(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台に取付けられる第１の本体部と、
外力がかかる荷重導入部を構成する第２の本体部と、
前記第１の本体部と前記第２の本体部の間に配置された中間体と、
前記中間体と前記第１の本体部とをＸ方向およびＹ方向に相対変位自在に連結する第１の弾性連結部と、
前記中間体と前記第２の本体部とをＺ方向に相対変位自在に連結する第２の弾性連結部と、
前記第１の本体部に対する、前記中間体または前記第２の本体部のＸ方向およびＹ方向の相対変位を検出する第１の変位検出手段と、
前記中間体に対する前記第２の本体部のＺ方向の相対変位を検出する第２の変位検出手段と、
前記中間体に配設され、前記第１および前記第２の変位検出手段を搭載するセンサ基板と、
前記Ｚ方向の相対変位をＸ方向およびＹ方向の相対変位に変換して検出するための変位方向変換手段と、を有することを特徴とする力覚センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットアームやマニピュレータに作用する外力を検出する力覚センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
産業用ロボットのアームや、医療用等のマニピュレータの各部に作用する外力を検出するために力覚センサが使用されている。このような力覚センサの一例として特許文献１には歪ゲージを使用した６軸力覚センサが開示されている。
【０００３】
この力覚センサは、台座部材（第１の本体部）、荷重導入部（第２の本体部）とそれらを連結する起歪体部材とで構成されている。起歪体部材には多数の変形部がＸ、Ｙ、Ｚの各方向に穿たれた孔により形成されており、その側面には歪ゲージが貼り付けられている。荷重導入部に作用する外力の成分は、これらの歪ゲージで検出された各変形部の歪量から演算によって求めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０７−７２０２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら上記従来の技術によれば、外力の６成分を検出するために起歪体部材には１６箇所の変形部が形成され、さらに各々の変形部に２〜３枚の歪ゲージを使用する必要がある。このように変形部毎に変位検出用のセンサを設ける方式は、極めて多数のセンサを必要とするばかりでなく、それらを各部に分散して配置する必要があるため、配線が極めて複雑となり低コストで製造することが困難であるという問題点があった。また、特に微小な外力を検出する場合には、弾性連結された複数の変形部をまたぐ配線の弾性が検出値に影響を与え、これが誤差の原因となるという課題があった。
【０００６】
本発明は、搭載するセンサ数を低減するとともに、センサに接続される配線を簡単化することのできる力覚センサを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の力覚センサは、基台に取付けられる第１の本体部と、外力がかかる荷重導入部を構成する第２の本体部と、前記第１の本体部と前記第２の本体部の間に配置された中間体と、前記中間体と前記第１の本体部とをＸ方向およびＹ方向に相対変位自在に連結する第１の弾性連結部と、前記中間体と前記第２の本体部とをＺ方向に相対変位自在に連結する第２の弾性連結部と、前記第１の本体部に対する、前記中間体または前記第２の本体部のＸ方向およびＹ方向の相対変位を検出する第１の変位検出手段と、前記中間体に対する前記第２の本体部のＺ方向の相対変位を検出する第２の変位検出手段と、前記中間体に配設され、前記第１および前記第２の変位検出手段を搭載するセンサ基板と、前記Ｚ方向の相対変位をＸ方向およびＹ方向の相対変位に変換して検出するための変位方向変換手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
弾性連結部で連結された３つの部分（第１の本体部、第２の本体部、中間体）の間にまたがって複雑な配線を施す必要はなくなる。また、変位検出手段とともに増幅回路や信号処理回路も同一のセンサ基板上に実装することにより、低コストで製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１による力覚センサを示すもので、（ａ）はその概観を示す斜視図、（ｂ）は検出電極と対象電極の構成を示す図である。
【図２】実施例１による力覚センサの構成を示す。
【図３】実施例１による力覚センサの構成を示す。
【図４】実施例２による力覚センサの構成を示す。
【図５】実施例２による力覚センサの構成を示す。
【図６】実施例３による力覚センサの構成を示す。
【図７】実施例３による力覚センサの構成を示す。
【図８】実施例３による力覚センサの構成を示す。
【図９】実施例３におけるセンサ基板のみを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１０】
図１〜３は、実施例１を示す。本実施例は６軸の力覚センサであり、Ｆｘ（Ｘ方向の力）、Ｆｙ（Ｙ方向の力）、Ｆｚ（Ｚ方向の力）、Ｍｘ（Ｘ方向回りのモーメント）、Ｍｙ（Ｙ方向回りのモーメント）、Ｍｚ（Ｚ方向回りのモーメント）の検出が可能である。この装置は、図１（ａ）に示すように、下蓋１および本体下部２からなる下側の第１の本体部Ａ１と、本体上部３および上蓋４からなる第２の本体部Ａ２とを備える。下側の第１の本体部Ａ１は図示しない基台に取付けられ、上側の第２の本体部Ａ２は、図示しないロボットのアームやマニピュレータを取付けて使用される荷重導入部であり、ここに外力がかかる。
【００１１】
次に力覚センサの構造を図２および図３により説明する。図２（ａ）は上蓋４を外した状態を示す上面図、（ｂ）は側面から見た断面図である。図３（ａ）は下蓋１を外した状態の下面図、（ｂ）は上蓋４の下面図である。
【００１２】
本体下部２は中間体下部５、周囲の円筒下部７およびそれらを相対変位自在に連結する３箇所の第１の弾性連結部９ａ、９ｂ、９ｃから構成され、これらはすべて一体的に形成されている。第１の弾性連結部９ａ、９ｂ、９ｃの両側にはそれぞれ貫通する矩形の孔１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１２ａ、１２ｂ、１２ｃが形成され、第１の弾性連結部９ａ、９ｂ、９ｃはＺ方向より見るとＨ型で四端を固定した梁から成っている。各梁のＸ方向およびＹ方向の寸法（厚さ）はＺ方向の寸法（高さ）よりも十分に小さく、Ｘ方向およびＹ方向にのみいずれかの梁が撓んで変形が容易な構造となっている。
【００１３】
本体上部３は中間体上部６、周囲の円筒上部８およびそれらを相対変位自在に連結する３箇所の第２の弾性連結部１０ａ、１０ｂ、１０ｃから構成され、これらはすべて一体的に形成されている。第２の弾性連結部１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、Ｚ方向の寸法（厚さ）がＸ方向およびＹ方向の寸法（幅）よりも十分に小さい上下一対の梁から構成され、Ｚ方向にのみ梁が撓んで変形が容易な構造となっている。
【００１４】
本発明における力覚センサは第１の本体部Ａ１と第２の本体部Ａ２との間に中間体Ｂを配置した構成となっている。すなわち第１の本体部Ａ１は下蓋１と円筒下部７とで構成され、中間体Ｂは中間体下部５と中間体上部６で構成され、第２の本体部Ａ２は円筒上部８と上蓋４とで構成されている。
【００１５】
ここで中間体Ｂと第１の本体部Ａ１は第１の弾性連結部９ａ、９ｂ、９ｃで連結されており、中間体Ｂは第１の本体部Ａ１に対するＸ方向、Ｙ方向の変位およびＺ方向回りの回転が容易である。第２の本体部Ａ２と中間体Ｂとの間は第２の弾性連結部１０ａ、１０ｂ、１０ｃで連結されており、第２の本体部Ａ２は中間体Ｂに対してＺ方向の変位、Ｘ方向回りの傾斜、およびＹ方向回りの傾斜が容易である。
【００１６】
次に外力の検出方法について説明する。上蓋４の下面には３箇所の折り曲げ部を形成したフレキシブル回路基板であるセンサ基板１３が設けられている。センサ基板１３上には検出電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１５ａ、１５ｂ、１５ｃが搭載されている。図２に示すように、第１の本体部Ａ１の一部である円筒下部７には３箇所に上方への突出部が形成され、その内壁には対象電極１６ａ、１６ｂ、１６ｃが第１の変位検出手段である検出電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃと対向して形成されている。検出電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃと対象電極１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、図１（ｂ）にＺ方向より見た拡大図で示すように、すべて２分割されている。また中間体Ｂの一部である中間体上部６には対象電極１７ａ、１７ｂ、１７ｃが第２の変位検出手段である検出電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃと対向して形成されている。
【００１７】
ここで検出電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１５ａ、１５ｂ、１５ｃは図示しない検出回路に接続されている。対象電極１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１７ａ、１７ｂ、１７ｃはそれを保持する部材等を介して検出回路のグラウンドレベル（電位＝０）に接続されており、それ以外に接続のための配線は不要である。
【００１８】
第２の本体部Ａ２に作用する外力によって、第１の弾性連結部９ａ、９ｂ、９ｃと第２の弾性連結部１０ａ、１０ｂ、１０ｃが変形し、第２の本体部Ａ２および中間体Ｂは変位を生じる。その結果検出電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃと対象電極１６ａ、１６ｂ、１６ｃの間隔が変化し、また、分割された電極間の相対位置がずれる。さらに、検出電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃと対象電極１７ａ、１７ｂ、１７ｃの間隔が変化する。このような変位を静電容量の変化として検出回路により検出する。
【００１９】
検出電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃは第１の本体部Ａ１にある対象電極１６ａ、１６ｂ、１６ｃのＸ方向およびＹ方向の相対変位を検出し、得られた３つの信号から外力の３成分であるＦｘ、Ｆｙ、Ｍｚが演算によって求められる。さらに、検出電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃは中間体Ｂにある対象電極１７ａ、１７ｂ、１７ｃのＺ方向の相対変位を検出し、得られた３つの信号から外力の３成分であるＦｚ、Ｍｘ、Ｍｙが演算によって求められる。
【００２０】
このように本実施例においては、上蓋４すなわち第２の本体部Ａ２にかかる外力の６成分の検出に必要なすべての検出電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１５ａ、１５ｂ、１５ｃを備えている。さらにはこれらの検出電極とともに増幅回路や信号処理回路等の検出回路も同一のセンサ基板１３上に実装することも可能である。したがって第１の弾性連結部９ａ、９ｂ、９ｃおよび第２の弾性連結部１０ａ、１０ｂ、１０ｃで連結された３つの部分（第１の本体部Ａ１、第２の本体部Ａ２、中間体Ｂ）の間にまたがって配線を施す必要はなくなるのである。
【実施例２】
【００２１】
図４および図５は、実施例２を示す。本実施例も６軸の力覚センサであり、その概観は図１に示した実施例１と同様である。図４（ａ）は上蓋４を外した状態の上面図、（ｂ）は側面から見た断面図、図５は下蓋１を外した状態の下面図である。なお、以下の説明において実施例１と同一の符号で示す部分の詳細は省略する。
【００２２】
本実施例による力覚センサも第１の本体部Ａ１と第２の本体部Ａ２に加えて中間体Ｂを備えた構成となっている。すなわち第１の本体部Ａ１は下蓋１と円筒下部７とで構成され、中間体Ｂは中間体下部５と中間体上部６で構成され、第２の本体部Ａ２は円筒上部８と上蓋４とで構成されている。
【００２３】
中間体Ｂと第１の本体部Ａ１は実施例１と同様に第１の弾性連結部９ａ、９ｂ、９ｃで連結されており、中間体Ｂは第１の本体部Ａ１に対してＸ方向、Ｙ方向の変位およびＺ方向回りの回転が容易である。第２の本体部Ａ２と中間体Ｂも実施例１と同様に第２の弾性連結部１０ａ、１０ｂ、１０ｃで連結されており、第２の本体部Ａ２は中間体Ｂに対してＺ方向の変位、Ｘ方向回りの傾斜、およびＹ方向回りの傾斜が容易である。
【００２４】
次に外力の検出方法について説明する。図４（ａ）、（ｂ）に示すように、中間体Ｂを構成する中間体上部６には３箇所の折り曲げ部を形成したフレキシブル回路基板であるセンサ基板１３が配設されている。センサ基板１３上には検出電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１５ａ、１５ｂ、１５ｃが形成されている。第１の本体部Ａ１の一部である円筒下部７には３箇所に上方への突出部が形成され、その内壁には対象電極１６ａ、１６ｂ、１６ｃが検出電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃと対向して形成されている。第２の本体部Ａ２を構成する上蓋４の下面には対象電極１７ａ、１７ｂ、１７ｃが検出電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃと対向して形成されている。
【００２５】
検出電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１５ａ、１５ｂ、１５ｃは図示しない検出回路に接続されている。対象電極１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１７ａ、１７ｂ、１７ｃはそれを保持する部材等を介して検出回路のグラウンドレベル（電位＝０）に接続されており、それ以外に接続のための配線は不要である。
【００２６】
第２の本体部Ａ２に作用する外力によって、第１の弾性連結部９ａ、９ｂ、９ｃと第２の弾性連結部１０ａ、１０ｂ、１０ｃが変形し、第２の本体部Ａ２および中間体Ｂは変位を生じる。その結果検出電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃと対象電極１６ａ、１６ｂ、１６ｃの間隔が変化し、また分割された電極間の相対位置がずれる。さらに検出電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃと対象電極１７ａ、１７ｂ、１７ｃの間隔が変化する。このような変位を静電容量の変化として検出回路により検出する。
【００２７】
検出電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃは第１の本体部Ａ１にある対象電極１６ａ、１６ｂ、１６ｃのＸ方向およびＹ方向の相対変位を検出し、得られた３つの信号から外力の３成分であるＦｘ、Ｆｙ、Ｍｚが演算によって求められる。さらに検出電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃは第２の本体部Ａ２にある対象電極１７ａ、１７ｂ、１７ｃのＺ方向の相対変位を検出し、得られた３つの信号から外力の３成分であるＦｚ、Ｍｘ、Ｍｙが演算によって求められる。
【００２８】
このように本実施例においては、中間体上部６すなわち中間体Ｂに外力の６成分の検出に必要なすべての検出電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１５ａ、１５ｂ、１５ｃを備えている。さらには、これらの検出電極とともに増幅回路や信号処理回路等の検出回路も同一のセンサ基板１３上に実装することも可能である。したがって第１の弾性連結部９ａ、９ｂ、９ｃおよび第２の弾性連結部１０ａ、１０ｂ、１０ｃで連結された３つの部分（第１の本体部Ａ１、第２の本体部Ａ２、中間体Ｂ）の間にまたがって配線を施す必要はなくなるのである。
【００２９】
中間体Ｂと第１の本体部Ａ１との間にはＸ方向およびＹ方向の剛性がＺ方向の剛性よりも小さく弾性変形が容易な第１の弾性連結部９ａ、９ｂ、９ｃのみを介している。このため、検出すべきＸ方向およびＹ方向の変位の検出値にＺ方向の変位が干渉を与えることを防止できる。中間体Ｂと第２の本体部Ａ２との間にはＺ方向の剛性がＸ方向およびＹ方向の剛性よりも小さく弾性変形が容易な第２の弾性連結部１０ａ、１０ｂ、１０ｃのみを介している。このため、検出すべきＺ方向の変位の検出値にＸ方向およびＹ方向の変位が干渉を与えることを防止できる。
【実施例３】
【００３０】
図６〜９は実施例３を示す。本実施例も６軸の力覚センサであり、図６（ａ）はその概観を示す斜視図、（ｂ）は上蓋４を外した状態の上面図である。図７（ａ）は側面から見た断面図、（ｂ）は下蓋１を外した状態の下面図である。なお、以下の説明において実施例１と同一の符号で示す部分の詳細は省略する。
【００３１】
本実施例による力覚センサも第１の本体部Ａ１と第２の本体部Ａ２の間に中間体Ｂを備えた構成となっている。すなわち第１の本体部Ａ１は下蓋１と円筒下部７とで構成され、中間体Ｂは中間体下部５と中間体上部６で構成され、第２の本体部Ａ２は円筒上部８と変換部材取付け板２１と変位方向変換部材２２ａ、２２ｂ、２２ｃと上蓋４とで構成されている。
【００３２】
中間体Ｂと第１の本体部Ａ１は実施例１と同様に第１の弾性連結部９ａ、９ｂ、９ｃで連結されており、中間体Ｂは第１の本体部Ａ１に対してＸ方向、Ｙ方向の変位およびＺ方向回りの回転が容易である。第２の本体部Ａ２と中間体Ｂも実施例１と同様に第２の弾性連結部１０ａ、１０ｂ、１０ｃで連結されており、第２の本体部Ａ２は中間体Ｂに対してＺ方向の変位、Ｘ方向回りの傾斜、およびＹ方向回りの傾斜が容易である。
【００３３】
変位方向変換手段であるＹ字型の変位方向変換部材２２ａ、２２ｂ、２２ｃは３箇所に設けられており、その下端部２６は中間体上部６に、上端部２５は円環状の変換部材取付け板２１の内側に取付けられている。変位方向変換部材２２ａ、２２ｂ、２２ｃは中間体上部６と変換部材取付け板２１にまたがって取付けられるが、後述するように第２の本体部Ａ２の中間体Ｂに対する相対変位の方向を変換する機能を備えており、ここでは第２の本体部Ａ２に含まれるものとする。
【００３４】
中間体上部６にはセンサ基板２４が搭載され、変位方向変換部材２２ａ、２２ｂ、２２ｃは互いに１２０度の角度を成し、その中間の水平に突出した中間端部２７がセンサ基板２４の上方に位置するようにして取付けられている。さらに円筒下部７には３箇所に上方への突出部が形成され、その上端にはセンサ基板２４の上方に延びるスケール取付け板３７ａ、３７ｂ、３７ｃが取付けられている。
【００３５】
図８（ａ）は、変位方向変換部材２２ａ、２２ｂ、２２ｃとスケール取付け板３７ａ、３７ｂ、３７ｃの詳細な構造および機能を説明するための部分断面図、（ｂ）は全体を示す平面図である。各変位方向変換部材２２ａ、２２ｂ、２２ｃの構造はすべて同一で、複数の板状の弾性材料、例えばリン青銅やステンレス等の薄板の曲げ加工および張り合わせにより作成されている。各変位方向変換部材２２ａ、２２ｂ、２２ｃの下端部２６は組立てを容易にするために予め円環状の基板２８に取付けられて一体化されている。中間端部２７はすべて中心方向に向けられており、その下面には変位検出のための対象体であるスケール３５ａ、３５ｂ、３５ｃが取付けられている。
【００３６】
各変位方向変換部材２２ａ、２２ｂ、２２ｃは屈曲部と平坦部であるリンク２９、３０、３１とで構成されている。リンク２９、３０、３１はその両側が鉛直方向への曲げ加工で形成した補強部によって剛性が付与されており、これにより屈曲部のみが弾性変形可能である。リンク３０、３１は平行に形成されており、弾性変形時であっても中間端部２７は基板２８に対して常に平行な状態を維持する。
【００３７】
外力ＦｚまたはＭｘまたはＭｙの作用によって第２の本体部Ａ２が中間体Ｂに対してＺ方向に変位、またはＸ方向回りに傾斜、またはＹ方向回りに傾斜したとすると、変位方向変換部材２２ａ、２２ｂ、２２ｃの上端部２５も矢印Ｖで示すＺ方向に変位する。その結果、各屈曲部が弾性変形を生じ中間端部２７はＸＹ面内であってその延在する方向（矢印Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃで示す方向）に変位する。このようにして変位の方向が変換されるのである。
【００３８】
スケール取付け板３７ａ、３７ｂ、３７ｃの先端の下面にはスケール３６ａ、３６ｂ、３６ｃが取付けられている。スケール取付け板３７ａ、３７ｂ、３７ｃは第１の本体部Ａ１である円筒下部７に取付けられている。したがって外力ＦｘまたはＦｙまたはＭｚの作用によって中間体Ｂが第１の本体部Ａ１に対してＸ方向に変位、またはＹ方向に変位、またはＺ方向回りに回転したとすると、スケール３６ａ、３６ｂ、３６ｃが中間体Ｂに対して相対的に変位することになる。
【００３９】
次に、外力の検出方法について説明する。図９はセンサ基板２４の上面を示す平面図である。センサ基板２４上には光源３２（例えばＬＥＤ）および光源３２を囲む６つの受光素子３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ（例えばフォトダイオード）が一体形成または実装配置されている。受光素子３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３４ａ、３４ｂ、３４ｃは検出面である複数の受光面をストライプ状に配列した構成である。
【００４０】
一方スケール３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３６ａ、３６ｂ、３６ｃは、ガラス等の基板と、その表面または裏面に形成した金属等の反射膜からなる回折格子で構成される。スケール３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３６ａ、３６ｂ、３６ｃは受光素子３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３４ａ、３４ｂ、３４ｃに対向するように配置されている。そして、光源３２が発生する発散光束を反射し受光素子３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ上に明暗の縞である回折光のパターンを形成する。受光素子３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３４ａ、３４ｂ、３４ｃの受光面の配列ピッチはこの回折光のパターンの１／４周期に一致するように作成されている。したがって、スケール３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３６ａ、３６ｂ、３６ｃが受光面の配列方向に変位すると、それに伴ってこの回折光のパターンも移動する。それにより複数の受光面からは９０度の位相差を持った２相の正弦波状信号（ｓｉｎおよびｃｏｓ）が得られ、さらに得られた信号の逆正接演算（ｔａｎ−１）を行えばスケールの変位量を検出することができる。
【００４１】
第２の変位検出手段である受光素子３３ａ、３３ｂ、３３ｃは、それぞれ変位方向変換部材２２ａ、２２ｂ、２２ｃの上端部２５のＺ方向の変位から変換されたスケール３５ａ、３５ｂ、３５ｃのＸ方向およびＹ方向の変位を検出する。得られた３つの信号から外力の３成分であるＦｚ、Ｍｘ、Ｍｙが演算によって求められる。第１の変位検出手段である受光素子３４ａ、３４ｂ、３４ｃは、それぞれスケール取付け板３７ａ、３７ｂ、３７ｃに取付けられたスケール３６ａ、３６ｂ、３６ｃの変位を検出する。得られた３つの信号から外力の他の３成分であるＦｘ、Ｆｙ、Ｍｚが演算によって求められる。
【００４２】
本実施例においても、中間体上部６すなわち中間体Ｂに外力の６成分の検出に必要なすべての受光素子３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３４ａ、３４ｂ、３４ｃを備えている。さらにはこれらの受光素子や光源とともに増幅回路や信号処理回路も同一のセンサ基板２４上に実装することも可能である。したがって第１の弾性連結部９ａ、９ｂ、９ｃおよび第２の弾性連結部１０ａ、１０ｂ、１０ｃで連結された３つの部分（第１の本体部Ａ１、第２の本体部Ａ２、中間体Ｂ）の間にまたがって配線を施す必要はなくなるのである。
【００４３】
中間体Ｂと第１の本体部Ａ１との間にはＸ方向およびＹ方向の剛性がＺ方向の剛性よりも小さく弾性変形が容易な第１の弾性連結部９ａ、９ｂ、９ｃのみを介しているので、Ｘ方向およびＹ方向の変位の検出値にＺ方向の変位が干渉を与えることを防止できる。中間体Ｂと第２の本体部Ａ２との間にはＺ方向の剛性がＸ方向およびＹ方向の剛性よりも小さく弾性変形が容易な第２の弾性連結部１０ａ、１０ｂ、１０ｃのみを介しているので、Ｚ方向の変位の検出値にＸ方向およびＹ方向の変位が干渉を与えることを防止できる。
【００４４】
本実施例は変位検出手段である受光素子が備える検出面に対して垂直な方向の変位を平行な方向に変換して検出対象体を変位させる変位方向変換手段を備えている。したがって、検出面に対して垂直な方向も含む複数の異なる方向の変位の成分を同一の方向に向けて配置した複数の検出面で検出することができ、その結果、変位検出手段の小型化が可能となる。
【００４５】
なお、本実施例において変位検出手段は受光素子、検出対象体として反射型回折格子を形成したスケールを用いたが、他の検出素子を用いても同様の原理で変位を検出することができる。例えば、変位検出手段と検出対象体をともにストライプ状電極パターンで形成し、両者間に生じる静電容量の変化から変位を検出することもできる。また、変位検出手段に磁気センサアレイ（例えばホール素子や磁気抵抗素子）、検出対象体にはパターニングされた磁束発生手段（磁石）を用い、磁束密度分布の変化から変位を検出することもできる。
【符号の説明】
【００４６】
１    下蓋
２    本体下部
３    本体上部
４    上蓋
５    中間体下部
６    中間体上部
９ａ、９ｂ、９ｃ、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ    弾性連結部
１３、２４    センサ基板
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ    検出電極
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ    対象電極
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ    変位方向変換部材
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ    受光素子
【図１】
0005606270.tif 000002
【図２】
0005606270.tif 000003
【図３】
0005606270.tif 000004
【図４】
0005606270.tif 000005
【図５】
0005606270.tif 000006
【図６】
0005606270.tif 000007
【図７】
0005606270.tif 000008
【図８】
0005606270.tif 000009
【図９】
0005606270.tif 000010