(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ本体機構部に各々変形可能なＬ字形部分を有する少なくとも３つの脚と前記各脚の周辺に設けられた開口手段を備え、前記Ｌ字形部分を与える第１のアームと第２のアームには各々せん断ひずみゲージ取付部が設けられており、前記せん断ひずみゲージ取付部にせん断ひずみゲージが取り付けられている６軸力センサにおいて、
過大負荷が加えられた時のＬ字形の脚の機械的剛性を過大負荷が加えられていない時の機械的剛性に比して増大させるための機械的変形ストッパ手段を備えている前記６軸力センサ。
【請求項２】
前記機械的変形ストッパ手段が前記開口手段の少なくとも一部に形成されたスリット手段であり、前記スリット手段はその少なくとも一部が過大負荷が加えられた時に閉塞して前記Ｌ字形の脚の機械的剛性を増大させる、請求項１に記載された６軸力センサ。
【請求項３】
前記機械的変形ストッパ手段が前記開口手段の少なくとも一部に形成されるとともに屈曲部を有しているスリット手段であり、前記スリット手段はその少なくとも一部が過大負荷が加えられた時に閉塞して前記Ｌ字形の脚の機械的剛性を増大させる、請求項１に記載された６軸力センサ。
【請求項４】
前記せん断ひずみゲージ取付部が、前記第１のアーム及び前記第２のアームに各々設けられた凹部である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載された６軸力センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数のせん断ひずみゲージを用いた６軸力センサに関し、更に詳しく言えば、センサ本体を過負荷から保護する機構を備えた前記型式の６軸力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
歪ゲージと弾性体を組み合わせた型の６軸力センサは、例えば建造物の構成要素の応力測定あるいは力制御を行なうロボットにおける外力測定などの用途で広く用いられている。一つの６軸力センサには複数個の歪ゲージが使用され、それらは６軸力（力とモーメントの各３成分）を検出するための所定の配列で弾性体に取り付けられる。歪ゲージを取り付けた弾性体に力あるいはモーメントが作用して弾性体が変形すると、それに応じて各歪ゲージに応力が発生する。
【０００３】
その結果生じる各歪ゲージの電気抵抗値の変化は、周知のブリッジ回路を介して電圧値として出力される。これら出力は、更に所定の計算処理回路あるいはソフトウェア処理によって６軸力に変換される。
【０００４】
６軸力センサに装備される歪ゲージとして最も一般的なのは曲げ応力を検出する型のものであった。しかし、曲げ応力を検出する歪ゲージには、十分な出力を得るために大きな曲げ変形を要し、出力の線形性が低下し易いこと、固有周波数低下により振動を惹起し易くなること、異なる方向の力あるいはモーメント成分間の出力の干渉が生じ易いこと等の欠点がある。
【０００５】
そこで、複数のせん断ひずみゲージを弾性体に所定の配列で取り付けた６軸力センサが提案されている（特願平７−２０１８４８号参照）。図１は、そのような型式の６軸力センサに装備される典型的なせん断ひずみゲージの基本構造を説明する平面図である。
【０００６】
同図を参照すると、全体を符号Ｇで指示されたせん断ひずみゲージはベース１とその上に設けられた歪みゲージ要素２で構成されている。歪みゲージ要素２は、幹部３と幹部３の軸方向６に対して左右前方（あるいは後方）に各々４５°傾斜した櫛形要素４，５を有している。歪みゲージ要素２は、ホイートストンブリッジの構成要素とされている。このような構造のせん断ひずみゲージＧは、図示した如く、櫛形要素４，５に対して４５°づつ傾斜した方向７，８のせん断ひずみの検出に使用される。
【０００７】
即ち、ゲージＧに方向７，８のせん断ひずみを発生させるような力またはモーメントの成分が作用すると、主として櫛形要素４，５に歪みが生じる。この歪みに伴う電気的抵抗値の微小変化がホイートストンブリッジの出力として検出される。
【０００８】
図２は、図１に示した構造のせん断ひずみゲージを所要数装備した力センサ本体機構部の概略構造を例示した見取図である。同図を参照すると、力センサ本体機構部は中空の円筒型のセンサボディＳＢを含み、センサボディＳＢは２つのリング状のフランジＦＬ１，ＦＬ２とそれらの間に位置した機構部ＳＳで構成されている。
【０００９】
機構部ＳＳには、破線で概略を囲んで示したように、所定数（一般には３つ以上）のＬ字形の脚１２（少なくともその一部にＬ字形の領域を有する脚の意。以下、同じ。）が設けられている。図１で説明したせん断ひずみゲージＧは、これら脚１２に２個づつ配置されている。各Ｌ字形の脚１２の周辺には、センサボディＳＢの一部を切欠くような態様を以ていくつかの開口ＯＰが形成される。
【００１０】
図３（ａ）は、図２に示した力センサの一つの脚１２とその周辺部分の構造を拡大描示した図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のラインＡ−Ａ’に沿った断面図である。なお、ここでは図示の都合上、図２とは上下方向が反転している。
【００１１】
一般に、Ｌ字形の脚１２は脚１２を支持するための支持領域１３，１４，１５を含む大きな構造体（即ち、センサボディＳＢ）の一部をなしいる。脚１２の周辺部に設けられる開口は、ここでは符号ＯＰ１〜ＯＰ３を付して示されている。支持領域１３，１４を含む一方の高剛性の構造部１０は前述のフランジＦＬ１に連なり、例えばロボットの手首フランジに取り付けられる。一方、支持領域１５を含む他方の高剛性の構造部１１は前述のフランジＦＬ２に連なり、例えばエンドエフェクタ（ロボットハンドなど）に取り付けられる。
【００１２】
脚１２は互いに直交した方向を向いた第１及び第２のアーム２０，２２を備えている。これらアーム２０，２２は脚１２にＬ字形状を与えるもので、図中で鉛直アームとして描かれた第１のアーム２０は支持領域体１５に接続されている。一方、水平アームとして描かれた第２のアーム２２は支持領域１３に接続されるとともに、ブリッジ１６を介して、支持領域１４に接続されている。
【００１３】
そして、第１のアーム２０には凹部２１が設けられており、その内部にせん断ひずみゲージ３４が取り付けられている。同様に、第２のアーム２２に設けられた凹部２３の内部にはせん断ひずみゲージ３５が取り付けられている。２つのせん断ひずみゲージ３４，３５の配置方向は、アーム２０，２２のＬ字形の配置に合わせて互いに垂直な向きを向くように選ばれている。
【００１４】
凹部２１の断面は、図３（ｂ）に示す様にコの字型に形成されている。凹部２１の底面４２は側壁部４０，４１と比較して相対的に薄くなっており、底部４２に取り付けられた歪みゲージ３４に歪みが有効に集中する様に配慮がなされている。凹部２３あるいはここに図示した以外の脚１２を構成する各アームに設けられる凹部の断面についても同様の断面構造を有している。
【００１５】
以上の構造を有する力センサの機能を説明するために、ここでは図中に併記したような座標系を採用する。Ｚ軸は紙面上で垂直上方向を向き、Ｘ軸は紙面上で水平左方向を向いている。本力センサは剛体１０（フランジＦＬ１など）と剛体１１（同じくフランジＦＬ２など）の間に相対的に作用する力ないしモーメントをせん断ひずみゲージ３４，３５を装備したＬ字形の脚１２で検出する。
【００１６】
今、図示したように力Ｆｚ  が支持領域１５を通してＬ字形の脚１２に作用すると、脚１２は堅い支持領域１３により支えられているため、局所的な力３０と３１を生ずる。これらの力により凹部２３には±Ｚ方向の剪断力が作用する。これに応じて、せん断ひずみゲージ３５は比較的大きな出力信号を生ずる。力がＬ字形の脚１２に対して図示した方向と反対向き（下方）に加えられると、凹部２３には剪断力が生ずるが、局所的な力３０と３１の方向は図示したものとは反対となり、歪みゲージ３５からの出力信号の符号も反対となる。
【００１７】
一方、このような±Ｚ方向の力は凹部２１に対しては圧縮力あるいは引張り力として作用する。従って、せん断ひずみゲージ３４からは比較的小さな出力しか生じない。即ち、±Ｚ方向の力が脚１２に作用すると、せん断ひずみゲージ３４からは相対的に小さな出力が得られ、せん断ひずみゲージ３５からは相対的に大きな出力が得られることになる。
【００１８】
これに対してＸ方向に力Ｆｘ  が支持領域１５を通して脚１２に加えられると、Ｌ字形の脚１２は堅い支持領域１３に支えられているため、局所的な力３２と３３を生ずる。これらの力は凹部２１に±Ｘ方向の剪断力を生じさせ、歪みゲージ３４に比較的大きな出力を発生する。しかし、同じ力は凹部２３に対しては圧縮力として作用するので、歪みゲージ３５から発生する出力は小さい。
【００１９】
同様に、−Ｘ方向の力−Ｆｘ  は凹部２１に±Ｘ方向の剪断力を生じさせ、歪みゲージ３４からは比較的大きな反対符号の出力を発生させる一方、凹部２３に対しては引張力として作用し、歪みゲージ３５から比較的小さな出力を発生させる。
【００２０】
この様に、±Ｘ方向を以て脚１２に作用する力は、せん断ひずみゲージ３４から比較的大きい出力を発生させ、せん断ひずみゲージ３５からは比較的小さい出力を発生させる。
【００２１】
±Ｘ方向成分と±Ｚ方向成分の両方を含む一般の力が作用した場合、上記の現象が重なって同時に起るが、せん断ひずみゲージ３４，３５の±Ｘ方向成分と±Ｚ方向成分の力に対する感度の差を利用して、せん断ひずみゲージ３４，３５の出力に所定の演算に相当する処理を施すことによって±Ｘ方向成分と±Ｚ方向成分を分離して検出することが出来る。
【００２２】
図３に示した例では、Ｌ字形の脚１２と支持領域１４の間を連結するブリッジ１６が設けられているが、このブリッジ１６は水平方向のアーム２２に加えられた曲げの力を例えば±Ｚ方向の力によって支える作用を持つ。従って、このようなブリッジ１６を採用すれば、Ｌ字形の脚１２の剛性を実質的に増大させ、大きな負荷に対する耐性を強化することが出来る。但し、このような手段による剛性の増大は常時脚１２の変形を妨げるように作用するから、力センサの感度を低下させる。
【００２３】
以上がＬ字形の脚にせん断ひずみゲージを装備させた型の力センサの一般的な構造と機能の概略であるが、このような力センサには過負荷に対する耐性の点で問題があった。これを図４（ａ）〜図４（ｃ）を参照図に加えて説明する。図４（ａ）は図３に示したと同様の構造を簡略化して示した図であり、図４（ｂ）及び図４（ｃ）は、各々この構造に±Ｘ方向の剪断力が作用した場合の変形状態と±Ｚ方向の剪断力が作用した場合の変形状態を説明する図である。
【００２４】
なお、各要素の符号は適宜繰り返し表示を省略し、図３におけるブリッジ１６に相当する部分はここでは短寸に描かれている。また、図４（ｂ）及び図４（ｃ）において、各部の変形は理解を容易にするために誇張して描かれている。
【００２５】
先ず、図４（ｂ）と図４（ａ）を比較すると判るように、横方向（±Ｘ方向）の力が脚１２に加わった場合には、せん断ひずみゲージ３４を取り付けた凹部２１に図示したような比較的大きな歪み変形（ここでは矩形からひし形）が発生し、それに伴ってせん断ひずみゲージ３４自身が歪みを起し、上述した通り比較的大きな出力が生成される。これに対して、せん断ひずみゲージ３５を取り付けた凹部２３には形をゆがめるような変形（矩形からひし形への変形）は殆ど発生せず、せん断ひずみゲージ３５の出力も小さい。
【００２６】
次に、図４（ｃ）と図４（ａ）を比較すると判るように、縦方向（±Ｚ方向）の力が脚１２に加わった場合には、せん断ひずみゲージ３５を取り付けた凹部２３に図示したような比較的大きな歪み変形（矩形からひし形）が発生し、それに伴ってせん断ひずみゲージ３５自身が歪みを起し、上述した通り比較的大きな出力が生成される。これに対して、せん断ひずみゲージ３４を取り付けた凹部２１には形をゆがめるような変形（矩形からひし形への変形）は殆ど発生せず、せん断ひずみゲージ３４の出力も小さい。
【００２７】
このように、本型の力センサは凹部２１，２３、即ちせん断ひずみゲージの取付部分が弾性変形をすることを前提にしている。従って、当然のことながら、センサに過大な力が作用した場合には、せん断ひずみゲージ３４，３５を取り付けた部分（凹部２１，２３）にも過大な力が作用し、材料（通常は金属）の変形が弾性限界を超えてしまうことになる。こうした場合、力センサに作用する力を解除した後も凹部には永久的な変形が残存したままとなる。
【００２８】
このような変形を起した力センサにはもはや正常な検出能力はなく、力あるいはモーメントが作用していなくともあたかも力センサに力が作用しているかの様な出力を発生するので、実際上使用不可能になる。また、一旦機構部分に生じた塑性変形を解消することも困難である。
【００２９】
せん断ひずみゲージ３４，３５の取り付け部分（凹部２１，２３）を堅牢化して高剛性を持たせれば過負荷に対する耐性は向上するが、正常な範囲の負荷がかかっている時にもせん断ひずみゲージ３４，３５に歪応力が発生し難くなり、感度に悪影響を及ぼす。また、先に触れた通り、強固なブリッジ１６を設けた場合も同様である。従って、このような手法では本型の力センサに適した過負荷防護手段は獲られない。
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の目的は、上記型の６軸力センサに有効性の高い過負荷防護能力を持たせることにある。更に詳しく言えば、本発明は過大な負荷が作用した場合に作動する性質の過負荷防護手段を備えた上記型の６軸力センサを提供することにある。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、過大な負荷の作用時にＬ字形の脚の機械的剛性を高めるように作動する機械的変形ストッパを上記型の６軸力センサに設けることによって上記技術課題を解決したものである。より詳しく言えば、本発明は、センサ本体機構部に各々変形可能なＬ字形部分を有する少なくとも３つの脚と前記各脚の周辺に設けられた開口手段を含み、前記Ｌ字形部分を与える第１のアームと第２のアームには各々せん断ひずみゲージ取付部が設けられ、前記せん断ひずみゲージ取付部にせん断ひずみゲージが取り付けられた型の６軸力センサに、過大負荷が加えられた時のＬ字形の脚の機械的剛性を過大負荷が加えられていない時の機械的剛性に比して増大させるための機械的変形ストッパ手段を設けることを提案する。
【００３２】
本発明の特徴をなす機械的変形ストッパ手段は、上記型の６軸力センサに作用する負荷が過大でない条件下（測定レンジ内）では前述した原理に従ってせん断ひずみゲージの取付部の変形（弾性変形）を妨げないが、該部分の変形が塑性変形を起す恐れがある程大きくなるような負荷が加わった条件下（測定レンジ外）では、変形の増大に抵抗し、塑性変形を未然に回避するように作動する。
【００３３】
また、本発明は機械的変形ストッパ手段の具体的形態として、各脚の周辺に設けられた開口手段の少なくとも一部に形成されたスリット手段を提案する。このスリット手段は、センサに作用する負荷に応じて変形し、過大負荷が加えられた時には少なくともその一部が変形に伴って閉塞され、それによってＬ字形の脚の機械的剛性を増大させる。
【００３４】
各脚の周辺に設けられた開口手段の少なくとも一部に形成されたスリット手段が機械的変形ストッパ手段として利用出来る背景には、本型の力センサが前提としているせん断ひずみゲージの取付部の変形（弾性変形）にその周辺に存在する開口手段の変形が付随しているという事実がある。
【００３５】
即ち、図４（ｂ），（ｃ）に示したように、脚１２に横方向（±Ｘ方向）あるいは縦方向（±Ｚ方向）の力が加わった場合には、せん断ひずみゲージ３４，３５の取付部（凹部２１あるいは２３）に開口手段を構成する開口ＯＰ１〜ＯＰ３にもなんらかの歪み変形が発生する（ここでは、特に開口ＯＰ２の変形が判り易く顕著に描かれている）。
【００３６】
歪み変形の形態と大きさは、当然、加わる力の方向性と大きさによって異なるが、一般に開口のある部分においては開口幅を広げるが別の部分では開口幅を狭めるように起ると考えられる。そして、もし、開口幅が狭まるように変形した部分で開口の閉塞（対岸同士の当接）が起ると、それ以上の変形の増大に対する強い抵抗力が生まれる。換言すれば、開口の閉塞（対岸同士の当接）は脚１２を含むその周辺部の剛性を急激に増大させる。
【００３７】
実際にせん断ひずみゲージの取付部に弾性変形限界内で発生する変形の大きさは非常に小さいから、それに伴う周辺開口手段の変形も決して大きくない。従って、開口の変形による閉塞現象を利用して有効な機械的変形ストッパ手段を得るためには、開口手段の少なくとも一部に十分に狭い領域、即ちスリット手段を設ける必要がある。スリット手段を構成するスリット（複数個）の幅や形状は、希望する機械的変形ストッパ機能の作動点（臨界負荷の大きさと方向性）を考慮して設計的に定められる。
【００３８】
一般に、スリット幅を狭めれば小さな負荷で機械的変形ストッパ機能が作動し、スリット幅を広げれば大きな負荷で機械的変形ストッパ機能が作動する傾向が生じる。また、いずれの方向の過大負荷に対しても感応出来る（いずれかの部分で閉塞が起る）ようにスリット手段の形状を屈曲させることは、機械的変形ストッパ機能がの作動する臨界負荷の方向依存性を除去する上で好ましい。機械的変形ストッパ機能を安定して発揮させるために、スリットは十分な長さを持つことが好ましいことも言うまでもない。
【００３９】
【発明の実施の形態】
図５は、本発明に従った６軸力センサの本体機構部の一例（第１の実施形態とも呼ぶ。）を図３（ａ）と同様の側面図で表わしたものである。なお、本実施形態における力センサの機構部のボディ全体の構成は、Ｌ字形の脚の周辺の構造（過負荷防護機構の関連構成）が異なる点を除いて図２に示したものと同様であるから、図示の繰り返しを省略した。従って、第１の実施形態で具体化されている本発明の特徴は、図３（ａ）と対比することによって容易に理解される。
【００４０】
図５において、符号１１２で全体を指示された脚は、脚１１２にＬ字形状を与える第１及び第２のアーム１２０，１２２を含み、両者の境界付近から延びるブリッジ１１６を介して支持領域１１４に接続される一方、第２のアーム１２２の基端部で支持領域１１３に接続されている。
【００４１】
支持領域１１３，１１４を含む一方の高剛性の構造部１１０は、センサボディの一方のフランジ（図２におけるフランジＦＬ１参照）に連なり、例えばロボットの手首フランジに取り付けられる。一方、支持領域１５を含む他方の高剛性の構造部１１１は、センサボディの他方のフランジ（図２におけるフランジＦＬ２参照）に連なり、例えばエンドエフェクタ（ロボットハンドなど）に取り付けられる。
【００４２】
第１のアーム１２０には凹部１２１が設けられており、その内部にせん断ひずみゲージ１２４が取り付けられている。同じく、第２のアーム１２２に設けられた凹部１２３の内部にはせん断ひずみゲージ１２５が取り付けられている。図５に示されていない他の脚についても同様の態様でせん断ひずみゲージが２個づつ装備されている。各せん断ひずみゲージ１２４，１２５の取付部となる凹部１２１，１２３の断面構造は、図３（ｂ）に示したものと同様である。
【００４３】
各Ｌ字形の脚１１２の周辺には、センサボディの一部を切欠くような態様を以て開口手段が形成されている。この開口手段には、本発明の特徴に従って過負荷防護機構が設けられる。本実施形態では、Ｌ字形の脚１１２の周辺部に設けられる開口手段として３つの開口ＯＰ１１〜ＯＰ１３が示されている。
【００４４】
これらの開口ＯＰ１１〜ＯＰ１３は、前述の開口ＯＰ１〜ＯＰ３に対応するものであるが、全体が幅広に形成された開口ＯＰ１〜ＯＰ３とは形態と機能が異なっている。即ち、開口手段を過大負荷作用時に発動する機械的変形ストッパ手段として機能させるために、開口手段に含まれる開口の少なくとも一部に対岸部同士が接近したスリットが設けられる。
【００４５】
本実施形態では、開口ＯＰ１１，ＯＰ１２，ＯＰ１３に各々スリット２００〜２０５，２０６，２０７〜２１２が設けられている。開口ＯＰ１１及びＯＰ１３では、スリットが屈曲部Ｃ１〜Ｃ４及びＣ５〜Ｃ８を形成するように設けられている。このようにスリットを一方方向にのみ形成せずに、縦横方向（一般には独立した２方向）に形成することは、過大負荷の防護機能を安定させる上で好ましい。また、スリットが形成される部分をなるべく多くして、高剛性の構造部１１０，１１１の間の間隔を極力小さくすることも、同様の趣旨で好ましいことである。
【００４６】
このような構造を有する力センサの力あるいはモーメントの検出原理自体は、図３、図４等を参照して説明したものと同様である。力の方向を記述する座標系として、図示した通り、図３（ａ）と同じものを使用すると、先ず力±Ｆｚ  が支持領域１１５を通してＬ字形の脚１１２に作用すると、脚１１２は堅い支持領域１１３により支えられているため、凹部１２３に±Ｚ方向の剪断力が作用する。その結果、せん断ひずみゲージ１３５が比較的大きな出力信号を生ずる。
【００４７】
一方、±Ｚ方向の力は凹部１２１に対しては圧縮力あるいは引張り力として作用するから、せん断ひずみゲージ１３４からは比較的小さな出力しか生じない。即ち、±Ｚ方向の力が脚１１２に作用すると、せん断ひずみゲージ１３４からは相対的に小さな出力が得られ、せん断ひずみゲージ１３５からは相対的に大きな出力が得られることになる。
【００４８】
これに対してＸ方向に力±Ｆｘ  が支持領域１１５を通して脚１１２に加えられると、Ｌ字形の脚１１２は堅い支持領域１１３に支えられているため、凹部１２１に±Ｘ方向の剪断力を生じさせ、歪みゲージ１３４に比較的大きな出力を発生する。しかし、同じ力は凹部１２３に対しては圧縮力あるいは引張り力ととして作用するので、歪みゲージ１３５から発生する出力は小さい。この様に、±Ｘ方向を以て脚１１２に作用する力は、せん断ひずみゲージ１３４から比較的大きい出力を発生させ、せん断ひずみゲージ１３５からは比較的小さい出力を発生させる。
【００４９】
±Ｘ方向成分と±Ｚ方向成分の両方を含む一般の力が作用した場合は、上記の現象が重なって同時に起るが、せん断ひずみゲージ１３４，１３５の±Ｘ方向成分と±Ｚ方向成分の力に対する感度の差を利用して、せん断ひずみゲージ１３４，１３５の出力に所定の演算に相当する処理を施すことによって±Ｘ方向成分と±Ｚ方向成分を分離して検出することが出来る。
【００５０】
さて、既に述べた通り、本型の力センサに負荷が作用すると、Ｌ字形の脚の周辺の開口のある部分では開口幅を広げる変形が生じるが、別の部分では開口幅を狭めるような変形が生じる。従って、本実施形態のように開口ＯＰ１１〜ＯＰ１３にスリット２００〜２１２が形成されている場合、力センサにある臨界を越えた過大な負荷が作用するとスリット２００〜２１２の一部がＬ字形の脚１１２の弾性変形が原因で閉塞し、構造的には高剛性の構造部１１０と１１１と一体化された状態が生じる。
【００５１】
これにより、それ以上の過大な負荷が力センサに作用しても、Ｌ字形の脚１１２における内部応力は殆ど増大しなくなる。即ち、力センサに過大な負荷が作用するまでは、力センサ全体の剛性はＬ字形の脚１１２に依存して低く保たれるが、スリット２００〜２１２の一部が塞がった後は、力センサ全体の剛性は飛躍的に増大した状態に転移する。別の言い方をすれば、測定レンジ内では力センサは感度を維持する一方、測定レンジ外では感度を失う代わりに過大な負荷に対する防護機能が有効に発揮される。
【００５２】
ここで、過大な負荷によって起るスリット２００〜２１３の閉塞について、図５を参照してより具体的に説明しておく。先ず過大な力Ｆｚ  が領域１１５を通してＬ字形の脚１１２に作用すると、スリット２００，２０６，２０７が閉塞してＬ字形の脚１１２の変形の進行を差し止める。逆に下向きの−Ｆｚ  が作用すると、スリット２０２，２０９が閉塞して同様の効果が得られる。
【００５３】
また過大なＦｘ  が領域１１５を通してＬ字形の脚１１２に作用すると、スリット２０８，２１０が閉塞し、Ｌ字形の脚１１２の変形の進行を差し止める。逆に−Ｆｘ  が作用すると、スリット２０１，２０３が閉塞して同様の効果が得られる。
【００５４】
次に、図６は本発明の別の実施形態（第２の実施形態とも呼ぶ。）に係る６軸力センサの本体機構部を図５とほぼ同様の側面図で表わしたものである。但し、過負荷防護のために設けられたスリットについては、スリット幅の狭さを考慮して線分で表示した。また、力センサの機構部のボディ全体の構成につては、第１の実施形態の場合と同様、Ｌ字形の脚の周辺の構造（過負荷防護機構の関連構成）が異なる点を除いて図２に示したものと同様であるから、図示の繰り返しを省略した。
【００５５】
図中上下位置を占める高剛性の肉厚の構造部３１０及び３１１は、図５に示した第１実施形態に示した高剛性の構造部１１０及び１１１に対応する部分であり、各々センサボディの一方及び他方のフランジ（図２におけるフランジＦＬ１及びＦＬ２）に連なっている。
【００５６】
本実施形態における脚３１２は、構造部３１０に含まれる支持領域３１３，３１４の段差部３１３ａ，３１４ａ及び構造部３１１に含まれる支持領域３１５の段差部３１５ａを介して各支持領域３１３〜３１５に接続されたＬ字形のやや肉薄の構造部として与えられている。第１実施形態の場合と同様に、脚３１２の２つのアームを構成する部分には凹部３０３及び３０４が設けられ、その底部にせん断ひずみゲージ（図示省略）が取り付けられている。
【００５７】
Ｌ字形の脚３１２の周辺の開口手段は周知のワイヤカット放電加工技術を用いて形成されており、加工開始／終了孔に相当する丸孔あるいは長孔Ｑ１〜Ｑ６とそれらと接続するスリット手段３００，３０１，３０２で構成されている。スリットＰ１→Ｐ２（孔Ｑ１）とＰ３（孔Ｑ１）→Ｐ４（孔Ｑ２）を含むスリット手段３００は、第１実施形態（図５）におけるスリット２００〜２０５に相当している。
【００５８】
同様に、スリットＰ５（孔Ｑ３）→Ｐ６（孔Ｑ４）を含むスリット手段３０１は第１実施形態（図５）におけるスリット２０６に相当し、スリットＰ７→Ｐ８（孔Ｑ５）とＰ９（孔Ｑ５）→Ｐ１０（孔Ｑ６）を含むスリット手段３０２は、第１実施形態（図５）におけるスリット２０７〜２１２に相当している。各スリットのスリット幅（ギャップ）は、Ｌ字形の脚の剛性や形状に応じて、適当な力のしきい値を越えた時にスリットが閉塞するように設計的に定められている。
【００５９】
本実施形態の力センサによる力あるいはモーメントの検出原理は、第１実施形態の力センサと同様であるから、繰り返し説明は省略する。また、スリット手段３００，３０１，３０２は、第１実施形態におけるスリット２００〜２１２と同様の作用により、過負荷作用時の機械的ストッパ手段として機能する。
【００６０】
即ち、本実施形態の力センサに上記しきい値に相当する臨界を越えた過大な負荷が作用すると、Ｌ字形の脚３１２の弾性変形に伴ってスリットＰ１→Ｐ２，Ｐ３→Ｐ４・・・のいずれかの部分で閉塞が起こり、構造的に高剛性の構造部３１０あるいは３１１と一体化された状態となる。これにより、それ以上の過大な負荷が力センサに作用しても、Ｌ字形の脚３１２における内部応力の増大は抑止される。このようにして、上記しきい値以下の負荷（測定レンジ内の負荷）の作用時には力センサの感度は維持され、上記しきい値を越える負荷（測定レンジを越える負荷）の作用時には感度を失う代わりに過大な負荷に対する防護機能が有効に発揮される。
【００６１】
なお、各実施形態の力センサにおける各せん断ひずみゲージからの電気信号を処理する手法に関しては、様々な形態を採用することが可能である。そして、本発明は、純粋に機械的なストッパ機構を過負荷作用時に作動させるものであり、特に信号処理回路との関連を持たないので、せん断ひずみゲージからの電気信号の処理に関する詳しい記述はここでは行なわない。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、せん断ひずみゲージを装備したＬ字形の脚の剛性を過大な負荷の作用時に限定して高めることを通して６軸力センサが過負荷に対して防護されるので、通常の測定に悪影響を及さずに耐過負荷特性を向上させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】６軸力センサに装備される典型的なせん断ひずみゲージの基本構造を説明する平面図である。
【図２】図１に示した構造のせん断ひずみゲージを所要数装備した力センサ本体機構部の概略構造を例示した見取図である。
【図３】（ａ）は図２に示した力センサの一つの脚とその周辺部分の構造を拡大描示した図であり、（ｂ）は（ａ）のラインＡ−Ａ’に沿った断面図である。
【図４】（ａ）は図３に示したと同様の構造を簡略化して示した図であり、（ｂ）及び（ｃ）は各々この構造に±Ｘ方向の剪断力が作用した場合の変形状態と±Ｚ方向の剪断力が作用した場合の変形状態を説明する図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に従った６軸力センサの本体機構部を図３（ａ）と同様の側面図で表わしたものである。
【図６】本発明の第２の実施形態に従った６軸力センサの本体機構部を図３（ａ）あるいは図５と同様の側面図で表わしたものである。
【符号の説明】
１  ベース
２  歪みゲージ要素
３  幹部
４，５  櫛形要素
６  幹部の軸方向
７，８  剪断力の作用方向
Ｇ  せん断ひずみゲージ
１０，１１，１１０，１１１  高剛性の構造部
１２，１１２，２１２，３１２  脚
１３，１４，１５，１１３，１１４，３１３，３１４，３１５  支持領域
１６，１１６  ブリッジ
２０，１２０  第１のアーム
２１，２３，１２１，１２３  凹部
２２，１２２  第２のアーム
３４，３５，１２４，１２５  せん断ひずみゲージ
４０，４１  凹部の側壁部
４２  凹部の底面
２００〜２１２  スリット
３１３ａ，３１４ａ，３１５ａ  支持領域３１３〜３１５の段差部
３００，３０１，３０２  スリット手段
ＦＬ１，ＦＬ２  フランジ
ＯＰ，ＯＰ１〜ＯＰ３，ＯＰ１１〜ＯＰ１３  開口（開口手段）
Ｐ１→Ｐ２，Ｐ３→Ｐ４，・・・Ｐ９→Ｐ１０  スリット
Ｑ１〜Ｑ６  孔
ＳＢ  センサボディ
ＳＳ  機構部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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