(57)【要約】【課題】力センサに印加する力量を任意の方向に対して精密に制御し自動測定が可能となる力センサ評価装置、及び評価方法を提供すること。【解決手段】本発明の一態様に係る力センサ評価装置１は、評価対象である力センサを３次元方向に変位させることが可能な移動部３と、前記力センサの変位に対して前記力センサに反力を与える反力部５と、前記力移動部が前記力センサを変位させて前記力センサに与えた力と前記力センサが出力した出力値とを記憶する記憶部８と、を備えるよう構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
評価対象である力センサを３次元方向に変位させることが可能な移動部と、
前記力センサの変位に対して前記力センサに反力を与える反力部と、
前記力移動部が前記力センサを変位させて前記力センサに与えた力と、前記力センサが出力した出力値と、を記憶する記憶部と、
を備える、
力センサ評価装置。
【請求項２】
前記移動部は、
前記力センサが固定され、前記力センサを変位させる移動台と、
前記移動台を３次元方向に変位させることが可能な複数のアクチュエータと、
を備える、
請求項１の力センサ評価装置。
【請求項３】
前記反力部は、
前記移動部が固定された本体部と、
一端側が前記力センサに固定され、前記本体部に形成された制限部によって他端側の動きが制限された中継部材と、
を備える、
請求項１又は２に記載の力センサ評価装置。
【請求項４】
前記本体部は、本体容器と蓋とを備え、
前記本体容器と前記蓋とを固定し、前記中継部材の他端側と前記蓋の内側面との接触圧を調整可能とするネジ構造を有する、
請求項３に記載の力センサ評価装置。
【請求項５】
前記内側面がドーム型形状に形成され、
前記中継部材の他端側は、前記内側面の頂部に接触する、
請求項４に記載の力センサ評価装置。
【請求項６】
前記内側面が円錐型形状に形成され、
前記中継部材の他端側は、前記円錐型形状の頂点付近に接触する、
請求項４に記載の力センサ評価装置。
【請求項７】
前記アクチュエータは、圧電素子を備える、
請求項１〜６いずれか１項に記載の力センサ評価装置。
【請求項８】
前記力センサに与えられた力が目標値になるように前記移動部を制御する制御部を備える、
請求項１〜９いずれか１項に記載の力センサ評価装置。
【請求項９】
評価対象である力センサに対する測定条件を決定するステップと、
前記力センサに印加する力の目標値を制御部に入力するステップと、
入力された前記目標値まで３次元方向に変位可能な移動部を制御して前記力センサを変位させるステップと、
前記変位の結果、反力部からの反力により前記力センサに力が印加され、前記力センサの出力値が前記目標値となった場合、前記力センサに印加した力と前記出力値とを記録するステップと、
を備える、力センサの評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は力センサ評価装置、及び力センサ評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ロボット工学、メカトロシステムの発展が目覚ましい。ロボットやメカトロシステムには多くのセンサーシステムが用いられており、これらの的確な制御にはセンサーシステムの特性を正確に把握する必要がある。例えば、ロボットが安定した歩行を行うためにはロボットの足裏が地面に接地した時に受ける力を正確に把握する必要があり、また手で物体をやさしく持つときなどは指先が物体に接触した時に受ける力も同様に正確に把握する必要がある。そのためには、足裏や指先において受ける力を検出する、力センサの特性を精度良く測定、評価する装置が必要になる。
【０００３】
ところで、特許文献１には、基台上に力センサを有し、力センサ上に複数のピエゾ素子を有し、複数のピエゾ素子を跨ぐように力センサ上に伝達ロッドを有する半導体圧力センサが開示されている。該センサの構造を用いて力センサに加わる力の評価をする場合、伝達ロッドの１軸方向に力やトルクの印加を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−０５５７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の方法によると圧力センサに印加する力は１軸方向のみであり、あらゆる方向に加わる力に対するセンサの評価をすることができない。従って、特許文献１の方法によると、ロボットの足裏や指先において受ける力の評価に必要な任意の方向から受ける力に対するセンサの評価が困難であるという課題がある。
【０００６】
本発明は、上記を鑑みなされたものであって、力センサに印加する力量を任意の方向に対して精密に制御し自動測定が可能となる力センサ評価装置、及び評価方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る力センサ評価装置は、評価対象である力センサを３次元方向に変位させることが可能な移動部と、前記力センサの変位に対して前記力センサに反力を与える反力部と、前記力移動部が前記力センサを変位させて前記力センサに与えた力と、前記力センサが出力した出力値と、を記憶する記憶部と、を備えるよう構成されている。
【０００８】
前記移動部を構成する際、前記力センサが固定され、前記力センサを変位させる移動台と、前記移動台を３次元方向に変位させることが可能な複数のアクチュエータと、を備えるよう構成してもよい。
【０００９】
前記反力部を構成する際、前記移動部が固定された本体部と、一端側が前記力センサに固定され、前記本体部に形成された制限部によって他端側の動きが制限された中継部材と、を備えるよう構成してもよい。
【００１０】
前記本体部を構成する際、本体容器と蓋とを備え、前記本体容器と前記蓋とを固定し、前記中継部材の他端側と前記蓋の内側面との接触圧を調整可能とするネジ構造を有するよう構成してもよい。
【００１１】
前記内側面を構成する際、前記内側面がドーム型形状に形成され、前記中継部材の他端側は、前記内側面の頂部に接触するよう構成してもよい。
【００１２】
前記内側面を構成する際、前記内側面が円錐型形状に形成され、前記中継部材の他端側は、前記円錐型形状の頂点付近に接触するよう構成してもよい。
【００１３】
前記アクチュエータは、圧電素子を備えるよう構成してもよい。
【００１４】
本発明の一態様に係る力センサ評価装置は、前記力センサに与えられた力が目標値になるように前記移動部を制御する制御部を備えるよう構成してもよい。
【００１５】
本発明の一態様にかかる力センサの評価方法は、評価対象である力センサに対する測定条件を決定するステップと、前記力センサに印加する力の目標値を制御部に入力するステップと、入力された前記目標値まで３次元方向に変位可能な移動部を制御して前記力センサを変位させるステップと、前記変位の結果、反力部からの反力により前記力センサに力が印加され、前記力センサの出力値が前記目標値となった場合、前記力センサに印加した力と前記出力値とを記録するステップと、を備えるよう構成してもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、力センサに印加する力量を任意の方向に対して精密に制御し自動測定が可能となる力センサ評価装置及び評価方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る力センサ評価装置１の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るセンサ評価装置１のＸＹＺステージ３を変位させ、力センサ２に力を印加している図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るセンサ評価装置１の内部を上面から見た概念図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る力センサ２に、Ｘ方向の力を加える場合を示した概念図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る力センサ２に、Ｘ方向、及びＹ方向の力を加える場合を示した概念図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る力センサ２の評価方法についてのフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態２に係る力センサ評価装置１の構成図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る力センサ評価装置１の構成図である。
【図９】本発明の実施の形態４に係る力センサ評価装置１の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る力センサ評価装置１の構成図である。図３は後に説明する、力センサ評価装置１の内部をＺ軸の＋方向から見た概念図である。力センサ評価装置１は、力センサ出力１１を出力することにより、力センサ２を評価することができる。
【００１９】
本実施の形態１に係る力センサ評価装置１の構成要素は次のように例示することができる。評価対象である力センサ２を変位させる移動部は、圧電素子Ｐ１〜５、及びＸＹＺステージ３。力センサ２に移動部より与えたれた変位に対して反力を与える反力部は、中継部材５であり、本体部は、本体容器４、及び蓋７。力センサ出力や力センサに印加した力を記憶する記憶部は、データ収集ＰＣ８、力センサの変位に基づいて移動部を制御する制御部１７は、制御装置９、電源１０、及びロードセルＬ１〜Ｌ３である。
【００２０】
図１と図３を用いて力センサ評価装置１を説明する。力センサ評価装置１は、移動部を備える。移動部は、力センサ２が載荷され、固定されたＸＹＺステージ３と、複数のアクチュエータを備える。該ＸＹＺステージ３は、アクチュエータの一端面により、Ｘ軸方向の両側面、Ｙ軸方向の両側面、Ｚ軸の−側の面、が支持されている。
【００２１】
本実施の形態のＸＹＺステージ３は、Ｚ軸方向から見てＺ軸の＋側の面におけるＸＹＺステージ３の重心位置（本実施の形態では略中央部）に力センサ２が固定される。そして、ＸＹＺステージ３は、Ｚ軸方向から見て略矩形状に形成されており、アクチュエータＰ１〜Ｐ５によって支持されている。これらのＸＹＺステージ３及びアクチュエータＰ１〜５は、本体容器４及び蓋７内に収容されている。
【００２２】
アクチュエータＰ１は、ＸＹＺステージ３におけるＸ軸の＋側の面３ａと略直交するように配置されている。このアクチュエータＰ１の一端面３ａは、当該面３ａにおけるＹ軸方向の略中央部に接触している。また、アクチュエータＰ１の他端面は、本体容器４に連結されている。つまり、アクチュエータＰ１は、Ｘ軸方向に配置されている。
【００２３】
アクチュエータＰ５は、ＸＹＺステージ３における当該面３ａと向かい合う面３ｂと略直交するように配置されている。このアクチュエータＰ５の一端面は、当該面３ｂにおけるＹ軸方向の略中央部に接触している。また、アクチュエータＰ５の他側面は、本体容器４に連結されている。つまり、アクチュエータＰ５は、Ｘ軸方向に配置されており、アクチュエータＰ１と向かい合うように配置されている。
【００２４】
アクチュエータＰ２は、ＸＹＺステージ３におけるＹ軸の＋側の面３ｃと略直交するように配置されている。このアクチュエータＰ２の一端面は、当該面３ｃにおけるＸ軸方向の略中央部に接触している。また、アクチュエータＰ２の他端面は、本体容器４に連結されている。つまり、アクチュエータＰ２は、Ｙ軸方向に配置されている。
【００２５】
アクチュエータＰ４は、ＸＹＺステージ３における当該面３ｃと向かい合う面３ｄと略直交するように配置されている。このアクチュエータＰ５の一端面は、当該面３ｄにおけるＹ軸方向の略中央部に接触している。また、アクチュエータＰ５の他端面は、本体容器４に連結されている。つまり、アクチュエータＰ４は、Ｙ軸方向に配置されており、アクチュエータＰ２と向かい合うように配置されている。
【００２６】
アクチュエータＰ３は、ＸＹＺステージ３におけるＺ軸の−側の面から当該ＸＹＺステージ３を支持する。このアクチュエータＰ３は、ＸＹＺステージ３におけるＺ軸の−側の面と略直交するように配置されている。そして、アクチュエータＰ３の一端面は、Ｚ軸方向から見てＸＹＺステージ３におけるＺ軸の−側の面における当該ＸＹＺステージ３の重心位置（本実施の形態では略中央部）に接触している。また、アクチュエータＰ３の他端面は、本体容器４に連結されている。つまり、アクチュエータＰ３は、Ｚ軸方向に配置されている。
【００２７】
このような構成により、アクチュエータＰ１〜Ｐ５を動作させると、ＸＹＺステージ３を３次元方向に変位させることできる。ここで、アクチュエータＰ１〜Ｐ５は、圧電素子で構成されていることが好ましい。
圧電素子（以下、アクチュエータと同一の符号を付する。）は、圧電素子駆動電圧１３Ｘ、１３Ｙ、１３Ｚの入力によって無段階に変位する。圧電素子は、移動分解能が数ｎｍである。そのため、圧電素子を複数個直列に積層し、所望の変位を与えるよう構成してもよい。
【００２８】
これにより、ＸＹＺ方向の各圧電素子Ｐ１〜Ｐ５の変位分、各方向に無段階に変位する。言い換えれば、ＸＹＺステージ３は圧電素子Ｐ１〜Ｐ５によって無段階に変位する力センサ２の移動台となる。該ＸＹＺステージ３は１例であり、力センサ２の形状やアクチュエータの形状によっては、該ＸＹＺステージ３を用いずに力センサ２をアクチュエータに直接取り付けても良い。
【００２９】
なお、各アクチュエータの配置は１例であり、ＸＹＺステージ３を３次元方向に移動させることが出来ればどのような配置をしてもよい。
【００３０】
また、力センサ評価装置１は、反力部を備える。反力部は、中継部材５、本体部（本体容器４、蓋７）を備える。中継部材５は他端が球状に形成された棒状部材であり、力センサ２に力が印加されない、即ちＸＹＺステージ３が変位していない状態で、Ｚ軸方向に延在している。そして、中継部材５の一端は、力センサ２のＺ軸の＋側の面に取り付けられる。また、中継部材５の他端は蓋７の内側面に接触している。
【００３１】
本実施の形態の蓋７は、内側面がドーム形状に形成されている。つまり、蓋７の内側面は、半球面状に形成されている。蓋７における内側面の頂部には、中継部材５の他端が接触している。このとき、蓋７の頂部は中継部材５の他端の変位を制限する制限部として機能することになる。そのため、圧電素子Ｐ１〜Ｐ５を動作させてＸＹＺステージ３を変位させると、中継部材５は蓋７から反力をとって力センサ２に力が印加される。
【００３２】
この蓋７は、本体容器４に取り付けられる。ここで、本体容器４と蓋７との固定部分はネジ構造であることが好ましい。該ネジ構造により、蓋７の高さを調整することができる。つまり、本体容器４に対する蓋７の捻じ込み量を変化させることができる。蓋７は力センサ２をＸＹＺステージ３に固定した後に本体容器４に取り付けられ、中継部材５の他端を蓋７の内側面に接触させる。
【００３３】
このとき、中継部材５の他端と蓋７との間に応力が発生しないよう高さが調整される。これは、蓋７と中継部材５の他端との間に応力が発生すると、力センサ２に必要のないＺ軸方向の力が印加されるからである。
【００３４】
本実施の形態は、蓋７の内側面にドーム状形状を用いているが、力センサ２の変位に対して力センサ２に反力を与える形状であればどのような形状のものを用いてもよい。また、中継部材５は１例であり、中継部材５を力センサに取り付けているが、中継部材５や力センサの形状によっては中継部材５を蓋７に取り付けてもよい。
【００３５】
また、力センサ評価装置１は、制御部を備える。制御部は、制御装置９、電源１０、ロードセルＬ１〜Ｌ３を備える。図１と図３に示すように、Ｘ軸方向の力印加量をモニタリングするロードセルＬ１は、ＸＹＺステージ３と圧電素子Ｐ１の一端面との間に取り付けられている。Ｙ軸方向の力印加量をモニタリングするロードセルＬ２は、ＸＹＺステージ３と圧電素子Ｐ２の一端面との間に取り付けられている。Ｚ軸方向の力印加量をモニタリングするロードセルＬ３は、ＸＹＺステージ３と圧電素子Ｐ３の一端面との間に取り付けられている。
【００３６】
ロードセルＬ１は、Ｘ軸方向のロードセル出力１２Ｘを制御装置９に出力する。ロードセルＬ２は、Ｙ軸方向のロードセル出力１２Ｙを制御装置９に出力する。ロードセルＬ３は、Ｚ軸方向のロードセル出力１２Ｚを制御装置９に出力する。
制御装置９は電源１０を制御して、圧電素子Ｐ１に圧電素子駆動電圧１３Ｘ、圧電素子Ｐ２に圧電素子駆動電圧１３Ｙ、圧電素子Ｐ３に圧電素子駆動電圧１３Ｚを与える。圧電素子駆動電圧が圧電素子に与えられると、圧電素子はアクチュエータとなり、ＸＹＺステージ３を変位させる。
【００３７】
そして、制御部がＸＹＺステージ３を３次元方向に変位させると、反力部を介して力センサ２に反力が伝わり、力が印加される。印加された力はＸＹＺステージ３の変位により、各軸方向のロードセルＬ１〜３に伝達され、ロードセル出力１２Ｘ、１２Ｙ、１２Ｚが出力される。
【００３８】
そして、圧電素子によってＸＹＺステージ３に印加された力をロードセルＬ１〜Ｌ３によって検出し、ロードセル出力１２Ｘ、１２Ｙ、１２Ｘを制御装置９に出力する。このとき、ＸＹＺステージ３が変位すると、蓋７からの反力が中継部材５を介して力センサ２に与えられる。つまり、ロードセル出力１２Ｘ、１２Ｙ、１２Ｚは、ＸＹＺステージ３を変位させたことに基づく力センサ２に印加した力を示している。一方、ＸＹＺステージ３が変位すると、力センサ２は力センサ出力１１を記憶部に出力する。
【００３９】
また、力センサ評価装置１は、記憶部を備える。記憶部は、データ収集ＰＣ８に備えられている。データ収集ＰＣ８は、力センサ２が出力した力センサ出力１１とロードセル出力１２Ｘ、１２Ｙ、１２Ｚとを記憶する。制御装置９は、ロードセルＬ１〜Ｌ３が出力したロードセル出力１２Ｘ、１２Ｙ、１２Ｚをモニタし、その値をデータ収集ＰＣ８に出力する。制御装置９は、ロードセル出力１２Ｘ、１２Ｙ、１２Ｚをモニタし、該出力の値に基づいて電源１０を制御して圧電素子駆動電圧１３Ｘ、１３Ｙ、１３Ｚを圧電素子Ｐ１〜Ｐ３に与え、圧電素子Ｐ１〜Ｐ３をアクチュエータとし、ＸＹＺステージ３を変位させる。
【００４０】
図２は、圧電素子Ｐに圧電素子駆動電圧を与え、力センサ２に力を印加している図である。図２で示している通り、ＸＹＺステージ３が変位すると、中継部材５の他端はドーム状の蓋７の内側面の頂部に接しているため、中継部材５の他端の動きは制限される。中継部材５の他端の動きが制限されることにより中継部材５は蓋７から反力をとることが可能となり、中継部材５を介して力センサ２に加わる力１４が発生する。このようにして、ＸＹＺステージ３の移動量１５（座標）が反力部によって力センサ２への力の印加量となる。そして、この時の力印加量は、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向のロードセル出力１２Ｘ、１２Ｙ、１２Ｚでモニタリングされる。
【００４１】
データ収集ＰＣ８は、力センサ２から出力される力センサ出力１１を収集する。該データ収集ＰＣ８に力印加量の目標値［Ｎ］を設定すると、制御装置９に送信される。制御装置９は、各ロードセル出力１２Ｘ、１２Ｙ、１２Ｚを記憶する。制御装置９は、ロードセル出力１２Ｘ、１２Ｙ、１２Ｚが目標値となるまで電源１０を制御して、圧電素子駆動電圧１３Ｘ、１３Ｙ、１３Ｚを制御する。ロードセル出力１２Ｘ、１２Ｙ、１２Ｚが目標値と一致した場合、データ収集ＰＣ８は、そのときの力センサ出力値１１とロードセル出力１２Ｘ、１２Ｙ、１２Ｚを記憶する。
【００４２】
上記の力センサ評価装置１の構成により、様々な圧電素子駆動電圧１３Ｘ、１３Ｙ、１３Ｚを各圧電素子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に入力することによって、ＸＹＺステージ３が３次元の様々な方向に変位させ、反力部が反力を与えることにより、あらゆる方向の力を力センサ２に印加し、力センサ２の特性を評価することができる。
【００４３】
動作の説明
次に、図３〜５を用いて力センサ評価装置１の動作について説明する。
図３は力センサ評価装置１の内部をＺ軸の＋方向から見た概念図である。図のようにＸ軸方向、Ｙ軸方向を定める。Ｚ軸方向は図面に向かって手前方向である。本体容器４は概念図のため、矩形で示されている。図３は圧電素子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に圧電素子駆動電圧１３Ｘ、１３Ｙ、１３Ｚを入力せず、ＸＹＺステージ３が変位していない状態（座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）＝（０、０、０））を示している。
【００４４】
図４は、力センサ２にＸ方向の力を加える場合を示している。即ち、ＸＹＺステージ３をＸ軸の−方向に変位させる（座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）＝（−１、０、０））。この場合、制御装置９は電源１０を制御し、圧電素子駆動電圧１３Ｘを圧電素子Ｐ１に印加する。そして、圧電素子Ｐ１がアクチュエータの役割をし、ＸＹＺステージ３をＸ軸の−方向に変位させる。圧電素子Ｐ１に対向配置された圧電素子Ｐ５がＸＹＺステージ３に反力を与え、ＸＹＺステージ３と圧電素子Ｐ1との間に取り付けられたロードセルＬ１に応力が与えられる。
【００４５】
そして、ロードセルＬ１は、ロードセル出力１２Ｘを制御装置９に出力する。制御装置９は、ロードセル出力１２Ｘを記憶する。制御装置９は該データをデータ収集ＰＣ８に送信し、データ収集ＰＣ８はこれを記憶する。制御装置９は、ロードセル出力値１２Ｘが目標値となるまで電源１０の圧電素子駆動電圧１３Ｘを制御し、ＸＹＺステージ３を変位させる。目標値はあらかじめ観測者が設定し、データ収集ＰＣ８に入力する。
【００４６】
ＸＹＺステージ３が変位すると、中継部材５の他端は蓋７における内側面の頂部に接しているため、中継部材５の他端の動きは制限される。中継部材５の他端の動きが制限されることにより、中継部材５は他端を中心に傾動する。即ち、力センサ２に加わる力１４が発生する。
【００４７】
力センサ２に加わる力１４は力センサ出力１１としてデータ収集ＰＣ８に出力され、データ収集ＰＣ８がこれを記憶し、その時の各ロードセル出力を記憶する。図４に示すように、力センサ２に加わる力１４に対して、ＸＹＺステージ３の移動方向１５は反対方向である。
【００４８】
図５は、Ｘ方向、Ｙ方向に複合した力を加える場合を示している。即ち、ＸＹＺステージ３をＸ軸、Ｙ軸の−方向に変位させる（座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）＝（−１、−１、０））。この場合、制御装置９は電源１０を制御し、圧電素子駆動電圧１３Ｘ、１３Ｙを圧電素子Ｐ１、Ｐ２に印加する。そして、圧電素子Ｐ１、Ｐ２がアクチュエータの役割をし、ＸＹＺステージ３をＸ軸、Ｙ軸の−方向に変位させる。圧電素子Ｐ１に対向配置された圧電素子Ｐ５、圧電素子Ｐ２に対向配置された圧電素子Ｐ４がＸＹＺステージ３に反力を与え、ＸＹＺステージ３と圧電素子Ｐ1、Ｐ２との間に取り付けられたロードセルＬ１、Ｌ２に応力が与えられる。
【００４９】
そして、ロードセルＬ１、Ｌ２は、ロードセル出力１２Ｘ、１２Ｙを制御装置９に出力する。制御装置９は、ロードセル出力１２Ｘ、１２Ｙを記憶する。制御装置９は該データをデータ収集ＰＣ８に送信し、データ収集ＰＣ８はこれを記憶する。制御装置９は、ロードセル出力値１２Ｘ、１２Ｙが目標値となるまで電源１０の圧電素子駆動電圧１３Ｘ、１３Ｙを制御し、ＸＹＺステージ３を変位させる。
【００５０】
目標値はあらかじめ観測者が設定し、データ収集ＰＣ８に入力する。図４の場合と同様に、中継部材５の他端の動きが制限されることにより、中継部材５を介して力センサ２に加わる力１４が発生する。力センサ２に加わる力１４は力センサ出力１１としてデータ収集ＰＣ８に出力され、データ収集ＰＣ８がこれを記憶し、その時の各ロードセル出力を記憶する。この場合も、図５に示すように、力センサ２に加わる力１４に対して、ＸＹＺステージ３の移動方向１５は反対方向である。
【００５１】
同様に、Ｚ軸方向の力を力センサ２に印加する場合は、ＸＹＺステージ３をＺ軸方向に変位させればよい。その場合、制御装置９は電源１０を制御し、圧電素子駆動電圧１３Ｚを圧電素子Ｐ３に印加する。そして、圧電素子Ｐ３がアクチュエータの役割をし、ＸＹＺステージ３をＺ軸の＋方向に変位させる。圧電素子Ｐ３の、ＸＹＺステージ３に取り付けられた力センサ２、力センサ２に取り付けられた中継部材５を介して蓋７からＸＹＺステージ３に反力を与え、ＸＹＺステージ３と圧電素子Ｐ３の一端面との間に取り付けられたロードセルＬ３に応力が与えられる。
【００５２】
そして、ロードセルＬ３は、ロードセル出力１２Ｚを制御装置９に出力する。制御装置９は、ロードセル出力１２Ｚを記憶する。制御装置９は該データをデータ収集ＰＣ８に送信し、データ収集ＰＣ８はこれを記憶する。制御装置９は、ロードセル出力値１２Ｚが目標値となるまで電源１０の圧電素子駆動電圧１３Ｚを制御し、ＸＹＺステージ３を移動する。目標値はあらかじめ観測者が設定し、データ収集ＰＣ８に入力する。
【００５３】
中継部材５の他端の動きが制限されることにより、中継部材５を介して力センサ２に加わる力１４が発生する。力センサ２に加わる力１４は力センサ出力１１としてデータ収集ＰＣ８に出力され、データ収集ＰＣ８がこれを記憶し、その時の各ロードセル出力を記憶する。上記のＸＹ軸方向に力センサ２に力を印加する方法と、このＺ軸方向に力を印加する方法を用いると、さらに、ＸＹＺ方向に複合した力を力センサ２に印加することも可能となる。
【００５４】
方法の説明
次に、力センサ２の評価方法について説明する。図６は、力センサ２の評価方法についてのフローチャートである。まず、観測者は、力センサ２に対する力印加方向、力の最大印加量、印加する力のステップ幅等の測定条件を設定する（Ｓ１０１）。観測者は、最初の測定ポイントの目標値［Ｎ］（方向、印加量）をデータ収集ＰＣ８に入力し、設定する（Ｓ１０２）。制御装置９は、データ収集ＰＣ８から入力された目標値［Ｎ］まで各ロードセル出力１２Ｘ、１２Ｙ、１２Ｚを記憶する。制御装置９は、電源１０の圧電素子駆動電圧１３Ｘ、１３Ｙ、１３Ｚを制御してＸＹＺステージ３を変位させる（Ｓ１０３）。
【００５５】
制御装置９は、ロードセル出力１２Ｘ、１２Ｙ、１２Ｚが目標値となるまで電源１０の圧電素子駆動電圧１３Ｘ、１３Ｙ、１３Ｚを制御し、ＸＹＺステージ３を変位させる（Ｓ１０４）。ロードセル出力値１２Ｘ、１２Ｙ、１２Ｚが目標値となった場合、データ収集ＰＣ８は、力センサ出力値１１とロードセル出力値１２Ｘ、１２Ｙ、１２Ｚとを記録する（Ｓ１０５）。観測者は、全測定ポイントの測定が完了したかどうか判断する（Ｓ１０６）。次の測定ポイントがある場合、観測者は、次の測定ポイント目標値［Ｎ］（方向、印加量）をデータ収集ＰＣ８にセットし（Ｓ１０７）、ステップＳ１０３に戻る。観測者は、全測定ポイントの測定が完了した場合、処理を終了する。
【００５６】
上記の様に、力センサ評価装置１は、以下の様な効果がある。
ＸＹＺステージ３の移動は、圧電素子Ｐを用いており、移動分解能が数ｎｍと非常に小さい。そのため、力センサ評価装置１は、力センサ２への力の印加量を精細に制御することができる。
力センサ評価装置１は、ＸＹＺステージ３をＸＹＺの各方向に変位させることができるため、力センサ２への力印加方向を変えるときは、従来の錘を使用して力を印加する方法のようにセンサを取り外す必要がない。また、力評価装置１は、力センサ２に対してＸＹＺ各方向の複合した力を同時に印加することも可能となる。
力センサ評価装置１は、ＸＹＺステージ３のフィードバック制御によって、力センサ２測定の自動化が可能となる。
【００５７】
力センサ評価装置はＸＹＺステージ３を経時的に変位させる制御をすることにより、力センサ２に加わる力１４を経時的に測定することができる。
力センサ評価装置１は、従来の方式の力センサの評価装置では困難であった評価方法を行うことができる。例えば、環境が変化する状況での力センサの評価である。一例として、温度や湿度が変化する環境下での評価をする場合に、環境試験装置の内部に力センサ評価装置１を設置したまま力センサ２の評価を行うということが考えられる。
【００５８】
その他の実施の形態として、力センサ評価装置１は下記のような構成であってもよい。
【００５９】
実施の形態２
図７に示す様に、蓋７の内側面を円錐形状としてもよい。該形状を用いることにより、実施の形態１の場合と同様に、中継部材５の他端の動きが制限され、中継部材５を介して力センサ２に加わる力１４が発生する。また、図７に示した中継部材５の他端の形状は一例であり、例えば、中継部材５の他端を円錐形状に形成して中継部材５の他端の動きを制限してもよい。即ち、中継部材５の他端の動きを制限し、力センサ２に反力を与える形状であればどのような形状を用いてもよい。
【００６０】
実施の形態３
図８に示す様に、蓋７の内側面に凹み部１６ａを形成し、当該凹み部１６ａに中継部材５の他端の凸部１６ｂを嵌合してもよい。該形状を用いることにより、実施の形態１の場合と同様に、中継部材５の他端の動きが制限され、中継部材５を介して力センサ２に加わる力１４が発生する。また、図８に示した中継部材５の他端及び凹み部１６ａの形状は一例であり、中継部材５の他端の動きを制限し、力センサ２に反力を与える形状であればどのような形状を用いてもよい。
【００６１】
実施の形態４
また、上記の実施の形態では、中継部材５の動きを蓋７の形状により制限していた。この他の例として、蓋７の内部の中心部に中継部材の先端の動きを制限するための第１の制限形状１６ｃを形成し、中継部材５側に該制限形状に合致する第２の制限形状１６ｄを形成するという構造を採用しても良い。この場合、例えば、図９の様に第１の制限形状１６ｃをネジ構造で高さを調整する構造とし、中継部材５との距離、設置圧を調整する構造としてもよい。
【００６２】
また、図９のネジ側が突起している構造とは逆にネジ側に第１の制限形状を形成し、中継部材の他端側を突起させる第２の制限形状を形成するという構造にしてもよい。この場合、蓋７と本体容器４にネジ加工する必要が無く、本体容器、蓋を箱型等の単純な形状とすることができる。そのため本体容器、蓋を、板状部材等を用いて作成できる。
【００６３】
その他の実施の形態
上記の実施の形態では、力センサ評価装置１は、ＸＹＺステージ３に微小な変位を与えるアクチュエータとして圧電素子を用いた。しかし、より大きな変位を与えて、大きな力により力センサを評価する場合には変位を与える素子であれば他の物を使用してもよい。例えばアクチュエータとして、ソレノイド、サーボモータ、動力シリンダ（油圧シリンダ・空圧シリンダ・電動シリンダ）、リニア・アクチュエータ、ラバー・アクチュエータ等を用いても良い。
【００６４】
また、上記の実施の形態では圧電素子Ｐ１〜Ｐ３がＸＹＺステージ３に与えた変位に対する反力部材として上記例は圧電素子Ｐ４〜Ｐ５を用いた。この圧電素子Ｐ４〜Ｐ５にも圧電素子駆動電圧を与えてＸＹＺステージ３を移動しても良いことは当然である。また、反力を与えかつ自身が変位する弾性部材であれば他の物を用いてもよい。弾性部材としては例えば、ばね、ゴム、クッション材、合成樹脂を用いることができる。
【００６５】
また、ＸＹＺステージ３に加わる力を測定するセンサとしてロードセルを用いた。しかし、力を測定できるセンサであれば他の物を使用しても良く、例えば、ばね、ピエゾフィルムを利用したセンサ、圧縮素子、変位センサ、光ファイバ歪センサを用いてもよい。
また、ＸＹＺステージ３に加わる力を測定する代わりにＸＹＺステージ３の物理的な変位として移動距離を測定し、移動距離とセンサに加わる力１４を計算上で対応させ、力センサ２の評価をしてもよい。ＸＹＺステージ３の変位の測定には、レーザー測量計や歪ゲージ、光学測量を用いてもよい。
【００６６】
また、上記の実施の形態では、蓋７は、蓋全体がネジ構造を有し、蓋を回転することで中継部材６との距離、設置圧を調整していた。しかし、蓋の高さを調整できる構造であれば他の物を用いてもよい。例えば、蓋をボルトで固定する方法を採用し、かつ、該ボルトで蓋の高さを調整する構造としても良い。
【００６７】
以上、本発明を上記実施形態および実施例に即して説明したが、上記実施形態および実施例の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。
【符号の説明】
【００６８】
１  力センサ評価装置
２  力センサ
３  ＸＹＺステージ（移動台）
３ａ  面
３ｂ  面
３ｃ  面
３ｄ  面
４  本体容器
４ａ  本体容器
５  中継部材
５ａ  中継部材
５ｂ  中継部材
７  蓋
７ａ  蓋
７ｂ  蓋
７ｃ  蓋
８  データ収集ＰＣ
９  制御装置
１０  電源
１１  力センサ出力
１２Ｘ  Ｘ軸ロードセル出力
１２Ｙ  Ｙ軸ロードセル出力
１２Ｚ  Ｚ軸ロードセル出力
１３Ｘ  Ｘ軸圧電素子駆動電圧
１３Ｙ  Ｙ軸圧電素子駆動電圧
１３Ｚ  Ｚ軸圧電素子駆動電圧
１４  加わる力
１５  ＸＹＺステージの移動方向
１６ａ  凹み部
１６ｂ  凸部
１６ｃ  制限形状
１６ｄ  制限形状
１７  制御部
Ｐ  アクチュエータ（圧電素子）
Ｌ  ロードセル
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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