acting force based on the first electric signal or the total electric signal which is the sum of the first electric signal and the second electric signal.

また、前記検出回路は、前記合算電気信号と、前記第１電気信号及び前記第２電気信号の少なくとも一方と、の差または比に基づいて、力の検出が正常に行われているか否かを判定して良い。 Further, the detection circuit determines whether or not the force is normally detected based on the difference or ratio between the total electric signal and at least one of the first electric signal and the second electric signal. You may judge.

本発明の第３の態様による力覚センサは、
受力部と固定部とを有し、前記受力部に作用した力により弾性変形を生じる変形体と、
前記変形体に接続され、当該変形体に生じる弾性変形により変位を生じる変位体と、
前記変位体に生じる変位に基づいて、作用した力を検出する検出回路と、を備え、
前記変形体は、
長手方向を有し、前記受力部と前記固定部との間に当該受力部から当該固定部に向かって順次配置された第１傾動部及び第２傾動部と、
前記第１傾動部と前記第２傾動部との間に配置された力伝達部と、
前記受力部と前記第１傾動部とを接続する第１−１変形部、前記力伝達部と前記第１傾動部とを接続する第１−２変形部、前記力伝達部と前記第２傾動部とを接続する第２−１変形部、及び、前記固定部と前記第２傾動部とを接続する第２−２変形部と、を有し、
各変形部は、それぞれ、各傾動部の前記長手方向と交差する方向に延在し、
前記第１−１変形部と前記第１傾動部との接続部位と、前記第１−２変形部と前記第１傾動部との接続部位とは、当該第１傾動部の前記長手方向において位置が異なっており、
前記第２−１変形部と前記第２傾動部との接続部位と、前記第２−２変形部と前記第２傾動部との接続部位とは、当該第２傾動部の前記長手方向において位置が異なっており、
前記第１−１変形部及び第１−２変形部のバネ定数と、前記第２−１変形部及び第２−２変形部のバネ定数とが、異なっており、
前記変位体は、前記第１傾動部に接続されているが前記固定部から離間した第１変位部と、前記第２傾動部に接続されているが前記固定部から離間した第２変位部と、を有し、
前記検出回路は、前記第１変位部の変位を計測する第１変位センサと、前記第２変位部の変位を計測する第２変位センサと、を有し、
前記検出回路は、前記第１変位センサの検出値に基づいて作用した力を示す第１電気信号を出力し、且つ、前記第２変位センサの検出値に基づいて作用した力を示す第２電気信号を出力し、当該第１電気信号と当該第２電気信号との比率の変化に基づいて、力の検出が正常に行われているか否かを判定する。 The force sensor according to the third aspect of the present invention is
A deformed body having a receiving portion and a fixed portion and elastically deformed by the force acting on the receiving portion.
A displacement body that is connected to the deformed body and causes displacement due to elastic deformation that occurs in the deformed body.
A detection circuit that detects the applied force based on the displacement generated in the displacement body is provided.
The variant is
A first tilting portion and a second tilting portion which have a longitudinal direction and are sequentially arranged between the receiving portion and the fixed portion from the receiving portion toward the fixed portion.
A force transmission unit arranged between the first tilting portion and the second tilting portion,
The 1-1 deformed part that connects the force receiving part and the first tilting part, the 1-2 deforming part that connects the force transmitting part and the first tilting part, the force transmitting part and the second It has a 2-1 deformed portion that connects the tilting portion and a 2-2 deformed portion that connects the fixed portion and the second tilting portion.
Each deformed portion extends in a direction intersecting the longitudinal direction of each tilted portion.
The connection portion between the 1-1 deformed portion and the first tilting portion and the connecting portion between the 1-2 deformed portion and the first tilting portion are located in the longitudinal direction of the first tilting portion. Is different,
The connection portion between the 2-1 deformed portion and the second tilting portion and the connecting portion between the 2-2 deformed portion and the second tilting portion are located in the longitudinal direction of the second tilting portion. Is different,
The spring constants of the 1-1 deformed portion and the 1-2 deformed portion and the spring constants of the 2-1 deformed portion and the 2-2 deformed portion are different.
The displacement body includes a first displacement portion connected to the first tilting portion but separated from the fixed portion, and a second displacement portion connected to the second tilting portion but separated from the fixed portion. , Has,
The detection circuit includes a first displacement sensor that measures the displacement of the first displacement portion and a second displacement sensor that measures the displacement of the second displacement portion.
The detection circuit outputs a first electric signal indicating a force acting based on the detection value of the first displacement sensor, and second electricity indicating a force acting based on the detection value of the second displacement sensor. A signal is output, and it is determined whether or not force detection is normally performed based on the change in the ratio of the first electric signal and the second electric signal.

このような力覚センサは、前記変位体に対向配置され、前記固定部に接続された支持体を更に備え、
各変位センサは、前記変位体の各変位部に配置された変位電極と、この変位電極に対向して前記支持体上に配置された固定電極と、を有する容量素子であって良い。 Such a force sensor is further provided with a support that is arranged to face the displacement body and is connected to the fixed portion.
Each displacement sensor may be a capacitive element having a displacement electrode arranged in each displacement portion of the displacement body and a fixed electrode arranged on the support so as to face the displacement electrode.

前記第１変位部は、前記第１傾動部の前記長手方向と交差する方向に延在する第１梁を有し、
前記第２変位部は、前記第２傾動部の前記長手方向と交差する方向に延在する第２梁を有して良い。 The first displacement portion has a first beam extending in a direction intersecting the longitudinal direction of the first tilt portion.
The second displacement portion may have a second beam extending in a direction intersecting the longitudinal direction of the second tilt portion.

前記第１梁には、第１−１計測部位が規定され、
前記第２梁には、第２−１計測部位が規定され、
前記検出回路は、前記第１−１計測部位の変位を計測する第１−１変位センサと、前記第２−１計測部位の変位を計測する第２−１変位センサと、を有し、
前記検出回路は、前記第１−１変位センサの検出値に基づいて前記第１電気信号を出力し、且つ、前記第２−１変位センサの検出値に基づいて前記第２電気信号を出力して良い。 A 1-1 measurement site is defined on the first beam.
A 2-1 measurement site is defined on the second beam.
The detection circuit includes a 1-1 displacement sensor that measures the displacement of the 1-1 measurement site and a 2-1 displacement sensor that measures the displacement of the 2-1 measurement site.
The detection circuit outputs the first electric signal based on the detection value of the 1-1 displacement sensor, and outputs the second electric signal based on the detection value of the 2-1 displacement sensor. It's okay.

あるいは、前記第１梁には、第１−１計測部位及び第１−２計測部位が規定され、
前記第２梁には、第２−１計測部位及び第２−２計測部位が規定され、
前記検出回路は、前記第１−１計測部位の変位を計測する第１−１変位センサ、前記第１−２計測部位の変位を計測する第１−２変位センサ、前記第２−１計測部位の変位を計測する第２−１変位センサ、及び、前記第２−２計測部位の変位を計測する第２−２変位センサを有し、
前記検出回路は、前記第１−１変位センサ及び前記第１−２変位センサの各検出値に基づいて前記第１電気信号を出力し、且つ、前記第２−１変位センサ及び前記第２−２変位センサの各検出値に基づいて前記第２電気信号を出力して良い。 Alternatively, the first beam is defined with a 1-1 measurement site and a 1-2 measurement site.
A 2-1 measurement site and a 2-2 measurement site are defined on the second beam.
The detection circuit includes a 1-1 displacement sensor that measures the displacement of the 1-1 measurement site, a 1-2 displacement sensor that measures the displacement of the 1-2 measurement site, and the 2-1 measurement site. It has a 2-1 displacement sensor that measures the displacement of the 2-2 and a 2-2 displacement sensor that measures the displacement of the 2-2 measurement site.
The detection circuit outputs the first electric signal based on the detected values of the 1-1 displacement sensor and the 1-2 displacement sensor, and also outputs the 2-1 displacement sensor and the 2-. 2 The second electric signal may be output based on each detected value of the displacement sensor.

前記第１変位部は、前記第１傾動部と前記第１梁とを接続する第１接続体を有し、
前記第２変位部は、前記第２傾動部と前記第２梁とを接続する第２接続体を有し、
前記第１変位部の前記第１−１計測部位及び前記第１−２計測部位は、前記第１接続体と前記第１梁との接続部位に関して対称的に規定され、
前記第２変位部の前記第２−１計測部位及び前記第２−２計測部位は、前記第２接続体と前記第２梁との接続部位に関して対称的に規定され、
前記検出回路は、前記第１−１変位センサの検出値と前記第１−２変位センサの検出値との差に基づいて前記第１電気信号を出力し、前記第２−１変位センサの検出値と前記第２−２変位センサの検出値との差に基づいて前記第２電気信号を出力して良い。 The first displacement portion has a first connecting body that connects the first tilting portion and the first beam.
The second displacement portion has a second connecting body that connects the second tilting portion and the second beam.
The 1-1 measurement portion and the 1-2 measurement portion of the first displacement portion are symmetrically defined with respect to the connection portion between the first connecting body and the first beam.
The 2-1 measurement portion and the 2-2 measurement portion of the second displacement portion are symmetrically defined with respect to the connection portion between the second connecting body and the second beam.
The detection circuit outputs the first electric signal based on the difference between the detection value of the 1-1 displacement sensor and the detection value of the 1-2 displacement sensor, and detects the 2-1 displacement sensor. The second electric signal may be output based on the difference between the value and the value detected by the 2-2 displacement sensor.

本発明の第４の態様による力覚センサは、
閉ループ状の変形体であって、２つの受力部と、閉ループ状の経路に沿って前記２つの受力部と交互に配置された２つの固定部と、前記閉ループ状の経路に沿って隣接する前記受力部及び前記固定部を接続し前記受力部に作用した力ないしモーメントにより弾性変形を生じる４つの変形要素と、を有する変形体と、
各変形要素に接続され、当該変形要素に生じる弾性変形により変位を生じる変位体と、
前記変位体に生じる変位に基づいて、作用した力及びモーメントの少なくとも一方を検出する検出回路と、を備え、
前記４つの変形要素は、それぞれ、
長手方向を有し、前記受力部と前記固定部との間に当該受力部から当該固定部に向かって順次配置された第１傾動部及び第２傾動部と、
前記第１傾動部と前記第２傾動部との間に配置された力伝達部と、
前記第１傾動部と対応する前記受力部とを接続する第１−１変形部、前記力伝達部と前記第１傾動部とを接続する第１−２変形部、前記力伝達部と前記第２傾動部とを接続する第２−１変形部、及び、前記第２傾動部と対応する前記固定部とを接続する第２−２変形部と、を有し、
前記第１−１変形部、前記第１−２変形部、前記第２−１変形部、及び前記第２−２変形部は、各傾動部の前記長手方向と交差する方向に延在し、
前記第１−１変形部と前記第１傾動部との接続部位と、前記第１−２変形部と前記第１傾動部との接続部位とは、当該第１傾動部の前記長手方向において位置が異なっており、
前記第２−１変形部と前記第２傾動部との接続部位と、前記第２−２変形部と前記第２傾動部との接続部位とは、当該第２傾動部の前記長手方向において位置が異なっており、
前記第１−１変形部及び第１−２変形部のバネ定数と、前記第２−１変形部及び第２−２変形部のバネ定数とが、異なっており、
各変位体は、対応する前記第１傾動部に接続されているが各固定部から離間した第１変位部と、対応する第２傾動部に接続されているが各固定部から離間した第２変位部と、を有し、
前記検出回路は、各第１変位部の変位を計測する少なくとも４つの第１変位センサと、各第２変位部の変位を計測する少なくとも４つの第２変位センサと、を有し、
前記検出回路は、各第１変位センサの検出値に基づいて、作用した力を示す第１電気信号を出力し、且つ、各第２変位センサの検出値に基づいて、作用した力を示す第２電気信号を出力し、当該第１電気信号と当該第２電気信号との比率の変化に基づいて、力の検出が正常に行われているか否かを判定する。 The force sensor according to the fourth aspect of the present invention is
It is a closed-loop variant, and is adjacent to two receiving portions, two fixed portions alternately arranged along the closed-loop path with the two receiving portions, and the closed-loop path. A deformed body having four deforming elements that connect the receiving portion and the fixing portion to cause elastic deformation due to a force or moment acting on the receiving portion.
A displacement body that is connected to each deformation element and causes displacement due to elastic deformation that occurs in the deformation element.
A detection circuit for detecting at least one of an acting force and a moment based on the displacement generated in the displacement body is provided.
Each of the four deformation elements
A first tilting portion and a second tilting portion which have a longitudinal direction and are sequentially arranged between the receiving portion and the fixed portion from the receiving portion toward the fixed portion.
A force transmission unit arranged between the first tilting portion and the second tilting portion,
The 1-1 deformed part that connects the first tilting part and the corresponding force receiving part, the 1-2 deformed part that connects the force transmitting part and the first tilting part, the force transmitting part and the said It has a 2-1 deformed portion that connects the second tilted portion and a 2-2 deformed portion that connects the second tilted portion and the corresponding fixed portion.
The 1-1 deformed portion, the 1-2 deformed portion, the 2-1 deformed portion, and the 2-2 deformed portion extend in a direction intersecting the longitudinal direction of each tilting portion.
The connection portion between the 1-1 deformed portion and the first tilting portion and the connecting portion between the 1-2 deformed portion and the first tilting portion are located in the longitudinal direction of the first tilting portion. Is different,
The connection portion between the 2-1 deformed portion and the second tilting portion and the connecting portion between the 2-2 deformed portion and the second tilting portion are located in the longitudinal direction of the second tilting portion. Is different,
The spring constants of the 1-1 deformed portion and the 1-2 deformed portion and the spring constants of the 2-1 deformed portion and the 2-2 deformed portion are different.
Each displacement body has a first displacement portion connected to the corresponding first tilt portion but separated from each fixed portion, and a second displacement portion connected to the corresponding second tilt portion but separated from each fixed portion. With a displacement part,
The detection circuit includes at least four first displacement sensors that measure the displacement of each first displacement portion and at least four second displacement sensors that measure the displacement of each second displacement portion.
The detection circuit outputs a first electric signal indicating the applied force based on the detected value of each first displacement sensor, and indicates the applied force based on the detected value of each second displacement sensor. 2 An electric signal is output, and it is determined whether or not force detection is normally performed based on a change in the ratio of the first electric signal and the second electric signal.

このような力覚センサは、
前記第１変位部及び前記第２変位部に対向配置され、前記固定部に接続された支持体を更に備え、
各変位センサは、前記変位体の各変位部に配置された変位電極と、この変位電極に対向して前記支持体上に配置された固定電極と、を有する容量素子であって良い。 Such a force sensor
A support that is arranged to face the first displacement portion and the second displacement portion and is connected to the fixing portion is further provided.
Each displacement sensor may be a capacitive element having a displacement electrode arranged in each displacement portion of the displacement body and a fixed electrode arranged on the support so as to face the displacement electrode.

各第１変位部は、対応する前記第１傾動部の前記長手方向と交差する方向に延在する第１梁を有し、
各第２変位部は、対応する前記第２傾動部の前記長手方向と交差する方向に延在する第２梁を有して良い。 Each first displacement portion has a first beam extending in a direction intersecting the longitudinal direction of the corresponding first tilt portion.
Each second displacement portion may have a second beam extending in a direction intersecting the longitudinal direction of the corresponding second tilt portion.

各第１梁には、第１−１計測部位が規定され、
各第２梁には、第２−１計測部位が規定され、
前記検出回路は、各第１−１計測部位の変位を計測する第１−１変位センサと、各第２−１計測部位の変位を計測する第２−１変位センサと、を有し、
前記検出回路は、各第１−１変位センサの検出値に基づいて前記第１電気信号を出力し、且つ、各第２−１変位センサの検出値に基づいて前記第２電気信号を出力して良い。 Each first beam is defined with a 1-1 measurement site.
For each second beam, the 2-1 measurement site is defined.
The detection circuit includes a 1-1 displacement sensor that measures the displacement of each 1-1 measurement part, and a 2-1 displacement sensor that measures the displacement of each 2-1 measurement part.
The detection circuit outputs the first electric signal based on the detection value of each 1-1 displacement sensor, and outputs the second electric signal based on the detection value of each 2-1 displacement sensor. It's okay.

あるいは、各第１梁には、第１−１計測部位及び第１−２計測部位が規定され、
各第２梁には、第２−１計測部位及び第２−２計測部位が規定され、
前記検出回路は、各第１−１計測部位の変位を計測する第１−１変位センサ、各第１−２計測部位の変位を計測する第１−２変位センサ、各第２−１計測部位の変位を計測する第２−１変位センサ、及び、各第２−２計測部位の変位を計測する第２−２変位センサを有し、
前記検出回路は、各第１−１変位センサ及び各第１−２変位センサの各検出値に基づいて前記第１電気信号を出力し、且つ、各第２−１変位センサ及び各第２−２変位センサの各検出値に基づいて前記第２電気信号を出力して良い。 Alternatively, each first beam is defined with a 1-1 measurement site and a 1-2 measurement site.
Each second beam is defined with a 2-1 measurement site and a 2-2 measurement site.
The detection circuit includes a 1-1 displacement sensor that measures the displacement of each 1-1 measurement site, a 1-2 displacement sensor that measures the displacement of each 1-2 measurement site, and each 2-1 measurement site. It has a 2-1 displacement sensor that measures the displacement of and a 2-2 displacement sensor that measures the displacement of each 2-2 measurement site.
The detection circuit outputs the first electric signal based on each detection value of each 1-1 displacement sensor and each 1-2 displacement sensor, and each 2-1 displacement sensor and each second 2-. 2 The second electric signal may be output based on each detected value of the displacement sensor.

各第１変位部は、前記第１傾動部と前記第１梁とを接続する第１接続体を有し、
各第２変位部は、前記第２傾動部と前記第２梁とを接続する第２接続体を有し、
前記第１変位部の前記第１−１計測部位及び前記第１−２計測部位は、前記第１接続体と前記第１梁との接続部位に関して対称的に規定され、
前記第２変位部の前記第２−１計測部位及び前記第２−２計測部位は、前記第２接続体と前記第２梁との接続部位に関して対称的に規定され、
前記検出回路は、前記第１−１変位センサの検出値と前記第１−２変位センサの検出値との差に基づいて前記第１電気信号を出力し、且つ、前記第２−１変位センサの検出値と前記第２−２変位センサの検出値との差に基づいて前記第２電気信号を出力して良い。 Each first displacement portion has a first connecting body that connects the first tilting portion and the first beam.
Each second displacement portion has a second connecting body that connects the second tilting portion and the second beam.
The 1-1 measurement portion and the 1-2 measurement portion of the first displacement portion are symmetrically defined with respect to the connection portion between the first connecting body and the first beam.
The 2-1 measurement portion and the 2-2 measurement portion of the second displacement portion are symmetrically defined with respect to the connection portion between the second connecting body and the second beam.
The detection circuit outputs the first electric signal based on the difference between the detection value of the 1-1 displacement sensor and the detection value of the 1-2 displacement sensor, and the 2-1 displacement sensor. The second electric signal may be output based on the difference between the detected value of 2-2 and the detected value of the 2-2 displacement sensor.

前記検出回路は、力の検出が正常に行われているときの前記第１電気信号と前記第２電気信号との比率を基準比率として記憶しており、
前記検出回路は、前記第１電気信号と前記第２電気信号との比率と、前記基準比率と、の差、に基づいて力の検出が正常に行われているか否かを判定して良い。 The detection circuit stores the ratio of the first electric signal and the second electric signal when the force is normally detected as a reference ratio.
The detection circuit may determine whether or not force detection is normally performed based on the difference between the ratio of the first electric signal and the second electric signal and the reference ratio.

以上の各力覚センサにおいて、前記受力部は、前記固定部に対する相対移動が所定の範囲内に制限されて良い。 In each of the above force sensors, the relative movement of the receiving portion with respect to the fixed portion may be restricted within a predetermined range.

あるいは、前記受力部は、前記固定部及び前記支持体の少なくとも一方に対する相対移動が所定の範囲内に制限されていて良い。 Alternatively, the receiving portion may be restricted in relative movement to at least one of the fixed portion and the support within a predetermined range.

本発明の第５の態様による力覚センサは、
受力部と固定部とを有し、前記受力部に作用した力により弾性変形を生じる変形体と、
前記変形体に接続され、当該変形体に生じる弾性変形により変位を生じる変位体と、
前記変位体に生じる変位に基づいて、作用した力を検出する検出回路と、
前記固定部に接続された支持体と、を備え、
前記変形体は、
長手方向を有し、前記受力部と前記固定部との間に配置された傾動部と、
前記受力部と前記傾動部とを接続する第１変形部と、
前記固定部と前記傾動部とを接続する第２変形部と、を有し、
各変形部は、前記傾動部の前記長手方向と交差する方向に延在し、
前記第１変形部と前記傾動部との接続部位と、前記第２変形部と前記傾動部との接続部位とは、当該傾動部の前記長手方向において位置が異なっており、
前記変位体は、前記傾動部に接続されているが前記固定部から離間した変位部を有し、
前記受力部は、前記固定部及び前記支持体の少なくとも一方に対する相対移動が所定の範囲内に制限される。 The force sensor according to the fifth aspect of the present invention is
A deformed body having a receiving portion and a fixed portion and elastically deformed by the force acting on the receiving portion.
A displacement body that is connected to the deformed body and causes displacement due to elastic deformation that occurs in the deformed body.
A detection circuit that detects the applied force based on the displacement generated in the displacement body, and
With a support connected to the fixing portion,
The variant is
A tilting portion having a longitudinal direction and arranged between the receiving portion and the fixing portion,
A first deformed portion that connects the receiving portion and the tilting portion, and
It has a second deformed portion that connects the fixed portion and the tilting portion, and has.
Each deformed portion extends in a direction intersecting the longitudinal direction of the tilted portion.
The connection portion between the first deformed portion and the tilting portion and the connecting portion between the second deformed portion and the tilting portion are different in position in the longitudinal direction of the tilting portion.
The displacement body has a displacement portion that is connected to the tilting portion but is separated from the fixed portion.
The receiving portion is restricted to move relative to at least one of the fixed portion and the support within a predetermined range.

以上の力覚センサは、前記固定部に接続された支持体を更に備え、
前記支持体と前記受力部との離間距離により、前記所定の範囲が画定されて良い。 The above-mentioned force sensor further includes a support connected to the fixed portion, and further comprises a support.
The predetermined range may be defined by the distance between the support and the receiving portion.

以上の力覚センサは、前記変形体の前記固定部及び前記支持体の少なくとも一方に接続され、当該固定部及び当該支持体の少なくとも一方に対する前記受力部の相対移動を前記所定の範囲に制限するストッパを更に備えて良い。 The above-mentioned force sensor is connected to at least one of the fixed portion and the support of the deformed body, and limits the relative movement of the receiving portion with respect to at least one of the fixed portion and the support within the predetermined range. A stopper may be further provided.

前記受力部は、凹部または貫通孔を有し、
前記ストッパの少なくとも一部は、前記凹部または前記貫通孔の内部に位置して良い。 The receiving portion has a recess or a through hole and has a recess or a through hole.
At least a part of the stopper may be located inside the recess or the through hole.

本発明の第１の実施の形態による力覚センサの基本構造を示す概略正面図である。It is a schematic front view which shows the basic structure of the force sensor by 1st Embodiment of this invention. 図１の概略上面図である。It is a schematic top view of FIG. 受力部にＸ軸正方向の力＋Ｆｘが作用したときの基本構造の変形状態を示す概略正面図である。It is a schematic front view which shows the deformed state of the basic structure when the force + Fx in the positive direction of the X axis is applied to the force receiving part. 受力部にＸ軸負方向の力−Ｆｘが作用したときの基本構造の変形状態を示す概略正面図である。It is a schematic front view which shows the deformed state of the basic structure when a force −Fx in the negative direction of the X axis is applied to a force receiving part. 受力部にＺ軸負方向の力−Ｆｚが作用したときの基本構造の変形状態を示す概略正面図である。It is a schematic front view which shows the deformation state of the basic structure when the force −Fz in the negative direction of the Z axis is applied to a force receiving part. 受力部にＺ軸正方向の力＋Ｆｚが作用したときの基本構造の変形状態を示す概略正面図である。It is a schematic front view which shows the deformed state of a basic structure when a force + Fz in the positive direction of the Z axis is applied to a force receiving part. 図１に示す基本構造を採用した力覚センサの例を示す概略正面図である。It is a schematic front view which shows the example of the force sensor which adopted the basic structure shown in FIG. 本実施の形態の力覚センサに採用されている検出回路のブロック図である。It is a block diagram of the detection circuit adopted in the force sensor of this embodiment. 図７の力覚センサに力＋Ｆｘ及び−Ｆｚが作用した際の、各容量素子の静電容量値の変動を示す図表である。It is a figure which shows the fluctuation of the capacitance value of each capacitance element when the force + Fx and −Fz act on the force sensor of FIG. 7. 本発明の第２の実施の形態による力覚センサの基本構造を示す概略正面図である。It is a schematic front view which shows the basic structure of the force sensor by the 2nd Embodiment of this invention. 受力部にＸ軸正方向の力＋Ｆｘ及びＺ軸負方向の力−Ｆｚが作用した際に、各計測部位に生じるＺ軸方向の変位を纏めて示す図表である。It is a chart which shows the displacement in the Z-axis direction which occurs in each measurement part when the force in the X-axis positive direction + Fx and the force-Fz in the Z-axis negative direction act on the receiving part. 図１０の基本構造を採用した力覚センサの例を示す概略正面図である。It is a schematic front view which shows the example of the force sensor which adopted the basic structure of FIG. 図１２の力覚センサに採用されている検出回路のブロック図である。It is a block diagram of the detection circuit adopted in the force sensor of FIG. 図１２の力覚センサに力＋Ｆｘ及び−Ｆｚが作用した際の、各容量素子の静電容量値の変動を示す図表である。It is a figure which shows the fluctuation of the capacitance value of each capacitance element when the force + Fx and −Fz act on the force sensor of FIG. 図１２の力覚センサの変形体に金属疲労が生じていないときの、受力部に作用するＸ軸正方向の力＋Ｆｘと電気信号Ｔ１、Ｔ２との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the X-axis positive direction force + Fx acting on the receiving part, and electric signals T1 and T2 when metal fatigue does not occur in the deformed body of the force sensor of FIG. 図１２の力覚センサの変形体に金属疲労が生じているときの、受力部に作用するＸ軸正方向の力＋Ｆｘと電気信号Ｔ１、Ｔ２との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the X-axis positive direction force + Fx acting on the receiving part, and the electric signals T1 and T2 when metal fatigue occurs in the deformed body of the force sensor of FIG. 本発明の第３の実施の形態による力覚センサの基本構造を示す概略上面図である。It is a schematic top view which shows the basic structure of the force sensor by the 3rd Embodiment of this invention. 図１７のＹ軸正側から見た基本構造を示す概略正面図である。It is a schematic front view which shows the basic structure seen from the Y-axis positive side of FIG. 図１７のＸ軸正側から見た基本構造を示す概略側面図である。It is a schematic side view which shows the basic structure seen from the X-axis positive side of FIG. 受力部にＸ軸正方向の力＋Ｆｘが作用したときに、図１７の基本構造の各変位体に生じる変位を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the displacement which occurs in each displacement body of the basic structure of FIG. 17 when the force + Fx in the positive direction of the X axis acts on the receiving part. 受力部にＹ軸正方向の力＋Ｆｙが作用したときに、図１７の基本構造の各変位体に生じる変位を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the displacement which occurs in each displacement body of the basic structure of FIG. 17 when the force + Fy in the positive direction of the Y axis acts on the force receiving part. 受力部にＺ軸正方向の力＋Ｆｚが作用したときに、図１７の基本構造の各変位体に生じる変位を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the displacement which occurs in each displacement body of the basic structure of FIG. 17 when the force + Fz in the Z-axis positive direction acts on the force receiving part. 受力部にＸ軸正まわりのモーメント＋Ｍｘが作用したときに、図１７の基本構造の各変位体に生じる変位を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the displacement which occurs in each displacement body of the basic structure of FIG. 17 when the moment + Mx around the X-axis acts on the receiving part. 受力部にＹ軸正まわりのモーメント＋Ｍｙが作用したときに、図１７の基本構造の各変位体に生じる変位を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the displacement which occurs in each displacement body of the basic structure of FIG. 17 when the moment of the positive direction of Y axis + My acts on the receiving part. 受力部にＺ軸正まわりのモーメント＋Ｍｚが作用したときに、図１７の基本構造の各変位体に生じる変位を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the displacement which occurs in each displacement body of the basic structure of FIG. 受力部にＸＹＺ三次元座標系の各軸方向の力及び各軸方向のモーメントが作用したときに図１７の基本構造の各計測部位に生じる変位を一覧で示す図表である。It is a chart which shows the displacement which occurs in each measurement part of the basic structure of FIG. 17 in a list when the force in each axial direction and the moment in each axial direction are applied to the force receiving part of the XYZ three-dimensional coordinate system. 図１７に示す基本構造を採用した力覚センサの例を示す概略上面図である。It is a schematic top view which shows the example of the force sensor which adopted the basic structure shown in FIG. Ｙ軸正側から見たときの、図２７に示す力覚センサを示す概略正面図である。It is a schematic front view which shows the force sensor shown in FIG. 27 when viewed from the Y-axis positive side. ＸＹＺ三次元座標系における各軸方向の力及び各軸まわりのモーメントが作用したときの、図２７に示す力覚センサの各容量素子の静電容量値の増減を一覧で示す図表である。It is a chart which shows the increase / decrease of the capacitance value of each capacitance element of the force sensor shown in FIG. 27 when the force in each axis direction and the moment around each axis act in the XYZ three-dimensional coordinate system. 図２７に示す力覚センサについて、各軸方向の力及び各軸まわりのモーメントの他軸感度を一覧で示す図表である。For the force sensor shown in FIG. 27, it is a chart showing a list of forces in each axial direction and other axial sensitivities of moments around each axis. 本発明の第４の実施の形態による力覚センサを示す概略上面図である。It is a schematic top view which shows the force sensor by the 4th Embodiment of this invention. 図３１に示す力覚センサに力及びモーメントの４つの成分が作用したときの、各容量素子の静電容量値の変動を一覧で示す図表である。It is a chart which shows the fluctuation of the capacitance value of each capacitive element in a list when four components of a force and a moment act on the force sensor shown in FIG. 31. 図３１に示す力覚センサについて、各軸方向の力及び各軸まわりのモーメントの他軸感度を一覧で示す図表である。For the force sensor shown in FIG. 31, it is a chart showing a list of forces in each axial direction and other axial sensitivities of moments around each axis. 図３１の変形例による力覚センサを示す概略上面図である。It is a schematic top view which shows the force sensor by the modification of FIG. 31. 本発明の第５の実施の形態による力覚センサを示す概略上面図である。It is a schematic top view which shows the force sensor by the 5th Embodiment of this invention. 図３５に示す力覚センサに力及びモーメントの４つの成分Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｚが作用したときの、各容量素子の静電容量値の変動を一覧で示す図表である。It is a chart which shows the fluctuation of the capacitance value of each capacitance element at the time when the four components Fx, Fy, Fz, and Mz of a force and a moment act on the force sensor shown in FIG. 35. 第５の実施の形態の変形例による力覚センサを示す概略上面図である。It is a schematic top view which shows the force sensor by the modification of the 5th Embodiment. 本発明の第６の実施の形態による力覚センサを示す概略上面図である。It is a schematic top view which shows the force sensor by 6th Embodiment of this invention. ＸＹＺ三次元座標系における各軸方向の力及び各軸まわりのモーメントが作用したときの、図３８に示す力覚センサの各容量素子の静電容量値の増減を一覧で示す図表である。It is a chart which shows the increase / decrease of the capacitance value of each capacitance element of the force sensor shown in FIG. 38 when the force in each axis direction and the moment around each axis act in the XYZ three-dimensional coordinate system. 図２７の変形例による力覚センサを示す概略上面図である。It is a schematic top view which shows the force sensor by the modification of FIG. 27. 図２７の更なる変形例による力覚センサを示す概略上面図である。It is a schematic top view which shows the force sensor by the further modification of FIG. 27. 受力部にＸＹＺ三次元座標系における各軸方向の力及び各軸方向のモーメントＦｘ〜Ｍｚが作用したときに、図４１の力覚センサの各傾動部に生じる傾動の向きと、各変位部に生じる変位とを、一覧で示す図表である。When a force in each axial direction and moments Fx to Mz in each axial direction are applied to the force receiving portion in the XYZ three-dimensional coordinate system, the direction of tilt generated in each tilting portion of the force sensor in FIG. 41 and each displacement portion. It is a chart which shows the displacement which occurs in a list. 過負荷を防止するためのストッパ機構を備えた基本構造を示す概略正面図である。It is a schematic front view which shows the basic structure provided with the stopper mechanism for preventing an overload. 受力部に過大なＺ軸負方向の力−Ｆｚが作用したときの、図４３に示す基本構造の変形状態を示す概略正面図である。FIG. 5 is a schematic front view showing a deformed state of the basic structure shown in FIG. 43 when an excessive force −Fz in the negative direction of the Z axis is applied to the receiving portion. 他の例による過負荷を防止するためのストッパ機構を備えた基本構造を示す概略正面図である。It is a schematic front view which shows the basic structure provided with the stopper mechanism for preventing the overload by another example. 図４５の概略平面図である。It is a schematic plan view of FIG. 45. 受力部に過大なＸ軸正方向の力＋Ｆｘが作用したときの、図４５に示す基本構造の変形状態を示す概略正面図である。FIG. 5 is a schematic front view showing a deformed state of the basic structure shown in FIG. 45 when an excessive force in the positive direction of the X-axis + Fx is applied to the receiving portion. 受力部に過大なＸ軸負方向の力−Ｆｘが作用したときの、図４５に示す基本構造の変形状態を示す概略正面図である。FIG. 5 is a schematic front view showing a deformed state of the basic structure shown in FIG. 45 when an excessive force −Fx in the negative direction of the X axis acts on the receiving portion. 受力部に過大なＺ軸負方向の力−Ｆｚが作用したときの、図４５に示す基本構造の変形状態を示す概略正面図である。FIG. 5 is a schematic front view showing a deformed state of the basic structure shown in FIG. 45 when an excessive force −Fz in the negative direction of the Z axis is applied to the receiving portion. 受力部に過大なＺ軸正方向の力＋Ｆｚが作用したときの、図４５に示す基本構造の変形状態を示す概略正面図である。FIG. 5 is a schematic front view showing a deformed state of the basic structure shown in FIG. 45 when an excessive force + Fz in the positive direction of the Z axis is applied to the receiving portion. 更に他の例による過負荷を防止するためのストッパ機構を備えた基本構造を示す概略正面図である。It is a schematic front view which shows the basic structure provided with the stopper mechanism for preventing the overload by another example. 図５１の概略平面図である。It is a schematic plan view of FIG. 51. 受力部に過大なＸ軸正方向の力＋Ｆｘが作用したときの、図５１に示す基本構造の変形状態を示す概略正面図である。FIG. 5 is a schematic front view showing a deformed state of the basic structure shown in FIG. 51 when an excessive force in the positive direction of the X-axis + Fx is applied to the receiving portion. 受力部に過大なＸ軸負方向の力−Ｆｘが作用したときの、図５１に示す基本構造の変形状態を示す概略正面図である。FIG. 5 is a schematic front view showing a deformed state of the basic structure shown in FIG. 51 when an excessive force −Fx in the negative direction of the X axis acts on the receiving portion. 受力部に過大なＺ軸負方向の力−Ｆｚが作用したときの、図５１に示す基本構造の変形状態を示す概略正面図である。FIG. 5 is a schematic front view showing a deformed state of the basic structure shown in FIG. 51 when an excessive force −Fz in the negative direction of the Z axis is applied to the receiving portion. 受力部に過大なＺ軸正方向の力＋Ｆｚが作用したときの、図５１に示す基本構造の変形状態を示す概略正面図である。FIG. 5 is a schematic front view showing a deformed state of the basic structure shown in FIG. 51 when an excessive force in the positive direction of the Z axis + Fz acts on the receiving portion. 図４３の変形例による基本構造を示す概略正面図である。It is a schematic front view which shows the basic structure by the modification of FIG. 43. 変位体が片持ち梁の構造を有する、図７の変形例による力覚センサの概略正面図である。It is a schematic front view of the force sensor according to the modification of FIG. 7 in which the displacement body has a structure of a cantilever. 変位体が片持ち梁の構造を有する、図１２の変形例による力覚センサの概略正面図である。It is a schematic front view of the force sensor according to the modification of FIG. 12 in which the displacement body has a structure of a cantilever.

＜＜＜ §１．本発明の第１の実施の形態による力覚センサ＞＞＞
＜１−１．基本構造の構成＞
添付の図面を参照して、本発明の第１の実施の形態による力覚センサについて説明する。 <<< §1. Force sensor according to the first embodiment of the present invention >>>
<1-1. Structure of basic structure ＞
The force sensor according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図１は、本発明の一実施の形態による力覚センサの基本構造１００を示す概略正面図であり、図２は、その概略上面図である。ここでは、図１及び図２に示すようにＸＹＺ三次元座標系を定義して以下の説明を行うこととする。 FIG. 1 is a schematic front view showing a basic structure 100 of a force sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic top view thereof. Here, the XYZ three-dimensional coordinate system is defined as shown in FIGS. 1 and 2, and the following description will be given.

図１及び図２に示すように、基本構造１００は、受力部１４と固定部１５とを有し、受力部１４に作用した力により弾性変形を生じる変形体１０と、変形体１０に接続され、当該変形体１０に生じる弾性変形により変位を生じる変位体２０と、を備えている。受力部１４は、検出対象となる力を受ける部位であり、固定部１５は、受力部１４に力が作用してもＸＹＺ三次元座標系において変位しない部位である。 As shown in FIGS. 1 and 2, the basic structure 100 has a receiving portion 14 and a fixing portion 15, and the deformed body 10 and the deformed body 10 which are elastically deformed by the force acting on the receiving portion 14 It is provided with a displacement body 20 that is connected and causes a displacement due to elastic deformation that occurs in the deformed body 10. The receiving portion 14 is a portion that receives a force to be detected, and the fixing portion 15 is a portion that does not displace in the XYZ three-dimensional coordinate system even if a force acts on the receiving portion 14.

本実施の形態において、図１及び図２に示すように、変形体１０は、Ｚ軸と平行な長手方向ｌを有し受力部１４と固定部１５との間に配置された傾動部１３と、受力部Ｐと傾動部１３とを接続する第１変形部１１と、固定部１５と傾動部１３とを接続する第２変形部１２と、を有している。図示されるように、第１変形部１１は、傾動部１３の一方の側（図１及び図２における左方）で長手方向ｌと交差する方向に延在している。一方、第２変形部１２は、傾動部１３の他方の側（図１及び図２における右方）で長手方向ｌと交差する方向に延在している。図示される例では、長手方向ｌと交差する方向とは、Ｘ軸方向である。 In the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the deformed body 10 has a longitudinal direction l parallel to the Z axis, and a tilting portion 13 arranged between the receiving portion 14 and the fixing portion 15. It has a first deforming portion 11 that connects the receiving force portion P and the tilting portion 13, and a second deforming portion 12 that connects the fixing portion 15 and the tilting portion 13. As shown, the first deformed portion 11 extends in a direction intersecting the longitudinal direction l on one side of the tilting portion 13 (left in FIGS. 1 and 2). On the other hand, the second deformed portion 12 extends in a direction intersecting the longitudinal direction l on the other side (right side in FIGS. 1 and 2) of the tilting portion 13. In the illustrated example, the direction intersecting the longitudinal direction l is the X-axis direction.

更に、第１変形部１１と傾動部１３との接続部位Ｒ１と、第２変形部１２と傾動部１３との接続部位Ｒ２とは、傾動部１３の長手方向ｌにおいて位置が異なっている。具体的には、接続部位Ｒ１は、傾動部１３のＺ軸負側の端部（図１における下端部）の近傍に位置しており、接続部位Ｒ２は、傾動部１３のＺ軸正側の端部（図１における上端部）の近傍に位置している。 Further, the connection portion R1 between the first deformed portion 11 and the tilting portion 13 and the connecting portion R2 between the second deformed portion 12 and the tilting portion 13 are located at different positions in the longitudinal direction l of the tilting portion 13. Specifically, the connecting portion R1 is located near the end on the negative side of the Z-axis of the tilting portion 13 (the lower end portion in FIG. 1), and the connecting portion R2 is located on the positive side of the Z-axis of the tilting portion 13. It is located near the end (upper end in FIG. 1).

図１及び図２に示すように、受力部１４及び固定部１５は、共にＺ軸と平行に延在している。受力部１４、傾動部１３及び固定部１５の各上端部は、Ｚ座標が互いに同一である。また、受力部１４及び傾動部１３の各下端部も、Ｚ座標が互いに同一である。そして、受力部１４の下端と傾動部１３の下端とが、Ｘ軸と平行に延在する第１変形部１１によって接続され、傾動部１３の上端と固定部１５の上端とが、Ｘ軸と平行に延在する第２変形部１２によって接続されている。更に、固定部１５は、その下端が、所定の間隔を空けて傾動部１３に対向配置された支持体５０に接続されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, both the receiving portion 14 and the fixing portion 15 extend parallel to the Z axis. The Z coordinates of the upper end portions of the receiving portion 14, the tilting portion 13, and the fixed portion 15 are the same as each other. Further, the lower end portions of the receiving portion 14 and the tilting portion 13 also have the same Z coordinates. Then, the lower end of the receiving force portion 14 and the lower end of the tilting portion 13 are connected by the first deformed portion 11 extending in parallel with the X axis, and the upper end of the tilting portion 13 and the upper end of the fixed portion 15 are connected to the X axis. It is connected by a second deformed portion 12 extending in parallel with. Further, the lower end of the fixing portion 15 is connected to the support 50 which is arranged to face the tilting portion 13 at a predetermined interval.

変位体２０は、図１及び図２に示すように、傾動部１３の下端に取り付けられた接続体２２を介して当該傾動部１３に接続された梁２１を有している。この梁２１は、傾動部１３の長手方向ｌと直交する方向に延在しており、Ｙ軸方向から見て、左右対称の形状を有している。梁２１は、変形体１０の固定部１５及び受力部１４から離間しており、当該梁２１の傾動（回動）が固定部１５及び受力部１４によって妨げられないようになっている。梁２１には、当該梁２１と接続体２２との接続部位に関して対称的に、第１計測部位Ｄ１及び第２計測部位Ｄ２が規定されている。後述されるように、これら第１計測部位Ｄ１及び第２計測部位Ｄ２にそれぞれ容量素子が配置され、受力部１４に作用した力が検出されることになる。 As shown in FIGS. 1 and 2, the displacement body 20 has a beam 21 connected to the tilting portion 13 via a connecting body 22 attached to the lower end of the tilting portion 13. The beam 21 extends in a direction orthogonal to the longitudinal direction l of the tilting portion 13, and has a symmetrical shape when viewed from the Y-axis direction. The beam 21 is separated from the fixing portion 15 and the receiving portion 14 of the deformed body 10, so that the tilting (rotation) of the beam 21 is not hindered by the fixing portion 15 and the receiving portion 14. The beam 21 is defined with a first measurement portion D1 and a second measurement portion D2 symmetrically with respect to the connection portion between the beam 21 and the connecting body 22. As will be described later, capacitive elements are arranged in the first measurement portion D1 and the second measurement portion D2, respectively, and the force acting on the receiving unit 14 is detected.

＜１−２．基本構造の作用＞
次に、以上のような基本構造１００の作用について説明する。 <1-2. Action of basic structure ＞
Next, the operation of the basic structure 100 as described above will be described.

図３は、受力部１４にＸ軸正方向の力＋Ｆｘが作用したときの基本構造１００の変形状態を示す概略正面図であり、図４は、受力部１４にＸ軸負方向の力−Ｆｘが作用したときの基本構造１００の変形状態を示す概略正面図であり、図５は、受力部１４にＺ軸負方向の力−Ｆｚが作用したときの基本構造１００の変形状態を示す概略正面図であり、図６は、受力部１４にＺ軸正方向の力＋Ｆｚが作用したときの基本構造１００の変形状態を示す概略正面図である。 FIG. 3 is a schematic front view showing a deformed state of the basic structure 100 when a force in the positive direction of the X-axis + Fx acts on the receiving portion 14, and FIG. 4 is a schematic front view showing a force in the negative direction of the X-axis on the receiving portion 14. FIG. 5 is a schematic front view showing a deformed state of the basic structure 100 when −Fx acts, and FIG. 5 shows a deformed state of the basic structure 100 when a force −Fz in the negative Z-axis direction acts on the receiving portion 14. FIG. 6 is a schematic front view showing a deformed state of the basic structure 100 when a force + Fz in the positive direction of the Z axis is applied to the receiving portion 14.

（１−２−１．力＋Ｆｘが作用した場合）
受力部１４にＸ軸正方向の力＋Ｆｘが作用すると、傾動部１３の下端近傍の接続部位Ｒ１にはＸ軸正方向（図３における右方向）に力が作用し、傾動部１３の上端近傍の接続部位Ｒ２には、作用した力＋Ｆｘの反作用として、Ｘ軸負方向（図３における左方向）に力が作用する。これらの力の作用によって、図３に示すように、傾動部１３は、反時計回りに傾動する。更に、作用した力＋Ｆｘの作用によって、第１変形部１１及び第２変形部１２は共に圧縮変形されるため、傾動部１３は、全体として、わずかにＸ軸正方向に変位する。 (1-2-1. When force + Fx acts)
When a force + Fx in the positive direction of the X-axis acts on the receiving portion 14, a force acts on the connection portion R1 near the lower end of the tilting portion 13 in the positive direction of the X-axis (to the right in FIG. 3), and the upper end of the tilting portion 13 A force acts on the nearby connection portion R2 in the negative direction of the X-axis (left direction in FIG. 3) as a reaction of the applied force + Fx. Due to the action of these forces, the tilting portion 13 tilts counterclockwise as shown in FIG. Further, since the first deformed portion 11 and the second deformed portion 12 are both compressed and deformed by the action of the applied force + Fx, the tilted portion 13 is slightly displaced in the positive direction of the X axis as a whole.

このような傾動部１３の傾動によって、図３に示すように、傾動部１３の下端に接続された梁２１も反時計回りに傾動する。これにより、梁２１の第１計測部位Ｄ１は、支持体５０との間の離間距離が減少する方向（図３における下方）に変位し、第２計測部位Ｄ２は、支持体５０との間の離間距離が増大する方向（図３における上方）に変位する。 As shown in FIG. 3, the beam 21 connected to the lower end of the tilting portion 13 also tilts counterclockwise due to the tilting of the tilting portion 13. As a result, the first measurement portion D1 of the beam 21 is displaced in the direction in which the separation distance from the support 50 decreases (downward in FIG. 3), and the second measurement portion D2 is between the support 50 and the support 50. It is displaced in the direction in which the separation distance increases (upward in FIG. 3).

（１−２−２．力−Ｆｘが作用した場合）
次に、受力部１４にＸ軸負方向の力−Ｆｘが作用すると、傾動部１３の下端近傍の接続部位Ｒ１にはＸ軸負方向（図４における左方向）に力が作用し、傾動部１３の上端近傍の接続部位Ｒ２には、作用した力−Ｆｘの反作用として、Ｘ軸正方向（図４における右方向）に力が作用する。これらの力の作用によって、図４に示すように、傾動部１３は、時計回りに傾動する。更に、作用した力−Ｆｘの作用によって、第１変形部１１及び第２変形部１２は共に引張変形されるため、傾動部１３は、全体として、わずかにＸ軸負方向に変位する。 (1-2-2. When force-Fx acts)
Next, when a force −Fx in the negative direction of the X-axis acts on the receiving portion 14, a force acts on the connection portion R1 near the lower end of the tilting portion 13 in the negative direction of the X-axis (left direction in FIG. 4) to tilt. A force acts on the connection portion R2 near the upper end of the portion 13 in the positive direction of the X-axis (right direction in FIG. 4) as a reaction of the applied force −Fx. Due to the action of these forces, the tilting portion 13 tilts clockwise as shown in FIG. Further, since the first deformed portion 11 and the second deformed portion 12 are both tension-deformed by the action of the applied force −Fx, the tilted portion 13 is slightly displaced in the negative direction of the X-axis as a whole.

このような傾動部１３の傾動によって、図４に示すように、傾動部１３の下端に接続された梁２１も、時計回りに傾動する。これにより、梁２１の第１計測部位Ｄ１は、支持体５０との間の離間距離が増大する方向（図４における上方）に変位し、第２計測部位Ｄ２は、支持体５０との間の離間距離が減少する方向（図４における下方）に変位する。
（１−２−３．力−Ｆｚが作用した場合） As shown in FIG. 4, the beam 21 connected to the lower end of the tilting portion 13 also tilts clockwise due to the tilting of the tilting portion 13. As a result, the first measurement portion D1 of the beam 21 is displaced in the direction in which the separation distance from the support 50 increases (upward in FIG. 4), and the second measurement portion D2 is between the support 50 and the support 50. It is displaced in the direction in which the separation distance decreases (downward in FIG. 4).
(1-2-3. When force-Fz acts)

次に、受力部１４にＺ軸負方向の力−Ｆｚが作用すると、傾動部１３の左下端の接続部位Ｒ１にはＺ軸負方向（図５における下方向）に力が作用し、傾動部１３の右上端の接続部位Ｒ２には、作用した力−Ｆｚの反作用として、Ｚ軸正方向（図５における上方向）に力が作用する。これらの力の作用によって、図５に示すように、傾動部１３は、反時計回りに傾動する。更に、作用した力−Ｆｚの作用によって、第１変形部１１を介して傾動部１３がＺ軸負方向へ引き下げられるため、当該傾動部１３は、全体として、わずかにＺ軸負方向に変位する。 Next, when a force −Fz in the negative direction of the Z axis acts on the receiving portion 14, a force acts on the connection portion R1 at the lower left end of the tilting portion 13 in the negative direction of the Z axis (downward in FIG. 5) and tilts. A force acts on the connection portion R2 at the upper right end of the portion 13 in the positive direction of the Z axis (upward in FIG. 5) as a reaction of the applied force −Fz. Due to the action of these forces, the tilting portion 13 tilts counterclockwise as shown in FIG. Further, due to the action of the applied force −Fz, the tilting portion 13 is pulled down in the negative Z-axis direction via the first deforming portion 11, so that the tilting portion 13 is slightly displaced in the negative Z-axis direction as a whole. ..

傾動部１３の傾動によって、図５に示すように、傾動部１３の下端に接続された梁２１も、反時計回りに傾動する。これにより、梁２１の第１計測部位Ｄ１は、支持体５０との間の離間距離が減少する方向（図５における下方）に変位し、第２計測部位Ｄ２は、支持体５０との間の離間距離が増大する方向（図５における上方）に変位する。 As shown in FIG. 5, the beam 21 connected to the lower end of the tilting portion 13 also tilts counterclockwise due to the tilting of the tilting portion 13. As a result, the first measurement portion D1 of the beam 21 is displaced in the direction in which the separation distance from the support 50 decreases (downward in FIG. 5), and the second measurement portion D2 is between the support 50 and the support 50. It is displaced in the direction in which the separation distance increases (upward in FIG. 5).

なお、梁２１の長さによっては、第２計測部位Ｄ２のＺ軸正方向への変位が梁２１全体のＺ軸負方向への変位よりも小さくなり、第２計測部位Ｄ２も、支持体５０との間の離間距離が減少する、ということも想定される。しかしながら、ここでは、梁２１は十分な長さを有しており、そのような状況は生じないものとする。
（１−２−４．力＋Ｆｚが作用した場合） Depending on the length of the beam 21, the displacement of the second measurement portion D2 in the positive direction of the Z axis becomes smaller than the displacement of the entire beam 21 in the negative direction of the Z axis, and the second measurement portion D2 is also supported by the support 50. It is also assumed that the distance between the and will decrease. However, here, it is assumed that the beam 21 has a sufficient length and such a situation does not occur.
(1-2-4. When force + Fz acts)

次に、受力部１４にＺ軸正方向の力＋Ｆｚが作用すると、傾動部１３の左下端の接続部位Ｒ１にはＺ軸正方向（図６における上方向）に力が作用し、傾動部１３の右上端の接続部位Ｒ２には、作用した力＋Ｆｚの反作用として、Ｚ軸負向（図６における下方向）に力が作用する。これらの力の作用によって、図６に示すように、傾動部１３は、時計回りに傾動する。もちろん、作用した力＋Ｆｚの作用によって、第１変形部１１を介して傾動部１３がＺ軸正方向へ引き上げられるため、当該傾動部１３は、全体として、わずかにＺ軸正方向に変位する。 Next, when a force + Fz in the positive direction of the Z axis acts on the receiving portion 14, a force acts on the connection portion R1 at the lower left end of the tilting portion 13 in the positive direction of the Z axis (upward in FIG. 6), and the tilting portion A force acts on the connection portion R2 at the upper right end of No. 13 in the negative direction of the Z axis (downward in FIG. 6) as a reaction of the applied force + Fz. Due to the action of these forces, the tilting portion 13 tilts clockwise as shown in FIG. Of course, due to the action of the applied force + Fz, the tilting portion 13 is pulled up in the Z-axis positive direction via the first deforming portion 11, so that the tilting portion 13 is slightly displaced in the Z-axis positive direction as a whole.

このような傾動部１３の傾動によって、図６に示すように、傾動部１３の下端に接続された梁２１も、時計回りに傾動する。これにより、梁２１の第１計測部位Ｄ１は、支持体５０との間の離間距離が増大する方向（図６における上方）に変位し、第２計測部位Ｄ２は、支持体５０との間の離間距離が減少する方向（図６おける下方）に変位する。 As shown in FIG. 6, the beam 21 connected to the lower end of the tilting portion 13 also tilts clockwise due to the tilting of the tilting portion 13. As a result, the first measurement portion D1 of the beam 21 is displaced in the direction in which the separation distance from the support 50 increases (upward in FIG. 6), and the second measurement portion D2 is between the support 50 and the support 50. Displace in the direction in which the separation distance decreases (downward in FIG. 6).

なお、梁２１の長さによっては、第２計測部位Ｄ２のＺ軸負方向への変位が梁２１全体のＺ軸正方向への変位よりも小さくなり、第２計測部位Ｄ２も、支持体５０との間の離間距離が増大する、ということも想定される。しかしながら、ここでは、梁２１は十分な長さを有しており、そのような状況は生じないものとする。 Depending on the length of the beam 21, the displacement of the second measurement portion D2 in the negative Z-axis direction becomes smaller than the displacement of the entire beam 21 in the positive Z-axis direction, and the second measurement portion D2 also has the support 50. It is also assumed that the separation distance from and will increase. However, here, it is assumed that the beam 21 has a sufficient length and such a situation does not occur.

以上のいずれの場合においても、第１計測部位Ｄ１及び第２計測部位Ｄ２に生じる変位は、傾動部１３の下端に生じる変位よりも大きい。すなわち、梁２１の存在によって、傾動部１３の下端部に生じる変位が、梁２１の各計測部位Ｄ１、Ｄ２においてＺ軸方向の変位として増幅されて取り出されることになる。 In any of the above cases, the displacement generated in the first measurement portion D1 and the second measurement portion D2 is larger than the displacement generated in the lower end of the tilting portion 13. That is, due to the presence of the beam 21, the displacement generated at the lower end of the tilting portion 13 is amplified and taken out as the displacement in the Z-axis direction at the measurement sites D1 and D2 of the beam 21.

＜１−３．力覚センサの構成＞
次に、１−１、１−２において説明した基本構造１００を有する力覚センサ１００ｃの構成について説明する。 <1-3. Force sensor configuration ＞
Next, the configuration of the force sensor 100c having the basic structure 100 described in 1-1 and 1-2 will be described.

図７は、図１に示す基本構造１００を採用した力覚センサ１００ｃの例を示す概略正面図であり、図８は、本実施の形態の力覚センサ１００ｃに採用されている検出回路４０のブロック図である。 FIG. 7 is a schematic front view showing an example of the force sensor 100c adopting the basic structure 100 shown in FIG. 1, and FIG. 8 shows the detection circuit 40 adopted in the force sensor 100c of the present embodiment. It is a block diagram.

図７に示すように、力覚センサ１００ｃは、上述した基本構造１００と、基本構造１００の梁２１の第１計測部位Ｄ１及び第２計測部位Ｄ２に生じる変位に基づいて、作用した力を検出する検出回路４０と、を有している。本実施の形態の検出回路４０は、図７に示すように、第１計測部位Ｄ１に配置された第１−１容量素子Ｃ１１及び第１−２容量素子Ｃ１２と、第２計測部位Ｄ２に配置された第２−１容量素子Ｃ２１及び第２−２容量素子Ｃ２２と、容量素子Ｃ１１〜Ｃ２２に接続され、当該容量素子Ｃ１１〜Ｃ２２の静電容量値の変動量に基づいて作用した力を計測し出力する機能を有している。図示されるように、第１−１容量素子Ｃ１１及び第２−１容量素子Ｃ２１は、梁２１と接続体２２との接続部位に関して対称的に配置されており、第１−２容量素子Ｃ１２及び第２−２容量素子Ｃ２２は、第１−１容量素子Ｃ１１と第２−１容量素子Ｃ２１との間に、当該接続部位に関して対称的に配置されている。 As shown in FIG. 7, the force sensor 100c detects the applied force based on the displacements generated in the above-mentioned basic structure 100 and the first measurement portion D1 and the second measurement portion D2 of the beam 21 of the basic structure 100. It has a detection circuit 40 and a detection circuit 40. As shown in FIG. 7, the detection circuit 40 of the present embodiment is arranged at the 1-1 capacitance element C11 and the 1-2 capacitance element C12 arranged at the first measurement portion D1 and at the second measurement portion D2. 2-1 Capacitance element C21 and 2-2 Capacitance element C22, connected to the capacitance elements C11 to C22, and the force acting based on the fluctuation amount of the capacitance value of the capacitance elements C11 to C22 is measured. It has a function to output. As shown, the 1-1 capacitive element C11 and the 2-1 capacitive element C21 are arranged symmetrically with respect to the connection portion between the beam 21 and the connecting body 22, and the 1-2 capacitive element C12 and The 2nd and 2nd capacitance elements C22 are arranged symmetrically with respect to the connection portion between the 1-1 capacitance element C11 and the 2-1 capacitance element C21.

図７に示すように、第１−１容量素子Ｃ１１は、梁２１の第１計測部位Ｄ１に絶縁体を介して配置された第１−１変位電極Ｅｍ１１と、支持体５０上に絶縁体を介して第１−１変位電極Ｅｍ１１に対向して配置された第１−１固定電極Ｅｆ１１と、を有している。第１−２容量素子Ｃ１２は、梁２１の第１計測部位Ｄ１に、第１−１容量素子Ｃ１１に隣接して、絶縁体を介して配置された第１−２変位電極Ｅｍ１２と、支持体５０上に絶縁体を介して第１−２変位電極Ｅｍ１２に対向して配置された第１−２固定電極Ｅｆ１２と、を有している。なお、第１−１変位電極Ｅｍ１１及び第１−２変位電極Ｅｍ１２と、１−１固定電極Ｅｆ１１及び１−２固定電極Ｅｆ１２と、の一方が共通の電極で構成されていても良い。 As shown in FIG. 7, the 1-1 capacitance element C11 has an insulator on the support 50 and a 1-1 displacement electrode Em11 arranged on the first measurement portion D1 of the beam 21 via an insulator. It has a 1-1 fixed electrode Ef11 arranged so as to face the 1-1 displacement electrode Em11. The first and second capacitance elements C12 are arranged on the first measurement portion D1 of the beam 21 adjacent to the 1-1 capacitance element C11 via an insulator, and the first and second displacement electrodes Em12 and a support. It has a first and second fixed electrodes Ef12 arranged on the 50 so as to face the first and second displacement electrodes Em12 via an insulator. One of the 1-1 displacement electrode Em11 and the 1-2 displacement electrode Em12 and the 1-1 fixed electrode Ef11 and the 1-2 fixed electrode Ef12 may be configured by a common electrode.

更に、図７に示すように、第２−１容量素子Ｃ２１は、梁２１の第２計測部位Ｄ２に絶縁体を介して配置された第２−１変位電極Ｅｍ２１と、支持体５０上に絶縁体を介して第２−１変位電極Ｅｍ２１に対向して配置された第２−１固定電極Ｅｆ２１と、を有している。第２−２容量素子Ｃ２２は、梁２１の第２計測部位Ｄ２に、第２−１容量素子Ｃ２１に隣接して、絶縁体を介して配置された第２−２変位電極Ｅｍ２２と、支持体５０上に絶縁体を介して第２−２変位電極Ｅｍ２２に対向して配置された第２−２固定電極Ｅｆ２２と、を有している。なお、第２−１変位電極Ｅｍ２１及び第２−２変位電極Ｅｍ２２と、２−１固定電極Ｅｆ２１及び２−２固定電極Ｅｆ２２と、の一方が共通の電極で構成されていても良い。 Further, as shown in FIG. 7, the 2-1 capacitance element C21 is insulated on the support 50 with the 2-1 displacement electrode Em21 arranged at the second measurement portion D2 of the beam 21 via an insulator. It has a 2-1 fixed electrode Ef21 arranged so as to face the 2-1 displacement electrode Em21 via a body. The 2nd to 2nd capacitance element C22 has a 2nd to 2nd displacement electrode Em22 arranged on the second measurement portion D2 of the beam 21 adjacent to the 2-1 capacitance element C21 via an insulator, and a support. It has a 2-2 fixed electrode Ef22 arranged on the 50 so as to face the 2-2 displacement electrode Em22 via an insulator. One of the 2-1 displacement electrode Em21 and the 2-2 displacement electrode Em22 and the 2-1 fixed electrode Ef21 and the 2-2 fixed electrode Ef22 may be configured by a common electrode.

また、図８に示すように、検出回路４０は、各容量素子Ｃ１１〜Ｃ２２の静電容量値に対応する電気信号、をそれぞれ対応する電圧値に変換するＣ／Ｖ変換器４２と、Ｃ／Ｖ変換器４２から提供される電圧値に基づいて力覚センサ１００ｃに作用している力Ｆｘ、Ｆｚを算出するマイコン４４と、を有している。マイコン４４は、各容量素子Ｃ１１〜Ｃ２２の特性（面積、極板間距離、配置されている位置など）に基づいて、Ｃ／Ｖ変換器４２から提供される電圧値を補正する補正回路、Ｃ／Ｖ変換器４２から提供される電圧値に所定の差分演算を行い、力Ｆｘ、Ｆｚに対応する複数の電気信号（後述されるＦｘ１〜Ｆｘ３、Ｆｚ１〜Ｆｚ３に対応する電気信号）を生成する生成回路、これらの電気信号を互いに比較する比較回路、及び、比較回路による比較結果に基づいて力覚センサ１００ｃが正常に機能しているか否かを診断する診断回路、を有している。 Further, as shown in FIG. 8, the detection circuit 40 includes a C / V converter 42 that converts an electric signal corresponding to the capacitance value of each of the capacitance elements C11 to C22 into a corresponding voltage value, and a C / V converter 42. It has a microcomputer 44 that calculates the forces Fx and Fz acting on the force sensor 100c based on the voltage value provided by the V converter 42. The microcomputer 44 is a correction circuit, C, which corrects the voltage value provided by the C / V converter 42 based on the characteristics (area, distance between plates, arranged position, etc.) of each of the capacitance elements C11 to C22. A predetermined difference calculation is performed on the voltage value provided by the / V converter 42 to generate a plurality of electric signals corresponding to the forces Fx and Fz (electric signals corresponding to Fx1 to Fx3 and Fz1 to Fz3 described later). It has a generation circuit, a comparison circuit for comparing these electric signals with each other, and a diagnostic circuit for diagnosing whether or not the force sensor 100c is functioning normally based on the comparison result by the comparison circuit.

容量素子Ｃ１１〜Ｃ２２は、図７には明確には図示されていないが、所定の回路によってＣ／Ｖ変換器４２に接続されており、このＣ／Ｖ変換器４２に接続されたマイコン４４によって、各容量素子Ｃ１１〜Ｃ２２の静電容量値の変動量に基づき作用した力が計測されるようになっている。 Although the capacitive elements C11 to C22 are not clearly shown in FIG. 7, they are connected to the C / V converter 42 by a predetermined circuit, and are connected to the C / V converter 42 by the microcomputer 44 connected to the C / V converter 42. , The acting force is measured based on the fluctuation amount of the capacitance value of each capacitance element C11 to C22.

＜１−４．力覚センサの作用＞
次に、１−３．で説明した力覚センサ１００ｃの作用について説明する。図９は、力覚センサ１００ｃに力Ｆｘ及びＦｚが作用した際の、各容量素子Ｃ１１〜Ｃ２２の静電容量値の変動を示す図表である。この図表において、「＋」は、静電容量値が増大することを示しており、「＋＋」は、静電容量値が大きく増大することを示している。また、「−」は、静電容量値が減少することを示しており、「−−」は、静電容量値が大きく減少することを示している。 <1-4. Action of force sensor ＞
Next, 1-3. The operation of the force sensor 100c described in the above will be described. FIG. 9 is a chart showing changes in the capacitance values of the capacitance elements C11 to C22 when the forces Fx and Fz act on the force sensor 100c. In this chart, "+" indicates that the capacitance value increases, and "++" indicates that the capacitance value increases significantly. Further, "-" indicates that the capacitance value decreases, and "-" indicates that the capacitance value decreases significantly.

（１−４−１．力Ｆｘが作用した場合）
力覚センサ１００ｃの受力部１４にＸ軸正方向の力＋Ｆｘが作用すると、１−２．において図３を参照して説明した梁２１の挙動から理解されるように、第１−１容量素子Ｃ１１及び第１−２容量素子Ｃ１２においては、変位電極Ｅｍ１１、Ｅｍ１２と対応する固定電極Ｅｆ１１、Ｅｆ１２との離間距離がそれぞれ減少する。一方、第２−１容量素子Ｃ２１及び第２−２容量素子Ｃ２２においては、変位電極Ｅｍ２１、Ｅｍ２２と対応する固定電極Ｅｆ２１、Ｅｆ２２との離間距離がそれぞれ増大する。したがって、第１−１容量素子Ｃ１１及び第１−２容量素子Ｃ１２の静電容量値は増大し、第２−１容量素子Ｃ２１及び第２−２容量素子Ｃ２２の静電容量値は減少する。また、傾動部１３と梁２１との接続部位から、すなわち梁２１の傾動の中心から、各容量素子Ｃ１１〜Ｃ２２までの距離を考慮すると、第１−１容量素子Ｃ１１及び第２−１容量素子Ｃ２１の静電容量値の変動量は、第１−２容量素子Ｃ１２及び第２−２容量素子Ｃ２２の静電容量値の変動量よりも大きい。以上の結果は、図９のＦｚの欄に纏めて示してある。 (1-4-1. When force Fx acts)
When a force + Fx in the positive direction of the X-axis acts on the receiving portion 14 of the force sensor 100c, 1-2. As can be understood from the behavior of the beam 21 described with reference to FIG. 3, in the 1-1 capacitance element C11 and the 1-2 capacitance element C12, the displacement electrodes Em11, the fixed electrodes Ef11 corresponding to Em12, The separation distance from Ef12 is reduced. On the other hand, in the 2-1 capacitance element C21 and the 2-2 capacitance element C22, the separation distance between the displacement electrodes Em21 and Em22 and the corresponding fixed electrodes Ef21 and Ef22 increases, respectively. Therefore, the capacitance values of the 1-1 capacitance element C11 and the 1-2 capacitance element C12 increase, and the capacitance values of the 2-1 capacitance element C21 and the 2-2 capacitance element C22 decrease. Further, considering the distance from the connection portion between the tilting portion 13 and the beam 21, that is, from the center of tilting of the beam 21 to each capacitance element C11 to C22, the 1-1 capacitance element C11 and the 2-1 capacitance element The fluctuation amount of the capacitance value of C21 is larger than the fluctuation amount of the capacitance value of the first and second capacitance elements C12 and the second and second capacitance elements C22. The above results are summarized in the Fz column of FIG.

また、本実施の形態では、第１−１容量素子Ｃ１１と第２−１容量素子Ｃ２１とが梁２１の傾動の中心から互いに等距離に配置され、第１−２容量素子Ｃ１２と第２−２容量素子Ｃ２２とが梁２１の傾動の中心から互いに等距離に配置されている。このため、第１−１容量素子Ｃ１１の静電容量値の変動の大きさ（｜ΔＣ１１｜）と、第２−１容量素子Ｃ２１の静電容量値の変動の大きさ（｜ΔＣ２１｜）とが、互いに等しい。更に、第１−２容量素子Ｃ１２の静電容量値の変動の大きさ（｜ΔＣ１２｜）と、第２−２容量素子Ｃ２２の静電容量値の変動の大きさ（｜ΔＣ２２｜）とが、互いに等しい。このため、｜ΔＣ１１｜＝｜ΔＣ２１｜＝ΔＣ１、｜ΔＣ１２｜＝｜ΔＣ２２｜＝ΔＣ２とすると、力＋Ｆｘが作用したときの第１−１〜第２−２容量素子Ｃ１１〜Ｃ１１〜Ｃ２２各静電容量値Ｃ１１ａ〜Ｃ２２ａは、次の［式１］で表される。［式１］において、Ｃ１１〜Ｃ２２は、力が作用していないときの各容量素子Ｃ１１〜Ｃ２２の静電容量値をそれぞれ示している。なお、このような表記方法は、後続する各式において同様である。
［式１］
Ｃ１１ａ＝Ｃ１１＋ΔＣ１
Ｃ１２ａ＝Ｃ１２＋ΔＣ２
Ｃ２１ａ＝Ｃ２１−ΔＣ１
Ｃ２２ａ＝Ｃ２２−ΔＣ２ Further, in the present embodiment, the 1-1 capacitance element C11 and the 2-1 capacitance element C21 are arranged equidistant from the center of tilt of the beam 21, and the 1-2 capacitance element C12 and the second 2-capacity element C12 are arranged at equal distances from each other. The two-capacity element C22 is arranged equidistant from the center of tilt of the beam 21. Therefore, the magnitude of the fluctuation of the capacitance value of the 1-1 capacitance element C11 (| ΔC11 |) and the magnitude of the fluctuation of the capacitance value of the 2-1 capacitance element C21 (| ΔC21 |) But are equal to each other. Further, the magnitude of the fluctuation of the capacitance value of the first and second capacitance elements C12 (| ΔC12 |) and the magnitude of the fluctuation of the capacitance value of the second and second capacitance elements C22 (| ΔC22 |) are determined. , Equal to each other. Therefore, if | ΔC11 | = | ΔC21 | = ΔC1 and | ΔC12 | = | ΔC22 | = ΔC2, the static electricity of the 1st to 2nd 2nd capacitance elements C11 to C11 to C22 when the force + Fx is applied. The capacitance values C11a to C22a are represented by the following [Equation 1]. In [Equation 1], C11 to C22 represent the capacitance values of the capacitance elements C11 to C22 when no force is applied. In addition, such a notation method is the same in each subsequent expression.
[Equation 1]
C11a = C11 + ΔC1
C12a = C12 + ΔC2
C21a = C21-ΔC1
C22a = C22-ΔC2

このような静電容量値の変動に基づいて、マイコン４４は、作用した力＋Ｆｘを次の［式２］に示す＋Ｆｘ１〜＋Ｆｘ３のいずれかにより計測する。末尾の数字「１」〜「３」は、＋Ｆｘの値がいずれの容量素子に基づいて計測されたかを区別するための符号である。もちろん、力覚センサ１００ｃが正常に機能しているならば、＋Ｆｘ１〜＋Ｆｘ３は実質的に等しい値となる。また、［式２］において、力と静電容量値とが「＝」で結ばれているが、これらは互いに異なる物理量であるため、実際には所定の変換がなされた上で力＋Ｆｘが計測される。この表記法については、［式２］に限らず、これ以降の各式において共通している。
［式２］
＋Ｆｘ１＝Ｃ１１−Ｃ２１
＋Ｆｘ２＝Ｃ１２−Ｃ２２
＋Ｆｘ３＝＝Ｆｘ１＋Ｆｘ２＝（Ｃ１１＋Ｃ１２）−（Ｃ２１＋Ｃ２２） Based on such a fluctuation of the capacitance value, the microcomputer 44 measures the acting force + Fx by any of + Fx1 to + Fx3 shown in the following [Equation 2]. The numbers "1" to "3" at the end are codes for distinguishing which capacitive element the value of + Fx was measured based on. Of course, if the force sensor 100c is functioning normally, + Fx1 to + Fx3 will be substantially equal values. Further, in [Equation 2], the force and the capacitance value are connected by "=", but since these are physical quantities different from each other, the force + Fx is actually measured after a predetermined conversion is performed. Will be done. This notation is not limited to [Equation 2], but is common to all subsequent expressions.
[Equation 2]
+ Fx1 = C11-C21
+ Fx2 = C12-C22
+ Fx3 == Fx1 + Fx2 = (C11 + C12)-(C21 + C22)

なお、力覚センサ１００ｃの受力部１４にＸ軸負方向の力−Ｆｘが作用した場合は、１−２．において図４を参照して説明した梁２１の挙動から理解されるように、第１−１容量素子Ｃ１１及び第１−２容量素子Ｃ１２の静電容量値は減少し、第２−１容量素子Ｃ２１及び第２−２容量素子Ｃ２２の静電容量値は増大する。このため、作用した力−Ｆｘを計測するには［式２］において符号を全て逆にすればよい。結局、Ｘ軸方向の力Ｆｘの向きが正であれ負であれ、［式２］と同じ式で力Ｆｘを計測することができる。 When a force-Fx in the negative direction of the X-axis acts on the receiving portion 14 of the force sensor 100c, 1-2. As can be understood from the behavior of the beam 21 described with reference to FIG. 4, the capacitance values of the 1-1 capacitance element C11 and the 1-2 capacitance element C12 decrease, and the 2-1 capacitance element decreases. The capacitance values of C21 and the 2nd-2nd capacitive element C22 increase. Therefore, in order to measure the applied force −Fx, all the symbols may be reversed in [Equation 2]. After all, regardless of whether the direction of the force Fx in the X-axis direction is positive or negative, the force Fx can be measured by the same equation as in [Equation 2].

力Ｆｘを計測するに当たっては、Ｓ／Ｎの観点から、傾動部１３の長手方向ｌから遠位にあり静電容量値の変動量が相対的に大きい容量素子Ｃ１１、Ｃ２１に基づくＦｘ１の式、または、全ての容量素子Ｃ１１〜Ｃ２２に基づくＦｘ３の式、を用いることが好ましい。 In measuring the force Fx, from the viewpoint of S / N, the equation of Fx1 based on the capacitive elements C11 and C21 located distal to the longitudinal direction l of the tilting portion 13 and having a relatively large fluctuation amount of the capacitance value, Alternatively, it is preferable to use the formula of Fx3 based on all the capacitive elements C11 to C22.

（１−４−２．力Ｆｚが作用した場合）
次に、力覚センサ１００ｃの受力部１４にＺ軸負方向の力−Ｆｚが作用すると、１−２において図５を参照して説明した梁２１の挙動から理解されるように、第１−１容量素子Ｃ１１及び第１−２容量素子Ｃ１２においては、変位電極Ｅｍ１１、Ｅｍ１２と対応する固定電極Ｅｆ１１、Ｅｆ１２との離間距離がそれぞれ減少し、第２−１容量素子Ｃ２１及び第２−２容量素子Ｃ２２においては、変位電極Ｅｍ２１、Ｅｍ２２と対応する固定電極Ｅｆ２１、Ｅｆ２２との離間距離がそれぞれ増大する。したがって、第１−１容量素子Ｃ１１及び第１−２容量素子Ｃ１２の静電容量値は増大し、第２−１容量素子Ｃ２１及び第２−２容量素子Ｃ２２の静電容量値は減少する。また、力Ｆｘが作用した場合と同様に、第１−１容量素子Ｃ１１及び第２−１容量素子Ｃ２１の静電容量値の変動量は、第１−２容量素子Ｃ１２及び第２−２容量素子Ｃ２２の静電容量値の変動量よりも大きい。以上の結果は、図９のＦｚの欄に纏めて示してある。 (1-4-2. When force Fz acts)
Next, when a force −Fz in the negative direction of the Z axis acts on the force receiving portion 14 of the force sensor 100c, as can be understood from the behavior of the beam 21 described in 1-2 with reference to FIG. In the -1 capacitance element C11 and the 1-2 capacitance element C12, the separation distances between the displacement electrodes Em11 and Em12 and the corresponding fixed electrodes Ef11 and Ef12 are reduced, respectively, and the 2-1 capacitance elements C21 and the 2nd-2 are In the capacitive element C22, the separation distances between the displacement electrodes Em21 and Em22 and the corresponding fixed electrodes Ef21 and Ef22 are increased, respectively. Therefore, the capacitance values of the 1-1 capacitance element C11 and the 1-2 capacitance element C12 increase, and the capacitance values of the 2-1 capacitance element C21 and the 2-2 capacitance element C22 decrease. Further, as in the case where the force Fx acts, the fluctuation amount of the capacitance value of the 1-1 capacitance element C11 and the 2-1 capacitance element C21 is the same as that of the 1-2 capacitance element C12 and the 2-2 capacitance. It is larger than the fluctuation amount of the capacitance value of the element C22. The above results are summarized in the Fz column of FIG.

より詳細には、力−Ｆｚが作用したときに第１計測部位Ｄ１に生じる変位は、前述した傾動部１３の全体的なＺ軸負方向への変位と、梁２１の傾動によるＺ軸負方向への変位と、の和であり、第２計測部位Ｄ２に生じる変位は、傾動部１３の当該変位と、梁２１の傾動によるＺ軸正方向への変位と、の和である。つまり、各容量素子Ｃ１１〜Ｃ２２の静電容量値の変動についてより正確に記述すれば、第１−１容量素子Ｃ１１及び第１−２容量素子Ｃ１２においては、梁２１の傾動により第１計測部位Ｄ１に生じる変位に傾動部１３の全体的なＺ軸負方向への変位が加わるため、変位電極Ｅｍ１１、Ｅｍ１２と固定電極Ｅｆ１１、Ｅｆ１２との離間距離はそれぞれ大きく減少する。一方、第２−１容量素子Ｃ２１及び第２−２容量素子Ｃ２２においては、梁２１の傾動により第２計測部位Ｄ２に生じる変位が傾動部１３の全体的なＺ軸負方向への変位によって相殺されるため、変位電極Ｅｍ２１、Ｅｍ２２と固定電極Ｅｆ２１、Ｅｆ２２との離間距離はそれぞれ僅かに増大する。 More specifically, the displacements that occur in the first measurement portion D1 when the force −Fz is applied are the displacement of the tilting portion 13 in the overall negative direction of the Z axis and the negative direction of the Z axis due to the tilting of the beam 21. The displacement that occurs in the second measurement portion D2 is the sum of the displacement of the tilting portion 13 and the displacement of the beam 21 in the positive direction of the Z axis due to the tilting of the beam 21. That is, if the fluctuation of the capacitance value of each capacitance element C11 to C22 is described more accurately, in the 1-1 capacitance element C11 and the 1-2 capacitance element C12, the first measurement site is due to the tilt of the beam 21. Since the displacement of the tilting portion 13 in the negative direction of the Z axis is added to the displacement generated in D1, the separation distances between the displacement electrodes Em11 and Em12 and the fixed electrodes Ef11 and Ef12 are greatly reduced, respectively. On the other hand, in the 2-1 capacitance element C21 and the 2-2 capacitance element C22, the displacement generated in the second measurement portion D2 due to the tilt of the beam 21 is offset by the overall displacement of the tilt portion 13 in the negative direction of the Z axis. Therefore, the separation distances between the displacement electrodes Em21 and Em22 and the fixed electrodes Ef21 and Ef22 are slightly increased, respectively.

但し、ここでは、簡単のため梁２１の長さが十分に大きいものとしているため、傾動部１３の全体的なＺ軸方向への変位を無視して考えることができる。このため、マイコン４４は、作用した力−Ｆｚを次の［式３］により計測する。
［式３］
−Ｆｚ１＝Ｃ１１−Ｃ２１
−Ｆｚ２＝Ｃ１２−Ｃ２２
−Ｆｚ３＝（−Ｆｚ１）＋（−Ｆｚ２）＝（Ｃ１１＋Ｃ１２）−（Ｃ２１＋Ｃ２２） However, since the length of the beam 21 is made sufficiently large here for the sake of simplicity, the overall displacement of the tilting portion 13 in the Z-axis direction can be ignored. Therefore, the microcomputer 44 measures the acting force −Fz by the following [Equation 3].
[Equation 3]
-Fz1 = C11-C21
-Fz2 = C12-C22
-Fz3 = (-Fz1) + (-Fz2) = (C11 + C12)-(C21 + C22)

なお、力覚センサ１００ｃの受力部１４にＺ軸正方向の力＋Ｆｚが作用した場合は、１−２．において図６を参照して説明した梁２１の挙動から理解されるように、第１−１容量素子Ｃ１１及び第１−２容量素子Ｃ１２の静電容量値は減少し、第２−１容量素子Ｃ２１及び第２−２容量素子Ｃ２２の静電容量値は増大する。このため、作用した力＋Ｆｚを計測するには［式３］において符号を全て逆にすればよい。結局、Ｚ軸方向の力Ｆｚの向きが正であれ負であれ、［式３］と同じ式で力Ｆｚを計測することができる。 When a force + Fz in the positive direction of the Z axis acts on the force receiving portion 14 of the force sensor 100c, 1-2. As can be understood from the behavior of the beam 21 described with reference to FIG. 6, the capacitance values of the 1-1 capacitance element C11 and the 1-2 capacitance element C12 decrease, and the 2-1 capacitance element The capacitance values of C21 and the 2nd-2nd capacitive element C22 increase. Therefore, in order to measure the acting force + Fz, all the symbols may be reversed in [Equation 3]. After all, regardless of whether the direction of the force Fz in the Z-axis direction is positive or negative, the force Fz can be measured by the same equation as in [Equation 3].

ここで、［式２］と［式３］とを比較すると、＋Ｆｘと−Ｆｚの右辺が同一であることが分かる。したがって、本実施の形態による力覚センサ１００ｃは、作用した力が＋Ｆｘであるのか−Ｆｚであるのかを識別することができない。すなわち、力覚センサ１００ｃは、作用した力の方向を識別することができない。このため、力覚センサ１００ｃは、作用する力がＸ軸方向またはＺ軸方向の一方向のみに限定されている環境において好適に利用され得る。 Here, when [Equation 2] and [Equation 3] are compared, it can be seen that the right sides of + Fx and −Fz are the same. Therefore, the force sensor 100c according to the present embodiment cannot distinguish whether the applied force is + Fx or −Fz. That is, the force sensor 100c cannot identify the direction of the applied force. Therefore, the force sensor 100c can be suitably used in an environment in which the acting force is limited to only one direction in the X-axis direction or the Z-axis direction.

力Ｆｚを計測するに当たっては、Ｓ／Ｎの観点から、傾動部１３の長手方向ｌから遠位にあり静電容量値の変動量が相対的に大きい容量素子Ｃ１１、Ｃ２１に基づくＦｚ１の式、または、全ての容量素子Ｃ１１〜Ｃ２２に基づくＦｚ３の式、を用いることが好ましい。 In measuring the force Fz, from the viewpoint of S / N, the equation of Fz1 based on the capacitive elements C11 and C21 located distal to the longitudinal direction l of the tilting portion 13 and having a relatively large fluctuation amount of the capacitance value, Alternatively, it is preferable to use the formula of Fz3 based on all the capacitive elements C11 to C22.

＜１−５．故障診断＞
本実施の形態の検出回路４０は、力覚センサ１００ｃが正常に機能しているか否かを判定する機能を有している。ここでは、この故障診断の機能について説明を行う。 <1-5. Failure diagnosis ＞
The detection circuit 40 of the present embodiment has a function of determining whether or not the force sensor 100c is functioning normally. Here, the function of this failure diagnosis will be described.

本実施の形態の検出回路４０のマイコン４４は、第１−１容量素子Ｃ１１の静電容量値の変動量と第１−２容量素子Ｃ１２の静電容量値の変動量との差に基づく第１電気信号Ｔ１と、第２−１容量素子Ｃ２１の静電容量値の変動量と第２−２容量素子Ｃ２２の静電容量値の変動量との差に基づく第２電気信号Ｔ２と、第１電気信号Ｔ１と第２電気信号Ｔ２との和である合算電気信号Ｔ３を出力するようになっている。すなわち、第１電気信号Ｔ１は、上述した力Ｆｘ１及びＦｚ１を示す電気信号であり、第２電気信号Ｔ２は、上述したＦｘ２及びＦｚ２を示す電気信号であり、合算電気信号は、上述した力Ｆｘ３及びＦｚ３を示す電気信号である。第１電気信号Ｔ１、第２電気信号Ｔ２及び合算電気信号Ｔ３を書き下すと、次の［式４］の通りである。
［式４］
Ｔ１＝Ｃ１１−Ｃ２１
Ｔ２＝Ｃ１２−Ｃ２２
Ｔ３＝Ｔ１＋Ｔ２＝（Ｃ１１＋Ｃ１２）−（Ｃ２１＋Ｃ２２） The microcomputer 44 of the detection circuit 40 of the present embodiment is based on the difference between the fluctuation amount of the capacitance value of the 1-1 capacitance element C11 and the fluctuation amount of the capacitance value of the 1-2 capacitance element C12. The first electric signal T1 and the second electric signal T2 based on the difference between the fluctuation amount of the capacitance value of the 2-1 capacitance element C21 and the fluctuation amount of the capacitance value of the 2-2 capacitance element C22, and the second The total electric signal T3, which is the sum of the first electric signal T1 and the second electric signal T2, is output. That is, the first electric signal T1 is an electric signal indicating the above-mentioned forces Fx1 and Fz1, the second electric signal T2 is an electric signal indicating the above-mentioned Fx2 and Fz2, and the total electric signal is the above-mentioned force Fx3. And an electric signal indicating Fz3. The following [Equation 4] is obtained by writing down the first electric signal T1, the second electric signal T2, and the total electric signal T3.
[Equation 4]
T1 = C11-C21
T2 = C12-C22
T3 = T1 + T2 = (C11 + C12)-(C21 + C22)

ところで、図９に示すように、第１−１容量素子Ｃ１１及び第２−１容量素子Ｃ２１の静電容量値の変動量は、第１−２容量素子Ｃ１２及び第２−２容量素子Ｃ２２の静電容量値の変動量よりも大きい。このため、例えばマイコン４４の補正回路によって、第２電気信号Ｔ２に所定の補正係数ｋを乗じることによって、第１電気信号Ｔ１と第２電気信号Ｔ２の出力レベルを揃えることができる。 By the way, as shown in FIG. 9, the fluctuation amount of the capacitance value of the 1-1 capacitance element C11 and the 2-1 capacitance element C21 is the fluctuation amount of the 1-2 capacitance element C12 and the 2-2 capacitance element C22. It is larger than the fluctuation amount of the capacitance value. Therefore, for example, the output levels of the first electric signal T1 and the second electric signal T2 can be made uniform by multiplying the second electric signal T2 by a predetermined correction coefficient k by the correction circuit of the microcomputer 44.

そして、マイコン４４に含まれる比較回路がこれら２つの電気信号Ｔ１、ｋ・Ｔ２を比較する。この比較は、差各信号Ｔ１、ｋ・Ｔ２の差（例：Ｔ１−ｋ・Ｔ２）、あるいは、各信号Ｔ１、ｋ・Ｔ２の比（例：Ｔ１／（ｋ・Ｔ２））に基づいて行われる。そして、２つの電気信号Ｔ１、ｋ・Ｔ２の比較の結果、Ｔ１とｋ・Ｔ２との差または比が所定の範囲に含まれていれば、マイコン４４の診断回路は、力覚センサ１００ｃが正常に機能していると判定する。一方、Ｔ１とｋ・Ｔ２との差または比が所定の範囲に含まれていなければ、マイコン４４の診断回路は、力覚センサ１００ｃが正常に機能していない（故障している）と判定し、その判定結果を故障診断信号として出力する。このような検出回路４０を有していれば、容量素子Ｃ１１〜Ｃ２２を構成する電極の破損、短絡、異物の混入などの異常を単一の力覚センサ１００ｃによって検知することができる。 Then, the comparison circuit included in the microcomputer 44 compares these two electric signals T1 and k · T2. This comparison is based on the difference between the differences signals T1 and k · T2 (eg T1-k · T2) or the ratio of the signals T1 and k · T2 (eg T1 / (k · T2)). Be told. Then, as a result of comparing the two electric signals T1 and k / T2, if the difference or ratio between T1 and k / T2 is within a predetermined range, the diagnostic circuit of the microcomputer 44 has a normal force sensor 100c. Judge that it is functioning. On the other hand, if the difference or ratio between T1 and k / T2 is not included in the predetermined range, the diagnostic circuit of the microcomputer 44 determines that the force sensor 100c is not functioning normally (it is out of order). , The determination result is output as a failure diagnosis signal. If such a detection circuit 40 is provided, abnormalities such as breakage, short circuit, and foreign matter contamination of the electrodes constituting the capacitive elements C11 to C22 can be detected by a single force sensor 100c.

もちろん、各容量素子Ｃ１１〜Ｃ２２の静電容量値の変動量をＡＤ変換し、マイコン４４によって各静電容量値を比較することによって、力覚センサ１００ｃの故障を診断しても良い。 Of course, the failure of the force sensor 100c may be diagnosed by AD-converting the fluctuation amount of the capacitance values of the capacitance elements C11 to C22 and comparing the capacitance values with the microcomputer 44.

以上のような本実施の形態によれば、第１−１容量素子Ｃ１１及び第２−１容量素子Ｃ２１の静電容量値の変動量に基づく第１電気信号Ｔ１と、第１−２容量素子Ｃ１２及び第２−２容量素子Ｃ２２の静電容量値の変動量に基づく第２電気信号Ｔ２と、を比較することにより、力覚センサ１００ｃの故障を診断することができる。もちろん、これに代えて上述した合算電気信号Ｔ３と、第１電気信号Ｔ１及び第２電気信号Ｔ２の一方と、を比較しても、力覚センサ１００ｃの故障を診断することができる。更に、力覚センサ１００ｃにおいては、傾動部１３の傾動によって各計測部位Ｄ１、Ｄ２が変位することにより、傾動部１３に生じる傾動を効果的に増幅させることができる。以上のことから、本実施の形態によれば、低価格且つ高感度でありながら、単一の力覚センサ１００ｃによってそれ自身の故障診断が可能である、という力覚センサ１００ｃを提供することができる。 According to the present embodiment as described above, the first electric signal T1 based on the fluctuation amount of the capacitance value of the 1-1 capacitance element C11 and the 2-1 capacitance element C21 and the 1-2 capacitance element By comparing C12 with the second electric signal T2 based on the fluctuation amount of the capacitance value of the 2nd-2nd capacitive element C22, the failure of the force sensor 100c can be diagnosed. Of course, instead of this, the failure of the force sensor 100c can be diagnosed by comparing the above-mentioned total electric signal T3 with one of the first electric signal T1 and the second electric signal T2. Further, in the force sensor 100c, the tilting of the tilting portion 13 can effectively amplify the tilting caused by the displacement of the measurement portions D1 and D2 due to the tilting of the tilting portion 13. From the above, according to the present embodiment, it is possible to provide a force sensor 100c that can diagnose its own failure by a single force sensor 100c while being inexpensive and highly sensitive. can.

また、本実施の形態によれば、［式２］及び［式３］に示すように、検出回路４０が静電容量値の差分によって作用した力Ｆｘ、Ｆｚを計測するため、使用環境の温度変化や同相ノイズの影響を受けにくい力覚センサ１００ｃを提供することができる。 Further, according to the present embodiment, as shown in [Equation 2] and [Equation 3], the detection circuit 40 measures the forces Fx and Fz acted by the difference in the capacitance value, so that the temperature of the usage environment is used. It is possible to provide a force sensor 100c that is not easily affected by changes and in-phase noise.

また、変位体２０の第１計測部位Ｄ１及び第２計測部位Ｄ２は、梁２１に接続体２２と梁２１との接続部位に関して対称的に配置されている。このため、第１計測部位Ｄ１に生じる変位と第２計測部位Ｄ２に生じる変位とが、同じ大きさで互いに異符号となるため、作用した力が簡易な演算によって検出され得る。 Further, the first measurement portion D1 and the second measurement portion D2 of the displacement body 20 are symmetrically arranged on the beam 21 with respect to the connection portion between the connecting body 22 and the beam 21. Therefore, since the displacement generated at the first measurement site D1 and the displacement generated at the second measurement site D2 have the same magnitude and different signs from each other, the applied force can be detected by a simple calculation.

また、検出回路４０は、第１電気信号Ｔ１または合算電気信号Ｔ３に基づいて、作用した力を検出するため、Ｓ／Ｎに優れた力の検出が可能である。 Further, since the detection circuit 40 detects the acting force based on the first electric signal T1 or the total electric signal T3, it is possible to detect the force having excellent S / N.

＜１−６．変形例＞
なお、以上の力覚センサ１００ｃは、変位体２０が両持ち梁の構造を有していたが、これに代えて片持ち梁の構造を有していても良い。そのような例が図５８に示されている。図５８は、変位体２０が片持ち梁の構造を有する、図７の変形例による力覚センサ１０５ｃの概略正面図である。図５８に示す例では、変位体２０ｐが、上述した力覚センサ１００ｃの梁２１のうち、第２計測部位Ｄ２が規定されている側の部分が欠落した片持ち梁の構造（符号２１ｐ）を有している。この他の構成は、図７に示す力覚センサ１００ｃと同じであるため、図５８において、力覚センサ１００ｃと共通する構成に図７と同じ符号を付し、ここではその詳細な説明を省略する。 <1-6. Modification example ＞
In the above force sensor 100c, the displacement body 20 has a double-sided beam structure, but instead of this, a cantilever structure may be provided. An example of such is shown in FIG. FIG. 58 is a schematic front view of the force sensor 105c according to the modified example of FIG. 7, in which the displacement body 20 has a cantilever structure. In the example shown in FIG. 58, the displacement body 20p has a cantilever structure (reference numeral 21p) in which the portion of the beam 21 of the force sensor 100c described above on the side where the second measurement portion D2 is defined is missing. Have. Since the other configurations are the same as those of the force sensor 100c shown in FIG. 7, in FIG. 58, the configurations common to the force sensor 100c are designated by the same reference numerals as those in FIG. 7, and detailed description thereof will be omitted here. do.

このような力覚センサ１０５ｃでは、上述した［式２］〜［式４］においてＣ２１＝Ｃ２２＝０とすることにより、力覚センサ１０５ｃに作用した力を検出でき、更には、力覚センサ１０５ｃの故障診断を行うことが可能である。但し、図５８に示す力覚センサ１０５ｃは、作用した力Ｆｘ、Ｆｚを容量素子の静電容量値の差によって検出することができない。このため、力覚センサ１０５ｃは、使用環境における温度変化や同相ノイズの影響を受けやすい点に注意が必要である。 In such a force sensor 105c, by setting C21 = C22 = 0 in the above-mentioned [Equation 2] to [Equation 4], the force acting on the force sensor 105c can be detected, and further, the force sensor 105c can be detected. It is possible to perform failure diagnosis. However, the force sensor 105c shown in FIG. 58 cannot detect the acting forces Fx and Fz due to the difference in the capacitance value of the capacitance element. Therefore, it should be noted that the force sensor 105c is easily affected by temperature changes and in-phase noise in the usage environment.

＜＜＜ §２．本発明の第２の実施の形態による力覚センサ＞＞＞
＜２−１．基本構造の構成＞
図１０は、本発明の第２の実施の形態による力覚センサ２００ｃの基本構造２００を示す概略正面図である。ここでも、図１と同様にＸＹＺ三次元座標系を定義して以下の説明を行う。 <<< §2. Force sensor according to the second embodiment of the present invention >>>
<2-1. Structure of basic structure ＞
FIG. 10 is a schematic front view showing the basic structure 200 of the force sensor 200c according to the second embodiment of the present invention. Here, as in FIG. 1, the XYZ three-dimensional coordinate system is defined and the following description is given.

図１０に示すように、本実施の形態の基本構造２００は、受力部２１４と固定部２１５とを有し、受力部２１４に作用した力により弾性変形を生じる変形体２１０を備えている。変形体２１０は、長手方向ｌａ、ｌｂを有し、受力部２１４と固定部２１５との間に受力部２１４から固定部２１５に向かって順次配置された第１傾動部２１３ａ及び第２傾動部２１３ｂと、第１傾動部２１３ａと前記第２傾動部２１３ｂとの間に配置された力伝達部２１６と、を有している。そして、受力部２１４と第１傾動部２１３ａとは、第１−１変形部２１１ａによって接続されており、力伝達部２１６と第１傾動部２１３ａは、第１−２変形部２１２ａによって接続されている。更に、力伝達部２１６と第２傾動部２１３ｂとは、第２−１変形部２１１ｂによって接続されており、固定部２１５と第２傾動部２１３ｂとは、第２−２変形部２１２ｂによって接続されている。 As shown in FIG. 10, the basic structure 200 of the present embodiment includes a receiving portion 214 and a fixing portion 215, and includes a deformed body 210 that elastically deforms due to a force acting on the receiving portion 214. .. The deformed body 210 has la and lb in the longitudinal direction, and the first tilting portion 213a and the second tilting portion 213a and the second tilting portion 213a and the second tilting portion 210 which are sequentially arranged between the receiving portion 214 and the fixing portion 215 from the receiving portion 214 toward the fixed portion 215. It has a portion 213b and a force transmitting portion 216 arranged between the first tilting portion 213a and the second tilting portion 213b. The force receiving portion 214 and the first tilting portion 213a are connected by the 1-1 deforming portion 211a, and the force transmitting portion 216 and the first tilting portion 213a are connected by the 1-2 deforming portion 212a. ing. Further, the force transmitting portion 216 and the second tilting portion 213b are connected by the 2-1 deforming portion 211b, and the fixing portion 215 and the second tilting portion 213b are connected by the 2-2 deforming portion 212b. ing.

各変形部２１１ａ〜２１２ｂは、それぞれ、各傾動部２１３ａ、２１３ｂの長手方向ｌａ、ｌｂと交差する方向に延在し、第１−１変形部２１１ａと第１傾動部２１３ａとの接続部位Ｒ１ａと、第１−２変形部２１２ａと第１傾動部２１３ａとの接続部位Ｒ２ａとは、第１傾動部２１３ａの長手方向ｌａにおいて位置が異なっている。更に、第２−１変形部２１１ｂと第２傾動部２１３ｂとの接続部位Ｒ１ｂと、第２−２変形部２１２ｂと第２傾動部２１３ｂの接続部位Ｒ２ｂとは、当該第２傾動部２１３ｂの長手方向ｌｂにおいて位置が異なっている。 The deformed portions 211a to 212b extend in a direction intersecting the longitudinal directions la and lb of the tilting portions 213a and 213b, respectively, and are connected to the connection portion R1a between the first deforming portion 211a and the first tilting portion 213a. , The connection portion R2a between the 1-2 deformed portion 212a and the first tilting portion 213a is different in position in the longitudinal direction la of the first tilting portion 213a. Further, the connection portion R1b between the second deformed portion 211b and the second tilting portion 213b and the connecting portion R2b between the second deformed portion 212b and the second tilting portion 213b are the lengths of the second tilting portion 213b. The positions are different in the direction lb.

また、変形体２１０は、第１−１変形部２１１ａ及び第１−２変形部２１２ａのバネ定数と、第２−１変形部２１１ｂ及び第２−２変形部２１２ｂのバネ定数とが、異なっている。本実施の形態では、図１０に示すように、第１−１変形部２１１ａ及び第１−２変形部２１２ａが、第２−１変形部２１１ｂ及び第２−２変形部２１２ｂよりも薄く形成されている。これにより、第１−１変形部２１１ａ及び第１−２変形部２１２ａのバネ定数が、第２−１変形部２１１ｂ及び第２−２変形部２１２ｂのバネ定数よりも小さくなっている。 Further, in the deformed body 210, the spring constants of the 1-1 deformed portion 211a and the 1-2 deformed portion 212a are different from the spring constants of the 2-1 deformed portion 211b and the 2-2 deformed portion 212b. There is. In the present embodiment, as shown in FIG. 10, the 1-1 deformed portion 211a and the 1-2 deformed portion 212a are formed thinner than the 2-1 deformed portion 211b and the 2-2 deformed portion 212b. ing. As a result, the spring constants of the 1-1 deformed portion 211a and the 1-2 deformed portion 212a are smaller than the spring constants of the 2-1 deformed portion 211b and the 2-2 deformed portion 212b.

図１０に示すように、変位体２２０ａ、２２０ｂは、固定部２１５から離間し第１傾動部２１３ａの傾動により変位する第１変位部と、固定部２１５から離間し第２傾動部２１３ｂの傾動により変位する第２変位部と、を有している。本実施の形態では、第１変位部は、第１傾動部２１３ａの長手方向ｌａと交差する方向に延在する第１梁２２１ａとして構成され、第２変位部は、第２傾動部２１３ｂの長手方向ｌｂと交差する方向に延在する第２梁２２１ｂとして構成されている。そして、図１０に示すように、第１梁２２１ａには第１−１計測部位Ｄ１１及び第１−２計測部位Ｄ１２が規定され、第２梁２２１ｂには、第２−１計測部位Ｄ２１及び第２−２計測部位Ｄ２２が規定されている。 As shown in FIG. 10, the displacement bodies 220a and 220b are separated from the fixed portion 215 and displaced by the tilt of the first tilting portion 213a, and separated from the fixed portion 215 by the tilting of the second tilting portion 213b. It has a second displacement portion that is displaced. In the present embodiment, the first displacement portion is configured as the first beam 221a extending in the direction intersecting the longitudinal direction la of the first tilt portion 213a, and the second displacement portion is the longitudinal length of the second tilt portion 213b. It is configured as a second beam 221b extending in a direction intersecting the direction lb. Then, as shown in FIG. 10, the first beam 221a defines the 1-1 measurement site D11 and the 1-2 measurement site D12, and the second beam 221b defines the 2-1 measurement site D21 and the first measurement site D12. 2-2 The measurement site D22 is defined.

具体的には、第１変位体２２０ａは、変形体２１０の第１傾動部２１３ａと第１梁２２１ａとを接続する第１接続体２２２ａを有し、第２変位体２２０ｂは、変形体２１０の第２傾動部２１３ｂと第２梁２２１ｂとを接続する第２接続体２２２ｂを有している。そして、第１梁２２１ａの第１−１計測部位Ｄ１１及び第１−２計測部位Ｄ１２は、第１接続体２２２ａと第１梁２２１ａとの接続部位に関して対称的に配置されている。更に、第２梁２２１ｂの第２−１計測部位Ｄ１２及び第２−２計測部位Ｄ２２は、第２接続体２２２ｂと第２梁２２１ｂとの接続部位に関して対称的に配置されている。後述されるように、これらの計測部位Ｄ１１〜Ｄ２２に変位センサが配置され、この変位センサを用いて受力部２１４に作用した力が検出されることになる。 Specifically, the first displacement body 220a has a first connection body 222a that connects the first tilting portion 213a of the deformation body 210 and the first beam 221a, and the second displacement body 220b is the deformation body 210. It has a second connecting body 222b that connects the second tilting portion 213b and the second beam 221b. The 1-1 measurement portion D11 and the 1-2 measurement portion D12 of the first beam 221a are arranged symmetrically with respect to the connection portion between the first connecting body 222a and the first beam 221a. Further, the 2-1 measurement portion D12 and the 2-2 measurement portion D22 of the second beam 221b are arranged symmetrically with respect to the connection portion between the second connecting body 222b and the second beam 221b. As will be described later, displacement sensors are arranged at these measurement sites D11 to D22, and the force acting on the receiving unit 214 is detected by using the displacement sensors.

別言すると、本実施の形態の基本構造２００は、図１に示す基本構造１００を２つ用意し、一方の基本構造１００の固定部１５と他方の基本構造１００の受力部１４とが重なるようにして直列に配置した構造を有している。 In other words, in the basic structure 200 of the present embodiment, two basic structures 100 shown in FIG. 1 are prepared, and the fixed portion 15 of one basic structure 100 and the receiving portion 14 of the other basic structure 100 overlap each other. It has a structure arranged in series in this way.

＜２−２．基本構造の作用＞
次に、図１０に示す基本構造２００の作用について説明する。 <2-2. Action of basic structure ＞
Next, the operation of the basic structure 200 shown in FIG. 10 will be described.

受力部２１４にＸ軸方向の力Ｆｘが作用すると、この力Ｆｘは、第１−１変形部２１１ａ、第１傾動部２１３ａ及び第１−２変形部２１２ａを介して力伝達部２１６に伝達される。すなわち、力伝達部２１６にも、Ｘ軸方向の力Ｆｘが作用する。また、受力部２１４にＺ軸方向の力Ｆｚが作用すると、この力Ｆｚは、同様にして力伝達部２１６に伝達される。すなわち、力伝達部２１６にも、Ｚ軸方向の力Ｆｚが作用する。 When a force Fx in the X-axis direction acts on the force receiving portion 214, this force Fx is transmitted to the force transmitting portion 216 via the first deformed portion 211a, the first tilting portion 213a, and the 1-2 deformed portion 212a. Will be done. That is, the force Fx in the X-axis direction also acts on the force transmission unit 216. Further, when a force Fz in the Z-axis direction acts on the force receiving unit 214, this force Fz is similarly transmitted to the force transmitting unit 216. That is, the force Fz in the Z-axis direction also acts on the force transmission unit 216.

このため、受力部２１４にＸ軸正方向の力＋Ｆｘが作用した際に第１−１計測部位Ｄ１１及び第２−１計測部位Ｄ１２に生じるＺ軸方向の変位は、第１の実施の形態の受力部１４にＸ軸正方向の力＋Ｆｘが作用した際に第１計測部位Ｄ１及び第２計測部位Ｄ２に生じるＺ軸方向の変位と、それぞれ同じ方向である。このことは、第２−１計測部位Ｄ２１及び第２−２計測部位Ｄ２２に生じるＺ軸方向の変位についても成立する。但し、前述したように第１−１変形部２１１ａ及び第１−２変形部２１２ａのバネ定数が第２−１変形部２１１ｂ及び第２−２変形部２１２ｂのバネ定数よりも小さいため、第１−１計測部位Ｄ１１及び第２−１計測部位Ｄ１２に生じるＺ軸方向の変位は、第２−１計測部位Ｄ２１及び第２−２計測部位Ｄ２２に生じるＺ軸方向の変位より大きい。 Therefore, the displacement in the Z-axis direction that occurs in the 1-1 measurement portion D11 and the 2-1 measurement portion D12 when the force + Fx in the positive direction of the X-axis acts on the receiving portion 214 is the first embodiment. It is the same direction as the displacement in the Z-axis direction that occurs in the first measurement portion D1 and the second measurement portion D2 when the force + Fx in the positive direction of the X-axis acts on the force receiving portion 14. This also holds true for the displacement in the Z-axis direction that occurs at the 2-1 measurement site D21 and the 2-2 measurement site D22. However, as described above, since the spring constants of the 1-1 deformed portion 211a and the 1-2 deformed portion 212a are smaller than the spring constants of the 2-1 deformed portion 211b and the 2-2 deformed portion 212b, the first The Z-axis displacement that occurs at the -1 measurement site D11 and the 2-1 measurement site D12 is larger than the Z-axis displacement that occurs at the 2-1 measurement site D21 and the 2-2 measurement site D22.

更に、受力部２１４にＺ軸負方向の力−Ｆｚが作用した際に第１−１計測部位Ｄ１１及び第２−１計測部位Ｄ１２に生じるＺ軸方向の変位は、第１の実施の形態の受力部１４にＺ軸負方向の力−Ｆｘが作用した際に第１計測部位Ｄ１及び第２計測部位Ｄ２に生じるＺ軸方向の変位と、それぞれ同じ方向である。このことは、第２−１計測部位Ｄ２１及び第２−２計測部位Ｄ２２に生じるＺ軸方向の変位についても成立する。なお、図１０から理解されるように、受力部２１４にＺ軸方向の力Ｆｚが作用した際に、第１傾動部２１３ａは、第１−２変形部２１２ａ、第２−１変形部２１１ｂ及び第２−２変形部２１２ｂにそれぞれ生じる撓み変形によってＺ軸方向に変位する。一方、第１の実施の形態では、受力部１４にＺ軸方向の力Ｆｚが作用した際に、傾動部１３は、第２変形部１２に生じる撓み変形によってのみ、Ｚ軸方向に変位する。したがって、本実施の形態による基本構造２００では、受力部２１４にＺ軸方向の力Ｆｚが作用した際に、第１傾動部２１３ａのＺ軸方向への変位が第１−１計測部位Ｄ１１及び第２−１計測部位Ｄ１２のＺ軸方向への変位に与える影響は、第１の実施の形態より大きい。但し、ここでも、簡単のため各梁２２１ａ、２２１ｂが十分に長く、各傾動部１３ａ、２１３ｂの全体的なＺ軸方向への変位を無視して考えることとする。 Further, the displacement in the Z-axis direction that occurs in the 1-1 measurement portion D11 and the 2-1 measurement portion D12 when a force −Fz in the negative Z-axis direction acts on the receiving portion 214 is the first embodiment. This is the same direction as the displacement in the Z-axis direction that occurs in the first measurement portion D1 and the second measurement portion D2 when a force −Fx in the negative direction of the Z axis acts on the force receiving portion 14. This also holds true for the displacement in the Z-axis direction that occurs at the 2-1 measurement site D21 and the 2-2 measurement site D22. As can be understood from FIG. 10, when the force Fz in the Z-axis direction acts on the force receiving portion 214, the first tilting portion 213a becomes the 1-2 deformed portion 212a and the 2-1 deformed portion 211b. And 2-2, it is displaced in the Z-axis direction due to the bending deformation that occurs in the deformed portion 212b, respectively. On the other hand, in the first embodiment, when the force Fz in the Z-axis direction acts on the receiving portion 14, the tilting portion 13 is displaced in the Z-axis direction only by the bending deformation that occurs in the second deforming portion 12. .. Therefore, in the basic structure 200 according to the present embodiment, when the force Fz in the Z-axis direction acts on the receiving portion 214, the displacement of the first tilting portion 213a in the Z-axis direction is the 1-1 measurement portion D11 and The influence of the second 2-1 measurement site D12 on the displacement in the Z-axis direction is larger than that of the first embodiment. However, here as well, for the sake of simplicity, the beams 221a and 221b are sufficiently long, and the overall displacement of the tilting portions 13a and 213b in the Z-axis direction is ignored.

以上の考察の結果は、図１１に纏めて示されている。図１１は、Ｘ軸正方向の力＋Ｆｘ及びＺ軸負方向の力−Ｆｚが受力部２１４に作用したときに、各計測部位Ｄ１１〜Ｄ２２に生じるＺ軸方向の変位を纏めて示す図表である。図１１において、「＋」は、Ｚ軸正方向に変位することを示しており、「＋＋」は、Ｚ軸方向に大きく変位することを示している。また、「−」は、Ｚ軸負方向に変位することを示しており、「−−」は、Ｚ軸負方向に大きく変位することを示している。なお、作用する力の向きが逆になった場合には、それぞれの正負が逆になる。 The results of the above considerations are summarized in FIG. FIG. 11 is a chart showing the displacements in the Z-axis direction that occur in the measurement sites D11 to D22 when the force in the positive direction of the X-axis + Fx and the force in the negative direction of the Z-axis −Fz act on the receiving portion 214. be. In FIG. 11, “+” indicates that the displacement is positive in the Z-axis direction, and “++” indicates that the displacement is large in the Z-axis direction. Further, "-" indicates that the displacement is in the negative direction of the Z-axis, and "-" indicates that the displacement is large in the negative direction of the Z-axis. If the directions of the acting forces are reversed, the positive and negative directions of each are reversed.

＜２−３．力覚センサの構成＞
次に、１−２、１−３において説明した基本構造２００を有する力覚センサ２００ｃの構成について説明する。図１２は、図１０の基本構造２００を採用した力覚センサ２００ｃの例を示す概略正面図であり、図１３は図１２の力覚センサ２００ｃに採用されている検出回路２４０のブロック図である。 <2-3. Force sensor configuration ＞
Next, the configuration of the force sensor 200c having the basic structure 200 described in 1-2, 1-3 will be described. FIG. 12 is a schematic front view showing an example of the force sensor 200c adopting the basic structure 200 of FIG. 10, and FIG. 13 is a block diagram of the detection circuit 240 adopted in the force sensor 200c of FIG. ..

図１２に示すように、力覚センサ２００ｃは、上述した基本構造２００と、基本構造２００の各梁２２１ａ、２２１ｂに規定された４つの計測部位Ｄ１１〜Ｄ２２に生じるそれぞれの変位に基づいて、作用した力を検出する検出回路２４０と、を有している。本実施の形態の検出回路２４０は、図１２に示すように、変位センサとして、第１−１計測部位Ｄ１１に配置された第１−１容量素子Ｃ１１、第１−２計測部位Ｄ１２に配置された第１−２容量素子Ｃ１２、第２−１計測部位Ｄ２１に配置された第２−１容量素子Ｃ２１、及び、第２−２計測部位Ｄ２２に配置された第２−２容量素子Ｃ２２を有している。 As shown in FIG. 12, the force sensor 200c operates based on the above-mentioned basic structure 200 and the displacements that occur in the four measurement sites D11 to D22 defined in the beams 221a and 221b of the basic structure 200. It has a detection circuit 240 for detecting the generated force. As shown in FIG. 12, the detection circuit 240 of the present embodiment is arranged as a displacement sensor in the 1-1 capacitance element C11 and the 1-2 measurement site D12 arranged in the 1-1 measurement site D11. It also has a 1-2 capacitive element C12, a 2-1 capacitive element C21 arranged at the 2-1 measurement site D21, and a 2-2 capacitive element C22 arranged at the 2-2 measurement site D22. doing.

更に、検出回路２４０は、後述されるように、容量素子Ｃ１１〜Ｃ２２に接続され、当該容量素子Ｃ１１〜Ｃ２２の静電容量値の変動量に基づいて、作用した力を計測し出力する機能を有している。図示されるように、第１−１容量素子Ｃ１１及び第１−２容量素子Ｃ１２は、第１梁２２１ａと第１接続体２２２ａとの接続部位に関して対称的に配置されており、第２−１容量素子Ｃ２１及び第２−２容量素子Ｃ２２は、第２梁２２１ｂと第２接続体２２２ｂとの接続部位に関して対称的に配置されている。 Further, as will be described later, the detection circuit 240 has a function of being connected to the capacitance elements C11 to C22 and measuring and outputting the acting force based on the fluctuation amount of the capacitance value of the capacitance elements C11 to C22. Have. As shown, the 1-1 capacitive element C11 and the 1-2 capacitive element C12 are arranged symmetrically with respect to the connection portion between the first beam 221a and the first connecting body 222a, and are arranged symmetrically with respect to the connection portion of the first beam 221a and the first connecting body 222a. The capacitive element C21 and the 2-2 capacitive element C22 are arranged symmetrically with respect to the connection portion between the second beam 221b and the second connecting body 222b.

図１２に示すように、第１−１容量素子Ｃ１１は、第１梁２２１ａの第１−１計測部位Ｄ１１に絶縁体を介して配置された第１−１変位電極Ｅｍ１１と、支持体２５０上に絶縁体を介して第１−１変位電極Ｅｍ１１に対向して配置された第１−１固定電極Ｅｆ１１と、を有している。第１−２容量素子Ｃ１２は、第１梁２２１ａの第１−２計測部位Ｄ１２に絶縁体を介して配置された第１−２変位電極Ｅｍ１２と、支持体２５０上に絶縁体を介して第１−２変位電極Ｅｍ１２に対向して配置された第１−２固定電極Ｅｆ１２と、を有している。なお、第１−１変位電極Ｅｍ１１及び第１−２変位電極Ｅｍ１２と、１−１固定電極Ｅｆ１１及び１−２固定電極Ｅｆ１２と、の一方が共通の電極で構成されていても良い。 As shown in FIG. 12, the 1-1 capacitance element C11 is on the support 250 and the 1-1 displacement electrode Em11 arranged at the 1-1 measurement portion D11 of the first beam 221a via an insulator. It has a 1-1 fixed electrode Ef11 arranged so as to face the 1-1 displacement electrode Em11 via an insulator. The first and second capacitive elements C12 are the first and second displacement electrodes Em12 arranged via an insulator on the first and second measurement sites D12 of the first beam 221a and the first on the support 250 via the insulator. It has a 1-2 fixed electrode Ef12, which is arranged so as to face the 1-2 displacement electrode Em12. One of the 1-1 displacement electrode Em11 and the 1-2 displacement electrode Em12 and the 1-1 fixed electrode Ef11 and the 1-2 fixed electrode Ef12 may be configured by a common electrode.

更に、図１２に示すように、第２−１容量素子Ｃ２１は、第２梁２２１ｂの第２−１計測部位Ｄ２１に絶縁体を介して配置された第２−１変位電極Ｅｍ２１と、支持体２５０上に絶縁体を介して第２−１変位電極Ｅｍ２１に対向して配置された第２−１固定電極Ｅｆ２１と、を有している。第２−２容量素子Ｃ２２は、第２梁２２１ｂの第２−２計測部位Ｄ２２に絶縁体を介して配置された第２−２変位電極Ｅｍ２２と、支持体２５０上に絶縁体を介して第２−２変位電極Ｅｍ２２に対向して配置された第２−２固定電極Ｅｆ２２と、を有している。なお、第２−１変位電極Ｅｍ２１及び第２−２変位電極Ｅ２２と、２−１固定電極Ｅｆ２１及び２−２固定電極Ｅｆ２２と、の一方が共通の電極で構成されていても良い。 Further, as shown in FIG. 12, the 2-1 capacitance element C21 includes a second displacement electrode Em21 arranged via an insulator at the 2-1 measurement portion D21 of the second beam 221b and a support. It has a 2-1 fixed electrode Ef21 arranged on the 250 so as to face the 2-1 displacement electrode Em21 via an insulator. The 2nd-2nd capacitive element C22 has a 2nd-2nd displacement electrode Em22 arranged via an insulator at the 2nd-2nd measurement portion D22 of the 2nd beam 221b, and a second displacement electrode Em22 on the support 250 via the insulator. It has a 2-2 fixed electrode Ef22, which is arranged so as to face the 2-2 displacement electrode Em22. One of the 2-1 displacement electrode Em21 and the 2-2 displacement electrode E22 and the 2-1 fixed electrode Ef21 and the 2-2 fixed electrode Ef22 may be configured by a common electrode.

また、図１３に示すように、検出回路２４０は、第１の実施の形態の検出回路４０と同様に、Ｃ／Ｖ変換器４２及びマイコン４４を有している。但し、本実施の形態のマイコン４４は、力の検出が正常に行われているときの第１−１容量素子Ｃ１１及び第１−２容量素子Ｃ１２の静電容量値の差である第１電気信号Ｔ１（＝Ｃ１１−Ｃ１２）と、第２−１容量素子Ｃ２１及び第２−２容量素子Ｃ２２の静電容量値の差である第２電気信号Ｔ２（＝Ｃ２１−Ｃ２２）と、の比率を基準比率Ｒｓとして記憶する記憶回路を有している点で、第１の実施の形態と異なる。 Further, as shown in FIG. 13, the detection circuit 240 has a C / V converter 42 and a microcomputer 44, similarly to the detection circuit 40 of the first embodiment. However, in the microcomputer 44 of the present embodiment, the first electric circuit which is the difference between the capacitance values of the 1-1 capacitance element C11 and the 1-2 capacitance element C12 when the force is normally detected. The ratio of the signal T1 (= C11-C12) to the second electric signal T2 (= C21-C22), which is the difference between the capacitance values of the 2-1 capacitance element C21 and the 2-2 capacitance element C22. It differs from the first embodiment in that it has a storage circuit that stores the reference ratio Rs.

容量素子Ｃ１１〜Ｃ２２は、図１２には明確には図示されていないが、所定の回路によってＣ／Ｖ変換器４２に接続されており、このＣ／Ｖ変換器４２に接続されたマイコン４４によって、各容量素子Ｃ１１〜Ｃ２２の静電容量値の変動量に基づき作用した力が計測されるようになっている。 Although the capacitive elements C11 to C22 are not clearly shown in FIG. 12, they are connected to the C / V converter 42 by a predetermined circuit, and are connected to the C / V converter 42 by the microcomputer 44 connected to the C / V converter 42. , The acting force is measured based on the fluctuation amount of the capacitance value of each capacitance element C11 to C22.

＜２−４．力覚センサの作用＞
次に、図１４は、図１２の力覚センサ２００ｃに力＋Ｆｘ及び−Ｆｚが作用した際の、各容量素子Ｃ１１〜Ｃ２２の静電容量値の変動を示す図表である。図１４に示された各容量素子Ｃ１１〜Ｃ２２の静電容量値の変動は、図１１の図表から明らかである。なお、図１４において、「＋」は、静電容量値が増大することを示しており、「＋＋」は、静電容量値が大きく増大することを示している。また、「−」は、静電容量値が減少することを示しており、「−−」は、静電容量値が大きく減少することを示している。 <2-4. Action of force sensor ＞
Next, FIG. 14 is a chart showing changes in the capacitance values of the capacitance elements C11 to C22 when forces + Fx and −Fz act on the force sensor 200c of FIG. 12. The fluctuation of the capacitance value of each of the capacitance elements C11 to C22 shown in FIG. 14 is clear from the chart of FIG. In FIG. 14, “+” indicates that the capacitance value increases, and “++” indicates that the capacitance value increases significantly. Further, "-" indicates that the capacitance value decreases, and "-" indicates that the capacitance value decreases significantly.

力覚センサ２００の受力部２１４に力＋Ｆｘ、−Ｆｚが作用した際の各容量素子Ｃ１１〜Ｃ２２の静電容量値の変動の符号（増大か減少か）について見ると、第１の実施の形態による力覚センサ１００ｃの受力部１４に力＋Ｆｘ、−Ｆｚが作用した際の各容量素子Ｃ１１〜Ｃ２２の符号と同じである（図９参照）。もちろん、逆向きの力−Ｆｘ、＋Ｆｚが作用した場合についても、同様のことが成り立つ。このため、力覚センサ２００ｃに作用した力＋Ｆｘ、−Ｆｚは、上述した［式２］及び［式３］によって、それぞれ算出され得る。 Looking at the sign (increase or decrease) of the change in the capacitance value of each of the capacitance elements C11 to C22 when the force + Fx and −Fz act on the force receiving portion 214 of the force sensor 200, the first embodiment is performed. It is the same as the code of each capacitive element C11 to C22 when the force + Fx and −Fz act on the force receiving portion 14 of the force sensor 100c according to the form (see FIG. 9). Of course, the same applies when the opposite forces -Fx and + Fz act. Therefore, the forces + Fx and −Fz acting on the force sensor 200c can be calculated by the above-mentioned [Equation 2] and [Equation 3], respectively.

なお、力Ｆｘ、Ｆｚを計測するに当たっては、Ｓ／Ｎの観点から、静電容量値が相対的に大きく変動する容量素子Ｃ１１、Ｃ２１に基づく第１電気信号Ｔ１（［式４参照］）、または、全ての容量素子Ｃ１１〜Ｃ２２に基づく合算電気信号Ｔ３（［式４参照］）、を用いることが好ましい。 In measuring the forces Fx and Fz, the first electric signal T1 (see [Equation 4]) based on the capacitance elements C11 and C21 whose capacitance values fluctuate relatively greatly from the viewpoint of S / N. Alternatively, it is preferable to use the total electrical signal T3 (see [Equation 4]) based on all the capacitive elements C11 to C22.

＜２−５．故障診断＞
本実施の形態の検出回路２４０は、力覚センサ２００ｃが正常に機能しているか否かを判定する機能を有している。ここでは、この故障診断の機能について説明を行う。 <2-5. Failure diagnosis ＞
The detection circuit 240 of the present embodiment has a function of determining whether or not the force sensor 200c is functioning normally. Here, the function of this failure diagnosis will be described.

力覚センサ２００ｃの受力部２１４に力Ｆｘ、Ｆｚが繰り返し作用すると、変形体２１０に金属疲労が生じる。金属疲労は、力Ｆｘ、Ｆｚによる弾性変形が相対的に大きい第１−１変形部２１１ａ及び第１−２変形部２１２ａで顕著に発現する。この金属疲労が蓄積されると、第１−１変形部２１１ａ及び第１−２変形部２１１ｂの強度が低下し、最終的に変形体２１０が破断することになる。金属材料に金属疲労が蓄積すると、当該金属材料が軟化する。このため、第１−１変形部２１１ａ及び第１−２変形部２１２ａのバネ定数が小さくなる。すなわち、本実施の形態の変形部２１０では、第１−１変形部２１１ａ及び第１−２変形部２１２ａに金属疲労が蓄積すると、当該変形部２１１ａ、２１２ａ力Ｆｘ、Ｆｚによって大きく変形されるようになる。このため、第１−１変形部２１１ａ及び第１−２変形部２１２ａの影響を受ける第１−１容量素子Ｃ１１及び第１−２容量素子Ｃ１２によって与えられる第１電気信号Ｔ１の感度が上昇する。 When the forces Fx and Fz repeatedly act on the force receiving portion 214 of the force sensor 200c, metal fatigue occurs in the deformed body 210. Metal fatigue is remarkably exhibited in the 1-1 deformed portion 211a and the 1-2 deformed portion 212a in which the elastic deformation due to the forces Fx and Fz is relatively large. When this metal fatigue accumulates, the strength of the 1-1 deformed portion 211a and the 1-2 deformed portion 211b decreases, and finally the deformed body 210 breaks. When metal fatigue accumulates in a metal material, the metal material softens. Therefore, the spring constants of the 1-1 deformed portion 211a and the 1-2 deformed portion 212a become smaller. That is, in the deformed portion 210 of the present embodiment, when metal fatigue accumulates in the 1-1 deformed portion 211a and the 1-2 deformed portion 212a, the deformed portions 211a, 212a forces Fx and Fz are significantly deformed. become. Therefore, the sensitivity of the first electric signal T1 given by the 1-1 capacitive element C11 and the 1-2 capacitive element C12 affected by the 1-1 deformed portion 211a and the 1-2 deformed portion 212a is increased. ..

もちろん、金属疲労は、第２−１変形部２１１ｂ及び第２−２変形部２１２ｂにも発現する。しかしながら、第１−１変形部２１１ａ及び第１−２変形部２１２ａのバネ定数と、第２−１変形部２１１ｂ及び第２−２変形部２１２ｂのバネ定数と、の相違から、第２−１変形部２１１ｂ及び第２−２変形部２１２ｂに生じる金属疲労は、第１−１変形部２１１ａ及び第１−２変形部２１２ａより小さいと考えられる。 Of course, metal fatigue also appears in the 2-1 deformed portion 211b and the 2-2 deformed portion 212b. However, due to the difference between the spring constants of the 1-1 deformed portion 211a and the 1-2 deformed portion 212a and the spring constants of the 2-1 deformed portion 211b and the 2-2 deformed portion 212b, the 2-1st deformed portion 2-1. It is considered that the metal fatigue generated in the deformed portion 211b and the 2-2 deformed portion 212b is smaller than that of the 1-1 deformed portion 211a and the 1-2 deformed portion 212a.

ここで、図１５は、図１２の力覚センサ２００ｃの変形体２１０に金属疲労が生じていないときの、受力部２１４に作用するＸ軸正方向の力＋Ｆｘと電気信号Ｔ１、Ｔ２との関係を示すグラフである。図１５において、符号Ｔ１ａは、第１電気信号Ｔ１のグラフを示し、符号Ｔ２ａは、第２電気信号Ｔ２のグラフを示している。したがって、各図において、電気信号Ｔ１ａ、Ｔ２ａを示す直線の傾きは、力覚センサ２００ｃの検出感度を示すことになる。各グラフの傾き（感度）の相違は、第１−１変形部２１１ａ及び第１−２変形部２１２ａのバネ定数と、第２−１変形部２１１ｂ及び第２−２変形部２１２ｂのバネ定数と、の相違に起因している。 Here, FIG. 15 shows the force + Fx in the positive direction of the X-axis acting on the receiving portion 214 and the electric signals T1 and T2 when the deformed body 210 of the force sensor 200c of FIG. 12 is not subjected to metal fatigue. It is a graph which shows the relationship. In FIG. 15, reference numeral T1a indicates a graph of the first electric signal T1, and reference numeral T2a indicates a graph of the second electric signal T2. Therefore, in each figure, the slope of the straight line indicating the electric signals T1a and T2a indicates the detection sensitivity of the force sensor 200c. The difference in the inclination (sensitivity) of each graph is the spring constants of the 1-1 deformed portion 211a and the 1-2 deformed portion 212a and the spring constants of the 2-1 deformed portion 211b and the 2-2 deformed portion 212b. Due to the difference in.

図１５に示すように、力覚センサ２００ｃの変形体２１０に金属疲労が生じていないとき、第１電気信号Ｔ１及び第２電気信号Ｔ２は、力＋Ｆｘに比例する。第１電気信号Ｔ１を示すグラフの傾きｍ１ａは２であり、第２電気信号Ｔ２を示すグラフの傾きｍ２ａは０．５である。すなわち、傾きの比（ｍ１ａ／ｍ２ａ）は、４である。この値が、基準比率Ｒｓ（＝Ｔ１ａ／Ｔ２ａ）である。 As shown in FIG. 15, when metal fatigue does not occur in the deformed body 210 of the force sensor 200c, the first electric signal T1 and the second electric signal T2 are proportional to the force + Fx. The slope m1a of the graph showing the first electric signal T1 is 2, and the slope m2a of the graph showing the second electric signal T2 is 0.5. That is, the inclination ratio (m1a / m2a) is 4. This value is the reference ratio Rs (= T1a / T2a).

次に、図１６は、図１２の力覚センサ２００ｃの変形体２１０に金属疲労が生じているときの、受力部２１４に作用するＸ軸正方向の力＋Ｆｘと電気信号Ｔ１、Ｔ２との関係を示すグラフである。図１６において、符号Ｔ１ｂは、第１電気信号Ｔ１のグラフを示し、符号Ｔ２ｂは、第２電気信号Ｔ２のグラフを示している。 Next, FIG. 16 shows the force + Fx in the positive direction of the X-axis acting on the receiving portion 214 and the electric signals T1 and T2 when metal fatigue occurs in the deformed body 210 of the force sensor 200c of FIG. It is a graph which shows the relationship. In FIG. 16, reference numeral T1b indicates a graph of the first electric signal T1, and reference numeral T2b indicates a graph of the second electric signal T2.

図１６に示すように、力覚センサ２００ｃの変形体２１０に金属疲労が生じると、第１電気信号Ｔ１を示すグラフの傾きｍ１ｂは３に増大し（感度が５０％増大し）、第２電気信号Ｔ２を示すグラフの傾きｍ２ｂは０．６に増大した（感度が２０％増大した）。したがって、確かに、第２−１変形部２１１ｂ及び第２−２変形部２１２ｂに生じる金属疲労は、第１−１変形部２１１ａ及び第１−２変形部２１２ａよりも小さい。図１６において、各グラフの傾きの比（ｍ１ｂ／ｍ２ｂ）は、５である。 As shown in FIG. 16, when metal fatigue occurs in the deformed body 210 of the force sensor 200c, the slope m1b of the graph showing the first electric signal T1 increases to 3 (sensitivity increases by 50%), and the second electricity The slope m2b of the graph showing the signal T2 increased to 0.6 (sensitivity increased by 20%). Therefore, it is true that the metal fatigue generated in the 2-1 deformed portion 211b and the 2-2 deformed portion 212b is smaller than that in the 1-1 deformed portion 211a and the 1-2 deformed portion 212a. In FIG. 16, the slope ratio (m1b / m2b) of each graph is 5.

ここで着目すべきは、第１−１変形部２１１ａ及び第１−２変形部２１２ａと第２−１変形部２１１ｂ及び第２−２変形部２１２ｂとで、金属疲労の発現の程度が異なっているということである。すなわち、金属疲労が発現する前には、第１電気信号Ｔ１ａと第２電気信号Ｔ２ａとの比（Ｔ１ａ／Ｔ２ａ＝基準比率Ｒｓ）は、４であるのに対し、金属疲労が発現した後では、第１電気信号Ｔ１ｂと第２電気信号Ｔ２ｂとの比率（Ｔ１ｂ／Ｔ２ｂ）は、５に上昇しているということである。本実施の形態では、このことを利用して力覚センサ２００ｃの故障診断を行う。 What should be noted here is that the degree of occurrence of metal fatigue differs between the 1-1 deformed portion 211a and the 1-2 deformed portion 212a and the 2-1 deformed portion 211b and the 2-2 deformed portion 212b. It means that there is. That is, before the onset of metal fatigue, the ratio of the first electric signal T1a to the second electric signal T2a (T1a / T2a = reference ratio Rs) is 4, whereas after the onset of metal fatigue, , The ratio (T1b / T2b) of the first electric signal T1b and the second electric signal T2b has increased to 5. In the present embodiment, this is used to diagnose the failure of the force sensor 200c.

換言すれば、第１−１変形部２１１ａ及び第１−２変形部２１２ａと第２−１変形部２１１ｂ及び第２−２変形部２１２ｂとで金属疲労の蓄積及び発現の特性が異なるため、繰り返しの負荷に伴って第１電気信号Ｔ１と第２電気信号Ｔ２との比率が次第に変化する。そして、力覚センサ２００ｃに繰り返しの負荷が更に作用すると、変形体２１０は最終的に第１−１変形部２１１ａ及び第１−２変形部２１２ａのいずれかにおいて破断し、適正な力の検出を行うことができなくなる。 In other words, since the characteristics of accumulation and manifestation of metal fatigue are different between the 1-1 deformed portion 211a and the 1-2 deformed portion 212a and the 2-1 deformed portion 211b and the 2-2 deformed portion 212b, it is repeated. The ratio of the first electric signal T1 and the second electric signal T2 gradually changes with the load of. Then, when a repeated load is further applied to the force sensor 200c, the deformed body 210 finally breaks at either the 1-1 deformed portion 211a or the 1-2 deformed portion 212a, and an appropriate force is detected. You will not be able to do it.

以上のことから、力Ｆｘ、Ｆｚを、相対的にバネ定数が大きい変形部２１１ｂ、２１２ｂに関連付けられた第２電気信号Ｔ２を用いて計測しつつ、その計測時における第１電気信号Ｔ１と第２電気信号Ｔ２との比率と、金属疲労が発現していない初期状態における第１電気信号Ｔ１ａと第２電気信号Ｔ２ａとの比率と、の差が所定の範囲内にあるか否かを評価することによって、力覚センサ２００ｃが正常に機能しているか否かを判定することができる。もちろん、力Ｆｘ、Ｆｚを、第１電気信号Ｔ１に基づいて計測しても良い。この場合、第１電気信号Ｔ１を提供する容量素子Ｃ１１、Ｃ１２はバネ定数が相対的に小さい変形部２１１ａ、２１２ａに関連付けられているため、作用する力Ｆｘ、Ｆｚに対する感度が高く、Ｓ／Ｎに優れた力の計測が可能となる。あるいは、第１電気信号Ｔ１と第２電気信号Ｔ２との和で、作用する力Ｆｘ、Ｆｚを計測しても良い。 From the above, while measuring the forces Fx and Fz using the second electric signal T2 associated with the deformed portions 211b and 212b having relatively large spring constants, the first electric signal T1 and the first electric signal T1 at the time of the measurement are measured. 2 Evaluate whether or not the difference between the ratio of the electric signal T2 and the ratio of the first electric signal T1a and the second electric signal T2a in the initial state in which metal fatigue does not occur is within a predetermined range. Thereby, it can be determined whether or not the force sensor 200c is functioning normally. Of course, the forces Fx and Fz may be measured based on the first electric signal T1. In this case, since the capacitance elements C11 and C12 that provide the first electric signal T1 are associated with the deformed portions 211a and 212a having relatively small spring constants, they are highly sensitive to the acting forces Fx and Fz, and the S / N It enables excellent force measurement. Alternatively, the acting forces Fx and Fz may be measured by the sum of the first electric signal T1 and the second electric signal T2.

故障診断を行う手順は、次の通りである。すなわち、マイコン４４の比較回路が、記憶回路に記憶された初期状態の第１電気信号Ｔ１ａと第２電気信号Ｔ２ａ比率（Ｔ１ａ／Ｔ２ａ）と、現在の第１電気信号Ｔ１と第２電気信号Ｔ２との比率と、を比較する。この比較結果は、マイコン４４の診断回路に提供される。この診断回路は、提供された比較結果が所定の範囲内にあるか否かを判定する。診断の結果、初期状態の比率（Ｔ１ａ／Ｔ２ａ）と現在の比率（Ｔ１／Ｔ２）との差が所定の範囲内にあれば、マイコン４７は、力覚センサ２００ｃが正常に機能していると判定し、計測された力Ｆｘ、Ｆｚの値を出力する。一方、当該差が所定の範囲内に無ければ、マイコン４７は、力覚センサ２００ｃが正常に機能していない（故障している）と判定し、故障診断信号を出力する。 The procedure for performing a failure diagnosis is as follows. That is, the comparison circuit of the microcomputer 44 has the first electric signal T1a and the second electric signal T2a ratio (T1a / T2a) in the initial state stored in the storage circuit, and the current first electric signal T1 and second electric signal T2. Compare the ratio with. The comparison result is provided to the diagnostic circuit of the microcomputer 44. The diagnostic circuit determines if the provided comparison results are within a predetermined range. As a result of the diagnosis, if the difference between the ratio in the initial state (T1a / T2a) and the current ratio (T1 / T2) is within a predetermined range, the microcomputer 47 indicates that the force sensor 200c is functioning normally. Judgment is made and the measured force Fx and Fz values are output. On the other hand, if the difference is not within a predetermined range, the microcomputer 47 determines that the force sensor 200c is not functioning normally (failed), and outputs a failure diagnosis signal.

以上のような本実施の形態によれば、第１−１容量素子Ｃ１１及び第２−１容量素子Ｃ２１の静電容量値の変動量に基づく第１電気信号Ｔ１と、第１−２容量素子Ｃ１２及び第２−２容量素子Ｃ２２の静電容量値の変動量に基づく第２電気信号Ｔ２と、の比率の変化に基づいて、力覚センサ２００ｃの故障診断が行われる。この故障診断では、容量素子Ｃ１１〜Ｃ２２の電極に生じた異常のみならず、変形体２１０に生じた金属疲労に起因する力覚センサ２００ｃの故障をも診断することができる。さらに、力覚センサ２００ｃにおいては、傾動部２１３ａ、２１３ｂの傾動によって各計測部位Ｄ１１〜Ｄ２２が変位するため、傾動部２１３ａ、２１３ｂに生じる傾動を効果的に増幅させることができる。すなわち、本実施の形態によれば、低価格且つ高感度でありながら、単一の力覚センサ２００ｃによってそれ自身の故障診断が可能である、という力覚センサ２００ｃを提供することができる。 According to the present embodiment as described above, the first electric signal T1 based on the fluctuation amount of the capacitance value of the 1-1 capacitance element C11 and the 2-1 capacitance element C21 and the 1-2 capacitance element Failure diagnosis of the force sensor 200c is performed based on the change in the ratio of the second electric signal T2 based on the fluctuation amount of the capacitance value of the C12 and the 2-2 capacitance element C22. In this failure diagnosis, not only the abnormality generated in the electrodes of the capacitive elements C11 to C22 but also the failure of the force sensor 200c caused by the metal fatigue generated in the deformed body 210 can be diagnosed. Further, in the force sensor 200c, since the measurement portions D11 to D22 are displaced by the tilting of the tilting portions 213a and 213b, the tilting generated in the tilting portions 213a and 213b can be effectively amplified. That is, according to the present embodiment, it is possible to provide a force sensor 200c that can diagnose its own failure by a single force sensor 200c while being inexpensive and having high sensitivity.

また、本実施の形態においても、検出回路２４０は、静電容量値の差分によって作用した力Ｆｘ、Ｆｚを計測するため、使用環境の温度変化や同相ノイズの影響を受けにくい力覚センサ２００ｃが提供され得る。 Further, also in the present embodiment, since the detection circuit 240 measures the forces Fx and Fz acting by the difference in the capacitance value, the force sensor 200c which is not easily affected by the temperature change of the usage environment and the in-phase noise is provided. Can be provided.

また、変位体２０の第１−１計測部位Ｄ１１及び第１−２計測部位Ｄ１２は第１梁２２１ａに第１接続体２２２ａと第１梁２２１ａとの接続部位に関して対称的に配置され、第２−１計測部位Ｄ２１及び第２−２計測部位Ｄ２２は第２梁２２１ｂに第２接続体２２２ｂと第２梁２２１ｂとの接続部位に関して対称的に配置されている。このような対称的な配置により、作用した力が簡易な演算によって検出され得る。 Further, the 1-1 measurement portion D11 and the 1-2 measurement portion D12 of the displacement body 20 are symmetrically arranged on the first beam 221a with respect to the connection portion between the first connection body 222a and the first beam 221a, and the second beam. The -1 measurement portion D21 and the 2-2 measurement portion D22 are arranged symmetrically on the second beam 221b with respect to the connection portion between the second connecting body 222b and the second beam 221b. With such a symmetrical arrangement, the acting force can be detected by a simple calculation.

＜２−６．変形例＞
なお、以上の力覚センサ２００ｃは、変位体２２０が両持ち梁の構造を有していたが、これに代えて片持ち梁の構造を有していても良い。そのような例が図５９に示されている。図５９は、変位体２２０が片持ち梁の構造を有する、図１２の変形例による力覚センサ２０１ｃの概略正面図である。図５９に示す例では、第１変位体２２０ｐａが、上述した力覚センサ２００ｃの第１梁２２１ａのうち、第１−２計測部位Ｄ１２が規定されている側の部分が欠落した片持ち梁の構造（符号２２１ｐａ）を有している。更に、第２変位体２２０ｐｂが、力覚センサ２００ｃの第２梁２２１ｂのうち、第２−２計測部位Ｄ２２が規定されている側の部分が欠落した片持ち梁の構造（符号２２１ｐｂ）を有している。この他の構成は、図１２に示す力覚センサ２００ｃと同じであるため、図５９において、力覚センサ２００ｃと共通する構成に図１２と同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。 <2-6. Modification example ＞
In the above force sensor 200c, the displacement body 220 has a double-sided beam structure, but instead of this, a cantilever structure may be provided. An example of such is shown in FIG. FIG. 59 is a schematic front view of the force sensor 201c according to the modified example of FIG. 12, in which the displacement body 220 has a cantilever structure. In the example shown in FIG. 59, the first displacement body 220pa is a cantilever beam in which the portion of the first beam 221a of the above-mentioned force sensor 200c on which the 1-2 measurement portion D12 is defined is missing. It has a structure (reference numeral 221pa). Further, the second displacement body 220pb has a cantilever structure (reference numeral 221pb) in which the portion of the second beam 221b of the force sensor 200c on the side where the 2-2 measurement portion D22 is defined is missing. doing. Since the other configurations are the same as those of the force sensor 200c shown in FIG. 12, in FIG. 59, the configurations common to the force sensor 200c are designated by the same reference numerals as those in FIG. 12, and detailed description thereof will be omitted.

このような力覚センサ２０１ｃでは、上述した［式２］〜［式４］においてＣ２１＝Ｃ２２＝０とすれば、２−４．及び２−５．の説明に基づいて、力覚センサ２０１ｃに作用した力を検出でき、更には、力覚センサ２０１ｃの故障診断を行うことが可能である。但し、図５９に示す力覚センサ２０１ｃは、作用した力Ｆｘ、Ｆｚを容量素子の静電容量値の差によって検出することができない。このため、力覚センサ２０１ｃは、使用環境における温度変化や同相ノイズの影響を受けやすい点に注意が必要である。 In such a force sensor 201c, if C21 = C22 = 0 in the above-mentioned [Equation 2] to [Equation 4], 2-4. And 2-5. Based on the above description, the force acting on the force sensor 201c can be detected, and further, the failure diagnosis of the force sensor 201c can be performed. However, the force sensor 201c shown in FIG. 59 cannot detect the acting forces Fx and Fz due to the difference in the capacitance value of the capacitance element. Therefore, it should be noted that the force sensor 201c is easily affected by temperature changes and in-phase noise in the usage environment.

＜＜＜ §３．本発明の第３の実施の形態による力覚センサ＞＞＞
次に、本発明の第３の実施の形態による力覚センサ３００ｃについて説明する。 <<< §3. Force sensor according to the third embodiment of the present invention >>>
Next, the force sensor 300c according to the third embodiment of the present invention will be described.

＜３−１．基本構造の構成＞
図１７は、本発明の第３の実施の形態による力覚センサ３００ｃの基本構造３００を示す概略上面図である。図１８は、図１７のＹ軸正側から見た基本構造３００を示す概略正面図であり、図１９は、図１７のＸ軸正側から見た基本構造３００を示す概略側面図である。ここでは、図１７乃至図１９に示すようにＸＹＺ三次元座標系を定義して以下の説明を行うこととする。なお、図１７では、説明の便宜上、受力体３６０の図示が省略されている。 <3-1. Structure of basic structure ＞
FIG. 17 is a schematic top view showing the basic structure 300 of the force sensor 300c according to the third embodiment of the present invention. FIG. 18 is a schematic front view showing the basic structure 300 seen from the Y-axis positive side of FIG. 17, and FIG. 19 is a schematic side view showing the basic structure 300 seen from the X-axis positive side of FIG. Here, as shown in FIGS. 17 to 19, the XYZ three-dimensional coordinate system is defined and the following description is given. In FIG. 17, for convenience of explanation, the drawing of the receiving body 360 is omitted.

図１７乃至図１９に示すように、基本構造３００は、閉ループ状の変形体であって、２つの受力部３１８、３１９と、閉ループ状の経路に沿って当該２つの受力部３１８、３１９と交互に配置された２つの固定部３１６、３１７と、閉ループ状の経路に沿って隣接する受力部３１８、３１９及び固定部３１６、３１７によって挟まれた４つの間隙に１つずつ配置され、受力部３１８、３１９に作用した力ないしモーメントにより弾性変形を生じる４つの変形要素３１０Ａ〜３１０Ｄと、を有する変形体と、を備えている。基本構造３００は、更に、各変形要素３１０Ａ〜３１０Ｄに接続され、当該変形要素３１０Ａ〜３１０Ｄに生じる弾性変形により変位を生じる４つの変位体３２０Ａ〜３２０Ｄを備えている。 As shown in FIGS. 17 to 19, the basic structure 300 is a closed-loop deformed body, and has two receiving portions 318 and 319 and the two receiving portions 318 and 319 along the closed-loop path. It is arranged one by one in four gaps sandwiched between two fixing portions 316 and 317 arranged alternately with the above, and adjacent receiving portions 318, 319 and fixing portions 316 and 317 along a closed loop path. It includes four deformable elements 310A to 310D, which are elastically deformed by a force or moment acting on the receiving portions 318 and 319, and a deformed body having four deformable elements 310A to 310D. The basic structure 300 further includes four displacement bodies 320A to 320D that are connected to the deformation elements 310A to 310D and cause displacement due to elastic deformation that occurs in the deformation elements 310A to 310D.

本実施の形態では、図１７に示すように、一方の受力部３１８は正のＸ軸上に、他方の受力部３１９は負のＸ軸上に、互いに原点Ｏに関して対称的に配置されている。また、一方の固定部３１６は正のＹ軸上に、他方の固定部３１７は負のＹ軸上に、互いに原点Ｏに関して対称的に配置されている。これら受力部３１８、３１９及び固定部３１６、３１７を含む閉ループ状の変形体は、本実施の形態では、原点Ｏを中心とする円形の環状変形体３１０として構成されている。 In this embodiment, as shown in FIG. 17, one receiving portion 318 is arranged on the positive X-axis and the other receiving portion 319 is arranged symmetrically with respect to the origin O on the negative X-axis. ing. Further, one fixed portion 316 is arranged symmetrically with respect to the origin O on the positive Y axis and the other fixed portion 317 is arranged on the negative Y axis. In the present embodiment, the closed loop-shaped deformed body including the receiving portions 318, 319 and the fixed portions 316 and 317 is configured as a circular annular deformed body 310 centered on the origin O.

図１７乃至図１９に示すように、Ｚ軸方向から見てＸＹ平面の第２象限に配置された第１変形要素３１０Ａは、Ｘ軸負側に配置された受力部３１９とＹ軸正側に配置された固定部３１６との間に弧状に配置されており、Ｚ軸方向（図１７における奥行き方向）を長手方向とする第１傾動部３１３Ａと、受力部３１９と第１傾動部３１３Ａとを接続する第１−１変形部３１１Ａと、固定部３１６と第１傾動部３１３Ａとを接続する第１−２変形部３１２Ａと、を有している。図１８に示すように、第１−１変形部３１１Ａは、ＸＹ平面と平行に延在し、第１傾動部３１３ＡのＺ軸負側の端部（下端）にて、当該第１傾動部３１３Ａに接続されている。第１−２変形部３１２Ａは、ＸＹ平面と平行に延在し、第１傾動部３１３ＡのＺ軸正側の端部（上端）にて、当該第１傾動部３１３Ａに接続されている。 As shown in FIGS. 17 to 19, the first deformation element 310A arranged in the second quadrant of the XY plane when viewed from the Z-axis direction has a receiving portion 319 arranged on the negative side of the X-axis and the positive side of the Y-axis. The first tilting portion 313A, which is arranged in an arc between the fixed portions 316 arranged in the above direction and has the Z-axis direction (depth direction in FIG. 17) as the longitudinal direction, and the receiving portion 319 and the first tilting portion 313A. It has a 1-1 deformed portion 311A for connecting the above, and a 1-2 deformed portion 312A for connecting the fixed portion 316 and the first tilting portion 313A. As shown in FIG. 18, the 1-1 deformed portion 311A extends parallel to the XY plane, and at the end (lower end) on the negative side of the Z axis of the first tilting portion 313A, the first tilting portion 313A. It is connected to the. The 1-2 deformed portion 312A extends parallel to the XY plane and is connected to the first tilting portion 313A at the end (upper end) of the first tilting portion 313A on the positive side of the Z axis.

Ｚ軸方向から見てＸＹ平面の第１象限に配置された第２変形要素３１０Ｂは、Ｘ軸正側に配置された受力部３１８とＹ軸正側に配置された固定部３１６との間に弧状に配置され、Ｚ軸方向（図１７における奥行き方向）を長手方向とする第２傾動部３１３Ｂと、受力部３１８と第２傾動部３１３Ｂとを接続する第２−１変形部３１１Ｂと、固定部３１６と第２傾動部３１３Ｂとを接続する第２−２変形部３１２Ｂと、を有している。図１８に示すように、第２−１変形部３１１Ｂは、ＸＹ平面と平行に延在し、第２傾動部３１３ＢのＺ軸負側の端部（下端）にて、当該第２傾動部３１３Ｂに接続されている。第２−２変形部３１２Ｂは、ＸＹ平面と平行に延在し、第２傾動部３１３ＢのＺ軸正側の端部（上端）にて、当該第２傾動部３１３Ｂに接続されている。 The second deformation element 310B arranged in the first quadrant of the XY plane when viewed from the Z-axis direction is between the receiving portion 318 arranged on the positive side of the X-axis and the fixed portion 316 arranged on the positive side of the Y-axis. The second tilting portion 313B, which is arranged in an arc shape and has the Z-axis direction (depth direction in FIG. 17) as the longitudinal direction, and the 2-1 deforming portion 311B that connects the receiving portion 318 and the second tilting portion 313B. It has a 2-2 deformed portion 312B that connects the fixed portion 316 and the second tilting portion 313B. As shown in FIG. 18, the 2-1 deformed portion 311B extends parallel to the XY plane, and at the end (lower end) on the negative side of the Z axis of the second tilting portion 313B, the second tilting portion 313B It is connected to the. The 2-2 deformed portion 312B extends parallel to the XY plane and is connected to the second tilted portion 313B at the end (upper end) of the second tilted portion 313B on the positive side of the Z axis.

更に、詳細には図示されていないが、ＸＹ平面の第３象限及び第４象限に配置された第４変形要素３１０Ｄ及び第３変形要素３１０Ｃは、環状変形体３１０のＹ軸正側（図１７の環状変形体３１０の上半分）の部分を原点まわりに１８０°回転させたときの、上述した第２変形要素３１０Ｂ及び第１変形要素３１０Ａの構成に、それぞれ対応している。このため、ここでは、その詳細な説明を省略する。図１７乃至図１９において、第３変形要素３１０Ｃの構成要素には符号の末尾に「Ｃ」が付され、第４変形要素３１０Ｄの構成要素には符号の末尾に「Ｄ」が付されている。更に、基本構造３００の各固定部３１６、３１７は、その下端部が、後述される第１〜第４梁３２１Ａ〜３２１Ｄに所定の間隔を空けて対向配置された支持体３５０に接続されている。 Further, although not shown in detail, the fourth deformation element 310D and the third deformation element 310C arranged in the third quadrant and the fourth quadrant of the XY plane are on the Y-axis positive side of the annular deformation body 310 (FIG. 17). Corresponds to the above-described configurations of the second deformable element 310B and the first deformable element 310A when the portion of the annular deformed body 310) is rotated by 180 ° around the origin. Therefore, the detailed description thereof will be omitted here. In FIGS. 17 to 19, the components of the third deformation element 310C have a “C” at the end of the code, and the components of the fourth deformation element 310D have a “D” at the end of the code. .. Further, each of the fixing portions 316 and 317 of the basic structure 300 is connected to a support 350 whose lower end portions are opposed to the first to fourth beams 321A to 321D described later at predetermined intervals. ..

図１７乃至図１９に示すように、前述した４つの変位体３２０Ａ〜３２０Ｄは、第１〜第４変形要素３１０Ａ〜３１０Ｄの各傾動部３１３Ａ〜３１３Ｄの下端（Ｚ軸負側の端部）に１つずつ接続されている。各変位体３２０Ａ〜３２０Ｄは、それぞれ、対応する傾動部３１３Ａ〜３１３Ｄの傾動によって変位する変位部を有している。この変位部は、図１７乃至図１９に示すように、各傾動部３１３Ａ〜３１３Ｄの下端に接続体３２２Ａ〜３２２Ｄを介してそれぞれ取り付けられた第１〜第４梁３２１Ａ〜３２１Ｄである。 As shown in FIGS. 17 to 19, the four displacement bodies 320A to 320D described above are located at the lower ends (ends on the negative side of the Z axis) of the tilting portions 313A to 313D of the first to fourth deformation elements 310A to 310D. They are connected one by one. Each of the displacement bodies 320A to 320D has a displacement portion that is displaced by the tilt of the corresponding tilting portions 313A to 313D. As shown in FIGS. 17 to 19, the displacement portions are the first to fourth beams 321A to 321D attached to the lower ends of the tilting portions 313A to 313D via the connecting bodies 322A to 322D, respectively.

これらの梁３２１Ａ〜３２２Ｄは、対応する傾動部３１３Ａ〜３１３Ｄの長手方向（Ｚ軸方向）と直交する方向に延在しており、環状変形体３１０の径方向から見て、いずれも、左右対称の形状を有している。いずれの梁３２１Ａ〜３２２Ｄも、固定部３１６、３１７及び受力部３１８、３１９から離間しており、当該梁３２１Ａ〜３２２Ｄの傾動（回動）が妨げられないようになっている。そして、第１梁３２１Ａには、当該第１梁３２１Ａと第１接続体３２２Ａとの接続部位に関して対称的に、第１計測部位Ｄ１及び第２計測部位Ｄ２が規定されている。同様に、第２梁３２１Ｂには、当該第２梁３２１Ｂと第２接続体３２２Ｂとの接続部位に関して対称的に、第３計測部位Ｄ３及び第４計測部位Ｄ４が規定されており、第３梁３２１Ｃには、当該第３梁３２１Ｃと第３接続体３２２Ｃとの接続部位に関して対称的に、第５計測部位Ｄ５及び第６計測部位Ｄ６が規定されており、第４梁３２１Ｄには、当該第４梁３２１Ｄと第４接続体３２２Ｄとの接続部位に関して対称的に、第７計測部位Ｄ７及び第８計測部位Ｄ８が規定されている。後述されるように、これら第１〜第８計測部位Ｄ１〜Ｄ８のそれぞれに容量素子が２つずつ配置され、受力部３１８、３１９に作用した力及びモーメントが検出されることになる。結局、基本構造３００は、第１〜第４変形要素３１０Ａ〜３１０Ｄとして、§１で説明した基本構造１００を４つ、円環状に配置して構成されている。 These beams 321A to 322D extend in a direction orthogonal to the longitudinal direction (Z-axis direction) of the corresponding tilting portions 313A to 313D, and are symmetrical when viewed from the radial direction of the annular deformed body 310. Has the shape of. Each of the beams 321A to 322D is separated from the fixing portion 316, 317 and the receiving portion 318, 319 so that the tilting (rotation) of the beams 321A to 322D is not hindered. The first beam 321A defines the first measurement portion D1 and the second measurement portion D2 symmetrically with respect to the connection portion between the first beam 321A and the first connecting body 322A. Similarly, in the second beam 321B, the third measurement portion D3 and the fourth measurement portion D4 are defined symmetrically with respect to the connection portion between the second beam 321B and the second connecting body 322B, and the third beam In 321C, the fifth measurement part D5 and the sixth measurement part D6 are defined symmetrically with respect to the connection part between the third beam 321C and the third connecting body 322C, and the fourth beam 321D has the said third beam 321D. The seventh measurement portion D7 and the eighth measurement portion D8 are defined symmetrically with respect to the connection portion between the four beams 321D and the fourth connecting body 322D. As will be described later, two capacitive elements are arranged in each of the first to eighth measurement sites D1 to D8, and the force and the moment acting on the receiving units 318 and 319 are detected. After all, the basic structure 300 is configured by arranging four basic structures 100 described in §1 in an annular shape as the first to fourth deformable elements 310A to 310D.

更に、図１８及び図１９に示すように、環状変形体３１０のＺ軸正側には、検出対象の力を受けるための受力体３６０が配置されている。受力体３６０は、Ｚ軸方向から見て、環状変形体３１０と重なる円環の形状を有する受力体本体３６１と、受力体本体３６１のうち、環状変形体３１０の受力部３１８、３１９に面する部位に設けられた受力部接続体３６２、３６３と、を有している。これらの受力部接続体３６２、３６３が、対応する受力部３１８、３１９に接続され、受力体本体３６１に作用した力及びモーメントが、各受力部３１８、３１９に伝達されるようになっている。 Further, as shown in FIGS. 18 and 19, a receiving body 360 for receiving a force to be detected is arranged on the Z-axis positive side of the annular deformed body 310. The receiving body 360 includes a receiving body body 361 having an annular shape that overlaps with the annular deformed body 310 when viewed from the Z-axis direction, and a receiving portion 318 of the annular deformed body 310 among the receiving body main bodies 361. It has receiving force connecting bodies 362 and 363 provided at a portion facing 319. These receiving parts connecting bodies 362 and 363 are connected to the corresponding receiving parts 318 and 319 so that the force and moment acting on the receiving body main body 361 are transmitted to the respective receiving parts 318 and 319. It has become.

＜３−２．基本構造の作用＞
次に、以上のような基本構造３００の作用について説明する。 <3-2. Action of basic structure ＞
Next, the operation of the basic structure 300 as described above will be described.

（３−２−１．力＋Ｆｘが作用した場合）
図２０は、受力部３１８、３１９にＸ軸正方向の力＋Ｆｘが作用したときに、図１７の基本構造３００の各変位体３２０Ａ〜３２０Ｄに生じる変位を説明するための図である。図２０において、受力部３１８、３１９に作用する力は、黒塗りの太い矢印で示されている。また、力が作用したときに、各変形要素３１０Ａ〜３１０Ｄの傾動部３１３Ａ〜３１３Ｄに生じる傾動は、弧状の細い矢印で示されている。この矢印は、原点Ｏから観測したときの、各傾動部３１３Ａ〜３１３Ｄの傾動の向き（時計回りか、反時計回りか）を表している。更に、各傾動部３１３Ａ〜３１３Ｄの傾動によって変位体３２０Ａ〜３２０Ｄの梁３２１Ａ〜３２１Ｄの各計測部位Ｄ１〜Ｄ８に生じるＺ軸方向の変位は、ドットを丸で囲んだ記号と、×印を丸で囲んだ記号と、によって示されている。ドットを丸で囲んだ記号は、奥側から手前側への変位（Ｚ軸正方向への変位）を示しており、×印を丸で囲んだ記号は、手前側から奥側への変位（Ｚ軸負方向への変位）を示している。なお、このような図示の方法は、後述される各実施の形態においても共通である。なお、受力部３１８、３１９に作用する力は、その向きによっては、ドットを丸で囲んだ記号と、×印を丸で囲んだ記号と、によって示してある。これらの記号の意味は、前述した通りである。 (3-2-1. When force + Fx acts)
FIG. 20 is a diagram for explaining the displacements that occur in the displacement bodies 320A to 320D of the basic structure 300 of FIG. 17 when a force + Fx in the positive direction of the X axis acts on the force receiving portions 318 and 319. In FIG. 20, the force acting on the receiving portions 318 and 319 is indicated by a thick black arrow. Further, the tilt generated in the tilting portions 313A to 313D of the deforming elements 310A to 310D when a force is applied is indicated by a thin arc-shaped arrow. This arrow indicates the direction of tilt (clockwise or counterclockwise) of each tilting portion 313A to 313D when observed from the origin O. Further, the displacement in the Z-axis direction caused by the tilting of the tilting portions 313A to 313D at the measurement sites D1 to D8 of the beams 321A to 321D of the displacement bodies 320A to 320D is represented by a symbol circled with a dot and a circle with a cross. It is indicated by a symbol surrounded by. The symbols circled with dots indicate the displacement from the back side to the front side (displacement in the positive direction of the Z axis), and the symbols circled with a cross indicate the displacement from the front side to the back side (displacement from the front side to the back side). Displacement in the negative direction of the Z axis) is shown. It should be noted that such an illustrated method is also common to each embodiment described later. The force acting on the receiving portions 318 and 319 is indicated by a symbol in which the dots are circled and a symbol in which the x mark is circled, depending on the direction thereof. The meanings of these symbols are as described above.

受力体３６０を介して受力部３１８、３１９にＸ軸正方向の力＋Ｆｘが作用すると、図２０に示すように、受力部３１８、３１９がＸ軸正方向へ変位する。このことにより、第１変形要素３１０Ａは、図３に示すような圧縮力の作用を受ける。この場合、第１傾動部３１３Ａが反時計回りに傾動するため、第１梁３２１Ａも反時計回りに傾動する。この結果、第１計測部位Ｄ１はＺ軸負方向に変位し、第２計測部位Ｄ２はＺ軸正方向に変位する。 When a force + Fx in the positive direction of the X-axis acts on the receiving portions 318 and 319 via the receiving body 360, the receiving portions 318 and 319 are displaced in the positive direction of the X-axis as shown in FIG. As a result, the first deforming element 310A is subjected to the action of the compressive force as shown in FIG. In this case, since the first tilting portion 313A tilts counterclockwise, the first beam 321A also tilts counterclockwise. As a result, the first measurement site D1 is displaced in the negative direction of the Z axis, and the second measurement site D2 is displaced in the positive direction of the Z axis.

第２変形要素３１０Ｂは、受力部３１８のＸ軸正方向への変位によって、図４に示すような引張力の作用を受ける。この場合、第２傾動部３１３Ｂが反時計回りに傾動するため、第２梁３２１Ｂも反時計回りに傾動する。この結果、第３計測部位Ｄ３はＺ軸負方向に変位し、第４計測部位Ｄ４はＺ軸正方向に変位する。 The second deformation element 310B is subjected to the action of a tensile force as shown in FIG. 4 due to the displacement of the receiving portion 318 in the positive direction of the X axis. In this case, since the second tilting portion 313B tilts counterclockwise, the second beam 321B also tilts counterclockwise. As a result, the third measurement site D3 is displaced in the negative direction of the Z axis, and the fourth measurement site D4 is displaced in the positive direction of the Z axis.

第３変形要素３１０Ｃは、受力部３１８のＸ軸正方向への変位によって、図４に示すような引張力の作用を受ける。この場合、第３傾動部３１３Ｃが時計回りに傾動するため、第３梁３２１Ｃも時計回りに傾動する。この結果、第５計測部位Ｄ５はＺ軸正方向に変位し、第６計測部位Ｄ６はＺ軸負方向に変位する。 The third deformation element 310C is subjected to the action of a tensile force as shown in FIG. 4 due to the displacement of the receiving portion 318 in the positive direction of the X axis. In this case, since the third tilting portion 313C tilts clockwise, the third beam 321C also tilts clockwise. As a result, the fifth measurement site D5 is displaced in the positive direction of the Z axis, and the sixth measurement site D6 is displaced in the negative direction of the Z axis.

更に、第４変形要素３１０Ｄは、受力部３１９のＸ軸正方向への変位によって、図３に示すような圧縮力の作用を受ける。この場合、第４傾動部３１３Ｄが時計回りに傾動するため、第４梁３２１Ｄも時計回りに傾動する。この結果、第７計測部位Ｄ７はＺ軸正方向に変位し、第８計測部位Ｄ８はＺ軸負方向に変位する。 Further, the fourth deformation element 310D is subjected to the action of the compressive force as shown in FIG. 3 due to the displacement of the receiving portion 319 in the positive direction of the X axis. In this case, since the fourth tilting portion 313D tilts clockwise, the fourth beam 321D also tilts clockwise. As a result, the 7th measurement site D7 is displaced in the positive direction of the Z axis, and the 8th measurement site D8 is displaced in the negative direction of the Z axis.

（３−２−２．力＋Ｆｙが作用した場合）
次に、図２１は、受力部３１８、３１９にＹ軸正方向の力＋Ｆｙが作用したときに、図１７の基本構造３００の各変位体３２０Ａ〜３２０Ｄに生じる変位を説明するための図である。 (3-2-2. When force + Fy acts)
Next, FIG. 21 is a diagram for explaining the displacements that occur in the displacement bodies 320A to 320D of the basic structure 300 of FIG. 17 when a force + Fy in the positive direction of the Y axis acts on the force receiving portions 318 and 319. be.

受力体３６０を介して受力部３１８、３１９にＹ軸正方向の力＋Ｆｙが作用すると、図２１に示すように、受力部３１８、３１９がＹ軸正方向へ変位する。このことにより、第１変形要素３１０Ａは、図３に示すような圧縮力の作用を受ける。この場合、前述したように、第１傾動部３１３Ａ及び第１梁３２１Ａが反時計回りに傾動するため、第１計測部位Ｄ１はＺ軸負方向に変位し、第２計測部位Ｄ２はＺ軸正方向に変位する。 When a force + Fy in the positive direction of the Y axis acts on the receiving portions 318 and 319 via the receiving body 360, the receiving portions 318 and 319 are displaced in the positive direction of the Y axis as shown in FIG. As a result, the first deforming element 310A is subjected to the action of the compressive force as shown in FIG. In this case, as described above, since the first tilting portion 313A and the first beam 321A tilt counterclockwise, the first measuring portion D1 is displaced in the negative Z-axis direction, and the second measuring portion D2 is positive in the Z-axis. Displace in the direction.

第２変形要素３１０Ｂは、受力部３１８のＹ軸正方向への変位によって、図３に示すような圧縮力の作用を受ける。この場合、第２傾動部３１３Ｂ及び第２梁３２１Ｂが時計回りに傾動するため、第３計測部位Ｄ３はＺ軸正方向に変位し、第４計測部位Ｄ４はＺ軸負方向に変位する。 The second deformation element 310B is subjected to the action of a compressive force as shown in FIG. 3 due to the displacement of the receiving portion 318 in the positive direction of the Y axis. In this case, since the second tilting portion 313B and the second beam 321B are tilted clockwise, the third measurement portion D3 is displaced in the positive direction of the Z axis, and the fourth measurement portion D4 is displaced in the negative direction of the Z axis.

第３変形要素３１０Ｃは、受力部３１８のＹ軸正方向への変位によって、図４に示すような引張力の作用を受ける。この場合、第３傾動部３１３Ｃ及び第３梁３２１Ｃが時計回りに傾動するため、第５計測部位Ｄ５はＺ軸正方向に変位し、第６計測部位Ｄ６はＺ軸負方向に変位する。 The third deformation element 310C is subjected to the action of a tensile force as shown in FIG. 4 due to the displacement of the receiving portion 318 in the positive direction of the Y axis. In this case, since the third tilting portion 313C and the third beam 321C are tilted clockwise, the fifth measurement portion D5 is displaced in the positive direction of the Z axis, and the sixth measurement portion D6 is displaced in the negative direction of the Z axis.

第４変形要素３１０Ｄは、受力部３１９のＹ軸正方向への変位によって、図４に示すような引張力の作用を受ける。この場合、第４傾動部３１３Ｄ及び第４梁３２１Ｄが反時計回りに傾動するため、第７計測部位Ｄ７はＺ軸負方向に変位し、第８計測部位Ｄ８はＺ軸正方向に変位する。 The fourth deformation element 310D is subjected to the action of a tensile force as shown in FIG. 4 due to the displacement of the receiving portion 319 in the positive direction of the Y axis. In this case, since the fourth tilting portion 313D and the fourth beam 321D are tilted counterclockwise, the seventh measurement portion D7 is displaced in the negative direction of the Z axis, and the eighth measurement portion D8 is displaced in the positive direction of the Z axis.

（３−２−３．力＋Ｆｚが作用した場合）
次に、図２２は、受力部３１８、３１９にＺ軸正方向の力＋Ｆｚが作用したときに、図１７の基本構造３００の各変位体３２０Ａ〜３２０Ｄに生じる変位を説明するための図である。 (3-2-3. When force + Fz acts)
Next, FIG. 22 is a diagram for explaining the displacements that occur in the displacement bodies 320A to 320D of the basic structure 300 of FIG. 17 when a force + Fz in the Z-axis positive direction acts on the force receiving portions 318 and 319. be.

受力体３６０を介して受力部３１８、３１９にＺ軸正方向の力＋Ｆｚが作用すると、図２２に示すように、受力部３１８、３１９がＺ軸正方向へ変位する。このことにより、第１〜第４変形要素３１０Ａ〜３１０Ｄは、いずれも、図６に示すような上向きの力の作用を受ける。この場合、第１傾動部３１３Ａ及び第３傾動部３１３Ｃが時計回りに傾動するため、第１梁３２１Ａ及び第３梁３２１Ｃも時計回りに傾動する。この結果、第１計測部位Ｄ１及び第５計測部位Ｄ５はＺ軸正方向に変位し、第２計測部位Ｄ２及び第６計測部位Ｄ６はＺ軸負方向に変位する。 When a force + Fz in the Z-axis positive direction acts on the receiving portions 318 and 319 via the receiving body 360, the receiving portions 318 and 319 are displaced in the Z-axis positive direction as shown in FIG. As a result, the first to fourth deformable elements 310A to 310D are all subjected to the action of the upward force as shown in FIG. In this case, since the first tilting portion 313A and the third tilting portion 313C are tilted clockwise, the first beam 321A and the third beam 321C are also tilted clockwise. As a result, the first measurement site D1 and the fifth measurement site D5 are displaced in the positive direction of the Z axis, and the second measurement site D2 and the sixth measurement site D6 are displaced in the negative direction of the Z axis.

一方、第２傾動部３１３Ｂ及び第４傾動部３１３Ｄは、反時計回りに傾動するため、第２梁３２１Ｂ及び第４梁３２１Ｄも反時計回りに傾動する。この結果、第３計測部位Ｄ３及び第７計測部位Ｄ７はＺ軸負方向に変位し、第４計測部位Ｄ４及び第８計測部位Ｄ８はＺ軸正方向に変位する。 On the other hand, since the second tilting portion 313B and the fourth tilting portion 313D tilt counterclockwise, the second beam 321B and the fourth beam 321D also tilt counterclockwise. As a result, the third measurement site D3 and the seventh measurement site D7 are displaced in the negative direction of the Z axis, and the fourth measurement site D4 and the eighth measurement site D8 are displaced in the positive direction of the Z axis.

（３−２−４．モーメント＋Ｍｘが作用した場合）
次に、図２３は、受力部３１８、３１９にＸ軸正まわりのモーメント＋Ｍｘが作用したときに、図１７の基本構造３００の各変位体３２０Ａ〜３２０Ｄに生じる変位を説明するための図である。なお、本願では、所定の座標軸の正方向に右ネジを進める場合の当該右ネジの回転方向を、当該座標軸まわりの正のモーメントと定義することにする。 (3-2-4. When moment + Mx acts)
Next, FIG. 23 is a diagram for explaining the displacements that occur in the displacement bodies 320A to 320D of the basic structure 300 of FIG. 17 when the moment + Mx around the X-axis is applied to the receiving portions 318 and 319. be. In the present application, the rotation direction of the right-hand screw when the right-hand screw is advanced in the positive direction of the predetermined coordinate axis is defined as a positive moment around the coordinate axis.

受力体３６０を介して受力部３１８、３１９にＸ軸正まわりのモーメント＋Ｍｘが作用すると、各受力部３１８、３１９のうち、Ｙ軸正側（図２３における上側）の部位がＺ軸正方向（手前側）に変位し、Ｙ軸負側（図２３における下側）の部位がＺ軸負方向（奥側）に変位する。すなわち、第１変形要素３１０Ａ及び第２変形要素３１０Ｂには、図２２と同じ方向に力が作用する。したがって、３−２−３．で説明したように、第１計測部位Ｄ１はＺ軸正方向に変位し、第２計測部位Ｄ２はＺ軸負方向に変位し、第３計測部位Ｄ３はＺ軸負方向に変位し、第４計測部位Ｄ４はＺ軸正方向に変位する。 When a moment + Mx around the X-axis positive direction acts on the receiving portions 318 and 319 via the receiving body 360, the portion of each receiving portion 318 and 319 on the positive side of the Y-axis (upper side in FIG. 23) is the Z-axis. It is displaced in the positive direction (front side), and the portion on the negative side of the Y axis (lower side in FIG. 23) is displaced in the negative direction of the Z axis (back side). That is, a force acts on the first deforming element 310A and the second deforming element 310B in the same direction as in FIG. 22. Therefore, 3-2-3. As explained in the above, the first measurement part D1 is displaced in the positive direction of the Z axis, the second measurement part D2 is displaced in the negative direction of the Z axis, the third measurement part D3 is displaced in the negative direction of the Z axis, and the fourth The measurement site D4 is displaced in the positive direction of the Z axis.

一方、第３変形要素３１０Ｃは、受力部３１９から、図５に示すような下向きの力の作用を受ける。この場合、第３傾動部３１３Ｃが反時計回りに傾動するため、第３梁３２１Ｃも反時計回りに傾動する。この結果、第５計測部位Ｄ５はＺ軸負方向に変位し、第６計測部位Ｄ６はＺ軸正方向に変位する。 On the other hand, the third deformation element 310C is subjected to the action of a downward force as shown in FIG. 5 from the receiving portion 319. In this case, since the third tilting portion 313C tilts counterclockwise, the third beam 321C also tilts counterclockwise. As a result, the fifth measurement site D5 is displaced in the negative direction of the Z axis, and the sixth measurement site D6 is displaced in the positive direction of the Z axis.

第４変形要素３１０Ｄは、受力部３１８から、図５に示すような下向きの力の作用を受ける。この場合、第４傾動部３１３Ｄが時計回りに傾動するため、第４梁３２１Ｄも時計回りに傾動する。この結果、第７計測部位Ｄ７はＺ軸正方向に変位し、第８計測部位Ｄ８はＺ軸正方向に変位する。 The fourth deformation element 310D is subjected to the action of a downward force as shown in FIG. 5 from the receiving portion 318. In this case, since the fourth tilting portion 313D tilts clockwise, the fourth beam 321D also tilts clockwise. As a result, the 7th measurement site D7 is displaced in the Z-axis positive direction, and the 8th measurement site D8 is displaced in the Z-axis positive direction.

（３−２−５．モーメント＋Ｍｙが作用した場合）
次に、図２４は、受力部３１８、３１９にＹ軸正まわりのモーメント＋Ｍｙが作用したときに、図１７の基本構造３００の各変位体３２０Ａ〜３２０Ｄに生じる変位を説明するための図である。 (3-2-5. When moment + My acts)
Next, FIG. 24 is a diagram for explaining the displacements that occur in the displacement bodies 320A to 320D of the basic structure 300 of FIG. 17 when the moment + My in the positive direction of the Y axis acts on the receiving portions 318 and 319. be.

受力体３６０を介して受力部３１８、３１９にＹ軸正まわりのモーメント＋Ｍｙが作用すると、Ｘ軸負側に位置する受力部３１９は、Ｚ軸正方向（図２４における奥から手前に向かう方向）に変位し、Ｘ軸正側に位置する受力部３１８は、Ｚ軸負方向（図２４における手前から奥に向かう方向）に変位する。すなわち、第１変形要素３１０Ａ及び第４変形要素３１０Ｄには、図２２と同じ方向に力が作用する。したがって、３−２−３．で説明したように、第１計測部位Ｄ１はＺ軸正方向に変位し、第２計測部位Ｄ２はＺ軸負方向に変位し、第７計測部位Ｄ７はＺ軸負方向に変位し、第８計測部位Ｄ８はＺ軸正方向に変位する。 When a moment + My in the positive direction of the Y axis acts on the receiving portions 318 and 319 via the receiving body 360, the receiving portion 319 located on the negative side of the X axis moves in the positive direction of the Z axis (from the back to the front in FIG. 24). The force receiving portion 318 located on the positive side of the X-axis is displaced in the negative direction of the Z-axis (the direction from the front to the back in FIG. 24). That is, a force acts on the first deforming element 310A and the fourth deforming element 310D in the same direction as in FIG. 22. Therefore, 3-2-3. As explained in the above, the first measurement part D1 is displaced in the positive direction of the Z axis, the second measurement part D2 is displaced in the negative direction of the Z axis, the seventh measurement part D7 is displaced in the negative direction of the Z axis, and the eighth The measurement site D8 is displaced in the positive direction of the Z axis.

一方、図２４に示すように、第２変形要素３１０Ｂ及び第３変形要素３１０Ｃは、Ｚ軸負方向の力の作用を受ける（図５参照）。このような力の作用により、第２変形要素３１０Ｂでは、第２傾動部３１３Ｂが時計回りに傾動するため、第２梁３２１Ｂも時計回りに傾動する。この結果、第３計測部位Ｄ３はＺ軸正方向に変位し、第４計測部位Ｄ４はＺ軸負方向に変位する。第３変形要素３１０Ｃでは、図２３と同様に、第３傾動部３１３Ｃが反時計回りに傾動することにより、第５計測部位Ｄ５はＺ軸負方向に変位し、第６計測部位Ｄ６はＺ軸正方向に変位する。 On the other hand, as shown in FIG. 24, the second deformation element 310B and the third deformation element 310C are affected by the force in the negative direction of the Z axis (see FIG. 5). Due to the action of such a force, the second tilting portion 313B tilts clockwise in the second deforming element 310B, so that the second beam 321B also tilts clockwise. As a result, the third measurement site D3 is displaced in the positive direction of the Z axis, and the fourth measurement site D4 is displaced in the negative direction of the Z axis. In the third deformation element 310C, as in FIG. 23, the third tilting portion 313C is tilted counterclockwise, so that the fifth measurement portion D5 is displaced in the negative Z-axis direction, and the sixth measurement portion D6 is the Z-axis. Displace in the positive direction.

（３−２−６．モーメント＋Ｍｚが作用した場合）
次に、図２５は、受力部３１８、３１９にＺ軸正まわりのモーメント＋Ｍｚが作用したときに、図１７の基本構造３００の各変位体３２０Ａ〜３２０Ｄに生じる変位を説明するための図である。 (3-2-6. When moment + Mz acts)
Next, FIG. 25 is a diagram for explaining the displacements that occur in the displacement bodies 320A to 320D of the basic structure 300 of FIG. 17 when the moment + Mz around the Z-axis forward acts on the receiving portions 318 and 319. be.

受力体３６０を介して受力部３１８、３１９にＺ軸正まわりのモーメント＋Ｍｚが作用すると、Ｘ軸負側に位置する受力部３１９がＹ軸負方向へ変位し、Ｘ軸正側に位置する受力部３１８がＹ軸正方向へ変位する。Ｘ軸正側に位置する受力部３１８の変位は、力＋Ｆｙが作用した場合と同じ向きであるため（図２１参照）、Ｘ軸正側に配置された第２変形要素３１０Ｂ及び第３変形要素３１０Ｃには、図２１と同じ弾性変形が生じる。すなわち、第３計測部位Ｄ３はＺ軸正方向に変位し、第４計測部位Ｄ４はＺ軸負方向に変位し、第５計測部位Ｄ５はＺ軸正方向に変位し、第６計測部位Ｄ６はＺ軸負方向に変位する。 When a moment + Mz in the positive direction of the Z axis acts on the receiving portions 318 and 319 via the receiving body 360, the receiving portion 319 located on the negative side of the X axis is displaced in the negative direction of the Y axis and moves to the positive side of the X axis. The positioned force receiving portion 318 is displaced in the positive direction of the Y axis. Since the displacement of the receiving portion 318 located on the positive side of the X-axis is in the same direction as when the force + Fy is applied (see FIG. 21), the second deformation element 310B and the third deformation arranged on the positive side of the X-axis The element 310C undergoes the same elastic deformation as in FIG. That is, the third measurement site D3 is displaced in the positive direction of the Z axis, the fourth measurement site D4 is displaced in the negative direction of the Z axis, the fifth measurement site D5 is displaced in the positive direction of the Z axis, and the sixth measurement site D6 is displaced. Displace in the negative direction of the Z axis.

一方、第１変形要素３１０Ａは、受力部３１９のＹ軸負方向への変位によって、図４に示すような引張力の作用を受ける。この場合、第１傾動部３１３Ａ及び第１梁３２１Ａが時計回りに傾動するため、第１計測部位Ｄ１はＺ軸正方向に変位し、第２計測部位Ｄ２はＺ軸負方向に変位する。 On the other hand, the first deforming element 310A is subjected to the action of the tensile force as shown in FIG. 4 due to the displacement of the receiving portion 319 in the negative direction of the Y axis. In this case, since the first tilting portion 313A and the first beam 321A are tilted clockwise, the first measuring portion D1 is displaced in the positive direction of the Z axis, and the second measuring portion D2 is displaced in the negative direction of the Z axis.

また、第４変形要素３１０Ｄは、受力部３１９のＹ軸負方向への変位によって、図３に示すような圧縮力の作用を受ける。この場合、第４傾動部３１３Ｄ及び第４梁３２１Ｄが時計回りに傾動するため、第７計測部位Ｄ７はＺ軸正方向に変位し、第８計測部位Ｄ８はＺ軸負方向に変位する。 Further, the fourth deformation element 310D is subjected to the action of a compressive force as shown in FIG. 3 due to the displacement of the receiving portion 319 in the negative direction of the Y axis. In this case, since the fourth tilting portion 313D and the fourth beam 321D are tilted clockwise, the seventh measurement portion D7 is displaced in the positive direction of the Z axis, and the eighth measurement portion D8 is displaced in the negative direction of the Z axis.

以上のまとめとして、図２６には、受力部３１８、３１９にＸＹＺ三次元座標系の各軸方向の力＋Ｆｘ、＋Ｆｙ、＋Ｆｚ及び各軸まわりのモーメント＋Ｍｘ、＋Ｍｙ、＋Ｍｚが作用したときに図１７の基本構造３００の各傾動部３１３Ａ〜３１３Ｄに生じる傾動の向きと、各変位体３２０Ａ〜３２０Ｂの各計測部位Ｄ１〜Ｄ８に生じる変位とが、一覧で示されている。図２６において、各傾動部３１３Ａ〜３１３Ｄの欄に記された回動の向き（時計回り／反時計回り）は、原点Ｏから観測したときの向きである。また、各計測部位Ｄ１〜Ｄ８の欄に記された「＋」の記号は、対応する変位部と支持体３５０との離間距離が増大することを意味し、「−」の記号は、対応する変位部と支持体３５０との離間距離が減少することを意味している。 As a summary of the above, FIG. 26 shows a diagram when a force + Fx, + Fy, + Fz in each axis direction of the XYZ three-dimensional coordinate system and a moment + Mx, + My, + Mz around each axis act on the receiving units 318 and 319. The direction of tilt occurring in each of the tilting portions 313A to 313D of the basic structure 300 of 17, and the displacement occurring in each of the measurement sites D1 to D8 of each of the displacement bodies 320A to 320B are shown in a list. In FIG. 26, the direction of rotation (clockwise / counterclockwise) described in the columns of the tilting portions 313A to 313D is the direction when observed from the origin O. Further, the "+" symbol in the columns of the measurement sites D1 to D8 means that the distance between the corresponding displacement portion and the support 350 increases, and the "-" symbol corresponds to the corresponding displacement portion. This means that the separation distance between the displacement portion and the support 350 is reduced.

なお、受力体３６０に作用する力及びモーメントが負方向及び負まわりである場合には、上述した各場合において、傾動部３１３Ａ〜３１３Ｄの傾動の向きが全て逆になる。この結果、各変位体３２０Ａ〜３２０Ｄの計測部位Ｄ１〜Ｄ８に生じる変位の向きも逆になり、図２６に一覧で示した傾動の向き、及び、各計測部位Ｄ１〜Ｄ８と支持体３５０との離間距離の増減（＋／−）が、全て逆になる。 When the force and the moment acting on the receiving body 360 are in the negative direction and the negative rotation, the tilting directions of the tilting portions 313A to 313D are all reversed in each of the above cases. As a result, the directions of displacements that occur in the measurement sites D1 to D8 of the displacement bodies 320A to 320D are also reversed, and the tilt directions listed in FIG. The increase / decrease (+/-) of the separation distance is all reversed.

＜３−３．力覚センサの構成＞
次に、３−１、３−２において説明した基本構造３００を有する力覚センサ３００ｃの構成について説明する。 <3-3. Force sensor configuration ＞
Next, the configuration of the force sensor 300c having the basic structure 300 described in 3-1 and 3-2 will be described.

図２７は、図１７に示す基本構造３００を採用した力覚センサ３００ｃの一例を示す概略上面図であり、図２８は、Ｙ軸正側から見た、図２７に示す力覚センサ３００ｃを示す概略正面図である。 27 is a schematic top view showing an example of the force sensor 300c adopting the basic structure 300 shown in FIG. 17, and FIG. 28 shows the force sensor 300c shown in FIG. 27 as viewed from the positive side of the Y-axis. It is a schematic front view.

図２７及び図２８に示すように、力覚センサ３００ｃは、上述した基本構造３００と、基本構造３００の変位体３２０Ａ〜３２０Ｄの各計測部位Ｄ１〜Ｄ８に生じる変位に基づいて、作用した力及びモーメントを検出する検出回路３４０と、を有している。本実施の形態の検出回路３４０は、図２７及び図２８に示すように、各変位体３２０Ａ〜３２０Ｄの各計測部位Ｄ１〜Ｄ８に２つずつ配置された、合計１６個の容量素子Ｃ１１〜Ｃ８２と、これらの容量素子Ｃ１１〜Ｃ８２に接続され、当該容量素子Ｃ１１〜Ｃ８２の静電容量値の変動量に基づいて、作用した力を計測するマイコン３４４と、を有している。 As shown in FIGS. 27 and 28, the force sensor 300c is based on the above-mentioned basic structure 300 and the displacements generated in the measurement sites D1 to D8 of the displacement bodies 320A to 320D of the basic structure 300, and the acting force and the force. It has a detection circuit 340 for detecting a moment. As shown in FIGS. 27 and 28, the detection circuit 340 of the present embodiment has a total of 16 capacitive elements C11 to C82 arranged in each of the measurement sites D1 to D8 of the displacement bodies 320A to 320D. And a microcomputer 344 connected to these capacitance elements C11 to C82 and measuring the acting force based on the fluctuation amount of the capacitance value of the capacitance elements C11 to C82.

容量素子Ｃ１１〜Ｃ８２の具体的な配置は次の通りである。すなわち、図２７及び図２８に示すように、第１−１容量素子Ｃ１１及び第２−１容量素子Ｃ２１は、第１梁３２１Ａと第１接続体３２２Ａとの接続部位に関して対称的に配置されており、第１−２容量素子Ｃ１２及び第２−２容量素子Ｃ２２は、第１−１容量素子Ｃ１１と第２−１容量素子Ｃ２１との間に、当該接続部位に関して対称的に配置されている。この他の容量素子も同様に配置されている。すなわち、第３−１容量素子Ｃ３１及び第４−１容量素子Ｃ４１は、第２梁３２１Ｂと第２接続体３２２Ｂとの接続部位に関して対称的に配置されており、第３−２容量素子Ｃ３２及び第４−２容量素子Ｃ４２は、第３−１容量素子Ｃ３１と第４−１容量素子Ｃ４１との間に、当該接続部位に関して対称的に配置されている。第５−１容量素子Ｃ５１及び第６−１容量素子Ｃ６１は、第３梁３２１Ｃと第３接続体３２２Ｃとの接続部位に関して対称的に配置されており、第５−２容量素子Ｃ５２及び第６−２容量素子Ｃ６２は、第５−１容量素子Ｃ５１と第６−１容量素子Ｃ６１との間に、当該接続部位に関して対称的に配置されている。更に、第７−１容量素子Ｃ７１及び第８−１容量素子Ｃ８１は、第４梁３２１Ｄと第４接続体３２２Ｄとの接続部位に関して対称的に配置されており、第７−２容量素子Ｃ７２及び第８−２容量素子Ｃ８２は、第７−１容量素子Ｃ７１と第８−１容量素子Ｃ８１との間に、当該接続部位に関して対称的に配置されている。 The specific arrangement of the capacitive elements C11 to C82 is as follows. That is, as shown in FIGS. 27 and 28, the 1-1 capacitance element C11 and the 2-1 capacitance element C21 are arranged symmetrically with respect to the connection portion between the first beam 321A and the first connector 322A. The first and second capacitance elements C12 and the second and second capacitance elements C22 are arranged symmetrically with respect to the connection portion between the first and second capacitance elements C11 and the 2-1 capacitance element C21. .. Other capacitive elements are also arranged in the same manner. That is, the 3-1st capacitive element C31 and the 4-1th capacitive element C41 are symmetrically arranged with respect to the connection portion between the second beam 321B and the second connecting body 322B, and the 3rd-2nd capacitive element C32 and the 3rd capacitive element C32 and the second connecting body 322B are arranged symmetrically. The 4-2nd capacitance element C42 is arranged symmetrically with respect to the connection portion between the 3-1st capacitance element C31 and the 4-1th capacitance element C41. The 5-1st capacitive element C51 and the 6-1th capacitive element C61 are arranged symmetrically with respect to the connection portion between the third beam 321C and the third connecting body 322C, and the 5-2nd capacitive element C52 and the sixth are arranged. The -2 capacitance element C62 is arranged symmetrically with respect to the connection portion between the 5-1 capacitance element C51 and the 6-1 capacitance element C61. Further, the 7-1 capacitance element C71 and the 8-1 capacitance element C81 are symmetrically arranged with respect to the connection portion between the 4th beam 321D and the 4th connecting body 322D, and the 7-2 capacitance element C72 and the 8-1 capacitance element C81 are arranged symmetrically. The 8th-2nd capacitive element C82 is arranged symmetrically with respect to the connection portion between the 7-1th capacitive element C71 and the 8-1th capacitive element C81.

後述されるように、各梁３２１Ａ〜３２１Ｄの外側に配置された８つの容量素子Ｃｎ１（ｎ＝１、２、・・・８）が、第１変位センサとして作用した力及びモーメントを示す第１電気信号Ｔ１を出力するために用いられ、各梁３２１Ａ〜３２１Ｄの内側に配置された８つの容量素子Ｃｎ２（ｎ＝１、２、・・・８）が、第２変位センサとして作用した力及びモーメントを示す第２電気信号Ｔ２を計測するために用いられる。 As will be described later, the first one showing the force and moment that the eight capacitive elements Cn1 (n = 1, 2, ... 8) arranged outside each of the beams 321A to 321D acted as the first displacement sensor. Eight capacitive elements Cn2 (n = 1, 2, ... 8) used to output the electric signal T1 and arranged inside each beam 321A to 321D act as a second displacement sensor and the force. It is used to measure the second electric signal T2 indicating the moment.

各容量素子Ｃ１１〜Ｃ８２の具体的な構成は、図７に示す力覚センサ１００ｃの各容量素子Ｃ１１〜Ｃ２２と同様である。すなわち、第ｎ計測部位Ｄｎ（ｎ＝１、２、・・・、８）に配置されている第ｎ−１容量素子Ｃｎ１（ｎ＝１、２、・・・、８）は、第ｎ計測部位Ｄｎに絶縁体（不図示）を介して配置された第ｎ−１変位電極Ｅｍｎ１（ｎ＝１、２、・・・、８）と、支持体３５０上に絶縁体（不図示）を介し第ｎ−１変位電極Ｅｍｎ１と対向配置された第ｎ−１固定電極Ｅｆｎ１（ｎ＝１、２、・・・、８）と、を有している。また、第ｎ−２容量素子Ｃｎ２（ｎ＝１、２、・・・、８）は、第ｎ計測部位Ｄｎ（ｎ＝１、２、・・・、８）に第ｎ−１変位電極Ｅｍｎ１に隣接して絶縁体（不図示）を介して配置された第ｎ−２変位電極Ｅｍｎ２（ｎ＝１、２、・・・、８）と、支持体２５０上に絶縁体（不図示）を介し第ｎ−２変位電極Ｅｍｎ２と対向配置された第ｎ−２固定電極Ｅｆｎ２（ｎ＝１、２、・・・、８）と、を有している。 The specific configuration of the capacitance elements C11 to C82 is the same as that of the capacitance elements C11 to C22 of the force sensor 100c shown in FIG. 7. That is, the n-1th capacitive element Cn1 (n = 1, 2, ..., 8) arranged at the nth measurement site Dn (n = 1, 2, ..., 8) is the nth measurement. The n-1th displacement electrode Emn1 (n = 1, 2, ..., 8) arranged at the portion Dn via an insulator (not shown) and the insulator 350 on the support 350 via an insulator (not shown). It has an n-1 fixed electrode Efn1 (n = 1, 2, ..., 8) arranged to face the n-1th displacement electrode Emn1. Further, the n-2nd capacitive element Cn2 (n = 1, 2, ..., 8) has the n-1th displacement electrode Emn1 at the nth measurement site Dn (n = 1, 2, ..., 8). The n-2nd displacement electrode Emn2 (n = 1, 2, ..., 8) arranged adjacent to the support 250 via an insulator (not shown) and an insulator (not shown) are placed on the support 250. It has the n-2nd fixed electrode Efn2 (n = 1, 2, ..., 8) arranged to face the n-2th displacement electrode Emn2.

これらの容量素子Ｃ１１〜Ｃ８２は、図２７及び図２８には明確には図示されていないが、所定の回路によってマイコン３４４に接続されており、各容量素子Ｃ１１〜Ｃ８２の静電容量値が当該マイコン３４４に提供されるようになっている。 Although these capacitance elements C11 to C82 are not clearly shown in FIGS. 27 and 28, they are connected to the microcomputer 344 by a predetermined circuit, and the capacitance values of the capacitance elements C11 to C82 are the relevant capacitance values. It is provided to the microcomputer 344.

＜２−４．力覚センサの作用＞
次に、図２９を参照して、２−３．で説明した力覚センサ２００ｃの作用について説明する。 <2-4. Action of force sensor ＞
Next, with reference to FIG. 29, 2-3. The operation of the force sensor 200c described in the above will be described.

図２９は、受力部３１８，３１９にＸＹＺ三次元座標系における各軸方向の力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ及び各軸まわりのモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚが作用したときの、図２７に示す力覚センサの各容量素子Ｃ１１〜Ｃ８２の静電容量値の増減を一覧で示す図表である。この図表において、「＋」は、静電容量値が増大することを示しており、「＋＋」は、静電容量値が大きく増大することを示している。また、「−」は、静電容量値が減少することを示しており、「−−」は、静電容量値が大きく減少することを示している。 FIG. 29 shows the force sensor shown in FIG. 27 when the forces Fx, Fy, Fz in each axial direction and the moments Mx, My, Mz around each axis act on the receiving units 318, 319 in the XYZ three-dimensional coordinate system. It is a chart which shows the increase / decrease of the capacitance value of each capacitance element C11-C82 of a sensor in a list. In this chart, "+" indicates that the capacitance value increases, and "++" indicates that the capacitance value increases significantly. Further, "-" indicates that the capacitance value decreases, and "-" indicates that the capacitance value decreases significantly.

図２９に示されている各容量素子Ｃ１１〜Ｃ８２の静電容量値の符号（正か負か）については、図２６に示す基本構造３００の各計測部位Ｄ１〜Ｄ８に生じる変位から明らかである。また、各容量素子Ｃ１１〜Ｃ８２の静電容量値の変動の大きさは、傾動部３１３Ａ〜３１３Ｄと梁３２１Ａ〜３２１Ｄとの接続部位から、すなわち各梁３２１Ａ〜３２１Ｄの傾動の中心から、各容量素子Ｃ１１〜Ｃ２２までの距離を考慮することにより理解される。すなわち、各梁３２１Ａ〜３２１Ｄの傾動の中心から相対的に遠位に配置された８つの容量素子Ｃｎ１（ｎ＝１、２、・・・８）（第１変位センサ）では、静電容量値の変動が相対的に大きく、相対的に当該傾動の中心の近位に配置された８つの容量素子Ｃｎ２（ｎ＝１、２、・・・８）（第２変位センサ）では、静電容量値の変動が相対的に小さい。 The sign (positive or negative) of the capacitance value of each capacitance element C11 to C82 shown in FIG. 29 is clear from the displacement occurring in each measurement portion D1 to D8 of the basic structure 300 shown in FIG. .. Further, the magnitude of the fluctuation of the capacitance value of each capacitance element C11 to C82 is determined from the connection portion between the tilting portions 313A to 313D and the beams 321A to 321D, that is, from the center of tilting of the beams 321A to 321D. It is understood by considering the distances from the elements C11 to C22. That is, in the eight capacitance elements Cn1 (n = 1, 2, ... 8) (first displacement sensor) arranged relatively distal to the center of tilt of each beam 321A to 321D, the capacitance value The capacitance of the eight capacitive elements Cn2 (n = 1, 2, ... 8) (second displacement sensor) arranged relatively proximal to the center of the tilt is relatively large. The fluctuation of the value is relatively small.

以上から、上記１−４．と同様に考えることにより、受力部３１８，３１９に作用した各軸方向の力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ及び各軸まわりのモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚは、次の［式６］及び［式７］のいずれかにより計測される。各式の左辺の末尾の数字「１」及び「２」は、力及びモーメントが、容量素子Ｃｎ１（ｎ＝１、２、・・・８）（第１変位センサ）から計測されたのか、あるいは容量素子Ｃｎ２（ｎ＝１、２、・・・８）（第２変位センサ）から計測されたのか、を区別するための符号である。
［式６］
＋Ｆｘ１＝Ｃ１１−Ｃ２１＋Ｃ３１−Ｃ４１−Ｃ５１＋Ｃ６１−Ｃ７１＋Ｃ８１
＋Ｆｙ１＝Ｃ１１−Ｃ２１−Ｃ３１＋Ｃ４１−Ｃ５１＋Ｃ６１＋Ｃ７１−Ｃ８１
＋Ｆｚ１＝−Ｃ１１＋Ｃ２１＋Ｃ３１−Ｃ４１−Ｃ５１＋Ｃ６１＋Ｃ７１−Ｃ８１
＋Ｍｘ１＝−Ｃ１１＋Ｃ２１＋Ｃ３１−Ｃ４１＋Ｃ５１−Ｃ６１−Ｃ７１＋Ｃ８１
＋Ｍｙ１＝−Ｃ１１＋Ｃ２１−Ｃ３１＋Ｃ４１＋Ｃ５１−Ｃ６１＋Ｃ７１−Ｃ８１
＋Ｍｚ１＝−Ｃ１１＋Ｃ２１−Ｃ３１＋Ｃ４１−Ｃ５１＋Ｃ６１−Ｃ７１＋Ｃ８１
［式７］
＋Ｆｘ２＝Ｃ１２−Ｃ２２＋Ｃ３２−Ｃ４２−Ｃ５２＋Ｃ６２−Ｃ７２＋Ｃ８２
＋Ｆｙ２＝Ｃ１２−Ｃ２２−Ｃ３２＋Ｃ４２−Ｃ５２＋Ｃ６２＋Ｃ７２−Ｃ８２
＋Ｆｚ２＝−Ｃ１２＋Ｃ２２＋Ｃ３２−Ｃ４２−Ｃ５２＋Ｃ６２＋Ｃ７２−Ｃ８２
＋Ｍｘ２＝−Ｃ１２＋Ｃ２２＋Ｃ３２−Ｃ４２＋Ｃ５２−Ｃ６２−Ｃ７２＋Ｃ８２
＋Ｍｙ２＝−Ｃ１２＋Ｃ２２−Ｃ３２＋Ｃ４２＋Ｃ５２−Ｃ６２＋Ｃ７２−Ｃ８２
＋Ｍｚ２＝−Ｃ１２＋Ｃ２２−Ｃ３２＋Ｃ４２−Ｃ５２＋Ｃ６２−Ｃ７２＋Ｃ８２ From the above, the above 1-4. The forces Fx, Fy, Fz in each axial direction and the moments Mx, My, Mz around each axis acting on the receiving portions 318, 319 are calculated in the same manner as in the following [Equation 6] and [Equation 7]. It is measured by either of. The numbers "1" and "2" at the end of the left side of each equation indicate whether the force and moment were measured from the capacitive element Cn1 (n = 1, 2, ... 8) (first displacement sensor). It is a code for distinguishing whether it was measured from the capacitive element Cn2 (n = 1, 2, ... 8) (second displacement sensor).
[Equation 6]
+ Fx1 = C11-C21 + C31-C41-C51 + C61-C71 + C81
+ Fy1 = C11-C21-C31 + C41-C51 + C61 + C71-C81
+ Fz1 = -C11 + C21 + C31-C41-C51 + C61 + C71-C81
+ Mx1 = -C11 + C21 + C31-C41 + C51-C61-C71 + C81
+ My1 = -C11 + C21-C31 + C41 + C51-C61 + C71-C81
+ Mz1 = -C11 + C21-C31 + C41-C51 + C61-C71 + C81
[Equation 7]
+ Fx2 = C12-C22 + C32-C42-C52 + C62-C72 + C82
+ Fy2 = C12-C22-C32 + C42-C52 + C62 + C72-C82
+ Fz2 = -C12 + C22 + C32-C42-C52 + C62 + C72-C82
+ Mx2 = -C12 + C22 + C32-C42 + C52-C62-C72 + C82
+ My2 = -C12 + C22-C32 + C42 + C52-C62 + C72-C82
+ Mz2 = -C12 + C22-C32 + C42-C52 + C62-C72 + C82

もちろん、次の［式８］に示す［式６］と［式７］との和によって、各力Ｆｘ〜Ｆｚ及びモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚを計測しても良い。［式６］と［式７］との和による式の末尾には「３」を付して、［式６］及び［式７］と区別している。ここでは、検出回路３４０からの、［式６］に対応する電気信号を第１電気信号Ｔ１と呼び、［式７］に対応する電気信号を第２電気信号Ｔ２と呼び、［式８］に対応する電気信号を合算電気信号Ｔ３と呼ぶことにする。
［式８］
＋Ｆｘ３＝Ｆｘ１＋Ｆｘ２
＋Ｆｙ３＝Ｆｙ１＋Ｆｙ２
＋Ｆｚ３＝Ｆｚ１＋Ｆｚ２
＋Ｍｘ３＝Ｍｘ１＋Ｍｘ２
＋Ｍｙ３＝Ｍｙ１＋Ｍｙ２
＋Ｍｚ３＝Ｍｚ１＋Ｍｚ２ Of course, each force Fx to Fz and moments Mx, My, Mz may be measured by the sum of [Equation 6] and [Equation 7] shown in the following [Equation 8]. The sum of [Equation 6] and [Equation 7] is added with "3" at the end to distinguish it from [Equation 6] and [Equation 7]. Here, the electric signal corresponding to [Equation 6] from the detection circuit 340 is referred to as a first electric signal T1, the electric signal corresponding to [Equation 7] is referred to as a second electric signal T2, and is referred to in [Equation 8]. The corresponding electric signal will be referred to as a total electric signal T3.
[Equation 8]
+ Fx3 = Fx1 + Fx2
+ Fy3 = Fy1 + Fy2
+ Fz3 = Fz1 + Fz2
+ Mx3 = Mx1 + Mx2
+ My3 = My1 + My2
+ Mz3 = Mz1 + Mz2

なお、力覚センサ３００ｃの受力体３６０に負方向の力−Ｆｘ、−Ｆｙ、−Ｆｚまたは負まわりのモーメント−Ｍｘ、−Ｍｙ、−Ｍｚが作用した場合は、前述したように、各容量素子Ｃ１１〜Ｃ８２の電極間の離間距離の増減が図２９とは逆になる。このため、力−Ｆｘ、−Ｆｙ、−Ｆｚまたはモーメント−Ｍｘ、−Ｍｙ、−Ｍｚを検出するには、［式６］〜［式８］の右辺及び左辺の符号を全て逆にすればよい。結局、負の力及び負のモーメントが作用しても、［式６］〜［式８］によって力及びモーメントが計測されることになる。 When a force in the negative direction -Fx, -Fy, -Fz or a negative moment -Mx, -My, -Mz acts on the receiving body 360 of the force sensor 300c, each capacitance is as described above. The increase / decrease in the separation distance between the electrodes of the elements C11 to C82 is opposite to that in FIG. 29. Therefore, in order to detect the force -Fx, -Fy, -Fz or the moment -Mx, -My, -Mz, all the signs on the right side and the left side of [Equation 6] to [Equation 8] may be reversed. .. After all, even if a negative force and a negative moment act, the force and the moment are measured by [Equation 6] to [Equation 8].

力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ及びモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚを計測するに当たっては、Ｓ／Ｎの観点から、各梁３２１Ａ〜３２１Ｄの傾動の中心から遠位にあり静電容量値の変動量が相対的に大きい容量素子Ｃ１ｎ（ｎ＝１，２，・・・，８）（第１変位センサ）に基づく第１電気信号Ｔ１（［式６］に対応）、または、全ての容量素子Ｃ１１〜Ｃ８２に基づく合算電気信号Ｔ３（［式８］に対応）、を用いることが好ましい。 In measuring the forces Fx, Fy, Fz and the moments Mx, My, Mz, from the viewpoint of S / N, each beam 321A to 321D is distal to the center of tilt, and the amount of variation in the capacitance value is relative. For the first electric signal T1 (corresponding to [Equation 6]) based on the large capacitive element C1n (n = 1, 2, ..., 8) (first displacement sensor), or for all the capacitive elements C11 to C82. It is preferable to use the total electric signal T3 (corresponding to [Equation 8]) based on the above.

＜３−５．力覚センサの他軸感度＞
次に、図３０を参照して、本実施の形態による力覚センサ３００ｃの他軸感度について説明する。図３０は、図２７に示す力覚センサ３００ｃにおける、各軸方向の力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ及び各軸まわりのモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚの他軸感度ＶＦｘ〜ＶＭｚを一覧で示す図表である。 <3-5. Other axis sensitivity of force sensor ＞
Next, with reference to FIG. 30, the other axis sensitivity of the force sensor 300c according to the present embodiment will be described. FIG. 30 is a chart showing a list of forces Fx, Fy, Fz in each axial direction and other axial sensitivities VFx to VMz of moments Mx, My, and Mz around each axis in the force sensor 300c shown in FIG. 27.

図３０の図表中に配された数字は、図２９に示す図表の各力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ及び各モーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚについて、「＋」の記号が付された容量素子を＋１とし、「−」の記号が付された容量素子を−１として、上述した［式６］または［式７］の右辺に代入して得られた値である。すなわち、列Ｆｘと行ＶＦｘとが交わるマス目に記された「８」という数字は、［式６］のＦｘの式において、図２９のＦｘの行に基づき、Ｃ１１＝Ｃ３１＝Ｃ６１＝Ｃ８１＝＋１とし、Ｃ２１＝Ｃ４１＝Ｃ５１＝Ｃ７１＝−１として得られた値である。また、列ＦｘとＶＦｙとが交わるマス目に記された「０」という数字は、［式６］のＦｘを示す式において、図２９のＦｙの行に基づき、Ｃ１１＝Ｃ４１＝Ｃ６１＝Ｃ７１＝＋１とし、Ｃ２１＝Ｃ３１＝Ｃ５１＝Ｃ８２＝−１として得られた値である。その他のマス目の数字についても同様である。 The numbers arranged in the chart of FIG. 30 are such that the capacitive element with the symbol “+” is +1 for each force Fx, Fy, Fz and each moment Mx, My, Mz in the chart shown in FIG. 29. It is a value obtained by substituting the capacitive element with the symbol "-" as -1 and substituting it on the right side of the above-mentioned [Equation 6] or [Equation 7]. That is, the number "8" written in the square where the column Fx and the row VFx intersect is based on the row of Fx in FIG. 29 in the formula of Fx in [Equation 6], and C11 = C31 = C61 = C81 = It is a value obtained by setting +1 and C21 = C41 = C51 = C71 = -1. Further, the number "0" written in the square where the columns Fx and VFy intersect is based on the row of Fy in FIG. 29 in the formula showing Fx in [Equation 6], and C11 = C41 = C61 = C71 = It is a value obtained by setting +1 and C21 = C31 = C51 = C82 = -1. The same applies to the numbers in other squares.

図３０によれば、ＦｘとＭｙの他軸感度、及び、ＦｙとＭｘの他軸感度が１００％となっている。すなわち、力覚センサ２００ｃは、ＦｘとＭｙとを区別することができず、ＦｙとＭｘとを区別することもできない。このことは、［式６］及び［式７］の＋Ｆｘの式と＋Ｍｙの式とが互いに異符号の関係にあり、＋Ｆｙの式と＋Ｍｘの式とが互いに異符号の関係にあることからも、理解できる。このため、力覚センサ３００ｃは、各軸方向の力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ及び各軸まわりのモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚの全てを検出することはできない。しかしながら、Ｆｘ及びＦｙが作用しない用途、あるいは、Ｍｘ及びＭｙが作用しない用途に限定して用いることにより、力覚センサ３００ｃを有用に活用することができる。 According to FIG. 30, the other axis sensitivity of Fx and My and the other axis sensitivity of Fy and Mx are 100%. That is, the force sensor 200c cannot distinguish between Fx and My, nor can it distinguish between Fy and Mx. This is also because the + Fx equation and the + My equation in [Equation 6] and [Equation 7] have a different sign relationship with each other, and the + Fy equation and the + Mx equation have a different sign relationship with each other. ,Understandable. Therefore, the force sensor 300c cannot detect all of the forces Fx, Fy, Fz in each axial direction and the moments Mx, My, Mz around each axis. However, the force sensor 300c can be effectively utilized by using it only for applications in which Fx and Fy do not act, or applications in which Mx and My do not act.

＜３−６．故障診断＞
本実施の形態の検出回路３４０も、力覚センサ３００ｃが正常に機能しているか否かを判定する機能を有している。 <3-6. Failure diagnosis ＞
The detection circuit 340 of the present embodiment also has a function of determining whether or not the force sensor 300c is functioning normally.

前述したように、本実施の形態の検出回路３４０のマイコン３４４は、［式６］の右辺に基づく第１電気信号Ｔ１と、［式７］の右辺に基づく第２電気信号Ｔ２と、を出力する。例えば、力Ｆｘに着目して第１電気信号Ｔ１及び第２電気信号Ｔ２を書き下すと、次の［式９］の通りである。
［式９］
Ｔ１＝Ｃ１１−Ｃ２１＋Ｃ３１−Ｃ４１−Ｃ５１＋Ｃ６１−Ｃ７１＋Ｃ８１
Ｔ２＝Ｃ１２−Ｃ２２＋Ｃ３２−Ｃ４２−Ｃ５２＋Ｃ６２−Ｃ７２＋Ｃ８２ As described above, the microcomputer 344 of the detection circuit 340 of the present embodiment outputs the first electric signal T1 based on the right side of [Equation 6] and the second electric signal T2 based on the right side of [Equation 7]. do. For example, when the first electric signal T1 and the second electric signal T2 are written down focusing on the force Fx, it is as shown in the following [Equation 9].
[Equation 9]
T1 = C11-C21 + C31-C41-C51 + C61-C71 + C81
T2 = C12-C22 + C32-C42-C52 + C62-C72 + C82

ところで、図２９に示すように、［式９］の第１電気信号Ｔ１の右辺を構成する容量素子Ｃ１ｎ（ｎ＝１，２，・・・，８）（第１変位センサ）の静電容量値の変動量は、第２電気信号Ｔ２の右辺を構成する容量素子Ｃ２ｎ（ｎ＝１，２，・・・，８）（第２変位センサ）の静電容量値の変動量よりも大きい。このため、例えばマイコン３４４の補正回路によって、第２電気信号Ｔ２に所定の補正係数ｋを乗じることによって、第１電気信号Ｔ１と第２電気信号Ｔ２の出力レベルを揃えることができる。 By the way, as shown in FIG. 29, the capacitance of the capacitance element C1n (n = 1, 2, ..., 8) (first displacement sensor) constituting the right side of the first electric signal T1 of [Equation 9]. The fluctuation amount of the value is larger than the fluctuation amount of the capacitance value of the capacitance elements C2n (n = 1, 2, ..., 8) (second displacement sensor) constituting the right side of the second electric signal T2. Therefore, for example, the output levels of the first electric signal T1 and the second electric signal T2 can be made uniform by multiplying the second electric signal T2 by a predetermined correction coefficient k by the correction circuit of the microcomputer 344.

そして、マイコン３４４に含まれる比較回路がこれら２つの電気信号Ｔ１、ｋ・Ｔ２を比較する。この比較は、差各信号Ｔ１、ｋ・Ｔ２の差（例：Ｔ１−ｋ・Ｔ２）、あるいは、各信号Ｔ１、ｋ・Ｔ２の比（例：Ｔ１／（ｋ・Ｔ２））に基づいて行われる。そして、２つの電気信号Ｔ１、ｋ・Ｔ２の比較の結果、Ｔ１とｋ・Ｔ２との差または比が所定の範囲に含まれていれば、マイコン３４４の診断回路は、力覚センサ３００ｃが正常に機能していると判定する。一方、Ｔ１とＴ２との差が所定の範囲に含まれていなければ、マイコン３４４の診断回路は、力覚センサ３００ｃが正常に機能していない（故障している）と判定し、その判定結果を故障診断信号として出力する。このような検出回路によれば、容量素子Ｃ１１〜Ｃ８２を構成する電極の破損、短絡、異物の混入などの異常を単一の力覚センサ３００ｃによって検知することができる。 Then, the comparison circuit included in the microcomputer 344 compares these two electric signals T1 and k · T2. This comparison is based on the difference between the differences signals T1 and k · T2 (eg T1-k · T2) or the ratio of the signals T1 and k · T2 (eg T1 / (k · T2)). Be told. Then, as a result of comparing the two electric signals T1 and k / T2, if the difference or ratio between T1 and k / T2 is within a predetermined range, the diagnostic circuit of the microcomputer 344 has a normal force sensor 300c. Judge that it is functioning. On the other hand, if the difference between T1 and T2 is not included in the predetermined range, the diagnostic circuit of the microcomputer 344 determines that the force sensor 300c is not functioning normally (failed), and the determination result is obtained. Is output as a failure diagnosis signal. According to such a detection circuit, abnormalities such as breakage, short circuit, and mixing of foreign matter in the electrodes constituting the capacitive elements C11 to C82 can be detected by a single force sensor 300c.

もちろん、各容量素子Ｃ１１〜Ｃ８２の静電容量値の変動量をＡＤ変換し、マイコン３４４によって各静電容量値を比較することによって、力覚センサ３００ｃの故障を診断しても良い。 Of course, the failure of the force sensor 300c may be diagnosed by AD-converting the fluctuation amount of the capacitance values of the capacitance elements C11 to C82 and comparing the capacitance values with the microcomputer 344.

なお、以上の説明においては、力Ｆｘに着目して第１電気信号Ｔ１及び第２電気信号Ｔ２を規定したが、この他の力Ｆｙ、Ｆｚ及びモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚの１つまたは２つ以上に着目して第１電気信号Ｔ１及び第２電気信号Ｔ２を規定しても良い。 In the above description, the first electric signal T1 and the second electric signal T2 are defined by paying attention to the force Fx, but one or two of the other forces Fy, Fz and moments Mx, My, Mz. Focusing on the above, the first electric signal T1 and the second electric signal T2 may be defined.

以上のような本実施の形態によれば、容量素子Ｃ１ｎ（ｎ＝１，２，・・・，８）（第１変位センサ）の静電容量値の変動量に基づく第１電気信号Ｔ１と、容量素子Ｃ２ｎ（ｎ＝１，２，・・・，８）（第２変位センサ）の静電容量値の変動量に基づく第２電気信号Ｔ２と、を比較することにより、力覚センサ３００ｃの故障を診断することができる。更に、力覚センサ３００ｃにおいては、各傾動部３１３Ａ〜３１３Ｄの傾動によって各計測部位Ｄ１〜Ｄ８が変位することにより、各傾動部３１３Ａ〜３１３Ｄに生じる傾動を効果的に増幅させることができる。すなわち、本実施の形態によれば、低価格且つ高感度でありながら、単一の力覚センサ３００ｃによってそれ自身の故障診断が可能である、という力覚センサ３００ｃを提供することができる。 According to the present embodiment as described above, the first electric signal T1 based on the fluctuation amount of the capacitance value of the capacitance element C1n (n = 1, 2, ..., 8) (first displacement sensor). By comparing with the second electric signal T2 based on the fluctuation amount of the capacitance value of the capacitance element C2n (n = 1, 2, ..., 8) (second displacement sensor), the force sensor 300c Can diagnose the failure of. Further, in the force sensor 300c, the tilting of the tilting portions 313A to 313D causes the measurement sites D1 to D8 to be displaced, so that the tilting generated in the tilting portions 313A to 313D can be effectively amplified. That is, according to the present embodiment, it is possible to provide a force sensor 300c that can diagnose its own failure by a single force sensor 300c while being inexpensive and having high sensitivity.

また、［式６］及び［式７］に示すように、検出回路３４０は、静電容量値の差分によって作用した力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ及びモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚを計測するため、使用環境の温度変化や同相ノイズの影響を受けにくい力覚センサ３００ｃを提供することができる。 Further, as shown in [Equation 6] and [Equation 7], the detection circuit 340 measures the forces Fx, Fy, Fz and the moments Mx, My, Mz acting by the difference in the capacitance values, so that the usage environment It is possible to provide a force sensor 300c that is not easily affected by temperature changes and in-phase noise.

また、各変位体３２０Ａ〜３２０Ｄの一方の計測部位Ｄ１、Ｄ３、Ｄ５、Ｄ７と、他方の計測部位Ｄ２、Ｄ４、Ｄ６、Ｄ７とは、傾動部３１３Ａ〜３１３Ｄと梁３２１Ａ〜３２１Ｄとの接続部位に関して対称的に配置されている。このため、一方の計測部位Ｄ１、Ｄ３、Ｄ５、Ｄ７に生じる変位と他方の計測部位Ｄ２、Ｄ４、Ｄ６、Ｄ７に生じる変位とが、同じ大きさで互いに異符号となるため、作用した力及びモーメントを簡易な演算によって検出することができる。
また、検出回路３４０は、［式６］に対応する第１電気信号Ｔ１または［式８］に対応する合算電気信号Ｔ３に基づいて、作用した力及びモーメントを検出するため、Ｓ／Ｎに優れた計測が可能である。 Further, one measurement portion D1, D3, D5, D7 of each displacement body 320A to 320D and the other measurement portion D2, D4, D6, D7 are connection portions between the tilting portions 313A to 313D and the beams 321A to 321D. Are arranged symmetrically with respect to. Therefore, the displacements that occur in one measurement site D1, D3, D5, D7 and the displacements that occur in the other measurement sites D2, D4, D6, D7 have the same magnitude and different signs from each other. The moment can be detected by a simple calculation.
Further, since the detection circuit 340 detects the acting force and moment based on the first electric signal T1 corresponding to [Equation 6] or the total electric signal T3 corresponding to [Equation 8], the detection circuit 340 is excellent in S / N. Measurement is possible.

＜＜＜ §４．本発明の第４の実施の形態による力覚センサ及びその変形例＞＞＞
＜４−１．本発明の第４の実施の形態による力覚センサ＞
§３で説明した力覚センサ３００ｃは、各軸方向の力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ及びモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚのうち４つの成分を検出し、且つ、それらの少なくとも１つの成分に着目して力覚センサ３００ｃの故障を診断することが可能であった。ところで、これら４つの成分を検出するためには、力覚センサ３００ｃに必ずしも１６個の容量素子Ｃ１１〜Ｃ８２を設ける必要は無い。ここでは、上述した力覚センサ３００ｃの変形例として、より少ない容量素子によって４つの成分を検出可能な第４の実施の形態による力覚センサ４００ｃについて説明する。 <<< §4. Force sensor according to the fourth embodiment of the present invention and its modification >>>
<4-1. Force sensor according to the fourth embodiment of the present invention>
The force sensor 300c described in §3 detects four components of forces Fx, Fy, Fz and moments Mx, My, and Mz in each axial direction, and focuses on at least one of these components. It was possible to diagnose the failure of the sensory sensor 300c. By the way, in order to detect these four components, it is not always necessary to provide the force sensor 300c with 16 capacitive elements C11 to C82. Here, as a modification of the above-mentioned force sensor 300c, the force sensor 400c according to the fourth embodiment capable of detecting four components with a smaller capacitance element will be described.

図３１は、本発明の第４の実施の形態による力覚センサ４００ｃを示す概略上面図である。 FIG. 31 is a schematic top view showing the force sensor 400c according to the fourth embodiment of the present invention.

図３１に示すように、力覚センサ４００ｃは、梁４２１Ａ〜４２１Ｄが片持ち梁で構成されている点において、第３の実施の形態による力覚センサ３００ｃとは異なっている。具体的には、力覚センサ４００ｃの各梁４２１Ａ〜４２１Ｄは、力覚センサ３００ｃの各梁３２１Ａ〜３２１Ｄのうち、図２７の時計回りに進んだ方に位置する部位を削除した片持ち梁の構造となっている。したがって、力覚センサ４００ｃでは、各梁４２１Ａ〜４２１Ｄに各１つの計測部位Ｄ１、Ｄ３、Ｄ５、Ｄ７が規定されている。そして、これら４つの計測部位Ｄ１、Ｄ３、Ｄ５、Ｄ７に各２つ、合計８つの容量素子Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ３１、Ｃ３２、Ｃ５１、Ｃ５２、Ｃ７１、Ｃ７２が配置されている。各容量素子の構成は、第３の実施の形態と同じである。 As shown in FIG. 31, the force sensor 400c differs from the force sensor 300c according to the third embodiment in that the beams 421A to 421D are composed of cantilever beams. Specifically, the beams 421A to 421D of the force sensor 400c are the cantilever beams in which the portion of the beams 321A to 321D of the force sensor 300c located in the clockwise direction of FIG. 27 is deleted. It has a structure. Therefore, in the force sensor 400c, one measurement site D1, D3, D5, D7 is defined for each of the beams 421A to 421D. Then, a total of eight capacitive elements C11, C12, C31, C32, C51, C52, C71, and C72 are arranged in each of these four measurement sites D1, D3, D5, and D7. The configuration of each capacitive element is the same as that of the third embodiment.

これらの８つの容量素子は、図３１には図示されていないが、所定の回路によって検出回路４４０のマイコン４４４に接続されており、各容量素子の静電容量値が当該マイコン４４４に提供されるようになっている。そして、後述するように、マイコン４４４は、各容量素子の静電容量値の変動量に基づいて、力覚センサ４００ｃに作用した力を検出するようになっている。 Although these eight capacitive elements are not shown in FIG. 31, they are connected to the microcomputer 444 of the detection circuit 440 by a predetermined circuit, and the capacitance value of each capacitive element is provided to the microcomputer 444. It has become like. Then, as will be described later, the microcomputer 444 detects the force acting on the force sensor 400c based on the fluctuation amount of the capacitance value of each capacitance element.

力覚センサ４００ｃのその他の構成については、第３の実施の形態と同様である。このため、第３の実施の形態と共通する構成要素に略同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。 Other configurations of the force sensor 400c are the same as those in the third embodiment. Therefore, substantially the same reference numerals are given to the components common to the third embodiment, and detailed description thereof will be omitted.

次に、本実施の形態による力覚センサ４００ｃの作用について説明する。ここでは、ＸＹＺ三次元座標系における各軸方向の力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ及び各軸周りのモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚのうち、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ及びＭｚの４つの成分を検出する場合について説明を行う。なお、これら４つの成分は、第３の実施の形態による力覚センサ３００ｃが検出可能な４つの成分でもある。 Next, the operation of the force sensor 400c according to the present embodiment will be described. Here, a case of detecting four components of Fz, Mx, My, and Mz among the forces Fx, Fy, Fz in each axial direction and the moments Mx, My, and Mz around each axis in the XYZ three-dimensional coordinate system will be described. I do. It should be noted that these four components are also four components that can be detected by the force sensor 300c according to the third embodiment.

上述したように、本実施の形態による力覚センサ４００ｃは、梁４２１Ａ〜４２１Ｄが片持ち梁で構成されている点を除き、第３の実施の形態による力覚センサ３００ｃと共通している。したがって、受力体４６０を介して受力部４１８、４１９に力またはモーメントが作用すると、各梁４２１Ａ〜４２１Ｄの各計測部位Ｄ１、Ｄ３、Ｄ５、Ｄ７には、第３の実施の形態による力覚センサ３００ｃの対応する計測部位Ｄ１、Ｄ３、Ｄ５、Ｄ７と同じ変位が生じる。 As described above, the force sensor 400c according to the third embodiment is common to the force sensor 300c according to the third embodiment, except that the beams 421A to 421D are composed of cantilever beams. Therefore, when a force or moment acts on the receiving portions 418 and 419 via the receiving body 460, the forces D1, D3, D5, and D7 of the respective beams 421A to 421D are subjected to the force according to the third embodiment. The same displacement as the corresponding measurement sites D1, D3, D5, D7 of the sensory sensor 300c occurs.

以上から、力覚センサ４００ｃに力及びモーメントの４つの成分Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚが作用すると、各容量素子の静電容量値は、図３２に一覧で示すように変動する。図中の「＋／＋＋」及び「−／−−」の記号の意味は、図２９と同様である。なお、図３２の図表は、図２９における、力Ｆｚ及びモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚが作用したときの８つの容量素子Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ３１、Ｃ３２、Ｃ５１、Ｃ５２、Ｃ７１、Ｃ７２の静電容量値の増減と、同一である。 From the above, when the four components Fz, Mx, My, and Mz of force and moment act on the force sensor 400c, the capacitance value of each capacitive element fluctuates as shown in the list in FIG. 32. The meanings of the symbols “+/++” and “− / −−” in the figure are the same as those in FIG. 29. The chart of FIG. 32 shows the capacitance values of the eight capacitive elements C11, C12, C31, C32, C51, C52, C71, and C72 when the force Fz and the moments Mx, My, and Mz act in FIG. 29. Is the same as the increase or decrease of.

このような静電容量値の変動に基づいて、マイコン４４４は、作用した力Ｆｚ及びモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚを次の［式１０］及び［式１１］により計測する。各式は、［式６］及び［式７］のＦｚ、Ｍｘ、Ｍｙ及びＭｚの式から、Ｃ２１、Ｃ２２、Ｃ４１、Ｃ４２、Ｃ６１、Ｃ６２、Ｃ８１及びＣ８２を削除したものである。各式の左辺の末尾の数字「１」及び「２」は、力及びモーメントが、容量素子Ｃｎ１（ｎ＝１、３、５、７）（第１変位センサ）から計測されたのか、あるいは容量素子Ｃｎ２（ｎ＝１、３、５、７）（第２変位センサ）から計測されたのか、を区別するための符号である。
［式１０］
＋Ｆｚ１＝−Ｃ１１＋Ｃ３１−Ｃ５１＋Ｃ７１
＋Ｍｘ１＝−Ｃ１１＋Ｃ３１＋Ｃ５１−Ｃ７１
＋Ｍｙ１＝−Ｃ１１−Ｃ３１＋Ｃ５１＋Ｃ７１
＋Ｍｚ１＝−Ｃ１１−Ｃ３１−Ｃ５１−Ｃ７１
［式１１］
＋Ｆｚ２＝−Ｃ１２＋Ｃ３２−Ｃ５２＋Ｃ７２
＋Ｍｘ２＝−Ｃ１２＋Ｃ３２＋Ｃ５２−Ｃ７２
＋Ｍｙ２＝−Ｃ１２−Ｃ３２＋Ｃ５２＋Ｃ７２
＋Ｍｚ２＝−Ｃ１２−Ｃ３２−Ｃ５２−Ｃ７２ Based on such a fluctuation of the capacitance value, the microcomputer 444 measures the acting force Fz and the moments Mx, My, and Mz by the following [Equation 10] and [Equation 11]. Each equation is obtained by deleting C21, C22, C41, C42, C61, C62, C81 and C82 from the equations of Fz, Mx, My and Mz of [Equation 6] and [Equation 7]. The numbers "1" and "2" at the end of the left side of each equation indicate whether the force and moment were measured from the capacitance element Cn1 (n = 1, 3, 5, 7) (first displacement sensor), or the capacitance. It is a code for distinguishing whether it was measured from the element Cn2 (n = 1, 3, 5, 7) (second displacement sensor).
[Equation 10]
+ Fz1 = -C11 + C31-C51 + C71
+ Mx1 = -C11 + C31 + C51-C71
+ My1 = -C11-C31 + C51 + C71
+ Mz1 = -C11-C31-C51-C71
[Equation 11]
+ Fz2 = -C12 + C32-C52 + C72
+ Mx2 = -C12 + C32 + C52-C72
+ My2 = -C12-C32 + C52 + C72
+ Mz2 = -C12-C32-C52-C72

もちろん、第３の実施の形態と同様に、［式１０］と［式１１］との和による合算電気信号によって、各力Ｆｚ及びモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚを計測しても良い。更に、第３の実施の形態で説明したとおり、［式１０］及び［式１１］は、力覚センサ４００ｃの受力体４６０に負方向の力−Ｆｚまたは負まわりのモーメント−Ｍｘ、−Ｍｙ、−Ｍｚが作用した場合においても成立する。 Of course, as in the third embodiment, each force Fz and moments Mx, My, and Mz may be measured by the total electric signal obtained by the sum of [Equation 10] and [Equation 11]. Further, as described in the third embodiment, in [Equation 10] and [Equation 11], the force in the negative direction -Fz or the moment in the negative direction-Mx, -My , -Mz is also established when it acts.

［式１０］または［式１１］に基づき、力Ｆｚ及びモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚの他軸感度を求めると、図３３に一覧で示す通りとなる。他軸感度は、図３０と同様に、図３２に示す図表の力Ｆｚ及びモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚについて、「＋」の記号が付された容量素子を＋１とし、「−」の記号が付された容量素子を−１として、上述した［式１５］のそれぞれの右辺に代入して得られた値である。図３３に示すように、力Ｆｚ及びモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚの他軸感度は、ゼロである。但し、［式１０］及び［式１１］によれば、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚが静電容量値の和によって求められる。このため、モーメントＭｚについては、力覚センサ４００ｃの使用環境における温度変化や同相ノイズの影響を受けやすい点に注意が必要である。 When the other axis sensitivities of the force Fz and the moments Mx, My, and Mz are obtained based on [Equation 10] or [Equation 11], they are as listed in FIG. 33. As for the sensitivity of the other axis, similarly to FIG. 30, for the force Fz and the moments Mx, My, and Mz shown in FIG. 32, the capacitive element with the “+” symbol is set to +1 and the “-” symbol is added. It is a value obtained by substituting the obtained capacitive element as -1 and substituting it into the right side of each of the above-mentioned [Equation 15]. As shown in FIG. 33, the forces Fz and the other axis sensitivities of the moments Mx, My, and Mz are zero. However, according to [Equation 10] and [Equation 11], the moment Mz around the Z axis is obtained by the sum of the capacitance values. Therefore, it should be noted that the moment Mz is easily affected by temperature changes and in-phase noise in the usage environment of the force sensor 400c.

このような力覚センサ４００は、当該力覚センサ４００ｃが正常に機能しているか否かを、次のようにして判定する。 Such a force sensor 400 determines whether or not the force sensor 400c is functioning normally as follows.

検出回路４４０のマイコン４４４は、［式１０］の右辺に基づく第１電気信号Ｔ１と、［式１１］の右辺に基づく第２電気信号Ｔ２と、を出力するようになっている。すなわち、力Ｆｚに着目して第１電気信号Ｔ１及び第２電気信号Ｔ２を書き下すと、次の［式１２］の通りである。
［式１２］
Ｔ１＝−Ｃ１１＋Ｃ３１−Ｃ５１＋Ｃ７１
Ｔ２＝−Ｃ１２＋Ｃ３２−Ｃ５２＋Ｃ７２ The microcomputer 444 of the detection circuit 440 outputs a first electric signal T1 based on the right side of [Equation 10] and a second electric signal T2 based on the right side of [Equation 11]. That is, when the first electric signal T1 and the second electric signal T2 are written down focusing on the force Fz, it is as shown in the following [Equation 12].
[Equation 12]
T1 = -C11 + C31-C51 + C71
T2 = -C12 + C32-C52 + C72

ところで、図３２に示すように、式Ｔ１の右辺を構成する容量素子Ｃ１ｎ（ｎ＝１、３、５、７）（第１変位センサ）の静電容量値の変動量は、式Ｔ２の右辺を構成する容量素子Ｃ２ｎ（ｎ＝１、３、５、７）（第２変位センサ）の静電容量値の変動量よりも大きい。このため、第３の実施の形態と同様に、例えばマイコン４４４の補正回路によって、第２電気信号Ｔ２に所定の補正係数ｋを乗じることによって、第１電気信号Ｔ１と第２電気信号Ｔ２の出力レベルを揃えることができる。 By the way, as shown in FIG. 32, the amount of change in the capacitance value of the capacitance element C1n (n = 1, 3, 5, 7) (first displacement sensor) constituting the right side of the equation T1 is the right side of the equation T2. It is larger than the fluctuation amount of the capacitance value of the capacitance element C2n (n = 1, 3, 5, 7) (second displacement sensor) constituting the above. Therefore, as in the third embodiment, the output of the first electric signal T1 and the second electric signal T2 is obtained by multiplying the second electric signal T2 by a predetermined correction coefficient k, for example, by the correction circuit of the microcomputer 444. You can align the levels.

そして、マイコン４４４に含まれる比較回路がこれら２つの電気信号Ｔ１、ｋ・Ｔ２を比較する。この比較は、各信号Ｔ１、ｋ・Ｔ２の差（例：Ｔ１−ｋ・Ｔ２）、あるいは、各信号Ｔ１、ｋ・Ｔ２の比（例：Ｔ１／（ｋ・Ｔ２））に基づいて行われる。そして、２つの電気信号Ｔ１、ｋ・Ｔ２の比較の結果、Ｔ１とｋ・Ｔ２との差または比が所定の範囲に含まれていれば、マイコン４４４の診断回路は、力覚センサ４００ｃが正常に機能していると判定する。一方、Ｔ１とｋ・Ｔ２との差または比が所定の範囲に含まれていなければ、マイコン４４４の診断回路は、力覚センサ４００ｃが正常に機能していない（故障している）と判定し、その判定結果を故障診断信号として出力する。このような検出回路４４０によれば、各容量素子を構成する電極の破損、短絡、異物の混入などの異常を単一の力覚センサ４００ｃによって検知することができる。 Then, the comparison circuit included in the microcomputer 444 compares these two electric signals T1 and k · T2. This comparison is made based on the difference between the signals T1 and k · T2 (eg T1-k · T2) or the ratio of the signals T1 and k · T2 (eg T1 / (k · T2)). .. Then, as a result of comparing the two electric signals T1 and k / T2, if the difference or ratio between T1 and k / T2 is within a predetermined range, the diagnostic circuit of the microcomputer 444 has a normal force sensor 400c. Judge that it is functioning. On the other hand, if the difference or ratio between T1 and k / T2 is not included in the predetermined range, the diagnostic circuit of the microcomputer 444 determines that the force sensor 400c is not functioning normally (it is out of order). , The determination result is output as a failure diagnosis signal. According to such a detection circuit 440, abnormalities such as breakage, short circuit, and foreign matter contamination of the electrodes constituting each capacitive element can be detected by a single force sensor 400c.

以上のような本実施の形態によっても、第３の実施の形態と同様の効果を提供することができる。なお、以上の説明においては、特定の梁が片持ち梁に構成されていることを想定したが、もちろん、図２７に示す両持ち梁の構造を有する力覚センサ３００ｃを用いて、特定の容量素子のみを用いて当該力覚センサ３００ｃに作用した力及びモーメントを計測しても良い。 The present embodiment as described above can also provide the same effect as that of the third embodiment. In the above description, it is assumed that the specific beam is configured as a cantilever, but of course, a specific capacitance is used by using the force sensor 300c having the structure of the double-sided beam shown in FIG. 27. The force and moment acting on the force sensor 300c may be measured using only the element.

＜４−２．変形例による力覚センサ＞
上述したように、力覚センサ４００ｃは、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚを計測する際に、使用環境における温度変化の影響や同相ノイズの影響を受けやすいものであった。このため、当該モーメントＭｚを計測する際に、それらの影響を受けにくくできればより好ましい。ここでは、そのような力覚センサとして、６つの容量素子を備えた変形例について説明する。 <4-2. Force sensor by modification>
As described above, the force sensor 400c is susceptible to the influence of temperature changes and in-phase noise in the usage environment when measuring the moment Mz around the Z axis. Therefore, when measuring the moment Mz, it is more preferable if it can be less affected by them. Here, as such a force sensor, a modified example including six capacitive elements will be described.

図３４は、第４の実施の形態の変形例による力覚センサ４０１ｃを示す概略上面図である。 FIG. 34 is a schematic top view showing the force sensor 401c according to the modified example of the fourth embodiment.

図３４に示すように、力覚センサ４０１ｃは、第１及び第２梁４２１Ａ、４２１Ｂが片持ち梁で構成されている点において、第３の実施の形態による力覚センサ３００ｃと異なっている。具体的には、本変形例による力覚センサ４０１ｃの第１及び第２梁４２１Ａ、４２１Ｂは、第４の実施の形態による力覚センサ４００ｃの第１及び第２梁４２１Ａ、４２１Ｂと同様であり、力覚センサ４０１ｃの第３及び第４梁４２１Ｃ、４２１Ｄは、図２７に示す第３の実施の形態による力覚センサ３００ｃの第３及び第４梁３２１Ｃ、３２１Ｄと同様である。したがって、力覚センサ４０１ｃでは、第１梁４２１Ａに第１計測部位Ｄ１が、第２梁４２１Ｂに第３計測部位Ｄ３が、それぞれ規定されており、第３梁４２１Ｃに第５計測部位Ｄ５及び第６計測部位Ｄ６が、第４梁４２１Ｄに第７計測部位Ｄ７及び第８計測部位Ｄ８が、それぞれ規定されている。第５計測部位Ｄ５、第６計測部位Ｄ６、第７計測部位Ｄ７及び第８計測部位Ｄ８の配置は、第３の実施の形態による力覚センサ３００ｃの対応する計測部位Ｄ５１〜Ｄ８の配置と同一である。そして、これら６つの計測部位に容量素子Ｃ１ｎ（ｎ＝１、３、５、６、７、８）（第１変位センサ）及び容量素子Ｃ２ｎ（ｎ＝１、３、５、６、７、８）（第２変位センサ）が各１つずつ配置されている。各容量素子の構成は、第３の実施の形態と同じである。 As shown in FIG. 34, the force sensor 401c differs from the force sensor 300c according to the third embodiment in that the first and second beams 421A and 421B are composed of cantilever beams. Specifically, the first and second beams 421A and 421B of the force sensor 401c according to the present modification are the same as the first and second beams 421A and 421B of the force sensor 400c according to the fourth embodiment. The third and fourth beams 421C and 421D of the force sensor 401c are the same as those of the third and fourth beams 321C and 321D of the force sensor 300c according to the third embodiment shown in FIG. 27. Therefore, in the force sensor 401c, the first beam 421A defines the first measurement site D1, the second beam 421B defines the third measurement site D3, and the third beam 421C defines the fifth measurement site D5 and the third measurement site D3. The 6 measurement site D6 is defined, and the 7th measurement site D7 and the 8th measurement site D8 are defined on the 4th beam 421D, respectively. The arrangement of the fifth measurement part D5, the sixth measurement part D6, the seventh measurement part D7, and the eighth measurement part D8 is the same as the arrangement of the corresponding measurement parts D51 to D8 of the force sensor 300c according to the third embodiment. Is. Then, the capacitance element C1n (n = 1, 3, 5, 6, 7, 8) (first displacement sensor) and the capacitance element C2n (n = 1, 3, 5, 6, 7, 8) are attached to these six measurement sites. ) (Second displacement sensor) are arranged one by one. The configuration of each capacitive element is the same as that of the third embodiment.

図３４には明確には図示されていないが、これらの６つの容量素子は、所定の回路によってマイコン４４４に接続されており、各容量素子の静電容量値が当該マイコン４４４に提供されるようになっている。そして、後述するように、マイコン４４４は、各容量素子の静電容量値の変動量に基づいて、力覚センサ４０１ｃに作用した力を検出するようになっている。 Although not clearly shown in FIG. 34, these six capacitive elements are connected to the microcomputer 444 by a predetermined circuit so that the capacitance value of each capacitive element is provided to the microcomputer 444. It has become. Then, as will be described later, the microcomputer 444 detects the force acting on the force sensor 401c based on the fluctuation amount of the capacitance value of each capacitance element.

力覚センサ４０１ｃのその他の構成については、第３の実施の形態と同様である。このため、第３の実施の形態と共通する構成要素に略同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。 Other configurations of the force sensor 401c are the same as those in the third embodiment. Therefore, substantially the same reference numerals are given to the components common to the third embodiment, and detailed description thereof will be omitted.

次に、本実施の形態による力覚センサ４０１ｃの作用について説明する。ここでは、第４の実施の形態と同様に、ＸＹＺ三次元座標系における各軸方向の力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ及び各軸周りのモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚのうち、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ及びＭｚの４つの成分を検出する場合について説明を行う。 Next, the operation of the force sensor 401c according to the present embodiment will be described. Here, as in the fourth embodiment, among the forces Fx, Fy, Fz in each axial direction and the moments Mx, My, Mz around each axis in the XYZ three-dimensional coordinate system, Fz, Mx, My and Mz The case of detecting the four components of the above will be described.

本実施の形態による力覚センサ４０１ｃは、受力体４６０を介して受力部４１８、４１９に力またはモーメントが作用すると、６つの検出部Ｄ１、Ｄ３、Ｄ５〜Ｄ８には、それぞれ、第３の実施の形態による力覚センサ３００ｃの対応する検出部Ｄ１、Ｄ３、Ｄ５〜Ｄ８と同じ変位が生じる。 In the force sensor 401c according to the present embodiment, when a force or a moment acts on the receiving units 418 and 419 via the receiving body 460, the six detection units D1, D3, and D5 to D8 are subjected to the third, respectively. The same displacement as the corresponding detection units D1, D3, D5 to D8 of the force sensor 300c according to the embodiment of the above is generated.

したがって、力覚センサ４０１ｃに力及びモーメントが作用すると、各容量素子の静電容量値は、図２９のうち対応する容量素子と同様に変動する。このような静電容量値の変動に基づいて、マイコン４４４は、作用した力Ｆｚ及びモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚを次の［式１３］または［式１４］により計測する。［式１３］及び［式１４］に示す４つの式のうち、Ｆｚ、Ｍｘ及びＭｙの式は、［式１０］及び［式１１］の対応する式とそれぞれ同一である。もちろん、［式１３］及び［式１４］において、力Ｆｚ及びモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚの他軸感度は、いずれもゼロである。
［式１３］
＋Ｆｚ１＝−Ｃ１１＋Ｃ３１−Ｃ５１＋Ｃ７１
＋Ｍｘ１＝−Ｃ１１＋Ｃ３１＋Ｃ５１−Ｃ７１
＋Ｍｙ１＝−Ｃ１１−Ｃ３１＋Ｃ５１＋Ｃ７１
＋Ｍｚ１＝−Ｃ１１−Ｃ３１＋Ｃ６１＋Ｃ８１
［式１４］
＋Ｆｚ２＝−Ｃ１２＋Ｃ３２−Ｃ５２＋Ｃ７２
＋Ｍｘ２＝−Ｃ１２＋Ｃ３２＋Ｃ５２−Ｃ７２
＋Ｍｙ２＝−Ｃ１２−Ｃ３２＋Ｃ５２＋Ｃ７２
＋Ｍｚ２＝−Ｃ１２−Ｃ３２＋Ｃ６２＋Ｃ８２ Therefore, when a force and a moment act on the force sensor 401c, the capacitance value of each capacitive element fluctuates in the same manner as the corresponding capacitive element in FIG. 29. Based on such a fluctuation of the capacitance value, the microcomputer 444 measures the acting force Fz and the moments Mx, My, and Mz by the following [Equation 13] or [Equation 14]. Of the four equations shown in [Equation 13] and [Equation 14], the equations of Fz, Mx and My are the same as the corresponding equations of [Equation 10] and [Equation 11], respectively. Of course, in [Equation 13] and [Equation 14], the forces Fz and the other axis sensitivities of the moments Mx, My, and Mz are all zero.
[Equation 13]
+ Fz1 = -C11 + C31-C51 + C71
+ Mx1 = -C11 + C31 + C51-C71
+ My1 = -C11-C31 + C51 + C71
+ Mz1 = -C11-C31 + C61 + C81
[Equation 14]
+ Fz2 = -C12 + C32-C52 + C72
+ Mx2 = -C12 + C32 + C52-C72
+ My2 = -C12-C32 + C52 + C72
+ Mz2 = -C12-C32 + C62 + C82

以上のような力覚センサ４０１ｃによっても、第３の実施の形態と同様の効果が提供され得る。更に、力覚センサ４０１ｃによれば、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚを差分によって演算することができるため、力覚センサ４０１ｃの使用環境における温度変化や同相ノイズの影響を排除して、高精度に当該モーメントＭｚを計測することができる。 The force sensor 401c as described above can also provide the same effect as that of the third embodiment. Further, according to the force sensor 401c, the moment Mz around the Z axis can be calculated by the difference, so that the influence of the temperature change and the common mode noise in the usage environment of the force sensor 401c is eliminated and the measurement is performed with high accuracy. The moment Mz can be measured.

なお、力覚センサ４０１ｃにおける故障診断の方法は、４−１．で説明した第４の実施の形態による力覚センサ４００ｃと同様であるため、ここでは、その説明は省略する。 The method of failure diagnosis in the force sensor 401c is described in 4-1. Since it is the same as the force sensor 400c according to the fourth embodiment described in the above, the description thereof will be omitted here.

＜４−３．更なる変形例による力覚センサ＞
（４−３−１．変形例１）
力Ｆｚ及びモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚを検出するための力覚センサとして、図３１では、図２７に示す力覚センサ３００ｃから、８つの容量素子Ｃ２１、Ｃ２２、Ｃ４１、Ｃ４２、Ｃ６１、Ｃ６２、Ｃ８１、Ｃ８２を削除したものを示したが、このような態様には限定されない。他の例による力覚センサ（不図示）としては、図２７に示す力覚センサ３００ｃから、８つの容量素子Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ４１、Ｃ４２、Ｃ５１、Ｃ５２、Ｃ８１、Ｃ８２を削除したものが考えられる。すなわち、この力覚センサは、８つの容量素子Ｃ２１、Ｃ２２、Ｃ３１、Ｃ３２、Ｃ６１、Ｃ６２、Ｃ７１、Ｃ７２を有している。 <4-3. Force sensor by further modification>
(4-3-1. Modification 1)
As a force sensor for detecting the force Fz and the moments Mx, My, Mz, in FIG. 31, from the force sensor 300c shown in FIG. 27, eight capacitive elements C21, C22, C41, C42, C61, C62, C81. , C82 is deleted, but the present invention is not limited to such an embodiment. As a force sensor (not shown) according to another example, it is conceivable that eight capacitive elements C11, C12, C41, C42, C51, C52, C81, and C82 are deleted from the force sensor 300c shown in FIG. 27. .. That is, this force sensor has eight capacitive elements C21, C22, C31, C32, C61, C62, C71, and C72.

この力覚センサに対し、力及びモーメントが作用したときの各容量素子の増減は、図２９に示す対応する容量素子の増減と同一である。したがって、この力覚センサの検出回路４４０のマイコン４４４は、作用した力Ｆｚ及びモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚを次の［式１５］及び［式１６］により計測する。［式１５］及び［式１６］は、それぞれ、［式６］及び［式７］のＦｚ、Ｍｘ、Ｍｙ及びＭｚの式から、対応する容量素子のみを抜き出したものである。
［式１５］
＋Ｆｚ１＝Ｃ２１＋Ｃ３１＋Ｃ６１＋Ｃ７１
＋Ｍｘ１＝Ｃ２１＋Ｃ３１−Ｃ６１−Ｃ７１
＋Ｍｙ１＝Ｃ２１−Ｃ３１−Ｃ６１＋Ｃ７１
＋Ｍｚ１＝Ｃ２１−Ｃ３１＋Ｃ６１−Ｃ７１
［式１６］
＋Ｆｚ２＝Ｃ２２＋Ｃ３２＋Ｃ６２＋Ｃ７２
＋Ｍｘ２＝Ｃ２２＋Ｃ３２−Ｃ６２−Ｃ７２
＋Ｍｙ２＝Ｃ２２−Ｃ３２−Ｃ６２＋Ｃ７２
＋Ｍｚ２＝Ｃ２２−Ｃ３２＋Ｃ６２−Ｃ７２ The increase / decrease of each capacitance element when a force and a moment are applied to the force sensor is the same as the increase / decrease of the corresponding capacitance element shown in FIG. Therefore, the microcomputer 444 of the detection circuit 440 of the force sensor measures the acting force Fz and the moments Mx, My, and Mz by the following [Equation 15] and [Equation 16]. [Equation 15] and [Equation 16] are obtained by extracting only the corresponding capacitive elements from the equations of Fz, Mx, My and Mz of [Equation 6] and [Equation 7], respectively.
[Equation 15]
+ Fz1 = C21 + C31 + C61 + C71
+ Mx1 = C21 + C31-C61-C71
+ My1 = C21-C31-C61 + C71
+ Mz1 = C21-C31 + C61-C71
[Equation 16]
+ Fz2 = C22 + C32 + C62 + C72
+ Mx2 = C22 + C32-C62-C72
+ My2 = C22-C32-C62 + C72
+ Mz2 = C22-C32 + C62-C72

図２９に示す、対応する容量素子の静電容量値の増減と［式１５］または［式１６］とに基づき、力Ｆｚ及びモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚの他軸感度を求めると、図３３と同一になる。したがって、力Ｆｚ及びモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚの他軸感度は、ゼロである。但し、［式１５］及び［式１６］によれば、Ｚ軸方向の力Ｆｚは、静電容量値の和によって求められる。このため、力Ｆｚについては、力覚センサの使用環境における温度変化や同相ノイズの影響を受けやすい点に注意が必要である。 Based on the increase / decrease in the capacitance value of the corresponding capacitive element and [Equation 15] or [Equation 16] shown in FIG. Be the same. Therefore, the other axis sensitivity of the force Fz and the moments Mx, My, and Mz is zero. However, according to [Equation 15] and [Equation 16], the force Fz in the Z-axis direction is obtained by the sum of the capacitance values. Therefore, it should be noted that the force Fz is easily affected by temperature changes and in-phase noise in the usage environment of the force sensor.

（４−３−２．変形例２）
あるいは、力Ｆｚ及びモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚを検出するための力覚センサとして図２７に示す力覚センサ３００ｃから、８つの容量素子Ｃ２１、Ｃ２２、Ｃ３１、Ｃ３２、Ｃ６１、Ｃ６２、Ｃ７１、Ｃ７２を削除したものも考えられる。すなわち、この力覚センサは、８つの容量素子Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ４１、Ｃ４２、Ｃ５１、Ｃ５２、Ｃ８１、Ｃ８２を有している。 (4-3-2. Modification 2)
Alternatively, eight capacitive elements C21, C22, C31, C32, C61, C62, C71, and C72 are added from the force sensor 300c shown in FIG. 27 as a force sensor for detecting the force Fz and the moments Mx, My, and Mz. It may have been deleted. That is, this force sensor has eight capacitive elements C11, C12, C41, C42, C51, C52, C81, and C82.

この力覚センサに対し、力及びモーメントが作用したときの各容量素子の増減は、図２９に示す対応する容量素子の増減と同一である。したがって、この力覚センサの検出回路４４０のマイコン４４４は、作用した力Ｆｚ及びモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚを次の［式１７］及び［式１８］により計測する。［式１７］及び［式１８］は、それぞれ、［式６］及び［式７］のＦｚ、Ｍｘ、Ｍｙ及びＭｚの式から、対応する容量素子のみを抜き出したものである。
［式１７］
＋Ｆｚ１＝−Ｃ１１−Ｃ４１−Ｃ５１−Ｃ８１
＋Ｍｘ１＝−Ｃ１１−Ｃ４１＋Ｃ５１＋Ｃ８１
＋Ｍｙ１＝−Ｃ１１＋Ｃ４１＋Ｃ５１−Ｃ８１
＋Ｍｚ１＝−Ｃ１１＋Ｃ４１−Ｃ５１＋Ｃ８１
［式１８］
＋Ｆｚ２＝−Ｃ１２−Ｃ４２−Ｃ５２−Ｃ８２
＋Ｍｘ２＝−Ｃ１２−Ｃ４２＋Ｃ５２＋Ｃ８２
＋Ｍｙ２＝−Ｃ１２＋Ｃ４２＋Ｃ５２−Ｃ８２
＋Ｍｚ２＝−Ｃ１２＋Ｃ４２−Ｃ５２＋Ｃ８２ The increase / decrease of each capacitive element when a force and a moment are applied to the force sensor is the same as the increase / decrease of the corresponding capacitive element shown in FIG. Therefore, the microcomputer 444 of the detection circuit 440 of the force sensor measures the applied force Fz and the moments Mx, My, and Mz by the following [Equation 17] and [Equation 18]. [Equation 17] and [Equation 18] are obtained by extracting only the corresponding capacitive elements from the equations of Fz, Mx, My and Mz of [Equation 6] and [Equation 7], respectively.
[Equation 17]
+ Fz1 = -C11-C41-C51-C81
+ Mx1 = -C11-C41 + C51 + C81
+ My1 = -C11 + C41 + C51-C81
+ Mz1 = -C11 + C41-C51 + C81
[Equation 18]
+ Fz2 = -C12-C42-C52-C82
+ Mx2 = -C12-C42 + C52 + C82
+ My2 = -C12 + C42 + C52-C82
+ Mz2 = -C12 + C42-C52 + C82

図２９に示す、対応する容量素子の静電容量値の増減と［式１７］または［式１８］とに基づき、力Ｆｚ及びモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚの他軸感度を求めると、図３３と同一になる。したがって、力Ｆｚ及びモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚの他軸感度は、ゼロである。但し、［式１７］及び［式１８］によれば、Ｚ軸方向の力Ｆｚは、静電容量値の和によって求められる。このため、力Ｆｚについては、力覚センサの使用環境における温度変化や同相ノイズの影響を受けやすい点に注意が必要である。 Based on the increase / decrease in the capacitance value of the corresponding capacitive element and [Equation 17] or [Equation 18] shown in FIG. Be the same. Therefore, the other axis sensitivity of the force Fz and the moments Mx, My, and Mz is zero. However, according to [Equation 17] and [Equation 18], the force Fz in the Z-axis direction is obtained by the sum of the capacitance values. Therefore, it should be noted that the force Fz is easily affected by temperature changes and in-phase noise in the usage environment of the force sensor.

なお、Ｓ／Ｎの観点から、相対的に静電容量値の変動が大きい容量素子に基づく式を用いて、すなわち変形例１においては［式１５］を用いて、変形例２においては［式１７］を用いて、作用した力及びモーメントを計測するか、あるいは、各変形例において［式８］のＦｚ３、Ｍｘ３、Ｍｙ３及びＭｚ３に対応する合算電気信号を算出し、この合算電気信号によって、作用した力及びモーメントを計測することが好ましい。 From the viewpoint of S / N, an equation based on a capacitive element in which the capacitance value fluctuates relatively large is used, that is, [Equation 15] is used in the modified example 1, and [Equation 15] is used in the modified example 2. 17] is used to measure the acting force and moment, or in each modification, a total electric signal corresponding to Fz3, Mx3, My3 and Mz3 of [Equation 8] is calculated, and the total electric signal is used to calculate the total electric signal. It is preferable to measure the acting force and moment.

以上に示す変形例１及び２のいずれの場合も、故障診断の方法は、第４の実施の形態による力覚センサ４００ｃと同様である。このため、ここではその詳細な説明については省略する。 In any of the above-described modifications 1 and 2, the method of failure diagnosis is the same as that of the force sensor 400c according to the fourth embodiment. Therefore, the detailed description thereof will be omitted here.

＜＜＜ §５．本発明の第５の実施の形態による力覚センサ及びその変形例＞＞＞
＜５−１．本発明の第５の実施の形態による力覚センサ＞
§４では、第４の実施の形態及びその変形例として、特にモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚを重点的に計測するのに適した力覚センサについて説明を行った。ここでは、力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを重点的に計測するのに適した力覚センサについて説明する。 <<< §5. Force sensor according to the fifth embodiment of the present invention and its modification >>>
<5-1. Force sensor according to the fifth embodiment of the present invention>
In §4, as a fourth embodiment and a modification thereof, a force sensor suitable for intensively measuring moments Mx, My, and Mz has been described. Here, a force sensor suitable for intensively measuring forces Fx, Fy, and Fz will be described.

図３５は、本発明の第５の実施の形態による力覚センサ５００ｃを示す概略上面図である。図５に示すように、力覚センサ５００ｃは、第４の実施の形態と同様に８つの容量素子を有しているが、それらの配置が第４の実施の形態とは異なっている。具体的には、力覚センサ５００ｃの各梁５２１Ａ〜５２１Ｄは、力覚センサ３００ｃの各梁３２１Ａ〜３２１Ｄのうち、固定部３１６、３１７側の部位をそれぞれ削除した片持ち梁の構造を有している。したがって、力覚センサ５００ｃでは、各梁５２１Ａ〜５２１Ｄに各１つの計測部位Ｄ１、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ８が規定されている。そして、これら４つの計測部位Ｄ１、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ８に各２つの容量素子Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ４１、Ｃ４２、Ｃ５１、Ｃ５２、Ｃ８１、Ｃ８２が配置されている。各容量素子の構成は、第２の実施の形態と同じである。 FIG. 35 is a schematic top view showing the force sensor 500c according to the fifth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the force sensor 500c has eight capacitive elements as in the fourth embodiment, but their arrangement is different from that of the fourth embodiment. Specifically, the beams 521A to 521D of the force sensor 500c have a cantilever structure in which the portions on the fixed portions 316 and 317 of the beams 321A to 321D of the force sensor 300c are deleted. ing. Therefore, in the force sensor 500c, one measurement site D1, D4, D5, D8 is defined for each of the beams 521A to 521D. Then, two capacitive elements C11, C12, C41, C42, C51, C52, C81, and C82 are arranged at each of the four measurement sites D1, D4, D5, and D8. The configuration of each capacitive element is the same as that of the second embodiment.

これらの８つの容量素子は、図３１には図示されていないが、所定の回路によって検出回路５４０のマイコン５４４に接続されており、各容量素子の静電容量値が当該マイコン５４４に提供されるようになっている。そして、後述するように、マイコン５４４は、各容量素子の静電容量値の変動量に基づいて、力覚センサ５００ｃに作用した力を検出するようになっている。 Although these eight capacitive elements are not shown in FIG. 31, they are connected to the microcomputer 544 of the detection circuit 540 by a predetermined circuit, and the capacitance value of each capacitive element is provided to the microcomputer 544. It has become like. Then, as will be described later, the microcomputer 544 detects the force acting on the force sensor 500c based on the fluctuation amount of the capacitance value of each capacitance element.

力覚センサ５００ｃのその他の構成については、第３及び第４の実施の形態と同様である。このため、第３及び第４の実施の形態と共通する構成要素に略同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。 Other configurations of the force sensor 500c are the same as those in the third and fourth embodiments. Therefore, substantially the same reference numerals are given to the components common to the third and fourth embodiments, and detailed description thereof will be omitted.

次に、本実施の形態による力覚センサ５００ｃの作用について説明する。ここでは、ＸＹＺ三次元座標系における各軸方向の力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ及び各軸周りのモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚのうち、Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ及びＭｚの４つの成分を検出する場合について説明を行う。なお、これら４つの成分は、第３の実施の形態による力覚センサ３００ｃが検出可能な４つの成分でもある。 Next, the operation of the force sensor 500c according to the present embodiment will be described. Here, a case of detecting four components of Fx, Fy, Fz, and Mz among the forces Fx, Fy, Fz in each axial direction and the moments Mx, My, and Mz around each axis in the XYZ three-dimensional coordinate system will be described. I do. It should be noted that these four components are also four components that can be detected by the force sensor 300c according to the third embodiment.

図３６は、図３５に示す力覚センサ５００ｃに力及びモーメントの４つの成分Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｚが作用したときの、各容量素子の静電容量値の変動を一覧で示す図表である。上述したように、本実施の形態による力覚センサ５００ｃは、梁５２１Ａ〜５２１Ｄが片持ち梁で構成されている点を除いて、第３の実施の形態による力覚センサ３００ｃと同様の構造を有している。したがって、受力体５６０を介して受力部５１８、５１９に力またはモーメントが作用すると、各梁５２１Ａ〜５２１Ｄの各検出部Ｄ１、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ８には、それぞれ、第３の実施の形態による力覚センサ３００ｃにおける対応する検出部と同じ変位が生じる。 FIG. 36 is a chart showing a list of fluctuations in the capacitance value of each capacitive element when the four components Fx, Fy, Fz, and Mz of force and moment act on the force sensor 500c shown in FIG. 35. .. As described above, the force sensor 500c according to the present embodiment has the same structure as the force sensor 300c according to the third embodiment, except that the beams 521A to 521D are formed of cantilever beams. Have. Therefore, when a force or a moment acts on the receiving portions 518 and 519 via the receiving body 560, the detection portions D1, D4, D5, and D8 of the beams 521A to 521D have the third embodiment, respectively. The same displacement as the corresponding detection unit in the force sensor 300c is generated.

したがって、力覚センサ５００ｃに力及びモーメントが作用したときの各容量素子の増減は、図２９に示す対応する容量素子の増減と同一である。図２９と同様に、図中の「＋」の記号は、静電容量値が増大することを示しており、「−」の記号は、静電容量値が減少することを示している。 Therefore, the increase / decrease of each capacitive element when a force and a moment act on the force sensor 500c is the same as the increase / decrease of the corresponding capacitive element shown in FIG. 29. Similar to FIG. 29, the “+” symbol in the figure indicates that the capacitance value increases, and the “−” symbol indicates that the capacitance value decreases.

このような静電容量値の変動に基づいて、マイコン５４４は、作用した力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ及びモーメントＭｚを次の［式１９］または［式２０］により計測する。［式１９］及び［式２０］は、［式６］及び［式７］のＦｚ、Ｍｘ、Ｍｙ及びＭｚの式から、対応する容量素子のみを抜き出したものである。
［式１９］
＋Ｆｘ１＝Ｃ１１−Ｃ４１−Ｃ５１＋Ｃ８１
＋Ｆｙ１＝Ｃ１１＋Ｃ４１−Ｃ５１−Ｃ８１
＋Ｆｚ１＝−Ｃ１１−Ｃ４１−Ｃ５１−Ｃ８１
＋Ｍｚ１＝−Ｃ１１＋Ｃ４１−Ｃ５１＋Ｃ８１
［式２０］
＋Ｆｘ２＝Ｃ１２−Ｃ４２−Ｃ５２＋Ｃ８２
＋Ｆｙ２＝Ｃ１２＋Ｃ４２−Ｃ５２−Ｃ８２
＋Ｆｚ２＝−Ｃ１２−Ｃ４２−Ｃ５２−Ｃ８２
＋Ｍｚ２＝−Ｃ１２＋Ｃ４２−Ｃ５２＋Ｃ８２ Based on such a fluctuation of the capacitance value, the microcomputer 544 measures the acting force Fx, Fy, Fz and the moment Mz by the following [Equation 19] or [Equation 20]. [Equation 19] and [Equation 20] are obtained by extracting only the corresponding capacitive elements from the equations of Fz, Mx, My and Mz of [Equation 6] and [Equation 7].
[Equation 19]
+ Fx1 = C11-C41-C51 + C81
+ Fy1 = C11 + C41-C51-C81
+ Fz1 = -C11-C41-C51-C81
+ Mz1 = -C11 + C41-C51 + C81
[Equation 20]
+ Fx2 = C12-C42-C52 + C82
+ Fy2 = C12 + C42-C52-C82
+ Fz2 = -C12-C42-C52-C82
+ Mz2 = -C12 + C42-C52 + C82

図３６に示す、対応する容量素子の静電容量値の増減と［式１９］または［式２０］とに基づき、力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ及びモーメントＭｚの他軸感度を求めると、いずれもゼロである。他軸感度の算出方法は、他の実施の形態と同様である。但し、［式１９］及び［式２０］によれば、Ｚ軸方向の力Ｆｚは、静電容量値の和によって求められる。このため、力Ｆｚについては、力覚センサ５００ｃの使用環境における温度変化や同相ノイズの影響を受けやすい点に注意が必要である。 Based on the increase / decrease in the capacitance value of the corresponding capacitive element and [Equation 19] or [Equation 20] shown in FIG. 36, the other axis sensitivities of the forces Fx, Fy, Fz and the moment Mz are all zero. Is. The method for calculating the sensitivity of the other axis is the same as that of the other embodiments. However, according to [Equation 19] and [Equation 20], the force Fz in the Z-axis direction is obtained by the sum of the capacitance values. Therefore, it should be noted that the force Fz is easily affected by temperature changes and in-phase noise in the usage environment of the force sensor 500c.

本実施の形態においても、Ｓ／Ｎの観点から、相対的に静電容量値の変動が大きい容量素子に基づく［式１９］によって作用した力及びモーメントを計測するか、あるいは、［式１９］及び［式２０］に基づき、［式８］のＦｘ３、Ｆｙ３、Ｆｚ３及びＭｚ３に対応する合算電気信号を算出し、この合算電気信号によって、作用した力及びモーメントを計測することが好ましい。 Also in the present embodiment, from the viewpoint of S / N, the force and the moment acted by [Equation 19] based on the capacitive element in which the capacitance value fluctuates relatively large are measured, or [Equation 19] And, based on [Equation 20], it is preferable to calculate the total electric signal corresponding to Fx3, Fy3, Fz3 and Mz3 of [Equation 8], and measure the acting force and moment by this total electric signal.

以上のような本実施の形態における故障診断の方法は、第４の実施の形態による力覚センサ４００ｃと同様である。このため、ここではその詳細な説明については省略する。 The method of failure diagnosis in the present embodiment as described above is the same as that of the force sensor 400c according to the fourth embodiment. Therefore, the detailed description thereof will be omitted here.

このような力覚センサ５００ｃによっても、第３の実施の形態と同様の効果を提供することができる。とりわけ、本実施の形態では、各軸方向の力を検出することが可能であり、且つ、故障診断が可能な、力覚センサ５００ｃを提供することができる。 Such a force sensor 500c can also provide the same effect as that of the third embodiment. In particular, in the present embodiment, it is possible to provide a force sensor 500c capable of detecting a force in each axial direction and diagnosing a failure.

＜５−２．変形例による力覚センサ＞
上述したように、力覚センサ５００ｃは、Ｚ軸方向の力Ｆｚを計測する際に、使用環境における温度変化の影響や同相ノイズの影響を受けやすいものであった。このため、当該力Ｆｚを計測する際に、それらの影響を受けにくくできればより好ましい。ここでは、そのような力覚センサ５０１ｃについて説明する。 <5-2. Force sensor by modification>
As described above, the force sensor 500c is susceptible to the influence of temperature changes and in-phase noise in the usage environment when measuring the force Fz in the Z-axis direction. Therefore, when measuring the force Fz, it is more preferable if it can be less affected by them. Here, such a force sensor 501c will be described.

図３７は、第５の実施の形態の変形例による力覚センサ５０１ｃを示す概略上面図である。図３７に示すように、力覚センサ５０１ｃの基本構造５０１及び容量素子の配置は、Ｙ座標が正（図３７の上半分）の部分が図３５の力覚センサ５００ｃと同じであり、Ｙ座標が負（図３７の下半分）の部分が図２７に示す力覚センサ３００ｃと同じである。図３７には明確には図示されていないが、各容量素子は、所定の回路によってマイコン５４４に接続されており、各容量素子の静電容量値がマイコン５４４に提供されるようになっている。そして、後述するように、マイコン５４４は、各容量素子の静電容量値の変動量に基づいて、力覚センサ５０１ｃに作用した力を検出するようになっている。 FIG. 37 is a schematic top view showing the force sensor 501c according to the modified example of the fifth embodiment. As shown in FIG. 37, the arrangement of the basic structure 501 and the capacitive element of the force sensor 501c is the same as that of the force sensor 500c in FIG. 35 in the portion where the Y coordinate is positive (upper half of FIG. 37), and the Y coordinate. The negative part (lower half of FIG. 37) is the same as the force sensor 300c shown in FIG. 27. Although not clearly shown in FIG. 37, each capacitive element is connected to the microcomputer 544 by a predetermined circuit, and the capacitance value of each capacitive element is provided to the microcomputer 544. .. Then, as will be described later, the microcomputer 544 detects the force acting on the force sensor 501c based on the fluctuation amount of the capacitance value of each capacitance element.

力覚センサ５０１ｃのその他の構成については、第３の実施の形態と同様である。このため、第３の実施の形態と共通する構成要素に略同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。 Other configurations of the force sensor 501c are the same as in the third embodiment. Therefore, substantially the same reference numerals are given to the components common to the third embodiment, and detailed description thereof will be omitted.

力覚センサ５０１ｃに力及びモーメントが作用したときの各容量素子の増減は、図２９に示す対応する容量素子の増減と同一である。このような静電容量値の変動に基づいて、マイコン５４４は、作用した力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ及びモーメントＭｚを次の［式２１］または［式２２］により計測する。［式２１］及び［式２１］は、［式６］及び［式７］のＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ及びＭｚの式から、対応する容量素子のみを抜き出したものである。なお、［式２１］及び［式２２］に示す４つの式のうち、Ｆｘ、Ｆｙ及びＭｚの式は、［式１９］及び「式２０］の対応する式とそれぞれ同一である。もちろん、［式２１］及び［式２１］において、力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ及びモーメントＭｚの他軸感度は、いずれもゼロである。
［式２１］
＋Ｆｘ１＝Ｃ１１−Ｃ４１−Ｃ５１＋Ｃ８１
＋Ｆｙ１＝Ｃ１１＋Ｃ４１−Ｃ５１−Ｃ８１
＋Ｆｚ１＝−Ｃ１１−Ｃ４１＋Ｃ６１＋Ｃ７１
＋Ｍｚ１＝−Ｃ１１＋Ｃ４１−Ｃ５１＋Ｃ８１
［式２２］
＋Ｆｘ２＝Ｃ１２−Ｃ４２−Ｃ５２＋Ｃ８２
＋Ｆｙ２＝Ｃ１２＋Ｃ４２−Ｃ５２−Ｃ８２
＋Ｆｚ２＝−Ｃ１２−Ｃ４２＋Ｃ６２＋Ｃ７２
＋Ｍｚ２＝−Ｃ１２＋Ｃ４２−Ｃ５２＋Ｃ８２ The increase / decrease of each capacitive element when a force or moment acts on the force sensor 501c is the same as the increase / decrease of the corresponding capacitive element shown in FIG. 29. Based on such a fluctuation of the capacitance value, the microcomputer 544 measures the acting force Fx, Fy, Fz and the moment Mz by the following [Equation 21] or [Equation 22]. [Equation 21] and [Equation 21] are obtained by extracting only the corresponding capacitive elements from the Fx, Fy, Fz and Mz equations of [Equation 6] and [Equation 7]. Of the four equations shown in [Equation 21] and [Equation 22], the equations of Fx, Fy and Mz are the same as the corresponding equations of [Equation 19] and "Equation 20", respectively. In Equation 21] and [Equation 21], the other axis sensitivities of the forces Fx, Fy, Fz and the moment Mz are all zero.
[Equation 21]
+ Fx1 = C11-C41-C51 + C81
+ Fy1 = C11 + C41-C51-C81
+ Fz1 = -C11-C41 + C61 + C71
+ Mz1 = -C11 + C41-C51 + C81
[Equation 22]
+ Fx2 = C12-C42-C52 + C82
+ Fy2 = C12 + C42-C52-C82
+ Fz2 = -C12-C42 + C62 + C72
+ Mz2 = -C12 + C42-C52 + C82

本実施の形態においても、Ｓ／Ｎの観点から、相対的に静電容量値の変動が大きい容量素子に基づく［式２１］によって作用した力及びモーメントを計測するか、あるいは、［式２１］及び［式２２］に基づき、［式８］のＦｘ３、Ｆｙ３、Ｆｚ３及びＭｚ３に対応する合算電気信号を算出し、この合算電気信号によって作用した力及びモーメントを計測することが、好ましい。 Also in the present embodiment, from the viewpoint of S / N, the force and the moment acted by [Equation 21] based on the capacitive element in which the capacitance value fluctuates relatively large are measured, or [Equation 21] It is preferable to calculate the total electric signal corresponding to Fx3, Fy3, Fz3 and Mz3 of [Equation 8] based on [Equation 22] and measure the force and the moment acted by the total electric signal.

本変形例における故障診断の方法は、第５の実施の形態による力覚センサ５００ｃと同様である。このため、ここではその詳細な説明については省略する。 The method of failure diagnosis in this modified example is the same as that of the force sensor 500c according to the fifth embodiment. Therefore, the detailed description thereof will be omitted here.

このような力覚センサ５０１ｃによっても、第５の実施の形態による力覚センサ５００ｃと同様の効果を提供することができる。とりわけ、本実施の形態では、４つの成分の全てを差分によって演算することができるため、力覚センサ５０１ｃの使用環境における温度変化や同相ノイズの影響を排除して、高精度に当該モーメントＭｚを計測することができる。 Such a force sensor 501c can also provide the same effect as the force sensor 500c according to the fifth embodiment. In particular, in the present embodiment, since all four components can be calculated by the difference, the influence of the temperature change and the in-phase noise in the usage environment of the force sensor 501c is eliminated, and the moment Mz is calculated with high accuracy. Can be measured.

以上から、§４及び§５で説明したように、図１に示す力覚センサ１００ｃを４つ、閉ループ状に並べることで、力の４成分（Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚの組、またはＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｚの組）を検出することができる。もちろん、これらの４成分のうち任意の成分のみを検出しても良い。 From the above, as described in §4 and §5, by arranging four force sensor 100c shown in FIG. 1 in a closed loop, the four components of force (Fz, Mx, My, Mz set, or Fx , Fy, Fz, Mz set) can be detected. Of course, only any of these four components may be detected.

なお、§４及び§５で説明した各実施の形態及びそれらの変形例による各力覚センサ４００ｃ、４０１ｃ、５００ｃ、５０１ｃは、特定の梁を片持ち梁の構造に置換したモデルとして説明を行った。しかしながら、このような例には限られず、図２７に示す両持ち梁の構造を維持したままで、各力覚センサに採用されている特定の容量素子のみに着目することにより、作用した力及びモーメントを計測しても良い。 The force sensors 400c, 401c, 500c, and 501c according to the embodiments described in §4 and §5 and their modifications are described as models in which a specific beam is replaced with a cantilever structure. rice field. However, the present invention is not limited to such an example, and by focusing only on the specific capacitive element adopted in each force sensor while maintaining the structure of the double-sided beam shown in FIG. The moment may be measured.

＜＜＜ §６．本発明の第６の実施の形態による力覚センサ＞＞＞
＜６−１．力覚センサの構成＞
§１で説明したように、図７の力覚センサ１００ｃは、変形体１０の金属疲労によって当該力覚センサ１００ｃが故障してしまうことを検知することができなかった。このため、図７に示す力覚センサ１００ｃを４つ、閉ループ状に連結して構成された§３の力覚センサ３００ｃについても、同様のことが言える。 <<< §6. Force sensor according to the sixth embodiment of the present invention >>>
<6-1. Force sensor configuration ＞
As described in §1, the force sensor 100c of FIG. 7 could not detect that the force sensor 100c would fail due to metal fatigue of the deformed body 10. Therefore, the same can be said for the force sensor 300c of §3, which is configured by connecting four force sensors 100c shown in FIG. 7 in a closed loop shape.

一方、§２の力覚センサ２００ｃは、変形体２２０に金属疲労が生じているか否かを検知することができるため、この力覚センサ２００ｃを４つ、閉ループ状に連結して新たな力覚センサを構成すれば、力及びモーメントの４成分の検出と、金属疲労による力覚センサの故障とを、検知することができる。ここでは、第６の実施の形態として、そのような力覚センサ６００ｃについて、図３８及び図３９を参照して説明する。 On the other hand, since the force sensor 200c of §2 can detect whether or not metal fatigue has occurred in the deformed body 220, four force sense sensors 200c are connected in a closed loop to form a new force sense. If the sensor is configured, it is possible to detect the detection of the four components of force and moment and the failure of the force sensor due to metal fatigue. Here, as a sixth embodiment, such a force sensor 600c will be described with reference to FIGS. 38 and 39.

図３８は、本発明の第６の実施の形態による力覚センサ６００ｃを示す概略上面図であり、図３９は、ＸＹＺ三次元座標系における各軸正方向の力＋Ｆｘ、＋Ｆｙ、＋Ｆｚ及び各軸正まわりのモーメント＋Ｍｘ、＋Ｍｙ、＋Ｍｚが作用したときの、図３８に示す力覚センサ６００ｃの各容量素子Ｃ１１〜Ｃ８２の静電容量値の増減を一覧で示す図表である。 FIG. 38 is a schematic top view showing the force sensor 600c according to the sixth embodiment of the present invention, and FIG. 39 is a force + Fx, + Fy, + Fz and each axis in the positive direction of each axis in the XYZ three-dimensional coordinate system. It is a chart which shows the increase / decrease of the capacitance value of each capacitance element C11-C82 of the force sensor 600c shown in FIG. 38 when the positive moment + Mx, + My, + Mz act.

図３８に示すように、力覚センサ６００ｃは、閉ループ状の変形体であって、２つの受力部６１８、６１９と、閉ループ状の経路に沿って２つの受力部６１８、６１９と交互に配置された２つの固定部６１６、６１７と、閉ループ状の経路に沿って隣接する受力部６１８、６１９及び固定部６１６、６１７を接続し、受力部６１８、６１９に作用した力ないしモーメントにより弾性変形を生じる４つの変形要素６１０Ａ〜６１０Ｄと、を有する変形体６１０を備えている。 As shown in FIG. 38, the force sensor 600c is a closed-loop deformed body, and alternately has two receiving portions 618 and 619 and two receiving portions 618 and 619 along a closed-loop path. The two fixed portions 616 and 617 arranged are connected to the adjacent receiving portions 618 and 619 and the fixed portions 616 and 617 along a closed loop path, and the force or moment acting on the receiving portions 618 and 619 causes the two fixed portions 616 and 617 to be connected to each other. It includes a deformed body 610 having four deforming elements 610A to 610D that cause elastic deformation.

４つの変形要素６１０Ａ〜６１０Ｄは、それぞれ、長手方向（図３８における紙面に垂直な方向）を有し、受力部６１８、６１９と固定部６１６、６１７との間に、受力部６１８、６１９から固定部６１６、６１７に向かって順次配置された第１傾動部６１３Ａａ〜６１３Ｄａ及び第２傾動部６１３Ａｂ〜６１３Ｄｂと、第１傾動部６１３Ａａ〜６１３Ｄａと第２傾動部６１３Ａｂ〜６１３Ｄｂとの間に配置された力伝達部６１６Ａ〜６１６Ｄと、を有している。そして、第１傾動部６１３Ａａ〜６１３Ｄａと対応する受力部６１８、６１９とが、第１−１変形部６１１Ａａ〜６１１Ｄａによって接続され、力伝達部６１６Ａ〜６１６Ｄと第１傾動部６１３Ａａ〜６１３Ｄａとが第１−２変形部６１２Ａａ〜６１２Ｄａによって接続されている。更に、力伝達部６１６Ａ〜６１６Ｄと第２傾動部６１３Ａｂ〜６１３Ｄｂとを接続する第２−１変形部６１１Ａｂ〜６１１Ｄｂによって接続され、第２傾動部６１３Ａｂ〜６１３Ｄｂと対応する固定部６１６、６１７とが第２−２変形部６１２Ａｂ〜６１２Ｄｂによって接続されている。 Each of the four deformation elements 610A to 610D has a longitudinal direction (direction perpendicular to the paper surface in FIG. 38), and between the receiving portions 618 and 619 and the fixing portions 616 and 617, the receiving portions 618 and 619. The first tilting portions 613Aa to 613Da and the second tilting portions 613Ab to 613Db, which are sequentially arranged from the fixed portions 616 and 617, are arranged between the first tilting portions 613Aa to 613Da and the second tilting portions 613Ab to 613Db. It has the force transmission units 616A to 616D. Then, the first tilting portions 613Aa to 613Da and the corresponding force receiving portions 618 and 619 are connected by the 1-1 deformed portions 611Aa to 611Da, and the force transmitting portions 616A to 616D and the first tilting portions 613Aa to 613Da are connected to each other. It is connected by the first and second deformed portions 612Aa to 612Da. Further, the force transmitting portions 616A to 616D and the second tilting portions 613Ab to 613Db are connected by the second deformed portions 611Ab to 611Db, and the second tilting portions 613Ab to 613Db and the corresponding fixing portions 616 and 617 are connected to each other. It is connected by the second 2-2 deformation portions 612Ab to 612Db.

各変形部は、傾動部６１３Ａａ〜６１３Ｄａ、６１３Ａｂ〜６１３Ｄｂの長手方向と交差する方向（図３８における紙面の面内方向）に延在している。そして、図１０に示す力覚センサ２００ｃと同様に、第１−１変形部６１１Ａａ〜６１１Ｄａと第１傾動部６１３Ａａ〜６１３Ｄａとの接続部位と、第１−２変形部６１２Ａａ〜６１２Ｄａと第１傾動部６１３Ａａ〜６１３Ｄａとの接続部位とは、当該第１傾動部６１３Ａａ〜６１３Ｄａの長手方向において位置が異なっている。同様に、第２−１変形部６１１Ａｂ〜６１１Ｄｂと第２傾動部６１３Ａｂ〜６１３Ｄｂとの接続部位と、第２−２変形部６１２Ａｂ〜６１２Ｄｂと第２傾動部６１３Ａｂ〜６１３Ｄｂとの接続部位とは、当該第２傾動部６１３Ａｂ〜６１３Ｄｂの長手方向において位置が異なっている。 Each deformed portion extends in a direction intersecting the longitudinal direction of the tilting portions 613Aa to 613Da and 613Ab to 613Db (in-plane direction of the paper surface in FIG. 38). Then, similarly to the force sensor 200c shown in FIG. 10, the connection portion between the 1-1 deformed portions 611Aa to 611Da and the first tilting portions 613Aa to 613Da, and the 1-2 deformed portions 612Aa to 612Da and the first tilting portion The positions of the connection portions with the portions 613Aa to 613Da are different in the longitudinal direction of the first tilting portions 613Aa to 613Da. Similarly, the connection portion between the 2-1 deformed portions 611Ab to 611Db and the second tilting portion 613Ab to 613Db, and the connecting portion between the 2-2 deformed portions 612Ab to 612Db and the second tilting portion 613Ab to 613Db are The positions of the second tilting portions 613Ab to 613Db are different in the longitudinal direction.

更に、変形体６１０は、第１−１変形部６１１Ａａ〜６１１Ｄａ及び第１−２変形部６１２Ａａ〜６１２Ｄａのバネ定数と、第２−１変形部６１１Ａｂ〜６１１Ｄｂ及び第２−２変形部６１２Ａｂ〜６１２Ｄｂのバネ定数とが、異なっている。具体的には、本実施の形態では、第１−１変形部６１１Ａａ〜６１１Ｄａ及び第１−２変形部６１２Ａａ〜６１２Ｄａのバネ定数が、第２−１変形部６１１Ａｂ〜６１１Ｄｂ及び第２−２変形部６１２Ａｂ〜６１２Ｄｂのバネ定数よりも、小さい。 Further, the deformed body 610 includes the spring constants of the 1-1 deformed portions 611Aa to 611Da and the 1-2 deformed portions 612Aa to 612Da, and the 2-1 deformed portions 611Ab to 611Db and the 2-2 deformed portions 612Ab to 612Db. The spring constant of is different. Specifically, in the present embodiment, the spring constants of the 1-1 deformed portions 611Aa to 611Da and the 1-2 deformed portions 612Aa to 612Da are changed to the 2-1 deformed portions 611Ab to 611Db and the 2-2 deformed portions. It is smaller than the spring constant of parts 612Ab to 612Db.

図３８に示すように、各変形要素６１０Ａ〜６１０Ｄには、当該変形要素６１０Ａ〜６１０Ｄに生じる弾性変形により変位を生じる変位体６２０Ａａ〜６２０Ｄａ及び６２０Ａｂ〜６２０Ｄｂが接続されている。本実施の形態では、各傾動部に変位体が接続されている。具体的には、変位体は、各固定部６１６、６１７から離間し各第１傾動部６１３Ａａ〜６１３Ｄの傾動により変位する第１変位部６４０Ａａ〜６２０Ｄａと、各固定部６１６、６１７から離間し各第２傾動部６１３Ａｂ〜６１３Ｄｂの傾動により変位する第２変位部６４０Ａｂ〜６２０Ｄｂと、を有している。 As shown in FIG. 38, displacement bodies 620Aa to 620Da and 620Ab to 620Db that are displaced by elastic deformation generated in the deformation elements 610A to 610D are connected to the deformation elements 610A to 610D. In the present embodiment, a displacement body is connected to each tilting portion. Specifically, the displacement bodies are separated from the first displacement portions 640Aa to 620Da, which are separated from the fixed portions 616 and 617 and displaced by the tilt of the first tilting portions 613Aa to 613D, and separated from the fixed portions 616 and 617, respectively. It has second displacement portions 640Ab to 620Db that are displaced by tilting of the second tilt portions 613Ab to 613Db.

力覚センサ６００ｃは、これらの変位体に生じる変位に基づいて、作用した力及びモーメントの少なくとも一方を検出する検出回路６４０と、を更に備えている。 The force sensor 600c further includes a detection circuit 640 that detects at least one of the acting force and the moment based on the displacement generated in these displacement bodies.

検出回路６４０は、各第１変位部６４０Ａａ〜６２０Ｄａに配置された第１変位センサと、各第２変位部６４０Ａｂ〜６２０Ｄｂに配置された第２変位センサと、を有している。図３８に示す例では、第１変位センサ及び第２変位センサは、後述されるように、容量素子Ｃ１１〜Ｃ８２である。検出回路６４０は、第１変位センサの検出値に基づいて、作用した力を示す第１電気信号Ｔ１を出力し、且つ、各第２変位センサの検出値に基づいて、作用した力を示す第２電気信号Ｔ２を出力し、当該第１電気信号Ｔ１と当該第２電気信号Ｔ２との比率の変化に基づいて、力の検出が正常に行われているか否かを判定するようになっている。 The detection circuit 640 has a first displacement sensor arranged in each of the first displacement portions 640Aa to 620Da, and a second displacement sensor arranged in each of the second displacement portions 640Ab to 620Db. In the example shown in FIG. 38, the first displacement sensor and the second displacement sensor are capacitive elements C11 to C82, as will be described later. The detection circuit 640 outputs a first electric signal T1 indicating the applied force based on the detected value of the first displacement sensor, and indicates the applied force based on the detected value of each second displacement sensor. 2 The electric signal T2 is output, and it is determined whether or not the force is normally detected based on the change in the ratio of the first electric signal T1 and the second electric signal T2. ..

図３８に示すように、第１変位部６４０Ａａ〜６２０Ｄａは、第１傾動部６１３Ａａ〜６１３Ｄａの長手方向と交差する方向に延在する第１梁６２１Ａａ〜６２１Ｄａを有し、第２変位部６４０Ａｂ〜６２０Ｄｂは、第２傾動部６１３Ａｂ〜６１３Ｄｂの長手方向と交差する方向に延在する第２梁６２１Ａｂ〜６２１Ｄｂを有している。 As shown in FIG. 38, the first displacement portions 640Aa to 620Da have first beams 621Aa to 621Da extending in a direction intersecting the longitudinal direction of the first tilting portions 613Aa to 613Da, and the second displacement portions 640Ab to 620Da. The 620Db has second beams 621Ab to 621Db extending in a direction intersecting the longitudinal direction of the second tilting portions 613Ab to 613Db.

第１梁６２１Ａａ〜６２１Ｄａには、それぞれ、当該第１梁６２１Ａａ〜６２１Ｄａの一方の端部（受力部６１８、６１９側の端部）から他方の端部（固定部６１６、６１７側の端部）に向かって、第１−１計測部位Ｄ１１、Ｄ４２、Ｄ５１、Ｄ８２及び第１−２計測部位Ｄ１２、Ｄ４１、Ｄ５２、Ｄ８１がこの順序で規定されている。同様に、第２梁６２１Ａｂ〜６２１Ｄｂには、それぞれ、当該第２梁６２１Ａｂ〜６２１Ｄｂの一方の端部（受力部６１８、６１９側の端部）から他方の端部（固定部６１６、６１７側の端部）に向かって第２−１計測部位Ｄ２１、Ｄ３２、Ｄ６１、Ｄ７２及び第２−２計測部位Ｄ２２、Ｄ３１、Ｄ６２、Ｄ７１がこの順序で規定されている。 The first beams 621Aa to 621Da have one end (the end on the receiving portion 618 and 619 side) to the other end (the end on the fixed portion 616 and 617 side) of the first beam 621Aa to 621Da, respectively. ), The 1-1 measurement sites D11, D42, D51, D82 and the 1-2 measurement sites D12, D41, D52, D81 are defined in this order. Similarly, the second beams 621Ab to 621Db have one end (ends on the receiving portions 618 and 619 sides) to the other end (fixed portions 616 and 617 sides) of the second beams 621Ab to 621Db, respectively. The 2-1 measurement sites D21, D32, D61, D72 and the 2-2 measurement sites D22, D31, D62, D71 are defined in this order toward the end of the 2-1 measurement site.

図３８に示すように、各第１変位部６２０Ａａ〜６２０Ｄａは、変形体６１０の第１傾動部６１３Ａａ〜６１３Ｄａと第１梁６２１Ａａ〜６２１Ｄａとを接続する第１接続体６２２Ａａ〜６２２Ｄａを有し、各第２変位部６２０Ａｂ〜６２０Ｄｂは、変形体６１０の第２傾動部６１３Ａｂ〜６１３Ｄｂと第２梁６２１Ａｂ〜６２１Ｄｂとを接続する第２接続体６２２Ａｂ〜６２２Ｄｂを有している。そして、各計測部位Ｄ１１〜Ｄ８２は、対応する接続体６２２Ａａ〜６２２Ｄａ、６２２Ａｂ〜６２２Ｄｂと梁６２１Ａａ〜６２１Ｄａ、６２１Ａｂ〜６２１Ｄｂとの接続部位に関して対称的に配置されている。 As shown in FIG. 38, each of the first displacement portions 620Aa to 620Da has first connecting bodies 622Aa to 622Da that connect the first tilting portions 613Aa to 613Da of the deformed body 610 and the first beams 621Aa to 621Da. Each of the second displacement portions 620Ab to 620Db has second connecting bodies 622Ab to 622Db that connect the second tilting portions 613Ab to 613Db of the deformed body 610 and the second beams 621Ab to 621Db. The measurement sites D11 to D82 are arranged symmetrically with respect to the connection sites of the corresponding connecting bodies 622Aa to 622Da and 622Ab to 622Db and the beams 621Aa to 621Da and 621Ab to 621Db.

検出回路６４０は、第１−１変位センサ及び第１−２変位センサ、すなわち８つの容量素子Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ４１、Ｃ４２、Ｃ５１、Ｃ５２、Ｃ８１、Ｃ８２の各検出値（静電容量値）に基づいて第１電気信号Ｔ１を出力し、且つ、第２−１変位センサ及び第２−２変位センサ、すなわち残り８つの容量素子Ｃ２１、Ｃ２２、Ｃ３１、Ｃ３２、Ｃ６１、Ｃ６２、Ｃ７１、Ｃ７２の各検出値（静電容量値）に基づいて第２電気信号Ｔ２を出力するようになっている。各電気信号Ｔ１、Ｔ２を示す式は、後述される。 The detection circuit 640 sets the detection values (capacitance values) of the 1-1 displacement sensor and the 1-2 displacement sensor, that is, the eight capacitance elements C11, C12, C41, C42, C51, C52, C81, and C82. Based on this, the first electric signal T1 is output, and the 2-1 displacement sensor and the 2-2 displacement sensor, that is, the remaining eight capacitive elements C21, C22, C31, C32, C61, C62, C71, and C72, respectively. The second electric signal T2 is output based on the detected value (capacitance value). The formulas showing the electric signals T1 and T2 will be described later.

本実施の形態では、図２７に示す力覚センサ３００ｃと同様に、変位体に対向配置され、固定部６１６、６１７に対して移動しない支持体６５０を更に備えている。そして、前記第１及び第２変位センサは、変位体の各変位部４２０Ａａ〜４２０Ｄｂに配置された変位電極Ｅｍ１１〜Ｅｍ８２と、この変位電極Ｅｍ１１〜Ｅｍ８２に対向して支持体６５０上に配置された固定電極Ｅｆ１１〜Ｅｆ８２（不図示）と、を有する容量素子である。 In the present embodiment, similarly to the force sensor 300c shown in FIG. 27, a support 650 that is arranged to face the displacement body and does not move with respect to the fixed portions 616 and 617 is further provided. The first and second displacement sensors are arranged on the displacement electrodes Em11 to Em82 arranged on the displacement portions 420Aa to 420Db of the displacement body and on the support 650 facing the displacement electrodes Em11 to Em82. It is a capacitive element having fixed electrodes Ef11 to Ef82 (not shown).

また、本実施の形態の検出回路６４０の構成は、入力される静電容量値がＣ１１〜Ｃ８２に増加している点を除き、図１３に示すブロック図と同様である。したがって、検出回路６４０は、力の検出が正常に行われているときの、すなわち変形体６１０に金属疲労が生じていないときの、第１電気信号Ｔ１と第２電気信号Ｔ２との比率を基準比率Ｒｓとして記憶する記憶部を有している。そして、検出回路６４０は、第１電気信号Ｔ２と第２電気信号Ｔ２との比率と、基準比率Ｒｓと、の差、に基づいて、力の検出が正常に行われているか否か、とりわけ変形体６１０に金属疲労が生じているか否か、を判定するようになっている。 Further, the configuration of the detection circuit 640 of the present embodiment is the same as the block diagram shown in FIG. 13 except that the input capacitance value is increased from C11 to C82. Therefore, the detection circuit 640 is based on the ratio of the first electric signal T1 and the second electric signal T2 when the force is normally detected, that is, when metal fatigue does not occur in the deformed body 610. It has a storage unit that stores it as a ratio Rs. Then, the detection circuit 640 deforms whether or not the force is normally detected based on the difference between the ratio of the first electric signal T2 and the second electric signal T2 and the reference ratio Rs. It is designed to determine whether or not metal fatigue has occurred in the body 610.

＜６−２．力覚センサの作用＞
以上の力覚センサ６００ｃにおいて、受力部６１８、６１９にある方向の力が作用した際、第２象限に位置する第１変形要素６１０Ａの第１傾動部６１３Ａａ及び第２傾動部６１３Ａｂに生じる傾動（回動）の向きは、同じ方向の力が第３の実施の形態による力覚センサ３００ｃ（図２７参照）に作用した際に第１変形要素３１０Ａの傾動部３１３Ａに生じる傾動（回動）の向きと同じである。すなわち、力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ及びモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚが作用した際に、第３の実施の形態による力覚センサ３００ｃの第１計測部位Ｄ１のＺ軸方向に沿った変位の向きと、本実施の形態による力覚センサ６００ｃの第１−１計測部位Ｄ１１及び第１−２計測部位Ｄ１２のＺ軸方向に沿った変位の向きとは、同じである。同様に、第３の実施の形態による力覚センサ３００ｃの第２計測部位Ｄ２のＺ軸方向に沿った変位の向きと、本実施の形態による力覚センサ６００ｃの第２−１計測部位Ｄ２１及び第２−２計測部位Ｄ２２のＺ軸方向に沿った変位の向きとは、同じである。 <6-2. Action of force sensor ＞
In the above force sensor 600c, when a force in the direction in the receiving portions 618 and 619 acts, the tilt generated in the first tilting portion 613Aa and the second tilting portion 613Ab of the first deforming element 610A located in the second quadrant. The direction of (rotation) is the tilt (rotation) that occurs in the tilting portion 313A of the first deformation element 310A when a force in the same direction acts on the force sensor 300c (see FIG. 27) according to the third embodiment. It is the same as the direction of. That is, when the forces Fx, Fy, Fz and the moments Mx, My, Mz act, the direction of displacement of the first measurement portion D1 of the force sensor 300c according to the third embodiment along the Z-axis direction. The direction of displacement of the force sensor 600c according to the present embodiment along the Z-axis direction of the 1-1 measurement portion D11 and the 1-2 measurement portion D12 is the same. Similarly, the direction of displacement of the second measurement site D2 of the force sensor 300c according to the third embodiment along the Z-axis direction, and the 2-1 measurement site D21 and the force sensor 600c according to the present embodiment. The direction of displacement of the second 2nd measurement site D22 along the Z-axis direction is the same.

このような対応関係は、第２〜第４変形要素６１０Ｂ〜６１０Ｄにおいても、同様に成立する。すなわち、受力部６１８、６１９に力が作用した際、第３−１計測部位Ｄ３１及び第４−１計測部位Ｄ４１の挙動と図２７に示す力覚センサ３００の第３計測部位Ｄ３の挙動とが対応し、第３−２計測部位Ｄ３２及び第４−２計測部位Ｄ４２の挙動と図２７に示す力覚センサ３００の第４計測部位Ｄ４の挙動とが対応し、第５−１計測部位Ｄ５１及び第６−１計測部位Ｄ６１の挙動と図２７に示す力覚センサ３００の第５計測部位Ｄ５の挙動とが対応し、第５−２測部位Ｄ５２及び第６−２計測部位Ｄ６２の挙動と図２７に示す力覚センサ３００の第６計測部位Ｄ６の挙動とが対応し、第７−１計測部位Ｄ７１及び第８−１計測部位Ｄ８１の挙動と図２７に示す力覚センサ３００の第７計測部位Ｄ７の挙動とが対応し、第７−２計測部位Ｄ７２及び第８−２計測部位Ｄ８２の挙動と図２７に示す力覚センサ３００の第８計測部位Ｄ８の挙動とが対応する。 Such a correspondence is also established in the second to fourth deformation elements 610B to 610D. That is, when a force acts on the receiving parts 618 and 619, the behavior of the 3-1 measurement part D31 and the 4-1 measurement part D41 and the behavior of the third measurement part D3 of the force sensor 300 shown in FIG. 27. Corresponds, and the behavior of the 3rd-2nd measurement part D32 and the 4-2th measurement part D42 corresponds to the behavior of the 4th measurement part D4 of the force sensor 300 shown in FIG. 27, and the 5-1th measurement part D51 And the behavior of the 6-1st measurement part D61 and the behavior of the 5th measurement part D5 of the force sensor 300 shown in FIG. 27 correspond to the behavior of the 5-2nd measurement part D52 and the 6-2th measurement part D62. The behavior of the sixth measurement site D6 of the force sensor 300 shown in FIG. 27 corresponds to the behavior of the 7-1 measurement site D71 and the 8-1 measurement site D81, and the behavior of the force sensor 300 shown in FIG. 27 is the seventh. The behavior of the measurement site D7 corresponds to the behavior of the 7-2 measurement site D72 and the 8-2 measurement site D82, and the behavior of the eighth measurement site D8 of the force sensor 300 shown in FIG. 27 corresponds.

更に、各変形部６１１Ａａ〜６１１Ｄａ、６１２Ａａ〜６１２Ｄａ、６１１Ａｂ〜６１１Ｄｂ、６１２Ａｂ〜６１２Ｄｂのバネ定数の相違から、各変形要素６１０Ａ〜６１０Ｄに含まれる各２つの変位部６２０Ａａ〜６２０Ｄａ、６２０Ａｂ〜６２０Ａｂのうち、受力部６１８、６１９に近位の変位部６２０Ａａ〜６２０Ｄａに規定された計測部位Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ４１、Ｄ４２、Ｄ５１、Ｄ５２、Ｄ８１、Ｄ８２の方が、Ｚ軸方向の変位が相対的に大きい。 Further, due to the difference in the spring constants of the deformed portions 611Aa to 611Da, 612Aa to 612Da, 611Ab to 611Db, and 612Ab to 612Db, among the two displacement portions 620Aa to 620Da and 620Ab to 620Ab included in the deforming elements 610A to 610D. The displacements in the Z-axis direction are relatively larger for the measurement sites D11, D12, D41, D42, D51, D52, D81, and D82 defined in the displacement portions 620Aa to 620Da proximal to the receiving portions 618 and 619. big.

以上の対応関係及び計測部位Ｄ１１〜Ｄ８２の変位の大小関係と、図２９の図表と、を踏まえると、力覚センサ６００ｃの各容量素子Ｃ１１〜Ｃ８２の静電容量値の増減は、図３９に示す通りである。この図表においても、「＋」は、静電容量値が増大することを示しており、「＋＋」は、静電容量値が大きく増大することを示している。また、「−」は、静電容量値が減少することを示しており、「−−」は、静電容量値が大きく減少することを示している。 Based on the above correspondence, the magnitude relationship of the displacements of the measurement sites D11 to D82, and the chart of FIG. 29, the increase / decrease of the capacitance value of each capacitance element C11 to C82 of the force sensor 600c is shown in FIG. 39. As shown. Also in this chart, "+" indicates that the capacitance value increases, and "++" indicates that the capacitance value increases significantly. Further, "-" indicates that the capacitance value decreases, and "-" indicates that the capacitance value decreases significantly.

このような力覚センサ６００ｃでは、図３９に基づき、以下の［式２３］及び［式２４］に基づいて受力部６１８、６１９に作用した力を計測することができる。各式の左辺の末尾の数字が「１」である［式２３］は、相対的にバネ定数が小さい変形部によって支持された第１、第４、第５及び第８傾動部６１３Ａ、６１３Ｄ、６１３Ｅ、６１３Ｈに関連付けられた容量素子を用いて計測された力である。また、各式の左辺の末尾の数字が「２」である［式２４］は、相対的にバネ定数が大きい変形部によって支持された第２、第３、第６及び第７傾動部６１３Ｂ、６１３Ｃ、６１３Ｆ、６１３Ｇに関連付けられた容量素子を用いて計測された力である。
［式２３］
Ｆｘ１＝Ｃ１１−Ｃ１２＋Ｃ４１−Ｃ４２−Ｃ５１＋Ｃ５２−Ｃ８１＋Ｃ８２
Ｆｙ１＝Ｃ１１−Ｃ１２−Ｃ４１＋Ｃ４２−Ｃ５１＋Ｃ５２＋Ｃ８１−Ｃ８２
Ｆｚ１＝−Ｃ１１＋Ｃ１２＋Ｃ４１−Ｃ４２−Ｃ５１＋Ｃ５２＋Ｃ８１−Ｃ８２
Ｍｘ１＝−Ｃ１１＋Ｃ１２＋Ｃ４１−Ｃ４２＋Ｃ５１−Ｃ５２−Ｃ８１＋Ｃ８２
Ｍｙ１＝−Ｃ１１＋Ｃ１２−Ｃ４１＋Ｃ４２＋Ｃ５１−Ｃ５２＋Ｃ８１−Ｃ８２
Ｍｚ１＝−Ｃ１１＋Ｃ１２−Ｃ４１＋Ｃ４２−Ｃ５１＋Ｃ５２−Ｃ８１＋Ｃ８２
［式２４］
Ｆｘ２＝Ｃ２１−Ｃ２２＋Ｃ３１−Ｃ３２−Ｃ６１＋Ｃ６２−Ｃ７１＋Ｃ７２
Ｆｙ２＝Ｃ２１−Ｃ２２−Ｃ３１＋Ｃ３２−Ｃ６１＋Ｃ６２＋Ｃ７１−Ｃ７２
Ｆｚ２＝−Ｃ２１＋Ｃ２２＋Ｃ３１−Ｃ３２−Ｃ６１＋Ｃ６２＋Ｃ７１−Ｃ７２
Ｍｘ２＝−Ｃ２１＋Ｃ２２＋Ｃ３１−Ｃ３２＋Ｃ６１−Ｃ６２−Ｃ７１＋Ｃ７２
Ｍｙ２＝−Ｃ２１＋Ｃ２２−Ｃ３１＋Ｃ３２＋Ｃ６１−Ｃ６２＋Ｃ７１−Ｃ７２
Ｍｚ２＝−Ｃ２１＋Ｃ２２−Ｃ３１＋Ｃ３２−Ｃ６１＋Ｃ６２−Ｃ７１＋Ｃ７２ With such a force sensor 600c, it is possible to measure the force acting on the receiving units 618 and 619 based on the following [Equation 23] and [Equation 24] based on FIG. 39. [Equation 23], in which the number at the end of the left side of each equation is "1", is the first, fourth, fifth and eighth tilting portions 613A, 613D supported by the deformed portions having a relatively small spring constant. The force measured using the capacitive elements associated with the 613E, 613H. Further, in [Equation 24] in which the number at the end of the left side of each equation is "2", the second, third, sixth and seventh tilting portions 613B supported by the deformed portions having a relatively large spring constant, The force measured using the capacitive elements associated with the 613C, 613F, 613G.
[Equation 23]
Fx1 = C11-C12 + C41-C42-C51 + C52-C81 + C82
Fy1 = C11-C12-C41 + C42-C51 + C52 + C81-C82
Fz1 = -C11 + C12 + C41-C42-C51 + C52 + C81-C82
Mx1 = -C11 + C12 + C41-C42 + C51-C52-C81 + C82
My1 = -C11 + C12-C41 + C42 + C51-C52 + C81-C82
Mz1 = -C11 + C12-C41 + C42-C51 + C52-C81 + C82
[Equation 24]
Fx2 = C21-C22 + C31-C32-C61 + C62-C71 + C72
Fy2 = C21-C22-C31 + C32-C61 + C62 + C71-C72
Fz2 = -C21 + C22 + C31-C32-C61 + C62 + C71-C72
Mx2 = -C21 + C22 + C31-C32 + C61-C62-C71 + C72
My2 = -C21 + C22-C31 + C32 + C61-C62 + C71-C72
Mz2 = -C21 + C22-C31 + C32-C61 + C62-C71 + C72

ところで、本実施の形態による力覚センサ６００ｃは、Ｆｘ１＝Ｍｙ１、Ｆｙ１＝Ｍｘ１、Ｆｘ２＝Ｍｙ２、Ｆｙ２＝Ｍｘ２という関係が成立している。このため、力覚センサ６００ｃは、力の６つの成分のすべてを検出することはできない。すなわち、この力覚センサ６００ｃは、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ及びＭｚの４つの成分、または、Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ及びＭｚの４つの成分、のいずれかであれば、各成分を計測することができる。なお、このことは、力覚センサ６００ｃと第３の実施の形態による力覚センサ３００ｃとの対応関係からも明らかである。 By the way, in the force sensor 600c according to the present embodiment, the relationship of Fx1 = My1, Fy1 = Mx1, Fx2 = My2, Fy2 = Mx2 is established. Therefore, the force sensor 600c cannot detect all six components of force. That is, the force sensor 600c can measure each component if it is any one of the four components of Fz, Mx, My and Mz, or the four components of Fx, Fy, Fz and Mz. .. This is clear from the correspondence between the force sensor 600c and the force sensor 300c according to the third embodiment.

＜６−３．故障診断＞
上述したように、本実施の形態の検出回路６４０も、力覚センサ６００ｃが正常に機能しているか否かを判定する機能を有している。ここでは、この故障診断の機能について説明を行う。 <6-3. Failure diagnosis ＞
As described above, the detection circuit 640 of the present embodiment also has a function of determining whether or not the force sensor 600c is functioning normally. Here, the function of this failure diagnosis will be described.

この故障診断の手法は、２−５．で説明した故障診断の手法と同様である。すなわち、例えば力Ｆｘに着目した場合、第１電気信号Ｔ１及び第２電気信号Ｔ２は次の［式２５］の通りである。
［式２５］
Ｔ１＝Ｃ１１−Ｃ１２＋Ｃ４１−Ｃ４２−Ｃ５１＋Ｃ５２−Ｃ８１＋Ｃ８２
Ｔ２＝Ｃ２１−Ｃ２２＋Ｃ３１−Ｃ３２−Ｃ６１＋Ｃ６２−Ｃ７１＋Ｃ７２ This failure diagnosis method is 2-5. This is the same as the failure diagnosis method described in. That is, for example, when focusing on the force Fx, the first electric signal T1 and the second electric signal T2 are as shown in the following [Equation 25].
[Equation 25]
T1 = C11-C12 + C41-C42-C51 + C52-C81 + C82
T2 = C21-C22 + C31-C32-C61 + C62-C71 + C72

ここで、力覚センサ６００ｃの変形体６１０に金属疲労が生じていないときの、受力部６１８、６１９に作用するＸ軸正方向の力＋Ｆｘと電気信号Ｔ１、Ｔ２との関係は、図１５に示す通りであった。更に、力覚センサ６００ｃの変形体６１０に金属疲労が生じているときの、受力部６１８、６１９に作用するＸ軸正方向の力＋Ｆｘと電気信号Ｔ１、Ｔ２との関係は、図１６に示す通りであった。すなわち、力覚センサ６００ｃの変形体６１０に金属疲労が生じていないときには、第１電気信号Ｔ１を示すグラフＴ１ａの傾きと、第２電気信号Ｔ２を示すグラフＴ２ａの傾きと、の比は、４である。また、力覚センサ６００ｃの変形体６１０に金属疲労が生じているときには、第１電気信号Ｔ１を示すグラフＴ１ｂの傾きと、第２電気信号Ｔ２を示すグラフＴ２ｂの傾きと、の比は、５である。 Here, the relationship between the X-axis positive force + Fx acting on the receiving portions 618 and 619 and the electric signals T1 and T2 when the deformed body 610 of the force sensor 600c is not subjected to metal fatigue is shown in FIG. It was as shown in. Further, the relationship between the force + Fx in the positive direction of the X-axis acting on the receiving portions 618 and 619 and the electric signals T1 and T2 when the deformed body 610 of the force sensor 600c is subjected to metal fatigue is shown in FIG. It was as shown. That is, when metal fatigue does not occur in the deformed body 610 of the force sensor 600c, the ratio of the inclination of the graph T1a showing the first electric signal T1 to the inclination of the graph T2a showing the second electric signal T2 is 4. Is. Further, when metal fatigue occurs in the deformed body 610 of the force sensor 600c, the ratio of the inclination of the graph T1b showing the first electric signal T1 to the inclination of the graph T2b showing the second electric signal T2 is 5. Is.

したがって、第２の実施の形態による力覚センサ２００ｃと同様に、本実施の形態でも、各グラフの傾きの比（Ｔ１／Ｔ２）の変化を利用して力覚センサ６００ｃの故障診断を行う。すなわち、検出回路６４０のマイコン６４４は、作用した力を、相対的にバネ定数が大きい変形部に関連付けられた第２電気信号Ｔ２を用いて計測しつつ、現在の第１電気信号Ｔ１と第２電気信号Ｔ２との比率と、金属疲労が発現していない初期状態における第１電気信号Ｔ１ａと第２電気信号Ｔ２ａとの比率と、の差が所定の範囲内にあるか否かを評価することによって、力覚センサ６００ｃが正常に機能しているか否かを判定することができる。 Therefore, similarly to the force sensor 200c according to the second embodiment, in the present embodiment as well, the failure diagnosis of the force sensor 600c is performed by utilizing the change in the inclination ratio (T1 / T2) of each graph. That is, the microcomputer 644 of the detection circuit 640 measures the applied force using the second electric signal T2 associated with the deformed portion having a relatively large spring constant, while measuring the current first electric signal T1 and the second electric signal T1. To evaluate whether or not the difference between the ratio of the electric signal T2 and the ratio of the first electric signal T1a and the second electric signal T2a in the initial state in which metal fatigue does not occur is within a predetermined range. It is possible to determine whether or not the force sensor 600c is functioning normally.

もちろん、作用した力を、第１電気信号Ｔ１に基づいて計測しても良い。この場合、第１電気信号Ｔ１を提供する容量素子はバネ定数が相対的に小さい変形部に関連付けられているため、作用する力に対する感度が高く、Ｓ／Ｎに優れた力の計測が可能となる。また、各容量素子Ｃ１１〜Ｃ８２の静電容量値の変動量をＡＤ変換し、マイコン６４４によって各静電容量値を比較することによって、力覚センサ６００ｃの故障を診断しても良い。 Of course, the acting force may be measured based on the first electric signal T1. In this case, since the capacitive element that provides the first electric signal T1 is associated with the deformed portion having a relatively small spring constant, the sensitivity to the acting force is high, and it is possible to measure the force excellent in S / N. Become. Further, the failure of the force sensor 600c may be diagnosed by AD-converting the fluctuation amount of the capacitance values of the capacitance elements C11 to C82 and comparing the capacitance values with the microcomputer 644.

故障診断を行う手順は、２−５．で説明した手順と同様であるため、ここではその詳細な説明を省略する。 The procedure for failure diagnosis is 2-5. Since the procedure is the same as that described in the above, the detailed description thereof will be omitted here.

以上のような本実施の形態によれば、相対的に静電容量値の変動が大きい容量素子に基づく第１電気信号Ｔ１と、相対的に静電容量値の変動が小さい容量素子に基づく第２電気信号Ｔ２と、の比率の変化に基づいて、力覚センサ６００ｃの故障診断が行われる。この故障診断では、容量素子Ｃ１１〜Ｃ８２の電極に生じた異常のみならず、変形体６１０に生じた金属疲労に起因する力覚センサ６００ｃの故障をも自ら診断することができる。さらに、力覚センサ６００ｃにおいては、傾動部２１３Ａ、２１３ｂの傾動によって各計測部位Ｄ１１〜Ｄ８２が変位するため、傾動部１３に生じる傾動を効果的に増幅させることができる。すなわち、本実施の形態によれば、低価格且つ高感度でありながら、単一の力覚センサ６００ｃによってそれ自身の故障診断が可能である、という力覚センサ６００ｃを提供することができる。 According to the present embodiment as described above, the first electric signal T1 based on the capacitance element having a relatively large fluctuation in the capacitance value and the first electric signal T1 based on the capacitance element having a relatively small fluctuation in the capacitance value. Based on the change in the ratio of the two electrical signals T2, the failure diagnosis of the force sensor 600c is performed. In this failure diagnosis, not only the abnormality generated in the electrodes of the capacitive elements C11 to C82 but also the failure of the force sensor 600c caused by the metal fatigue generated in the deformed body 610 can be diagnosed by oneself. Further, in the force sensor 600c, since the measurement sites D11 to D82 are displaced by the tilting of the tilting portions 213A and 213b, the tilting generated in the tilting portion 13 can be effectively amplified. That is, according to the present embodiment, it is possible to provide a force sensor 600c that can diagnose its own failure by a single force sensor 600c while being inexpensive and having high sensitivity.

また、本実施の形態においても、検出回路６４０は、静電容量値の差分によって作用した力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ及びモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚを計測するため、使用環境の温度変化や同相ノイズの影響を受けにくい力覚センサ６００ｃを提供することができる。 Further, also in the present embodiment, since the detection circuit 640 measures the forces Fx, Fy, Fz and the moments Mx, My, Mz acting by the difference in the capacitance value, the temperature change in the usage environment and the common mode noise It is possible to provide a force sensor 600c that is not easily affected.

また、各計測部位Ｄ１１〜Ｄ８２は、対応する接続体と梁との接続部位に関して対称的に配置されているため、作用した力を簡易な演算によって検出することができる。 Further, since the measurement portions D11 to D82 are arranged symmetrically with respect to the connection portion between the corresponding connecting body and the beam, the applied force can be detected by a simple calculation.

＜＜＜ §７．本発明の変形例による力覚センサ＞＞＞
＜７−１．変形例１＞
図４０は、図２７の変形例による力覚センサ３０２ｃを示す概略上面図である。本図においても、説明の便宜上、受力体の図示が省略されている。 <<< §7. Force sensor according to a modified example of the present invention >>>
<7-1. Modification 1>
FIG. 40 is a schematic top view showing the force sensor 302c according to the modified example of FIG. 27. Also in this figure, the illustration of the receiving body is omitted for convenience of explanation.

図４０に示すように、力覚センサ３０２ｃは、変形体３１０ｂが矩形の形状を有している点で、図２７に示す力覚センサ３００ｃとは異なっている。変形体３１０ｂは、Ｘ軸上に原点Ｏを挟んで対称的に配置された２つの受力部３１８ｂ、３１９ｂと、Ｙ軸上に原点Ｏを挟んで対称的に配置された３つの固定部３１６ｂ、３１７ｂとを有している。そして、閉ループ状の経路に沿って隣接する受力部と固定部とが、直線状の４つの変形要素３１０Ａｂ〜２１０Ｄｂによって連結されている。したがって、力覚センサ３０２ｃの基本構造３０２は、２つの受力部３１８ｂ、３１９ｂ及び２つの固定部３１６ｂ、３１７ｂを４つの頂点とする矩形の形状を有しており、この矩形の４つの辺上に、変形要素２１０Ａｂ〜２１０Ｄｂが１つずつ配置されている。 As shown in FIG. 40, the force sensor 302c is different from the force sensor 300c shown in FIG. 27 in that the deformed body 310b has a rectangular shape. The deformed body 310b has two receiving portions 318b and 319b symmetrically arranged on the X-axis with the origin O in between, and three fixed portions 316b symmetrically arranged on the Y-axis with the origin O in between. It has 317b. Then, the receiving portion and the fixing portion adjacent to each other along the closed loop-shaped path are connected by four linear deformation elements 310Ab to 210Db. Therefore, the basic structure 302 of the force sensor 302c has a rectangular shape having two receiving portions 318b, 319b and two fixing portions 316b and 317b as four vertices, and is on the four sides of the rectangle. The deforming elements 210Ab to 210Db are arranged one by one.

その他の構成については、図２７に示す力覚センサ２００ｃと略同様である。このため、図４０において、図２７に示す力覚センサ３００ｃと対応する構成要素に略同様の符号（末尾に「ｂ」を付加）を付し、その詳細な説明を省略する。 Other configurations are substantially the same as those of the force sensor 200c shown in FIG. 27. Therefore, in FIG. 40, substantially the same reference numerals (“b” is added at the end) to the components corresponding to the force sensor 300c shown in FIG. 27 are added, and detailed description thereof will be omitted.

以上の力覚センサ３０２ｃは、結局、図２７に示す力覚センサ３００ｃの各変形要素３１０Ａ〜３１０Ｄを弧状ではなく直線状に構成したものである。従って、図４０に示す力覚センサ３０２ｃに力及びモーメントが作用したときに、各変形要素３１０Ａｂ〜３１０Ｄｂに生じる弾性変形は、実質的に図２７に示す力覚センサ３００ｃと同様である。すなわち、作用する力及びモーメントに対して、本変形例による力覚センサ３０２ｃの各容量素子Ｃ１１〜Ｃ８２の静電容量値は、図２９に記載された通りに変動する。 In the above-mentioned force sensor 302c, after all, the deformation elements 310A to 310D of the force sensor 300c shown in FIG. 27 are formed not in an arc shape but in a straight line shape. Therefore, when a force and a moment are applied to the force sensor 302c shown in FIG. 40, the elastic deformation generated in each of the deformation elements 310Ab to 310Db is substantially the same as that of the force sensor 300c shown in FIG. 27. That is, the capacitance values of the capacitance elements C11 to C82 of the force sensor 302c according to this modification vary with respect to the acting force and moment as shown in FIG. 29.

したがって、以上のような本変形例による力覚センサ３０２ｃによっても、図２７に示す力覚センサ３００ｃと同様の作用効果が提供され得る。 Therefore, the force sensor 302c according to the present modification as described above can also provide the same action and effect as the force sensor 300c shown in FIG. 27.

＜７−２．変形例２＞
次に、図４１は、図２７の更なる変形例による力覚センサ７００ｃを示す概略上面図である。ここでも、図４１に示すようにＸＹＺ三次元座標系を定義して以下の説明を行うこととする。なお、図４１でも、説明の便宜上、受力体７６０の図示が省略されている。 <7-2. Modification 2>
Next, FIG. 41 is a schematic top view showing a force sensor 700c according to a further modification of FIG. 27. Here, too, the XYZ three-dimensional coordinate system is defined as shown in FIG. 41, and the following description will be given. Also in FIG. 41, the illustration of the receiving body 760 is omitted for convenience of explanation.

図４１に示すように、力覚センサ７００ｃは、ＸＹ平面上に配置された、原点Ｏを中心とする閉ループ状の環状変形体７１０を備えている。環状変形体７１０は、４つの受力部７１４Ａ、７１４Ｂ、７１４Ｄ、７１４Ｆと、閉ループ状の経路に沿って前記４つの受力部７１４Ａ、７１４Ｂ、７１４Ｄ、７１４Ｆと交互に配置された４つの固定部７１５Ｂ、７１５Ｃ、７１５Ｅ、７１５Ｈと、閉ループ状の経路に沿って隣接する受力部及び固定部によって挟まれた８つの間隙に１つずつ配置され、受力部７１４Ａ、７１４Ｂ、７１４Ｄ、７１４Ｆに作用した力またはモーメントにより弾性変形を生じる８つの変形要素７１０Ａ〜７１０Ｈと、を有している。更に、力覚センサ７００ｃは、各変形要素７１０Ａ〜７１０Ｈに接続され、当該変形要素７１０Ａ〜７１０Ｈに生じる弾性変形により変位を生じる８つの変位体７２０Ａ〜７２０Ｈと、を備えている。 As shown in FIG. 41, the force sensor 700c includes a closed loop-shaped annular plasmodium 710 arranged on the XY plane and centered on the origin O. The annular deformed body 710 has four fixed portions alternately arranged with four receiving portions 714A, 714B, 714D, 714F and the four receiving portions 714A, 714B, 714D, 714F along a closed loop path. 715B, 715C, 715E, 715H are arranged one by one in eight gaps sandwiched by adjacent receiving parts and fixing parts along a closed loop path, and act on the receiving parts 714A, 714B, 714D, 714F. It has eight deformation elements 710A to 710H, which cause elastic deformation due to the applied force or moment. Further, the force sensor 700c includes eight displacement bodies 720A to 720H which are connected to the deformation elements 710A to 710H and cause displacement due to elastic deformation generated in the deformation elements 710A to 710H.

図４１に示すように、４つの受力部７１４Ａ、７１４Ｂ、７１４Ｄ、７１４Ｆは、Ｘ軸上及びＹ軸上に原点Ｏから等距離で配置されている。また、４つの固定部７１５Ｂ、７１５Ｃ、７１５Ｅ、７１５Ｈは、原点Ｏを通り正のＸ軸に対して反時計回りに４５°の角度を成す直線上、及び、原点Ｏを通り正のＹ軸に対して反時計回りに４５°の角度を成す直線上、にそれぞれ原点Ｏに関して対称的に１つずつ配置されている。 As shown in FIG. 41, the four receiving portions 714A, 714B, 714D, and 714F are arranged on the X-axis and the Y-axis at equal distances from the origin O. Further, the four fixing portions 715B, 715C, 715E, and 715H pass through the origin O on a straight line forming an angle of 45 ° counterclockwise with respect to the positive X axis, and pass through the origin O on the positive Y axis. On the other hand, one is symmetrically arranged with respect to the origin O on a straight line forming an angle of 45 ° counterclockwise.

本実施の形態の各変形要素７１０Ａ〜７１０Ｈの構成は、上述した第３の実施の形態による基本構造３００の変形要素３１０Ａ〜３１０Ｄの構成と実質的に同様である。具体的には、図４１に示す第１変形要素７１０Ａ、第４変形要素７１０Ｄ、第５変形要素７１０Ｅ及び第８変形要素７１０Ｈは、図１７に示す第１変形要素３１０Ａ、第２変形要素３１０Ｂ、第３変形要素７１０Ｃ及び第４変形要素７１０Ｄと、それぞれ同様の構成を有している。残りの第２変形要素７１０Ｂ、第３変形要素７１０Ｃ、第６変形要素７１０Ｆ及び第７変形要素７１０Ｇは、それぞれ、第１変形要素７１０Ａ、第４変形要素７１０Ｄ、第５変形要素７１０Ｅ及び第８変形要素７１０ＨをＺ軸周りに９０°回転させたものである。以上の対応関係は、本実施の形態の８つの変位体７２０Ａ〜７２０Ｈについても、同様に成立する。結局、基本構造７００は、第１〜第８変形要素７１０Ａ〜７１０Ｈとして、§１で説明した基本構造１００を８つ、環状の閉ループ状に配置されて構成されている。 The configurations of the deformable elements 710A to 710H of the present embodiment are substantially the same as the configurations of the deformable elements 310A to 310D of the basic structure 300 according to the third embodiment described above. Specifically, the first deforming element 710A, the fourth deforming element 710D, the fifth deforming element 710E and the eighth deforming element 710H shown in FIG. 41 are the first deforming element 310A and the second deforming element 310B shown in FIG. It has the same configuration as the third deformable element 710C and the fourth deformable element 710D, respectively. The remaining second deformation element 710B, third deformation element 710C, sixth deformation element 710F, and seventh deformation element 710G are the first deformation element 710A, the fourth deformation element 710D, the fifth deformation element 710E, and the eighth deformation, respectively. The element 710H is rotated by 90 ° around the Z axis. The above correspondence is similarly established for the eight displacement bodies 720A to 720H of the present embodiment. After all, the basic structure 700 is configured by arranging eight basic structures 100 described in §1 as the first to eighth deformation elements 710A to 710H in an annular closed loop shape.

基本構造７００の各固定部７１５Ｂ、７１５Ｃ、７１５Ｅ、７１５Ｈは、その下端部が、第１〜第８梁７２１Ａ〜７２１Ｈに所定の間隔を空けて対向配置された支持体７５０に接続されている。更に、環状変形体７１０のＺ軸正側には、検出対象の力を受けるための受力体７６０（不図示）が配置されている。支持体７５０及び受力体７６０と各固定部７１５Ｂ、７１５Ｃ、７１５Ｅ、７１５Ｈ及び各受力部７１４Ａ、７１４Ｂ、７１４Ｄ、７１４Ｆとの関係は、第３の実施の形態（図１８、図１９等参照）と実質的に同様であるため、ここではその詳細な説明を省略する。 The lower ends of the fixing portions 715B, 715C, 715E, and 715H of the basic structure 700 are connected to the supports 750 which are arranged to face the first to eighth beams 721A to 721H at predetermined intervals. Further, a receiving body 760 (not shown) for receiving a force to be detected is arranged on the Z-axis positive side of the annular deformed body 710. The relationship between the support body 750 and the receiving body 760 and the fixed portions 715B, 715C, 715E, 715H and the receiving portions 714A, 714B, 714D, 714F is the third embodiment (see FIGS. 18, 19 and the like). ), Therefore a detailed description thereof will be omitted here.

更に、本変形例による力覚センサ７００ｃは、基本構造７００の各計測部位Ｄ１１〜Ｄ８２に各２つずつ配置された合計３２個の容量素子Ｃ１１ａ〜Ｃ８２ｂを含む検出回路７４０を有している。各梁７２１Ａ〜７２１Ｈにおける容量素子Ｃ１１ａ〜Ｃ８１ｂの配置は、第３の実施の形態（図２７参照）と同様であるため、その詳細な説明を省略する。 Further, the force sensor 700c according to the present modification has a detection circuit 740 including a total of 32 capacitive elements C11a to C82b arranged in each of the measurement sites D11 to D82 of the basic structure 700. Since the arrangement of the capacitive elements C11a to C81b in the beams 721A to 721H is the same as that of the third embodiment (see FIG. 27), detailed description thereof will be omitted.

次に、図４２は、受力部７６０にＸＹＺ三次元座標系における各軸方向の力及び各軸方向のモーメントＦｘ〜Ｍｚが作用したときに、図４１の力覚センサの各傾動部７１３Ａ〜７１３Ｈに生じる傾動の向きと、各変位部Ｄ１１〜Ｄ８２に生じる変位とを、一覧で示す図表である。 Next, FIG. 42 shows each tilting portion 713A to the force sensor of FIG. 41 when a force in each axial direction and moments Fx to Mz in each axial direction are applied to the force receiving portion 760 in the XYZ three-dimensional coordinate system. It is a chart which shows the direction of the tilt generated in 713H, and the displacement generated in each displacement part D11-D82 in a list.

図４２に示す図表では、変形要素が相対的に小さい弾性変形を呈することによって、相対的に小さい傾動を示す傾動部、及び、相対的に小さい変位を示す変位部、に対応する欄には、括弧付きで傾動の向き及び変位の符号を示してある。図示しないが、ＸＹＺ三次元座標系における各軸方向の力及び各軸方向のモーメントＦｘ〜Ｍｚが作用したときに各容量素子Ｃ１１〜Ｃ８２に生じる静電容量値の変動は、図４２の表において、当該容量素子Ｃ１１〜Ｃ８２に対応する変位部Ｄ１１〜Ｄ８２の欄に示す変位の符号を反転させればよい。この場合、「＋」の符号は静電容量値の増大を表し、「−」の符号は静電容量値の減少を表す。 In the chart shown in FIG. 42, the columns corresponding to the tilting portion showing a relatively small tilt and the displacement portion showing a relatively small displacement due to the deformation element exhibiting a relatively small elastic deformation are displayed. The signs of tilt direction and displacement are shown in parentheses. Although not shown, the fluctuations in the capacitance values that occur in the capacitance elements C11 to C82 when a force in each axial direction and moments Fx to Mz in each axial direction act in the XYZ three-dimensional coordinate system are shown in the table of FIG. , The sign of the displacement shown in the column of the displacement portions D11 to D82 corresponding to the capacitance elements C11 to C82 may be inverted. In this case, the sign of "+" represents an increase in the capacitance value, and the sign of "-" represents a decrease in the capacitance value.

そして、検出回路７４０のマイコン７４４は、作用した力及びモーメントＦｘ〜Ｍｚを次の［式２６］及び［式２７］により計測する。各式の左辺の末尾の数字が「１」である［式２６］は、相対的に梁の端部側に位置する、末尾に「ａ」が付された容量素子に基づいている。一方、各式の左辺の末尾の数字が「２」である［式２７］は、相対的に梁の内側に位置する、末尾に「ｂ」が付された容量素子に基づいている。
［式２６］
＋Ｆｘ１＝Ｃ１１ａ−Ｃ１２ａ＋Ｃ２１ａ−Ｃ２２ａ＋Ｃ３１ａ−Ｃ３２ａ＋Ｃ４１ａ−Ｃ４２ａ−Ｃ５１ａ＋Ｃ５２ａ−Ｃ６１ａ＋Ｃ６２ａ−Ｃ７１ａ＋Ｃ７２ａ−Ｃ８１ａ＋Ｃ８２ａ
＋Ｆｙ１＝Ｃ１１ａ−Ｃ１２ａ＋Ｃ２１ａ−Ｃ２２ａ−Ｃ３１ａ＋Ｃ３２ａ−Ｃ４１ａ＋Ｃ４２ａ−Ｃ５１ａ＋Ｃ５２ａ−Ｃ６１ａ＋Ｃ６２ａ＋Ｃ７１ａ−Ｃ７２ａ＋Ｃ８１ａ−Ｃ８２ａ
＋Ｆｚ１＝−Ｃ１１ａ＋Ｃ１２ａ＋Ｃ２１ａ−Ｃ２２ａ−Ｃ３１ａ＋Ｃ３２ａ＋Ｃ４１ａ−Ｃ４２ａ−Ｃ５１ａ＋Ｃ５２ａ＋Ｃ６１ａ−Ｃ６２ａ−Ｃ７１ａ＋Ｃ７２ａ＋Ｃ８１ａ−Ｃ８２ａ
＋Ｍｘ１＝Ｃ２１ａ−Ｃ２２ａ−Ｃ３１ａ＋Ｃ３２ａ−Ｃ６１ａ＋Ｃ６２ａ＋Ｃ７１ａ−Ｃ７２ａ
＋Ｍｙ１＝−Ｃ１１ａ＋Ｃ１２ａ−Ｃ４１ａ＋Ｃ４２ａ＋Ｃ５１ａ−Ｃ５２ａ＋Ｃ８１ａ−Ｃ８２ａ
＋Ｍｚ１＝−Ｃ１１ａ＋Ｃ１２ａ−Ｃ２１ａ＋Ｃ２２ａ−Ｃ３１ａ＋Ｃ３２ａ−Ｃ４１ａ＋Ｃ４２ａ−Ｃ５１ａ＋Ｃ５２ａ−Ｃ６１ａ＋Ｃ６２ａ−Ｃ７１ａ＋Ｃ７２ａ−Ｃ８１ａ＋Ｃ８２ａ
［式２７］
＋Ｆｘ２＝Ｃ１１ｂ−Ｃ１２ｂ＋Ｃ２１ｂ−Ｃ２２ｂ＋Ｃ３１ｂ−Ｃ３２ｂ＋Ｃ４１ｂ−Ｃ４２ｂ−Ｃ５１ｂ＋Ｃ５２ｂ−Ｃ６１ｂ＋Ｃ６２ｂ−Ｃ７１ｂ＋Ｃ７２ｂ−Ｃ８１ｂ＋Ｃ８２ｂ
＋Ｆｙ２＝Ｃ１１ｂ−Ｃ１２ｂ＋Ｃ２１ｂ−Ｃ２２ｂ−Ｃ３１ｂ＋Ｃ３２ｂ−Ｃ４１ｂ＋Ｃ４２ｂ−Ｃ５１ｂ＋Ｃ５２ｂ−Ｃ６１ｂ＋Ｃ６２ｂ＋Ｃ７１ｂ−Ｃ７２ｂ＋Ｃ８１ｂ−Ｃ８２ｂ
＋Ｆｚ２＝−Ｃ１１ｂ＋Ｃ１２ｂ＋Ｃ２１ｂ−Ｃ２２ｂ−Ｃ３１ｂ＋Ｃ３２ｂ＋Ｃ４１ｂ−Ｃ４２ｂ−Ｃ５１ｂ＋Ｃ５２ｂ＋Ｃ６１ｂ−Ｃ６２ｂ−Ｃ７１ｂ＋Ｃ７２ｂ＋Ｃ８１ｂ−Ｃ８２ｂ
＋Ｍｘ２＝Ｃ２１ｂ−Ｃ２２ｂ−Ｃ３１ｂ＋Ｃ３２ｂ−Ｃ６１ｂ＋Ｃ６２ｂ＋Ｃ７１ｂ−Ｃ７２ｂ
＋Ｍｙ２＝−Ｃ１１ｂ＋Ｃ１２ｂ−Ｃ４１ｂ＋Ｃ４２ｂ＋Ｃ５１ｂ−Ｃ５２ｂ＋Ｃ８１ｂ−Ｃ８２ｂ
＋Ｍｚ２＝−Ｃ１１ｂ＋Ｃ１２ｂ−Ｃ２１ｂ＋Ｃ２２ｂ−Ｃ３１ｂ＋Ｃ３２ｂ−Ｃ４１ｂ＋Ｃ４２ｂ−Ｃ５１ｂ＋Ｃ５２ｂ−Ｃ６１ｂ＋Ｃ６２ｂ−Ｃ７１ｂ＋Ｃ７２ｂ−Ｃ８１ｂ＋Ｃ８２ｂ Then, the microcomputer 744 of the detection circuit 740 measures the acting force and the moments Fx to Mz by the following [Equation 26] and [Equation 27]. [Equation 26], in which the number at the end of the left side of each equation is "1", is based on a capacitive element having an "a" at the end, which is located relatively on the end side of the beam. On the other hand, [Equation 27], in which the number at the end of the left side of each equation is "2", is based on a capacitive element having a "b" at the end, which is located relatively inside the beam.
[Equation 26]
+ Fx1 = C11a-C12a + C21a-C22a + C31a-C32a + C41a-C42a-C51a + C52a-C61a + C62a-C71a + C72a-C81a + C82a
+ Fy1 = C11a-C12a + C21a-C22a-C31a + C32a-C41a + C42a-C51a + C52a-C61a + C62a + C71a-C72a + C81a-C82a
+ Fz1 = -C11a + C12a + C21a-C22a-C31a + C32a + C41a-C42a-C51a + C52a + C61a-C62a-C71a + C72a + C81a-C82a
+ Mx1 = C21a-C22a-C31a + C32a-C61a + C62a + C71a-C72a
+ My1 = -C11a + C12a-C41a + C42a + C51a-C52a + C81a-C82a
+ Mz1 = -C11a + C12a-C21a + C22a-C31a + C32a-C41a + C42a-C51a + C52a-C61a + C62a-C71a + C72a-C81a + C82a
[Equation 27]
+ Fx2 = C11b-C12b + C21b-C22b + C31b-C32b + C41b-C42b-C51b + C52b-C61b + C62b-C71b + C72b-C81b + C82b
+ Fy2 = C11b-C12b + C21b-C22b-C31b + C32b-C41b + C42b-C51b + C52b-C61b + C62b + C71b-C72b + C81b-C82b
+ Fz2 = -C11b + C12b + C21b-C22b-C31b + C32b + C41b-C42b-C51b + C52b + C61b-C62b-C71b + C72b + C81b-C82b
+ Mx2 = C21b-C22b-C31b + C32b-C61b + C62b + C71b-C72b
+ My2 = -C11b + C12b-C41b + C42b + C51b-C52b + C81b-C82b
+ Mz2 = -C11b + C12b-C21b + C22b-C31b + C32b-C41b + C42b-C51b + C52b-C61b + C62b-C71b + C72b-C81b + C82b

なお、力覚センサ７００ｃの受力体７６０に各軸の負方向の力−Ｆｘ、−Ｆｙ、−Ｆｚまたは各軸の負まわりのモーメント−Ｍｘ、−Ｍｙ、−Ｍｚが作用した場合は、前述したように、各変位部Ｄ１１〜Ｄ８２のＺ軸方向の変位が図４２とは逆方向になる。このため、力−Ｆｘ、−Ｆｙ、−Ｆｚまたはモーメント−Ｍｘ、−Ｍｙ、−Ｍｚを検出するには、［式２９］の右辺のＣ１１〜Ｃ８２の符号を全て逆にすればよい。 When the force-Fx, -Fy, -Fz in the negative direction of each axis or the negative moments -Mx, -My, -Mz of each axis act on the receiving body 760 of the force sensor 700c, the above-mentioned As described above, the displacements of the displacement portions D11 to D82 in the Z-axis direction are opposite to those in FIG. 42. Therefore, in order to detect the force -Fx, -Fy, -Fz or the moment -Mx, -My, -Mz, all the signs of C11 to C82 on the right side of [Equation 29] may be reversed.

また、本実施の形態による力覚センサ７００ｃは、上記３−５．と同様にして他軸感度を求めると、各軸方向の力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ及び各軸まわりのモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚの全ての他軸感度がゼロであることが分かる。従って、図４１に示す力覚センサ７００ｃは、各軸方向の力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ及び各軸まわりのモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚの全てを検出することができる。 Further, the force sensor 700c according to the present embodiment is described in 3-5. When the sensitivity of the other axis is obtained in the same manner as in the above, it can be seen that all the other axis sensitivities of the forces Fx, Fy, Fz in each axial direction and the moments Mx, My, Mz around each axis are zero. Therefore, the force sensor 700c shown in FIG. 41 can detect all of the forces Fx, Fy, Fz in each axial direction and the moments Mx, My, Mz around each axis.

更に、力覚センサ７００ｃの検出回路７４０は、力覚センサ７００ｃが正常に機能しているか否かを判定する機能を有している。この判定のプロセスは、上記３−６．で説明した通りである。この場合も、このような検出回路７４０によれば、容量素子Ｃ１１ａ〜Ｃ８２ｂを構成する電極の破損、短絡、異物の混入などの異常を単一の力覚センサ７００ｃによって検知することができる。 Further, the detection circuit 740 of the force sensor 700c has a function of determining whether or not the force sensor 700c is functioning normally. The process of this determination is described in 3-6. As explained in. In this case as well, according to such a detection circuit 740, abnormalities such as breakage, short circuit, and mixing of foreign matter in the electrodes constituting the capacitive elements C11a to C82b can be detected by a single force sensor 700c.

＜＜＜ §８．ストッパ機構を有する力覚センサ＞＞＞
＜８−１．実施例１＞
次に、§１〜§７で説明した力覚センサが、過負荷によって故障してしまうことを回避するための工夫について説明する。 <<< §8. Force sensor with stopper mechanism >>>
<8-1. Example 1>
Next, a device for avoiding the force sensor described in §1 to §7 from being damaged due to overload will be described.

図４３は、過負荷を防止するためのストッパ機構を備えた基本構造１０１を示す概略正面図である。基本構造１０１は、全体として、図１に示す基本構造１００と同様の構成を有している。図４３において、図１と共通する構成には同じ符号を付してある。 FIG. 43 is a schematic front view showing a basic structure 101 provided with a stopper mechanism for preventing overload. The basic structure 101 as a whole has the same structure as the basic structure 100 shown in FIG. In FIG. 43, the same reference numerals are given to the configurations common to those in FIG.

一方、基本構造１０１は、受力部１４の下端に当接部１４ｐが設けられ、この当接部１４ｐと対面する支持体５０の部分が、当接部１４ｐに当接される被当接部５０ｐとなっている点で、図１に示す基本構造１００と異なる。受力部１４に力が作用していないとき、当接部１４ｐと被当接部５０ｐとは離間している。この離間距離は、基本構造１０１が正常に機能する範囲を超えて、あるいは故障や破損しない範囲を超えて、受力部１４がＺ軸負方向に変位することを回避し得る寸法に、設定されている。 On the other hand, in the basic structure 101, a contact portion 14p is provided at the lower end of the receiving portion 14, and the portion of the support 50 facing the contact portion 14p is in contact with the contact portion 14p. It differs from the basic structure 100 shown in FIG. 1 in that it is 50p. When no force is applied to the receiving portion 14, the abutting portion 14p and the abutted portion 50p are separated from each other. This separation distance is set to a dimension that can prevent the receiving portion 14 from being displaced in the negative direction of the Z axis beyond the range in which the basic structure 101 functions normally, or beyond the range in which the basic structure 101 does not fail or break. ing.

次に、図４４は、受力部１４に過大なＺ軸負方向の力−Ｆｚが作用したときの、図４３に示す基本構造１０１の変形状態を示す概略正面図である。上述した構成により、基本構造１０１が正常に機能する範囲を超えた過大なＺ軸負方向の力−Ｆｘが受力部１４に作用すると、当接部１４ｐを含む受力部１４はＺ軸負方向に変位し、やがて当接部１４ｐが被当接部５０ｐに当接する。これにより、当接部１４ｐの更なるＺ軸負方向への変位が規制される。この結果、変形体１０に過大な負荷が伝達されないため、基本構造１０１が故障（破損）してしまうことが回避される。なお、受力部１４に作用する力によって変形体１０に生じる弾性変形、及びこの弾性変形によって変位体２０に生じる変位については、§１で説明した通りである。このため、ここではその詳細な説明を省略する。 Next, FIG. 44 is a schematic front view showing a deformed state of the basic structure 101 shown in FIG. 43 when an excessive force −Fz in the negative direction of the Z axis acts on the receiving portion 14. With the above configuration, when an excessive force in the negative Z-axis direction-Fx, which exceeds the range in which the basic structure 101 functions normally, acts on the receiving portion 14, the receiving portion 14 including the contact portion 14p is negative in the Z-axis. It is displaced in the direction, and eventually the contact portion 14p comes into contact with the contacted portion 50p. As a result, further displacement of the contact portion 14p in the negative Z-axis direction is regulated. As a result, since an excessive load is not transmitted to the deformed body 10, it is possible to prevent the basic structure 101 from failing (damaged). The elastic deformation caused by the force acting on the receiving portion 14 on the deformed body 10 and the displacement caused by the elastic deformation on the displaced body 20 are as described in §1. Therefore, the detailed description thereof will be omitted here.

以上のような基本構造１０１によれば、Ｚ軸負方向に過大な力−Ｆｚが作用しても、当接部１４ｐと被当接部５０ｐとの離間距離が所定の値以下であるため、受力部１４のＺ軸負方向への変位が所定の範囲内に制限される。このため、過負荷によって故障しにくい基本構造１０１を実現することができる。更に、この基本構造１０１を採用して力覚センサを構成すれば、過負荷によって故障しにくい力覚センサを実現することができる。 According to the basic structure 101 as described above, even if an excessive force −Fz acts in the negative direction of the Z axis, the separation distance between the contact portion 14p and the contacted portion 50p is equal to or less than a predetermined value. The displacement of the receiving unit 14 in the negative direction of the Z axis is limited within a predetermined range. Therefore, it is possible to realize the basic structure 101 which is less likely to break down due to overload. Further, if the force sensor is configured by adopting this basic structure 101, it is possible to realize a force sensor that is less likely to fail due to overload.

なお、図４３では、当接部１４ｐと被当接部５０ｐとの離間距離を所定の値以下とするため、図１に示す基本構造１００において、受力部１４の下端を下方に延長することによって当接部１４ｐを構成した。しかしながら、これとは逆に、支持体５０のうち受力部１４に対面する部分を上方に突出させて被当接部５０ｐを構成することで、当接部１４ｐと被当接部５０ｐとの離間距離を所定の値以下として良い。この場合も、過負荷によって故障しにくい基本構造を実現することができる。 In FIG. 43, in order to keep the distance between the abutting portion 14p and the abutted portion 50p to a predetermined value or less, in the basic structure 100 shown in FIG. 1, the lower end of the receiving portion 14 is extended downward. The contact portion 14p was formed by the above. However, on the contrary, the contacted portion 14p and the contacted portion 50p are formed by projecting the portion of the support 50 facing the receiving portion 14 upward to form the contacted portion 50p. The separation distance may be set to a predetermined value or less. In this case as well, it is possible to realize a basic structure that is less likely to break down due to overload.

このようなストッパ機構を備えた基本構造１０１は、もちろん、上述した故障診断機能を有する力覚センサとして構成することも可能である。この場合、故障診断の方法は、§１で説明した通りであるため、ここでは繰り返しの説明は省略する。このことは、後述する各実施例においても同様である。 Of course, the basic structure 101 provided with such a stopper mechanism can also be configured as a force sensor having the above-mentioned failure diagnosis function. In this case, since the method of failure diagnosis is as described in §1, the repeated description is omitted here. This also applies to each of the examples described later.

＜８−２．実施例２＞
次に、図４５〜図５０を参照して、ストッパ機構の他の実施例について説明する。 <8-2. Example 2>
Next, another embodiment of the stopper mechanism will be described with reference to FIGS. 45 to 50.

図４５は、他の例による過負荷を防止するためのストッパ機構を備えた基本構造１０２を示す概略正面図であり、図４６は、図４５の概略平面図である。 FIG. 45 is a schematic front view showing a basic structure 102 provided with a stopper mechanism for preventing overload according to another example, and FIG. 46 is a schematic plan view of FIG. 45.

図４５及び図４６に示すように、基本構造１０２は、全体として、図１及び図２に示す基本構造１００と同様の構成を有している。図４５及び図４６において、図１と共通する構成には同じ符号を付してある。 As shown in FIGS. 45 and 46, the basic structure 102 as a whole has the same structure as the basic structure 100 shown in FIGS. 1 and 2. In FIGS. 45 and 46, the same reference numerals are given to the configurations common to those in FIG.

但し、基本構造１０２は、受力部１４のＸ軸正側の側面及びＸ軸負側の側面に、Ｙ軸方向に沿って延在する一対の凹部１４ａが形成されている。更に、基本構造１０２は、変形体１０の固定部１５、または支持体５０に接続された一対のストッパ７０を有している。詳細には図示されていないが、このストッパ７０は、変形体１０及び変位体２０に干渉することなく、受力部１４の近位まで延びている支持部により支持されている。一対のストッパ７０は、Ｙ軸方向から見て同一の形状を有しており、互いに同一のＺ座標を有している。 However, in the basic structure 102, a pair of recesses 14a extending along the Y-axis direction are formed on the side surface on the positive side of the X-axis and the side surface on the negative side of the X-axis of the receiving portion 14. Further, the basic structure 102 has a fixed portion 15 of the deformed body 10 or a pair of stoppers 70 connected to the support 50. Although not shown in detail, the stopper 70 is supported by a support portion extending proximally to the receiving portion 14 without interfering with the deformed body 10 and the displacement body 20. The pair of stoppers 70 have the same shape when viewed from the Y-axis direction, and have the same Z coordinates as each other.

図４６に示すように、ストッパ７０は、少なくとも一部が一対の凹部１４ａ内に位置している。ストッパ７０は、固定部１５及び支持体５０に対して変位しない。このため、当該ストッパ７０と凹部１４ａの上面（Ｚ軸負方向を向いた面）との離間距離は、受力部１４に許容されるＺ軸負方向への変位を規定し、当該ストッパ７０と凹部１４ａの下面（Ｚ軸正方向を向いた面）との離間距離は、受力部１４に許容されるＺ軸正方向への変位を規定している。更に、一対のストッパ７０のうちＸ軸負側のストッパを７０Ｌ、Ｘ軸正側のストッパを７０Ｒとする。このとき、ストッパ７０Ｌと凹部１４ａの側面（Ｘ軸負方向を向いた面）との離間距離は、受力部１４に許容されるＸ軸負方向への変位を規定し、ストッパ７０Ｒと凹部１４ａの側面（Ｘ軸正方向を向いた面）との離間距離は、受力部１４に許容されるＸ軸正方向への変位を規定している。このように、一対のストッパ７０は、受力部１４の固定部１５に対するＸ軸方向及びＺ軸方向への相対移動を、所定の範囲に制限するようになっている。 As shown in FIG. 46, at least a part of the stopper 70 is located in the pair of recesses 14a. The stopper 70 does not displace with respect to the fixing portion 15 and the support 50. Therefore, the separation distance between the stopper 70 and the upper surface of the recess 14a (the surface facing the negative direction of the Z axis) defines the displacement of the receiving portion 14 in the negative direction of the Z axis, and the stopper 70 and the stopper 70 are separated from each other. The distance between the recess 14a and the lower surface (the surface facing the Z-axis positive direction) defines the displacement of the receiving portion 14 in the Z-axis positive direction. Further, of the pair of stoppers 70, the stopper on the negative side of the X-axis is 70L, and the stopper on the positive side of the X-axis is 70R. At this time, the separation distance between the stopper 70L and the side surface of the recess 14a (the surface facing the negative direction of the X-axis) defines the displacement of the receiving portion 14 in the negative direction of the X-axis, and the stopper 70R and the recess 14a are separated. The distance from the side surface (the surface facing the positive direction of the X-axis) defines the displacement of the receiving portion 14 in the positive direction of the X-axis. As described above, the pair of stoppers 70 limits the relative movement of the receiving portion 14 with respect to the fixed portion 15 in the X-axis direction and the Z-axis direction within a predetermined range.

次に、図４７は、受力部１４に過大なＸ軸正方向の力＋Ｆｘが作用したときの、基本構造１０２の変形状態を示す概略正面図であり、図４８は、受力部１４に過大なＸ軸負方向の力−Ｆｘが作用したときの、基本構造１０２の変形状態を示す概略正面図である。また、図４９は、受力部１４に過大なＺ軸負方向の力−Ｆｚが作用したときの基本構造１０２の変形状態を示す概略正面図であり、図５０は、受力部１４に過大なＺ軸正方向の力＋Ｆｚが作用したときの、基本構造１０２の変形状態を示す概略正面図である。 Next, FIG. 47 is a schematic front view showing a deformed state of the basic structure 102 when an excessive force + Fx in the positive direction of the X axis is applied to the receiving portion 14, and FIG. 48 is a schematic front view showing the deformed state of the basic structure 102. FIG. 48 is a schematic front view showing the receiving portion 14. It is a schematic front view which shows the deformed state of the basic structure 102 when an excessive force-Fx in the negative direction of the X axis is applied. Further, FIG. 49 is a schematic front view showing a deformed state of the basic structure 102 when an excessive force −Fz in the negative direction of the Z axis is applied to the receiving portion 14, and FIG. 50 is an excessive front view showing the deformed state of the receiving portion 14. It is a schematic front view which shows the deformed state of the basic structure 102 when a force + Fz in the positive direction of the Z axis is applied.

上述した構成により、基本構造１０２が正常に機能する範囲を超えた過大なＸ軸正方向の力＋Ｆｘが受力部１４に作用すると、受力部１４はＸ軸正方向に変位し、やがて受力部１４がストッパ７０Ｒに当接する。これにより、受力部１４の更なるＸ軸正方向への変位が規制される（図４７参照）。更に、基本構造１０２が正常に機能する範囲を超えた過大なＸ軸負方向の力−Ｆｘが受力部１４に作用すると、受力部１４はＸ軸負方向に変位し、やがて受力部１４がストッパ７０Ｌに当接する。これにより、受力部１４の更なるＸ軸負方向への変位が規制される（図４８参照）。以上から、過大な力が受力部１４にＸ軸正方向に作用してもＸ軸負方向に作用しても、基本構造１０２の故障（破損）が回避される。 With the above configuration, when an excessive force in the positive direction of the X-axis + Fx, which exceeds the range in which the basic structure 102 functions normally, acts on the receiving portion 14, the receiving portion 14 is displaced in the positive direction of the X-axis and eventually receives. The force portion 14 comes into contact with the stopper 70R. As a result, further displacement of the receiving unit 14 in the positive direction of the X-axis is restricted (see FIG. 47). Further, when an excessive force in the negative direction of the X-axis-Fx, which exceeds the range in which the basic structure 102 functions normally, acts on the receiving portion 14, the receiving portion 14 is displaced in the negative direction of the X-axis, and eventually the receiving portion 14 comes into contact with the stopper 70L. As a result, further displacement of the receiving unit 14 in the negative direction of the X-axis is regulated (see FIG. 48). From the above, failure (damage) of the basic structure 102 can be avoided regardless of whether an excessive force acts on the receiving portion 14 in the positive direction of the X-axis or in the negative direction of the X-axis.

更に、基本構造１０２が正常に機能する範囲を超えた過大なＺ軸正方向の力＋Ｆｚが受力部１４に作用すると、受力部１４はＺ軸正方向に変位し、やがて受力部１４が一対のストッパ７０に当接する。これにより、受力部１４の更なるＺ軸正方向への変位が規制される（図５０参照）。更に、基本構造１０２が正常に機能する範囲を超えた過大なＺ軸負方向の力−Ｆｚが受力部１４に作用すると、受力部１４はＺ軸負方向に変位し、やがて受力部１４が一対のストッパ７０に当接する。これにより、受力部１４の更なるＺ軸負方向への変位が規制される（図４９参照）。以上から、過大な力が受力部１４にＺ軸正方向に作用してもＺ軸負方向に作用しても、基本構造１０２の故障（破損）が回避される。なお、受力部１４に作用する力によって変形体１０に生じる弾性変形、及びこの弾性変形によって変位体２０に生じる変位については、§１で説明した通りである。このため、ここではその詳細な説明を省略する。 Further, when an excessive force in the positive direction of the Z axis + Fz, which exceeds the range in which the basic structure 102 functions normally, acts on the receiving portion 14, the receiving portion 14 is displaced in the positive direction of the Z axis, and eventually the receiving portion 14 Abuts on the pair of stoppers 70. As a result, further displacement of the receiving portion 14 in the positive direction of the Z axis is regulated (see FIG. 50). Further, when an excessive force in the negative direction of the Z axis −Fz, which exceeds the range in which the basic structure 102 functions normally, acts on the receiving portion 14, the receiving portion 14 is displaced in the negative direction of the Z axis, and eventually the receiving portion 14 comes into contact with the pair of stoppers 70. As a result, further displacement of the receiving portion 14 in the negative direction of the Z axis is regulated (see FIG. 49). From the above, failure (damage) of the basic structure 102 can be avoided regardless of whether an excessive force acts on the receiving portion 14 in the positive direction of the Z axis or in the negative direction of the Z axis. The elastic deformation caused by the force acting on the receiving portion 14 on the deformed body 10 and the displacement caused by the elastic deformation on the displaced body 20 are as described in §1. Therefore, the detailed description thereof will be omitted here.

以上のような基本構造１０２によれば、Ｘ軸方向及びＺ軸負方向に過大な力Ｆｘ、Ｆｚが作用しても、一対のストッパ７０の存在によって、受力部１４のＺ軸及びＺ軸負方向への変位が所定の範囲内に制限される。このため、過負荷によって故障しにくい基本構造１０２を実現することができる。更に、この基本構造１０２を採用して力覚センサを構成すれば、過負荷によって故障しにくい力覚センサを実現することができる。 According to the basic structure 102 as described above, even if excessive forces Fx and Fz act in the X-axis direction and the Z-axis negative direction, the presence of the pair of stoppers 70 causes the Z-axis and Z-axis of the receiving portion 14 to act. Negative displacement is limited to a predetermined range. Therefore, it is possible to realize the basic structure 102 that is less likely to break down due to overload. Further, if the force sensor is configured by adopting this basic structure 102, it is possible to realize a force sensor that is less likely to fail due to overload.

＜８−３．実施例３＞
次に、図５１〜図５７を参照して、ストッパ機構の更に他の実施例について説明する。 <8-3. Example 3>
Next, still another embodiment of the stopper mechanism will be described with reference to FIGS. 51 to 57.

図５１は、更に他の例による過負荷を防止するためのストッパ機構を備えた基本構造１０３を示す概略正面図であり、図５２はその概略平面図である。 FIG. 51 is a schematic front view showing a basic structure 103 provided with a stopper mechanism for preventing overload according to still another example, and FIG. 52 is a schematic plan view thereof.

図５１及び図５２に示すように、基本構造１０３は、全体として、図１に示す基本構造１００と同様の構成を有している。図５１及び図５２において、図１及び図２と共通する構成には同じ符号を付してある。 As shown in FIGS. 51 and 52, the basic structure 103 as a whole has the same structure as the basic structure 100 shown in FIG. In FIGS. 51 and 52, the same reference numerals are given to the configurations common to those in FIGS. 1 and 2.

図５１及び図５２に示すように、基本構造１０３は、受力部１４にＹ軸方向と平行に延在する貫通孔１４ｂが設けられている。貫通孔１４ｂは、Ｙ軸と平行な中心軸線を有する円筒の形状を有している。更に、基本構造１０３は、変形体１０の固定部１５に接続されたストッパ７１を有している。詳細には図示されていないが、このストッパ７１は、変形体１０及び変位体２０に干渉することなく、受力部１４の近位まで延びている支持部により支持されている。ストッパ７１は、Ｙ軸と平行に延びる中心軸線を有する円柱の形状を有している。 As shown in FIGS. 51 and 52, the basic structure 103 is provided with a through hole 14b extending in parallel with the Y-axis direction in the receiving portion 14. The through hole 14b has a cylindrical shape having a central axis parallel to the Y axis. Further, the basic structure 103 has a stopper 71 connected to the fixing portion 15 of the deformed body 10. Although not shown in detail, the stopper 71 is supported by a support portion extending proximally to the receiving portion 14 without interfering with the deformed body 10 and the displaced body 20. The stopper 71 has the shape of a cylinder having a central axis extending parallel to the Y axis.

図５１および図５２に示すように、ストッパ７１は、少なくとも一部が受力部１４の貫通孔１４ｂ内に同心に位置している。ストッパ７１は、固定部１５及び支持体５０に対して変位しない。このため、当該ストッパ７１の半径と貫通孔１４ｂの半径との差は、受力部１４に許容されるＸＺ平面内における変位を規定している。このような構成により、ストッパ７１は、受力部１４の固定部１５に対するＸ軸方向及びＺ軸方向への相対移動を、所定の範囲に制限するようになっている。 As shown in FIGS. 51 and 52, at least a part of the stopper 71 is concentrically located in the through hole 14b of the receiving portion 14. The stopper 71 does not displace with respect to the fixing portion 15 and the support 50. Therefore, the difference between the radius of the stopper 71 and the radius of the through hole 14b defines the displacement in the XZ plane allowed for the receiving portion 14. With such a configuration, the stopper 71 limits the relative movement of the receiving portion 14 with respect to the fixed portion 15 in the X-axis direction and the Z-axis direction within a predetermined range.

次に、図５３は、受力部１４に過大なＸ軸正方向の力＋Ｆｘが作用したときの、基本構造１０３の変形状態を示す概略正面図であり、図５４は、受力部１４に過大なＸ軸負方向の力−Ｆｘが作用したときの、基本構造１０３の変形状態を示す概略正面図である。また、図５５は、受力部１４に過大なＺ軸負方向の力−Ｆｚが作用したときの基本構造１０３の変形状態を示す概略正面図であり、図５６は、受力部１４に過大なＺ軸正方向の力＋Ｆｚが作用したときの、基本構造１０３の変形状態を示す概略正面図である。 Next, FIG. 53 is a schematic front view showing a deformed state of the basic structure 103 when an excessive force in the positive direction of the X-axis + Fx is applied to the receiving portion 14, and FIG. 54 is a schematic front view showing the deformed state of the basic structure 103. FIG. 54 is a schematic front view showing the receiving portion 14. It is a schematic front view which shows the deformation state of the basic structure 103 when an excessive force-Fx in the negative direction of the X axis is applied. Further, FIG. 55 is a schematic front view showing a deformed state of the basic structure 103 when an excessive force −Fz in the negative direction of the Z axis is applied to the receiving portion 14, and FIG. 56 is an excessive front view showing the deformed state of the receiving portion 14. It is a schematic front view which shows the deformed state of the basic structure 103 when a force + Fz in the positive direction of the Z axis is applied.

上述した構成により、図５３〜図５６に示すように、基本構造１０３が正常に機能する範囲を超えた過大なＸ軸及びＺ軸方向の力Ｆｘ、Ｆｚが受力部１４に作用すると、受力部１４はＸＺ平面内で変位し、やがて受力部１４がストッパ７１に当接する。これにより、受力部１４の更なるＸＺ平面内における変位が規制される。このように、過大なＸ軸及びＺ軸方向の力Ｆｘ、Ｆｚが受力部１４に作用しても、基本構造１０３の故障（破損）が回避される。なお、受力部１４に作用する力によって変形体１０に生じる弾性変形、及びこの弾性変形によって変位体２０に生じる変位については、§１で説明した通りである。このため、ここではその詳細な説明を省略する。 With the above configuration, as shown in FIGS. 53 to 56, when excessive forces Fx and Fz in the X-axis and Z-axis directions beyond the range in which the basic structure 103 functions normally act on the receiving portion 14, the receiving portion 14 is received. The force portion 14 is displaced in the XZ plane, and the force receiving portion 14 eventually comes into contact with the stopper 71. As a result, the displacement of the receiving portion 14 in the further XZ plane is regulated. In this way, even if excessive forces Fx and Fz in the X-axis and Z-axis directions act on the receiving portion 14, failure (damage) of the basic structure 103 is avoided. The elastic deformation caused by the force acting on the receiving portion 14 on the deformed body 10 and the displacement caused by the elastic deformation on the displaced body 20 are as described in §1. Therefore, the detailed description thereof will be omitted here.

以上のような基本構造１０３によれば、Ｘ軸方向及びＺ軸負方向に過大な力Ｆｘ、Ｆｚが作用しても、ストッパ７１の存在によって、受力部１４のＸ軸及びＺ軸負方向への変位が所定の範囲内に制限される。このため、過負荷によって故障しにくい基本構造１０３を実現することができる。更に、この基本構造１０３を採用して力覚センサを構成すれば、過負荷によって故障しにくい力覚センサを実現することができる。 According to the basic structure 103 as described above, even if excessive forces Fx and Fz act in the X-axis direction and the Z-axis negative direction, the presence of the stopper 71 causes the X-axis and Z-axis negative directions of the receiving portion 14. The displacement to is limited to a predetermined range. Therefore, it is possible to realize the basic structure 103 that is less likely to break down due to overload. Further, if the force sensor is configured by adopting this basic structure 103, it is possible to realize a force sensor that is less likely to fail due to overload.

＜８−４．変形例＞
次に、図５７は、図４３の変形例による基本構造１０４を示す概略正面図である。図４３に示す基本構造１０１では、当接部１４ｐ及び被当接部５０ｐが共にＸＹ平面と平行な面として規定されていた。このため、受力部１４に過大なＸ軸方向の力Ｆｘが作用した際には、受力部１４の変位が所定の範囲内に制限されない。これに対し、図５７に示す基本構造１０４では、受力部１４の当接部１４ｇが凹部を有し、当接部１４ｐに当接される被当接部５０ｇが凸部を有している。当接部１４ｇの凹部と被当接部５０ｇの凸部とのＸ軸方向及びＺ軸方向の各離間距離は、基本構造１０４が正常に機能する範囲を超えて、あるいは故障や破損しない範囲を超えて、受力部１４がＸ軸方向及びＺ軸負方向に変位することを回避し得る寸法に、設定されている。なお、図５７では、当接部１４ｇの凹部及び被当接部５０ｇの凸部が、Ｚ軸正方向に湾曲した湾曲面として示されているが、このような態様には限定されない。他の例としては、当接部１４ｇの凹部及び被当接部５０ｇの凸部として、Ｙ軸方向から観察して矩形の断面形状を有する凹部及び凸部が採用され得る。 <8-4. Modification example ＞
Next, FIG. 57 is a schematic front view showing the basic structure 104 according to the modified example of FIG. 43. In the basic structure 101 shown in FIG. 43, both the abutting portion 14p and the abutted portion 50p are defined as planes parallel to the XY plane. Therefore, when an excessive force Fx in the X-axis direction acts on the receiving portion 14, the displacement of the receiving portion 14 is not limited within a predetermined range. On the other hand, in the basic structure 104 shown in FIG. 57, the abutting portion 14g of the receiving portion 14 has a concave portion, and the abutted portion 50g abutting on the abutting portion 14p has a convex portion. .. The distance between the concave portion of the abutting portion 14g and the convex portion of the abutted portion 50g in the X-axis direction and the Z-axis direction exceeds the range in which the basic structure 104 functions normally, or the range in which the basic structure 104 does not fail or be damaged. The size is set so that the receiving portion 14 can be prevented from being displaced in the X-axis direction and the Z-axis negative direction. In FIG. 57, the concave portion of the abutting portion 14g and the convex portion of the abutted portion 50g are shown as curved surfaces curved in the positive direction of the Z axis, but the present invention is not limited to this aspect. As another example, as the concave portion of the contact portion 14 g and the convex portion of the contacted portion 50 g, a concave portion and a convex portion having a rectangular cross-sectional shape when observed from the Y-axis direction can be adopted.

このような構成によれば、過大なＺ軸負方向の力−Ｆｚが作用した場合のみならず、過大なＸ軸方向の力Ｆｘが作用した場合にも、受力部１４のＸ軸方向の変位を所定の範囲内に制限することができる。これにより、過負荷によって故障しにくい基本構造１０４を実現することができる。更に、この基本構造１０４を採用して力覚センサを構成すれば、過負荷によって故障しにくい力覚センサを実現することができる。 According to such a configuration, not only when an excessive force in the negative Z-axis direction −Fz is applied, but also when an excessive force Fx in the X-axis direction is applied, the force receiving portion 14 is in the X-axis direction. The displacement can be limited within a predetermined range. As a result, it is possible to realize a basic structure 104 that is less likely to break down due to overload. Further, if the force sensor is configured by adopting this basic structure 104, it is possible to realize a force sensor that is less likely to fail due to overload.

更に、図示は省略するが、被当接部５０ｇを、例えばＸ軸方向に延在するロッド部を有するＬ字またはＴ字の形状に構成し、当接部１４ｇを、当該Ｌ字またはＴ字の形状のロッド部によって貫通されるように構成することも考えられる。要するに、支持体５０がストッパの機能をも提供するように構成されている。この場合、過大なＺ軸正方向の力＋Ｆｚが作用しても故障が生じにくい基本構造１０４を実現することができる。 Further, although not shown, the contacted portion 50 g is formed in an L-shaped or T-shaped shape having a rod portion extending in the X-axis direction, and the contacted portion 14 g is formed in the L-shaped or T-shaped portion. It is also conceivable to configure it so that it is penetrated by a rod portion having the shape of. In short, the support 50 is configured to also provide the function of a stopper. In this case, it is possible to realize the basic structure 104 in which failure is unlikely to occur even if an excessive force in the positive direction of the Z axis + Fz acts.

なお、以上の８−１〜８−４で示したストッパ機構は、§１に示す基本構造１００及び力覚センサ１００ｃに限らず、§２〜§７に示す各基本構造２００〜７００及び力覚センサ２００ｃ〜７００ｃにも採用され得る。すなわち、§２〜§７に示す各基本構造２００〜７００は、§１に示す基本構造１００を２つ、４つあるいは８つ組み合わせて構成されていると捉えることができる。このため、各基本構造２００〜７００のうち、§１に示す基本構造１００に対応する構成部分の少なくとも１つに、好ましくは全てに、上述したストッパ機構のいずれかを採用すればよい。この場合、§２〜§７に示す各基本構造２００〜７００及び力覚センサ２００ｃ〜７００ｃに過大な力及び／またはモーメントが作用しても、当該基本構造２００〜７００及び力覚センサ２００ｃ〜７００ｃに故障や破損が生じることを抑制することができる。 The stopper mechanism shown in 8-1 to 8-4 is not limited to the basic structure 100 and the force sensor 100c shown in §1, but the basic structures 200 to 700 and the force sensor shown in §2 to §7. It can also be used for sensors 200c to 700c. That is, each of the basic structures 200 to 700 shown in §2 to §7 can be regarded as being composed of a combination of two, four, or eight basic structures 100 shown in §1. Therefore, one of the above-mentioned stopper mechanisms may be adopted for at least one of the constituent parts corresponding to the basic structure 100 shown in §1 among the basic structures 200 to 700, preferably for all of them. In this case, even if an excessive force and / or moment acts on the basic structures 200 to 700 and the force sensors 200c to 700c shown in §2 to §7, the basic structures 200 to 700 and the force sensors 200c to 700c. It is possible to suppress the occurrence of failure or damage to the sensor.

Claims

A receiving body to receive the acting force and
A support arranged on one side of the receiving body in the Z-axis direction in the XYZ three-dimensional coordinate system, and
A tilting portion arranged between the receiving body and the supporting body,
A first deformed portion that connects the receiving body and the tilting portion and causes elastic deformation by the force acting on the receiving body, and a first deformed portion.
A second deformed portion that connects the support and the tilted portion and causes elastic deformation due to a force acting on the receiving body, and a second deformed portion.
A displacement body that is connected to the tilting portion and causes displacement due to elastic deformation that occurs in the first deformed portion and the second deformed portion.
A detection circuit that detects the applied force based on the displacement generated in the displacement body is provided .
A connection portion between front Symbol the tilting part and the first deformation portion, wherein a connection portion between the second deformable portion and the tilting part, has different positions in front Symbol Z-axis direction,
The displacement body has a displacement portion that is connected to the tilting portion but is separated from the support and is displaced by the tilting of the tilting portion .
The detection circuit has a first displacement sensor and a second displacement sensor arranged in the displacement portion.
The detection circuit outputs a first electric signal indicating the applied force based on the detected value of the first displacement sensor, and indicates the applied force based on the detected value of the second displacement sensor. 2 A force sensor that outputs an electric signal and determines whether or not force detection is normally performed based on the first electric signal and the second electric signal.

The detection circuit outputs a total electric signal which is the sum of the first electric signal and the second electric signal.
The detection circuit determines whether or not force detection is normally performed based on the total electric signal and at least one of the first electric signal and the second electric signal. The force sensor described in.

The support is arranged so as to face the displacement body .
Each displacement sensor is a capacitive element having a displacement electrode arranged in the displacement portion of the displacement body and a fixed electrode arranged on the support so as to face the displacement electrode. 2. The force sensor according to 2.

The displacement unit includes a beam that extends in a direction crossing the front Symbol Z-axis direction, the force sensor according to any one of claims 1 to 3.

A first measurement site is defined on the beam,
The detection circuit has a 1-1 displacement sensor and a 1-2 displacement sensor that measure the displacement of the first measurement site.
The detection circuit outputs the first electric signal based on the detection value of the 1-1 displacement sensor, and outputs the second electric signal based on the detection value of the 1-2 displacement sensor. , The force sensor according to claim 4.

A first measurement part and a second measurement part are defined on the beam, and the beam has a first measurement part and a second measurement part.
The detection circuit has a 1-1 displacement sensor and a 1-2 displacement sensor that measure the displacement of the first measurement site, and a 2-1 displacement sensor and a second displacement sensor that measure the displacement of the second measurement site. Has a 2-2 displacement sensor,
The detection circuit outputs the first electric signal based on the detected values of the 1-1 displacement sensor and the 1-2 displacement sensor, and also outputs the 2-1 displacement sensor and the 2-. 2. The force sensor according to claim 4, which outputs the second electric signal based on each detected value of the displacement sensor.

The displacement portion includes a connection member for connecting the the front Symbol tilt part beam,
The first measurement portion and the second measurement portion of the displacement body are symmetrically defined with respect to the connection portion between the connection body and the beam.
The detection circuit outputs the first electric signal based on the difference between the detection value of the 1-1 displacement sensor and the detection value of the 2-2 displacement sensor, and the 1-2 displacement sensor. The force sensor according to claim 6, wherein the second electric signal is output based on the difference between the detected value of the 2-1 displacement sensor and the detected value of the 2-1 displacement sensor.

The detection circuit is any of claims 1 to 7, wherein the detection circuit detects a force acting based on the first electric signal or the total electric signal which is the sum of the first electric signal and the second electric signal. The force sensor described in item 1.