(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＸＹＺ三次元直交座標系における各座標軸方向の力および各座標軸まわりのモーメントのうち、少なくともＺ軸方向の力ＦｚおよびＹ軸まわりのモーメントＭｙを検出する力覚センサであって、
Ｚ軸が垂直軸となるように座標系を定義したときに、Ｚ軸上に配置された受力体と、前記受力体の下方に配置された支持体と、前記受力体と前記支持体とを接続し、力もしくはモーメントの作用により、少なくとも一部分が弾性変形を生じる変形体と、を含む基本構造体と、
前記変形体の変形もしくは変位、または、前記受力体もしくは前記支持体の変位を検出する検出素子と、
前記検出素子の検出結果に基づいて、前記受力体および前記支持体の一方に負荷がかかった状態において他方に作用したＺ軸方向の力ＦｚおよびＹ軸まわりのモーメントＭｙを示す電気信号を出力する検出回路と、
を備え、
前記変形体は、所定箇所が前記受力体に接続され弾性変形を生じる弾性変形部と、この弾性変形部の所定箇所を前記支持体に固定する第１台座部および第２台座部と、を有し、
ＸＺ平面もしくはＸＺ平面に平行な平面によって前記基本構造体を切断したときに、前記受力体の断面に現れる幾何学的な図形を受力体図形と呼び、前記支持体の断面に現れる幾何学的な図形を支持体図形と呼び、前記変形体の断面に現れる幾何学的な図形を変形体図形と呼んだときに、前記変形体図形は、前記弾性変形部の断面である弾性変形部図形と、前記第１台座部の断面である第１台座部図形と、前記第２台座部の断面である第２台座部図形と、を含んでおり、
前記弾性変形部図形は、前記受力体図形の輪郭上に定義された第１受力点と第２受力点とを結ぶ所定の接続経路に沿って配置され、前記第１受力点と前記第２受力点とを連結する図形であり、
前記第１台座部図形は、前記接続経路上に定義された第１中継点の近傍において前記弾性変形部図形に接続されており、前記第２台座部図形は、前記接続経路上に定義された第２中継点の近傍において前記弾性変形部図形に接続されており、
前記弾性変形部は、前記第１受力点と前記第２受力点とを連結しており、前記第１台座部は、前記弾性変形部の前記第１中継点の近傍と前記支持体上に定義された第１支持点とを連結しており、前記第２台座部は、前記弾性変形部の前記第２中継点の近傍と前記支持体上に定義された第２支持点とを連結しており、
前記第１受力点は、負のＸ座標値をもつ位置に配置され、前記第２受力点は、正のＸ座標値をもつ位置に配置されており、
前記支持体を固定した状態で前記受力体に力Ｆｚが作用したとき、および、前記支持体を固定した状態で前記受力体にモーメントＭｙが作用したとき、前記弾性変形部の前記第１中継点の近傍が、前記第１台座部との接続点を支点として前記第１台座部に対してＸ軸方向に揺動し、前記弾性変形部の前記第２中継点の近傍が、前記第２台座部との接続点を支点として前記第２台座部に対してＸ軸方向に揺動することを特徴とする力覚センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の力覚センサにおいて、
弾性変形部図形が、接続経路の第１受力点から第１中継点に至る区間に沿って配置された第１外側腕状部図形と、接続経路の第１中継点から第２中継点に至る区間に沿って配置された内側腕状部図形と、接続経路の第２中継点から第２受力点に至る区間に沿って配置された第２外側腕状部図形と、を有することを特徴とする力覚センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の力覚センサにおいて、
第１台座部図形の接続端が、弾性変形部図形の第１中継点の近傍の下方に接続され、第２台座部図形の接続端が、弾性変形部図形の第２中継点の近傍の下方に接続されていることを特徴とする力覚センサ。
【請求項４】
請求項３に記載の力覚センサにおいて、
第１台座部図形が、接続経路上に定義された第１中継点と支持体図形の輪郭上に定義された第１支持点とを結ぶ第１支持経路に沿って配置され、弾性変形部図形と支持体図形とを連結する図形であり、
第２台座部図形が、接続経路上に定義された第２中継点と支持体図形の輪郭上に定義された第２支持点とを結ぶ第２支持経路に沿って配置され、弾性変形部図形と支持体図形とを連結する図形であることを特徴とする力覚センサ。
【請求項５】
請求項４に記載の力覚センサにおいて、
支持体を固定した状態で受力体に力Ｆｚが作用したとき、および、支持体を固定した状態で受力体にモーメントＭｙが作用したとき、弾性変形部図形の第１中継点の近傍が、第１支持経路と弾性変形部図形の輪郭との交点を支点として第１台座部図形に対して揺動し、弾性変形部図形の第２中継点の近傍が、第２支持経路と弾性変形部図形の輪郭との交点を支点として第２台座部図形に対して揺動することを特徴とする力覚センサ。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれかに記載の力覚センサにおいて、
第１中継点から第２中継点に向かって辿った接続経路が、ＸＹ平面に交差する第１の長手方向軸に沿って下方に向かう下降経路と、ＸＹ平面に交差する第２の長手方向軸に沿って上方に向かう上昇経路と、を有し、
内側腕状部図形が、前記下降経路に沿った下降腕状部と前記上昇経路に沿った上昇腕状部とを有することを特徴とする力覚センサ。
【請求項７】
請求項６に記載の力覚センサにおいて、
第１の長手方向軸および第２の長手方向軸がＺ軸に平行な軸であることを特徴とする力覚センサ。
【請求項８】
請求項７に記載の力覚センサにおいて、
第１の長手方向軸もしくは第２の長手方向軸が、ＹＺ平面に含まれる軸であることを特徴とする力覚センサ。
【請求項９】
請求項７または８に記載の力覚センサにおいて、
接続経路が、Ｚ軸に平行な縦方向経路とＸ軸に平行な横方向経路とを有し、
第１受力点および第２受力点からは前記縦方向経路が伸び、第１中継点および第２中継点が前記横方向経路上に定義されていることを特徴とする力覚センサ。
【請求項１０】
請求項３に記載の力覚センサにおいて、
接続経路の第１中継点と第２中継点との間の区間に、下方に湾曲してから上方に湾曲する湾曲路が設けられており、
内側腕状部図形が、前記湾曲路に沿った湾曲部を有することを特徴とする力覚センサ。
【請求項１１】
請求項２に記載の力覚センサにおいて、
第１台座部図形の接続端が、弾性変形部図形の第１中継点の近傍の下方に接続され、第２台座部図形の接続端が、弾性変形部図形の第２中継点の近傍の上方に接続されていることを特徴とする力覚センサ。
【請求項１２】
請求項１１に記載の力覚センサにおいて、
第１中継点から第２中継点に向かって辿った接続経路が、ＸＹ平面に交差する長手方向軸に沿って下方に向かう下降経路を有し、
内側腕状部図形が、前記下降経路に沿った下降腕状部を有することを特徴とする力覚センサ。
【請求項１３】
請求項１２に記載の力覚センサにおいて、
長手方向軸がＺ軸に平行な軸であることを特徴とする力覚センサ。
【請求項１４】
請求項２に記載の力覚センサにおいて、
第１台座部図形の接続端が、弾性変形部図形の第１中継点の近傍の上方に接続され、第２台座部図形の接続端が、弾性変形部図形の第２中継点の近傍の上方に接続されていることを特徴とする力覚センサ。
【請求項１５】
請求項１に記載の力覚センサにおいて、
接続経路上の第２中継点と第２受力点との間に、更に、第３中継点が定義されており、
変形体は、弾性変形部、第１台座部、第２台座部に加えて、更に、第３台座部を有し、
前記第３台座部は、前記弾性変形部の前記第３中継点の近傍と支持体上に定義された第３支持点とを連結しており、
弾性変形部図形が、接続経路の第１受力点から第１中継点に至る区間に沿って配置された第１外側腕状部図形と、接続経路の第１中継点から第２中継点に至る区間に沿って配置された第１内側腕状部図形と、接続経路の第２中継点から第３中継点に至る区間に沿って配置された第２内側腕状部図形と、接続経路の第３中継点から第２受力点に至る区間に沿って配置された第２外側腕状部図形と、を有することを特徴とする力覚センサ。
【請求項１６】
請求項１５に記載の力覚センサにおいて、
第１台座部図形の接続端が、弾性変形部図形の第１中継点の近傍の下方に接続され、第２台座部図形の接続端が、弾性変形部図形の第２中継点の近傍の下方に接続され、第３台座部の断面である第３台座部図形の接続端が、弾性変形部図形の第３中継点の近傍の上方に接続されていることを特徴とする力覚センサ。
【請求項１７】
請求項２に記載の力覚センサにおいて、
接続経路の第１受力点と第１中継点との間の区間に、Ｕ字状をなす第１Ｕ字状迂回路が設けられており、第１外側腕状部図形が前記第１Ｕ字状迂回路に沿った第１Ｕ字状迂回部を有しており、
接続経路の第２中継点と第２受力点との間の区間に、Ｕ字状をなす第２Ｕ字状迂回路が設けられており、第２外側腕状部図形が前記第２Ｕ字状迂回路に沿った第２Ｕ字状迂回部を有していることを特徴とする力覚センサ。
【請求項１８】
請求項１７に記載の力覚センサにおいて、
第１Ｕ字状迂回路および第２Ｕ字状迂回路が、Ｚ軸に平行な一対の縦方向迂回路とこれら一対の縦方向迂回路を結ぶＸ軸に平行な横方向迂回路との組み合わせによって構成されていることを特徴とする力覚センサ。
【請求項１９】
請求項２〜１８のいずれかに記載の力覚センサにおいて、
第１外側腕状部図形、内側腕状部図形、第２外側腕状部図形の全部もしくは一部に、接続経路に直交する方向に関する幅が狭くなったくびれ部を設けたことを特徴とする力覚センサ。
【請求項２０】
請求項２〜１９のいずれかに記載の力覚センサにおいて、
第１外側腕状部図形、内側腕状部図形、第２外側腕状部図形の全部もしくは一部に、接続経路に直交する方向に突き出した重量調整部図形を設けたことを特徴とする力覚センサ。
【請求項２１】
請求項２〜２０のいずれかに記載の力覚センサにおいて、
第１外側腕状部図形の受力体図形に対する接続部および第２外側腕状部図形の受力体図形に対する接続部に、接続経路に直交する方向に突き出したフランジ部図形を設けたことを特徴とする力覚センサ。
【請求項２２】
請求項１〜２１のいずれかに記載の力覚センサにおいて、
第１台座部図形および第２台座部図形の弾性変形部図形に対する接続端が、他の部分に比べて幅が狭い狭窄図形を構成していることを特徴とする力覚センサ。
【請求項２３】
請求項１〜２２のいずれかに記載の力覚センサにおいて、
受力体および支持体が、ＸＹ平面に平行な上面および下面をもつ板状部材によって構成されていることを特徴とする力覚センサ。
【請求項２４】
請求項１〜２３のいずれかに記載の力覚センサにおいて、
弾性変形部が、細長い腕状部材を屈曲させた構造体によって構成されていることを特徴とする力覚センサ。
【請求項２５】
請求項１〜２４のいずれかに記載の力覚センサにおいて、
検出素子が、弾性変形部の所定箇所の伸縮状態を電気的に検出することにより、変形体の変形状態の検出を行うことを特徴とする力覚センサ。
【請求項２６】
請求項１〜２４のいずれかに記載の力覚センサにおいて、
検出素子が、弾性変形部の所定箇所と支持体の所定箇所との間の距離を電気的に検出することにより、変形体の変位状態の検出を行うことを特徴とする力覚センサ。
【請求項２７】
請求項２６に記載の力覚センサにおいて、
検出素子が、弾性変形部の所定箇所に形成された変位電極と、支持体の前記変位電極に対向する位置に形成された固定電極と、を有する複数の容量素子によって構成され、
検出回路が、前記複数の容量素子の静電容量値に基づく演算処理を行うことにより、Ｚ軸方向の力ＦｚおよびＹ軸まわりのモーメントＭｙを示す電気信号を出力することを特徴とする力覚センサ。
【請求項２８】
請求項１〜２３のいずれかに記載の力覚センサにおいて、
変形体が、所定箇所が受力体に接続され弾性変形を生じるＸ軸に関する弾性変形部と、このＸ軸に関する弾性変形部の所定箇所を支持体に固定するＸ軸に関する第１台座部およびＸ軸に関する第２台座部と、所定箇所が受力体に接続され弾性変形を生じるＹ軸に関する弾性変形部と、このＹ軸に関する弾性変形部の所定箇所を支持体に固定するＹ軸に関する第１台座部およびＹ軸に関する第２台座部と、を有し、
ＸＺ平面もしくはＸＺ平面に平行な平面によって基本構造体を切断したときに、受力体の断面に現れる幾何学的な図形をＸ軸に関する受力体図形と呼び、支持体の断面に現れる幾何学的な図形をＸ軸に関する支持体図形と呼び、変形体の断面に現れる幾何学的な図形をＸ軸に関する変形体図形と呼んだときに、
前記Ｘ軸に関する変形体図形は、前記Ｘ軸に関する弾性変形部の断面であるＸ軸に関する弾性変形部図形と、前記Ｘ軸に関する第１台座部の断面であるＸ軸に関する第１台座部図形と、前記Ｘ軸に関する第２台座部の断面であるＸ軸に関する第２台座部図形と、を含んでおり、
ＹＺ平面もしくはＹＺ平面に平行な平面によって基本構造体を切断したときに、受力体の断面に現れる幾何学的な図形をＹ軸に関する受力体図形と呼び、支持体の断面に現れる幾何学的な図形をＹ軸に関する支持体図形と呼び、変形体の断面に現れる幾何学的な図形をＹ軸に関する変形体図形と呼んだときに、
前記Ｙ軸に関する変形体図形は、前記Ｙ軸に関する弾性変形部の断面であるＹ軸に関する弾性変形部図形と、前記Ｙ軸に関する第１台座部の断面であるＹ軸に関する第１台座部図形と、前記Ｙ軸に関する第２台座部の断面であるＹ軸に関する第２台座部図形と、を含んでおり、
前記Ｘ軸に関する弾性変形部図形は、前記Ｘ軸に関する受力体図形の輪郭上に定義されたＸ軸に関する第１受力点とＸ軸に関する第２受力点とを結ぶ所定のＸ軸に関する接続経路に沿って配置され、前記Ｘ軸に関する第１受力点と前記Ｘ軸に関する第２受力点とを連結する図形であり、
前記Ｘ軸に関する第１台座部図形は、前記Ｘ軸に関する接続経路上に定義されたＸ軸に関する第１中継点の近傍において前記Ｘ軸に関する弾性変形部図形に接続されており、前記Ｘ軸に関する第２台座部図形は、前記Ｘ軸に関する接続経路上に定義されたＸ軸に関する第２中継点の近傍において前記Ｘ軸に関する弾性変形部図形に接続されており、
前記Ｙ軸に関する弾性変形部図形は、前記Ｙ軸に関する受力体図形の輪郭上に定義されたＹ軸に関する第１受力点とＹ軸に関する第２受力点とを結ぶ所定のＹ軸に関する接続経路に沿って配置され、前記Ｙ軸に関する第１受力点と前記Ｙ軸に関する第２受力点とを連結する図形であり、
前記Ｙ軸に関する第１台座部図形は、前記Ｙ軸に関する接続経路上に定義されたＹ軸に関する第１中継点の近傍において前記Ｙ軸に関する弾性変形部図形に接続されており、前記Ｙ軸に関する第２台座部図形は、前記Ｙ軸に関する接続経路上に定義されたＹ軸に関する第２中継点の近傍において前記Ｙ軸に関する弾性変形部図形に接続されており、
前記Ｘ軸に関する弾性変形部は、前記Ｘ軸に関する第１受力点と前記Ｘ軸に関する第２受力点とを連結しており、前記Ｘ軸に関する第１台座部は、前記Ｘ軸に関する弾性変形部の前記Ｘ軸に関する第１中継点の近傍と前記支持体上に定義されたＸ軸に関する第１支持点とを連結しており、前記Ｘ軸に関する第２台座部は、前記Ｘ軸に関する弾性変形部の前記Ｘ軸に関する第２中継点の近傍と前記支持体上に定義されたＸ軸に関する第２支持点とを連結しており、
前記Ｙ軸に関する弾性変形部は、前記Ｙ軸に関する第１受力点と前記Ｙ軸に関する第２受力点とを連結しており、前記Ｙ軸に関する第１台座部は、前記Ｙ軸に関する弾性変形部の前記Ｙ軸に関する第１中継点の近傍と前記支持体上に定義されたＹ軸に関する第１支持点とを連結しており、前記Ｙ軸に関する第２台座部は、前記Ｙ軸に関する弾性変形部の前記Ｙ軸に関する第２中継点の近傍と前記支持体上に定義されたＹ軸に関する第２支持点とを連結しており、
前記Ｘ軸に関する第１受力点は、負のＸ座標値をもつ位置に配置され、前記Ｘ軸に関する第２受力点は、正のＸ座標値をもつ位置に配置され、前記Ｙ軸に関する第１受力点は、負のＹ座標値をもつ位置に配置され、前記Ｙ軸に関する第２受力点は、正のＹ座標値をもつ位置に配置されており、
前記支持体を固定した状態で前記受力体に力Ｆｚが作用したとき、および、前記支持体を固定した状態で前記受力体にモーメントＭｙが作用したとき、前記Ｘ軸に関する弾性変形部の前記Ｘ軸に関する第１中継点の近傍が、前記Ｘ軸に関する第１台座部との接続点を支点として前記Ｘ軸に関する第１台座部に対してＸ軸方向に揺動し、前記Ｘ軸に関する弾性変形部の前記Ｘ軸に関する第２中継点の近傍が、前記Ｘ軸に関する第２台座部との接続点を支点として前記Ｘ軸に関する第２台座部に対してＸ軸方向に揺動し、
前記支持体を固定した状態で前記受力体に力Ｆｚが作用したとき、および、前記支持体を固定した状態で前記受力体にモーメントＭｘが作用したとき、前記Ｙ軸に関する弾性変形部の前記Ｙ軸に関する第１中継点の近傍が、前記Ｙ軸に関する第１台座部との接続点を支点として前記Ｙ軸に関する第１台座部に対してＹ軸方向に揺動し、前記Ｙ軸に関する弾性変形部の前記Ｙ軸に関する第２中継点の近傍が、前記Ｙ軸に関する第２台座部との接続点を支点として前記Ｙ軸に関する第２台座部に対してＹ軸方向に揺動し、
検出回路が、検出素子の検出結果に基づいて、前記受力体および前記支持体の一方に負荷がかかった状態において他方に作用したＺ軸方向の力ＦｚおよびＹ軸まわりのモーメントＭｙを示す電気信号に加えて、更に、Ｘ軸まわりのモーメントＭｘを示す電気信号を出力することを特徴とする力覚センサ。
【請求項２９】
請求項２８に記載の力覚センサにおいて、
Ｘ軸に関する弾性変形部が、ＸＺ平面上に配置された細長い腕状部材を屈曲させた構造体によって構成されており、Ｙ軸に関する弾性変形部が、ＹＺ平面上に配置された細長い腕状部材を屈曲させた構造体によって構成されており、前記Ｘ軸に関する弾性変形部と前記Ｙ軸に関する弾性変形部とが、Ｚ軸と交差する位置において融合していることを特徴とする力覚センサ。
【請求項３０】
請求項２８に記載の力覚センサにおいて、
Ｘ軸に関する変形体図形）は、変形体をＸＺ平面によって切断したときに得られる断面図形であり、Ｙ軸に関する変形体図形は、変形体をＹＺ平面によって切断したときに得られる断面図形であり、
Ｘ軸に関する弾性変形部図形およびＹ軸に関する弾性変形部図形は、いずれもＺ軸について対称形状をなし、前記Ｘ軸に関する弾性変形部図形と前記Ｙ軸に関する弾性変形部図形とは幾何学的な合同図形であり、Ｘ軸に関する弾性変形部およびＹ軸に関する弾性変形部が、前記合同図形をＺ軸を中心軸として回転することにより得られる回転体からなる統合弾性変形部の一部によって構成されていることを特徴とする力覚センサ。
【請求項３１】
請求項３０に記載の力覚センサにおいて、
Ｘ軸に関する第１台座部図形およびＸ軸に関する第２台座部図形によって構成されるＸ軸に関する台座部図形群と、Ｙ軸に関する第１台座部図形およびＹ軸に関する第２台座部図形によって構成されるＹ軸に関する台座部図形群とは、いずれもＺ軸について対称形状をなし、前記Ｘ軸に関する台座部図形群と前記Ｙ軸に関する台座部図形群とは幾何学的な合同図形であり、Ｘ軸に関する第１台座部）、Ｘ軸に関する第２台座部、Ｙ軸に関する第１台座部、Ｙ軸に関する第２台座部が、前記合同図形をＺ軸を中心軸として回転することにより得られる回転体からなる統合台座部の一部によって構成されていることを特徴とする力覚センサ。
【請求項３２】
請求項２８〜３１のいずれかに記載の力覚センサにおいて、
Ｘ軸に関する接続経路のＸ軸に関する第１受力点とＸ軸に関する第１中継点との間の区間に、Ｕ字状をなすＸ軸に関する第１Ｕ字状迂回路が設けられており、Ｘ軸に関する接続経路のＸ軸に関する第２中継点とＸ軸に関する第２受力点との間の区間に、Ｕ字状をなすＸ軸に関する第２Ｕ字状迂回路が設けられており、
Ｙ軸に関する接続経路のＹ軸に関する第１受力点とＹ軸に関する第１中継点との間の区間に、Ｕ字状をなすＹ軸に関する第１Ｕ字状迂回路が設けられており、Ｙ軸に関する接続経路のＹ軸に関する第２中継点とＹ軸に関する第２受力点との間の区間に、Ｕ字状をなすＹ軸に関する第２Ｕ字状迂回路が設けられており、
検出素子が、
Ｘ軸に関する弾性変形部のうちの前記Ｘ軸に関する第１Ｕ字状迂回路に沿って配置された部分の底面に固定された第１変位電極と、支持体の上面の前記第１変位電極に対向する部分に固定された第１固定電極）と、によって構成される第１容量素子と、
Ｘ軸に関する弾性変形部のうちの前記Ｘ軸に関する第２Ｕ字状迂回路に沿って配置された部分の底面に固定された第２変位電極と、支持体の上面の前記第２変位電極に対向する部分に固定された第２固定電極と、によって構成される第２容量素子と、
Ｙ軸に関する弾性変形部のうちの前記Ｙ軸に関する第１Ｕ字状迂回路に沿って配置された部分の底面に固定された第３変位電極と、支持体の上面の前記第３変位電極に対向する部分に固定された第３固定電極と、によって構成される第３容量素子と、
Ｙ軸に関する弾性変形部のうちの前記Ｙ軸に関する第２Ｕ字状迂回路に沿って配置された部分の底面に固定された第４変位電極と、支持体の上面の前記第４変位電極に対向する部分に固定された第４固定電極と、によって構成される第４容量素子と、
を有し、
検出回路が、前記第１容量素子の静電容量値と前記第２容量素子の静電容量値との差をＹ軸まわりのモーメントＭｙを示す電気信号として出力し、前記第３容量素子の静電容量値と前記第４容量素子の静電容量値との差をＸ軸まわりのモーメントＭｘを示す電気信号として出力し、前記第１容量素子の静電容量値、前記第２容量素子の静電容量値、前記第３容量素子の静電容量値、前記第４容量素子の静電容量値の総和をＺ軸方向の力Ｆｚを示す電気信号として出力することを特徴とする力覚センサ。
【請求項３３】
請求項１〜２２のいずれかに記載の力覚センサにおける変形体と同一構造を有する力覚センサ用の補助構造体。
【請求項３４】
請求項３３に記載の補助構造体が組み込まれた力覚センサであって、
ＸＹＺ三次元直交座標系における各座標軸方向の力および各座標軸まわりのモーメントのうち、少なくともＺ軸方向の力ＦｚおよびＹ軸まわりのモーメントＭｙを検出する機能を有し、
Ｚ軸が垂直軸となるように座標系を定義したときに、Ｚ軸上に配置された受力体と、前記受力体の下方に配置された支持体と、前記受力体と前記支持体とを接続し、力もしくはモーメントの作用により、少なくとも一部分が弾性変形を生じる検出用変形体と、前記受力体と前記支持体との間に接続された前記補助構造体と、前記検出用変形体の変形もしくは変位、または、前記受力体もしくは前記支持体の変位を検出する検出素子と、前記検出素子の検出結果に基づいて、前記受力体および前記支持体の一方に負荷がかかった状態において他方に作用したＺ軸方向の力ＦｚおよびＹ軸まわりのモーメントＭｙを示す電気信号を出力する検出回路と、を備えることを特徴とする力覚センサ。
【請求項３５】
受力体と、支持体と、前記受力体と前記支持体とを接続する検出用変形体と、を有し、力もしくはモーメントの作用により生じる前記検出用変形体の弾性変形を検出することにより、作用した力もしくはモーメントの検出を行う力覚センサに、部品の一部として組み込んで用いられる補助構造体であって、
弾性変形部と、第１台座部と、第２台座部と、を有し、
前記弾性変形部は、少なくとも一部分が弾性変形を生じる構造体であり、その一端には前記受力体の第１箇所に固定するための第１受力点が設けられ、その他端には前記受力体の第２箇所に固定するための第２受力点が設けられており、前記第１受力点と前記第２受力点とを接続する所定の接続経路に沿った腕状構造体をなし、
前記第１台座部は、その一端が前記接続経路上に定義された第１中継点の近傍において前記弾性変形部に接続されており、その他端には、前記支持体の第１箇所に固定するための第１支持点が設けられており、
前記第２台座部は、その一端が前記接続経路上に定義された第２中継点の近傍において前記弾性変形部に接続されており、その他端には、前記支持体の第２箇所に固定するための第２支持点が設けられており、
前記第１台座部の前記第１支持点および前記第２台座部の前記第２支持点を固定した状態で、前記弾性変形部の前記第１受力点および前記第２受力点に力が作用したときに、前記弾性変形部の前記第１中継点の近傍が、前記第１台座部との接続点を支点として前記第１台座部に対して揺動し、前記弾性変形部の前記第２中継点の近傍が、前記第２台座部との接続点を支点として前記第２台座部に対して揺動することを特徴とする力覚センサ用の補助構造体。
【請求項３６】
請求項３５に記載の力覚センサ用の補助構造体において、
接続経路が、ＶＷ二次元直交座標系のＶＷ平面上に設けられており、弾性変形部が、前記ＶＷ平面に沿って伸びる腕状構造体をなし、
重心位置に前記ＶＷ二次元直交座標系の原点を定義したときに、第１受力点は前記ＶＷ二次元直交座標系の第２象限に位置し、第２受力点は前記ＶＷ二次元直交座標系の第１象限に位置し、第１支持点は前記ＶＷ二次元直交座標系の第３象限に位置し、第２支持点は前記ＶＷ二次元直交座標系の第４象限に位置することを特徴とする力覚センサ用の補助構造体。
【請求項３７】
請求項３６に記載の力覚センサ用の補助構造体において、
ＶＷ平面に平行な平面からなる上面と、ＶＷ平面に平行な平面からなる下面と、を有する板状部材によって構成されていることを特徴とする力覚センサ用の補助構造体。
【請求項３８】
請求項３６または３７に記載の力覚センサ用の補助構造体において、
第１中継点から第２中継点に向かうように接続経路を辿ったときに、前記接続経路が、Ｗ軸負方向に進む第１進行路とＷ軸正方向に進む第２進行路とを有することを特徴とする力覚センサ用の補助構造体。
【請求項３９】
請求項３８に記載の力覚センサ用の補助構造体において、
第１進行路もしくは第２進行路が、ＶＷ二次元直交座標系の原点を通る経路であることを特徴とする力覚センサ用の補助構造体。
【請求項４０】
請求項３６〜３９のいずれかに記載の力覚センサ用の補助構造体において、
接続経路が、Ｗ軸に平行な縦方向経路とＶ軸に平行な横方向経路とを有し、
第１受力点および第２受力点からは前記縦方向経路が伸び、第１中継点および第２中継点が前記横方向経路上に定義されていることを特徴とする力覚センサ用の補助構造体。
【請求項４１】
請求項３６〜４０のいずれかに記載の力覚センサ用の補助構造体において、
接続経路の第１受力点と第１中継点との間の区間に、Ｕ字状をなす第１Ｕ字状迂回路が設けられており、接続経路の第２中継点と第２受力点との間の区間に、Ｕ字状をなす第２Ｕ字状迂回路が設けられていることを特徴とする力覚センサ用の補助構造体。
【請求項４２】
請求項４１に記載の力覚センサ用の補助構造体において、
第１Ｕ字状迂回路および第２Ｕ字状迂回路が、Ｗ軸に平行な一対の縦方向迂回路とこれら一対の縦方向迂回路を結ぶＶ軸に平行な横方向迂回路との組み合わせによって構成されていることを特徴とする力覚センサ用の補助構造体。
【請求項４３】
請求項３６〜４２のいずれかに記載の力覚センサ用の補助構造体において、
弾性変形部を構成する腕状構造体の一部に、接続経路に直交する方向に関する幅が狭くなったくびれ部を設けたことを特徴とする力覚センサ用の補助構造体。
【請求項４４】
請求項３６〜４３のいずれかに記載の力覚センサ用の補助構造体において、
弾性変形部を構成する腕状構造体の特定箇所に、接続経路に直交する方向に突き出した重量調整部を設けたことを特徴とする力覚センサ用の補助構造体。
【請求項４５】
請求項３６〜４４のいずれかに記載の力覚センサ用の補助構造体において、
第１台座部および第２台座部の弾性変形部に対する接続端が、他の部分に比べて幅が狭い狭窄先端部を構成していることを特徴とする力覚センサ用の補助構造体。
【請求項４６】
請求項３６〜４５のいずれかに記載の補助構造体が部品の一部として組み込まれた力覚センサであって、
受力体と、支持体と、前記受力体と前記支持体とを接続する検出用変形体と、前記検出用変形体の弾性変形を検出する検出素子と、前記検出素子の検出結果に基づいて、作用した力もしくはモーメントの検出信号を出力する検出回路と、前記補助構造体と、を備え、
前記補助構造体の第１受力点および第２受力点が、前記受力体の下面に接合され、前記補助構造体の第１支持点および第２支持点が、前記支持体の上面に接合されていることを特徴とする力覚センサ。
【請求項４７】
請求項４６に記載の力覚センサにおいて、
受力体および支持体が、ＸＹ平面に平行な上面および下面をもつ板状部材によって構成されており、Ｚ軸が前記受力体および前記支持体を挿通しており、
前記受力体と前記支持体とを接続する検出用変形体の周囲を取り囲むように、４組の補助構造体が組み込まれており、
第１の補助構造体は、そのＶＷ平面が正のＸ軸と交差する位置に、Ｖ軸がＹ軸に平行になり、Ｗ軸がＺ軸に平行になる向きに配置されており、
第２の補助構造体は、そのＶＷ平面が正のＹ軸と交差する位置に、Ｖ軸がＸ軸に平行になり、Ｗ軸がＺ軸に平行になる向きに配置されており、
第３の補助構造体は、そのＶＷ平面が負のＸ軸と交差する位置に、Ｖ軸がＹ軸に平行になり、Ｗ軸がＺ軸に平行になる向きに配置されており、
第４の補助構造体は、そのＶＷ平面が負のＹ軸と交差する位置に、Ｖ軸がＸ軸に平行になり、Ｗ軸がＺ軸に平行になる向きに配置されており、
前記各補助構造体の第１受力点および第２受力点が、前記受力体の下面に接合され、前記各補助構造体の第１支持点および第２支持点が、前記支持体の上面に接合されてい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、力覚センサに関し、特に、三次元直交座標系における特定の座標軸方向の力および特定の座標軸まわりのモーメントを検出するのに適したセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットや産業機械の動作制御を行うために、種々のタイプの力覚センサが利用されている。また、電子機器の入力装置のマン・マシンインターフェイスとしても、小型の力覚センサが組み込まれている。このような用途に用いる力覚センサには、小型化およびコストダウンを図るために、できるだけ単純な構造で、三次元空間内での各座標軸に関する力をそれぞれ独立して検出できるようにすることが要求される。
【０００３】
このような観点から、現在、一般的に利用されている多軸力覚センサでは、機械的な構造部分として、検出対象となる力を受ける受力体と、この受力体を支持するための支持体と、受力体と支持体との間に設けられ弾性変形を生じる変形体と、を含む基本構造体が採用されている。この基本構造体に、更に、変形体の変形状態を電気的に検出するための検出素子と、得られた検出結果に基づいて受力体に作用した所定の座標軸方向の力および所定の座標軸まわりのモーメントを示す電気信号を出力する検出回路と、を付加することにより、所望の力覚センサを構成することができる。
【０００４】
変形体の変形状態を検出する検出素子としては、変形体の特定の部分に生じた機械的な歪みを電気信号として取り出す素子や、変形体の特定の部分の変位を電気信号として取り出す素子などが利用されている。前者の歪み検出タイプの検出素子の代表格は、変形体の特定の箇所に張り付けられたストレインゲージであり、作用した力によって生じた機械的な歪みは、ストレインゲージの電気抵抗の変化として電気的に検出される。一方、後者の変位検出タイプの検出素子の代表格は、変形体の特定の部分に固定された変位電極と支持体の対向部分に固定された固定電極とによって構成される容量素子である。作用した力により変形体に変位が生じると、変位電極と固定電極との間の距離が変化するため、当該変位は、容量素子の静電容量値の変化として電気的に検出される。
【０００５】
たとえば、下記の特許文献１および２には、受力体と支持体との間を接続する変形体として、複数の柱状部材および複数のダイアフラムを用いた力覚センサが開示されている。各柱状部材は、上端がダイアフラムを介して受力体に固定され、下端がダイアフラムを介して支持体に固定されている。このため、支持体を固定した状態において受力体に力が作用すると、ダイアフラムの弾性変形により、個々の柱状部材に変位が生じ、この変位状態を容量素子を用いて検出することにより、ＸＹＺ三次元直交座標系における各座標軸方向の力および各座標軸まわりのモーメントを検出することができる。また、下記の特許文献３には、特許文献１および２に開示された力覚センサのバリエーションとして、Ｖ字型をなすように傾斜配置された柱状部材対のグループを変形体として利用した力覚センサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６９１５７０９号公報
【特許文献２】米国特許第７２１９５６１号公報
【特許文献３】米国特許第８４０８０７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般に、物体をＸＹＺ三次元直交座標系に配置した場合、当該物体に作用する外力として、各座標軸方向の力（当該物体を特定の座標軸方向に押しやる並進力）と各座標軸まわりのモーメント（当該物体を特定の座標軸まわりに回転させる回転力）とが考えられる。具体的には、前者としては、Ｘ軸方向の力Ｆｘ、Ｙ軸方向の力Ｆｙ、Ｚ軸方向の力Ｆｚの３軸成分が考えられ、後者としては、Ｘ軸まわりのモーメントＭｘ、Ｙ軸まわりのモーメントＭｙ、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚの３軸成分が考えられるので、合計６軸成分を考慮する必要がある。
【０００８】
上述した特許文献１〜３に開示されている従来の力覚センサは、これら６軸成分を別個独立して検出することができ、各軸成分を区別して取り扱う必要がある用途には利用価値が高い。ただ、実用上は、各軸成分の検出レンジが同じになるように、個々の軸成分ごとにバランスをとった設計を行うのが好ましい。
【０００９】
たとえば、検出素子として容量素子を用いた場合、加えられた外力の検出値は、特定の容量素子の静電容量値の変動量として得られることになる。この場合、作用する軸ごとに静電容量値の変動量に大きな違いがあると、各軸成分の検出レンジに大きな違いが生じてしまう。もちろん、個々の検出値は電気信号として得られるので、感度の低い軸成分は、アナログ的な増幅処理やデジタル的な増幅処理によって補正することが可能である。しかしながら、このような増幅処理を行うと、ノイズ等の誤差成分も増幅されてしまうため、検出精度が低下するという問題が生じ、力覚センサの潜在的な性能を制限してしまうことになる。
【００１０】
特に、モーメントの検出感度については、モーメントに特有の問題が存在する。これは、モーメントの値が、作用点に加えられた外力の大きさそのものではなく、加えられた外力の大きさに回転中心からの距離を乗じた値として定義されるためである。
【００１１】
たとえば、物体の重心点を中心として半径１００ｍｍ（０．１ｍ）の円を描き、この円周上の作用点に円の接線方向に向かって、当該物体に対する１Ｎの外力が作用した場合を考えてみよう。この場合、重心点に回転力として作用するモーメントの値は、１Ｎ×０．１ｍ＝０．１Ｎ・ｍになる。これに対して、同じ１Ｎの外力が、重心点を通る直線に沿って作用した場合は、重心点に並進力として作用する力の値は、１Ｎである。このように、同じ物体に同じ１Ｎの外力が作用した場合でも、これを所定軸方向の力（並進力）として検出するか、所定軸まわりのモーメント（回転力）として検出するか、によって、得られる検出値に相違が生じることになる。
【００１２】
したがって、力覚センサを設計する際には、特定の利用環境を前提として、各軸成分の検出レンジのバランスが適切に保たれるような配慮が必要になる。たとえば、モーメントとして検出される外力の作用点が、回転の中心点から１００ｍｍ離れた位置に設定されるような利用環境を前提とした力覚センサの場合、モーメント（回転力）の検出感度と力（並進力）の検出感度との比率が１０：１になるような設計を行えば、モーメントと力の検出値（検出レンジ）のバランスを適正に保つことができる。同様に、中心点と作用点との距離が２００ｍｍになるような利用環境の場合、検出感度の比率を５：１に設定するのが好ましく、中心点と作用点との距離が５０ｍｍになるような利用環境の場合、検出感度の比率を２０：１に設定するのが好ましい。
【００１３】
ただ、前述したように、力覚センサの利用形態は、ロボットハンドやマニピュレータなどの産業機械から、ジョイスティックのような入力装置に至るまで多岐にわたっており、中心点と作用点との距離も様々である。特に、ジョイスティックのような入力装置の場合、外力はユーザが直接手に触れる操作部品に対して加えられることになるため、中心点と作用点との距離は当該操作部品の大きさに依存することになる。したがって、実用上は、具体的な用途ごとに、モーメントの検出感度と力の検出感度との比率が最適になるような設計が必要である。ところが、従来の力覚センサの構造では、このような検出感度の比率を最適にする設計が困難であり、実装した製品において、モーメントの検出感度と力の検出感度とのバランスを適切な値に設定することが困難である。
【００１４】
たとえば、前掲の特許文献１〜３に開示された構造を採用した力覚センサの場合、モーメントの検出感度と力の検出感度との実際の比率が１００：１程度になってしまうため、中心点から作用点までの距離が１００ｍｍ程度になる一般的な用途の場合、モーメントの検出値（出力電気信号）が力の検出値（出力電気信号）に比べて、大きすぎてしまうという問題が生じる。
【００１５】
そこで本発明は、設計時に、モーメントの検出感度と力の検出感度とのバランス調整が容易な力覚センサを提供することを目的とし、また、そのような力覚センサに利用可能な補助構造体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】
【００１６】
以下、本発明の本質的な特徴をいくつかの形態に基づいて説明する。なお、以下の説明では、理解を容易にするため、図面に示された代表的な実施例についての対応する構成要素を示す符号を括弧書きで引用することにする。もちろん、この括弧書きで示す符号は、実施例中の対応構成要素の一例を示すものであり、各構成要素は、この符号で引用された実施例中の特定の構成要素のみに限定されるものではない。
【００１７】
(1)   本発明の第１の形態は、ＸＹＺ三次元直交座標系における各座標軸方向の力および各座標軸まわりのモーメントのうち、少なくともＺ軸方向の力ＦｚおよびＹ軸まわりのモーメントＭｙを検出する力覚センサにおいて、
Ｚ軸が垂直軸となるように座標系を定義したときに、Ｚ軸上に配置された受力体（１００）と、受力体の下方に配置された支持体（２００）と、受力体と支持体とを接続し、力もしくはモーメントの作用により、少なくとも一部分が弾性変形を生じる変形体（３００）と、を含む基本構造体（１０００）と、
変形体の変形もしくは変位、または、受力体もしくは支持体の変位を検出する検出素子（Ｃ１〜Ｃ４）と、
検出素子の検出結果に基づいて、受力体および支持体の一方に負荷がかかった状態において他方に作用したＺ軸方向の力ＦｚおよびＹ軸まわりのモーメントＭｙを示す電気信号を出力する検出回路（９００）と、
を設け、
変形体（３００）は、所定箇所が受力体（１００）に接続され弾性変形を生じる弾性変形部（３１０）と、この弾性変形部の所定箇所を支持体（２００）に固定する第１台座部（３２０）および第２台座部（３３０）と、を有し、
ＸＺ平面もしくはＸＺ平面に平行な平面によって基本構造体（１０００）を切断したときに、受力体の断面に現れる幾何学的な図形を受力体図形（１００ｆ）と呼び、支持体の断面に現れる幾何学的な図形を支持体図形（２００ｆ）と呼び、変形体の断面に現れる幾何学的な図形を変形体図形（３００ｆ）と呼んだときに、変形体図形は、弾性変形部（３１０）の断面である弾性変形部図形（３１０ｆ）と、第１台座部（３２０）の断面である第１台座部図形（３２０ｆ）と、第２台座部（３３０）の断面である第２台座部図形（３３０ｆ）と、を含んでおり、
弾性変形部図形（３１０ｆ）は、受力体図形（１００ｆ）の輪郭上に定義された第１受力点（Ｐ１）と第２受力点（Ｐ２）とを結ぶ所定の接続経路（Ｒ１）に沿って配置され、第１受力点（Ｐ１）と第２受力点（Ｐ２）とを連結する図形であり、
第１台座部図形（３２０ｆ）は、接続経路（Ｒ１）上に定義された第１中継点（ｍ１）の近傍において弾性変形部図形（３１０ｆ）に接続されており、第２台座部図形（３３０ｆ）は、接続経路（Ｒ１）上に定義された第２中継点（ｍ２）の近傍において弾性変形部図形（３１０ｆ）に接続されており、
弾性変形部（３１０）は、第１受力点（Ｐ１）と第２受力点（Ｐ２）とを連結しており、第１台座部（３２０）は、弾性変形部（３１０）の第１中継点（ｍ１）の近傍と支持体（２００）上に定義された第１支持点（Ｑ１）とを連結しており、第２台座部（３３０）は、弾性変形部（３１０）の第２中継点（ｍ２）の近傍と支持体（２００）上に定義された第２支持点（Ｑ２）とを連結しており、
第１受力点（Ｐ１）は、負のＸ座標値をもつ位置に配置され、第２受力点（Ｐ２）は、正のＸ座標値をもつ位置に配置されており、
支持体（２００）を固定した状態で受力体（１００）に力Ｆｚが作用したとき、および、支持体（２００）を固定した状態で受力体（１００）にモーメントＭｙが作用したとき、弾性変形部（３１０）の第１中継点（ｍ１）の近傍が、第１台座部（３２０）との接続点（ｍ１′）を支点として第１台座部（３２０）に対してＸ軸方向に揺動し、弾性変形部（３１０）の第２中継点（ｍ２）の近傍が、第２台座部（３３０）との接続点を支点として第２台座部（３３０）に対してＸ軸方向に揺動するようにしたものである。
【００１８】
(2)   本発明の第２の態様は、上述した第１の態様に係る力覚センサにおいて、
弾性変形部図形（３１０ｆ）が、接続経路（Ｒ１）の第１受力点（Ｐ１）から第１中継点（ｍ１）に至る区間に沿って配置された第１外側腕状部図形（３１１ｆ）と、接続経路（Ｒ１）の第１中継点（ｍ１）から第２中継点（ｍ２）に至る区間に沿って配置された内側腕状部図形（３１２ｆ）と、接続経路（Ｒ１）の第２中継点（ｍ２）から第２受力点（Ｐ２）に至る区間に沿って配置された第２外側腕状部図形（３１３ｆ）と、を有するようにしたものである。
【００１９】
(3)   本発明の第３の態様は、上述した第２の態様に係る力覚センサにおいて、
第１台座部図形（３２０ｆ）の接続端が、弾性変形部図形（３１０ｆ）の第１中継点（ｍ１）の近傍の下方に接続され、第２台座部図形（３３０ｆ）の接続端が、弾性変形部図形（３１０ｆ）の第２中継点（ｍ２）の近傍の下方に接続されているようにしたものである。
【００２０】
(4)   本発明の第４の態様は、上述した第３の態様に係る力覚センサにおいて、
第１台座部図形（３２０ｆ）が、接続経路（Ｒ１）上に定義された第１中継点（ｍ１）と支持体図形（２００ｆ）の輪郭上に定義された第１支持点（Ｑ１）とを結ぶ第１支持経路（Ｒ２）に沿って配置され、弾性変形部図形（３１０ｆ）と支持体図形（２００ｆ）とを連結する図形であり、
第２台座部図形（３３０ｆ）が、接続経路（Ｒ１）上に定義された第２中継点（ｍ２）と支持体図形（２００ｆ）の輪郭上に定義された第２支持点（Ｑ２）とを結ぶ第２支持経路（Ｒ３）に沿って配置され、弾性変形部図形（３１０ｆ）と支持体図形（２００ｆ）とを連結する図形であるようにしたものである。
【００２１】
(5)   本発明の第５の態様は、上述した第４の態様に係る力覚センサにおいて、
支持体（２００）を固定した状態で受力体（１００）に力Ｆｚが作用したとき、および、支持体（２００）を固定した状態で受力体（１００）にモーメントＭｙが作用したとき、弾性変形部図形（３１０ｆ）の第１中継点（ｍ１）の近傍が、第１支持経路（Ｒ２）と弾性変形部図形（３１０ｆ）の輪郭との交点（ｍ１′）を支点として第１台座部図形（３２０ｆ）に対して揺動し、弾性変形部図形（３１０ｆ）の第２中継点（ｍ２）の近傍が、第２支持経路（Ｒ３）と弾性変形部図形（３１０ｆ）の輪郭との交点（ｍ２′）を支点として第２台座部図形（３３０ｆ）に対して揺動するようにしたものである。
【００２２】
(6)   本発明の第６の態様は、上述した第３〜第５の態様に係る力覚センサにおいて、
第１中継点（ｍ１）から第２中継点（ｍ２）に向かって辿った接続経路（Ｒ１，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ７）が、ＸＹ平面に交差する第１の長手方向軸（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ４）に沿って下方に向かう下降経路と、ＸＹ平面に交差する第２の長手方向軸（Ｚ，Ｌ３，Ｌ５）に沿って上方に向かう上昇経路と、を有し、
内側腕状部図形（３１２ｆ、３４２ｆ，３５２ｆ）が、下降経路に沿った下降腕状部と上昇経路に沿った上昇腕状部とを有するようにしたものである。
【００２３】
(7)   本発明の第７の態様は、上述した第６の態様に係る力覚センサにおいて、
第１の長手方向軸（Ｌ１，Ｌ２）および第２の長手方向軸（Ｚ，Ｌ３）がＺ軸に平行な軸であるようにしたものである。
【００２４】
(8)   本発明の第８の態様は、上述した第７の態様に係る力覚センサにおいて、
第１の長手方向軸もしくは第２の長手方向軸（Ｚ）が、ＹＺ平面に含まれる軸であるようにしたものである。
【００２５】
(9)   本発明の第９の態様は、上述した第７または第８の態様に係る力覚センサにおいて、
接続経路（Ｒ１，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ７）が、Ｚ軸に平行な縦方向経路とＸ軸に平行な横方向経路とを有し、
第１受力点（Ｐ１）および第２受力点（Ｐ２）からは縦方向経路が伸び、第１中継点（ｍ１）および第２中継点（ｍ２）が横方向経路上に定義されているようにしたものである。
【００２６】
(10)  本発明の第１０の態様は、上述した第３の態様に係る力覚センサにおいて、
接続経路（Ｒ６）の第１中継点（ｍ１）と第２中継点（ｍ２）との間の区間に、下方に湾曲してから上方に湾曲する湾曲路が設けられており、
内側腕状部図形（３６２ｆ）が、この湾曲路に沿った湾曲部を有するようにしたものである。
【００２７】
(11)  本発明の第１１の態様は、上述した第２の態様に係る力覚センサにおいて、
第１台座部図形（４２５ｆ）の接続端が、弾性変形部図形（４７０ｆ）の第１中継点（ｍ１）の近傍の下方に接続され、第２台座部図形（４３５ｆ）の接続端が、弾性変形部図形（４７０ｆ）の第２中継点（ｍ２）の近傍の上方に接続されているようにしたものである。
【００２８】
(12)  本発明の第１２の態様は、上述した第１１の態様に係る力覚センサにおいて、
第１中継点（ｍ１）から第２中継点（ｍ２）に向かって辿った接続経路（Ｒ８）が、ＸＹ平面に交差する長手方向軸（Ｌ６）に沿って下方に向かう下降経路を有し、
内側腕状部図形（４７２ｆ）が、この下降経路に沿った下降腕状部を有するようにしたものである。
【００２９】
(13)  本発明の第１３の態様は、上述した第１２の態様に係る力覚センサにおいて、
長手方向軸（Ｌ６）がＺ軸に平行な軸であるようにしたものである。
【００３０】
(14)  本発明の第１４の態様は、上述した第２の態様に係る力覚センサにおいて、
第１台座部図形の接続端が、弾性変形部図形の第１中継点（ｍ１）の近傍の上方に接続され、第２台座部図形の接続端が、弾性変形部図形の第２中継点（ｍ２）の近傍の上方に接続されているようにしたものである。
【００３１】
(15)  本発明の第１５の態様は、上述した第１の態様に係る力覚センサにおいて、
接続経路（Ｒ９）上の第２中継点（m２）と第２受力点（Ｐ２）との間に、更に、第３中継点（ｍ３）が定義されており、
変形体は、弾性変形部、第１台座部、第２台座部に加えて、更に、第３台座部を有し、
第３台座部は、弾性変形部の第３中継点（ｍ３）の近傍と支持体（２５０）上に定義された第３支持点（Ｑ３）とを連結しており、
弾性変形部図形（４８０ｆ）が、接続経路（Ｒ９）の第１受力点（Ｐ１）から第１中継点（ｍ１）に至る区間に沿って配置された第１外側腕状部図形（４８１ｆ）と、接続経路（Ｒ９）の第１中継点（ｍ１）から第２中継点（ｍ２）に至る区間に沿って配置された第１内側腕状部図形（４８２ｆ）と、接続経路（Ｒ９）の第２中継点（ｍ２）から第３中継点（ｍ３）に至る区間に沿って配置された第２内側腕状部図形（４８３ｆ）と、接続経路（Ｒ９）の第３中継点（ｍ３）から第２受力点（Ｐ２）に至る区間に沿って配置された第２外側腕状部図形（４８４ｆ）と、を有するようにしたものである。
【００３２】
(16)  本発明の第１６の態様は、上述した第１５の態様に係る力覚センサにおいて、
第１台座部図形（４２６ｆ）の接続端が、弾性変形部図形（４８０ｆ）の第１中継点（ｍ１）の近傍の下方に接続され、第２台座部図形（４３６ｆ）の接続端が、弾性変形部図形（４８０ｆ）の第２中継点（ｍ２）の近傍の下方に接続され、第３台座部の断面である第３台座部図形（４９６ｆ）の接続端が、弾性変形部図形（４８０ｆ）の第３中継点（ｍ３）の近傍の上方に接続されているようにしたものである。
【００３３】
(17)  本発明の第１７の態様は、上述した第２の態様に係る力覚センサにおいて、
接続経路（Ｒ７）の第１受力点（Ｐ１）と第１中継点（ｍ１）との間の区間に、Ｕ字状をなす第１Ｕ字状迂回路（Ｕ１）が設けられており、第１外側腕状部図形（４１１ｆ）が第１Ｕ字状迂回路に沿った第１Ｕ字状迂回部を有しており、
接続経路（Ｒ７）の第２中継点（ｍ２）と第２受力点（Ｐ２）との間の区間に、Ｕ字状をなす第２Ｕ字状迂回路（Ｕ２）が設けられており、第２外側腕状部図形（４１３ｆ）が第２Ｕ字状迂回路に沿った第２Ｕ字状迂回部を有しているようにしたものである。
【００３４】
(18)  本発明の第１８の態様は、上述した第１７の態様に係る力覚センサにおいて、
第１Ｕ字状迂回路（Ｕ１）および第２Ｕ字状迂回路（Ｕ２）が、Ｚ軸に平行な一対の縦方向迂回路とこれら一対の縦方向迂回路を結ぶＸ軸に平行な横方向迂回路との組み合わせによって構成されているようにしたものである。
【００３５】
(19)  本発明の第１９の態様は、上述した第２〜第１８の態様に係る力覚センサにおいて、
第１外側腕状部図形（４４１ｆ；４５１ｆ）、内側腕状部図形（４４２ｆ；４５２ｆ）、第２外側腕状部図形（４４３ｆ；４５３ｆ）の全部もしくは一部に、接続経路に直交する方向に関する幅が狭くなったくびれ部（４１〜４３；５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂ）を設けるようにしたものである。
【００３６】
(20)  本発明の第２０の態様は、上述した第２〜第１９の態様に係る力覚センサにおいて、
第１外側腕状部図形（４６１ｆ）、内側腕状部図形（４６２ｆ）、第２外側腕状部図形（４６３ｆ）の全部もしくは一部に、接続経路に直交する方向に突き出した重量調整部図形（６２ｆ）を設けるようにしたものである。
【００３７】
(21)  本発明の第２１の態様は、上述した第２〜第２０の態様に係る力覚センサにおいて、
第１外側腕状部図形（４６１ｆ）の受力体図形（１５０ｆ）に対する接続部および第２外側腕状部図形（４６３ｆ）の受力体図形（１５０ｆ）に対する接続部に、接続経路に直交する方向に突き出したフランジ部図形（６１ｆ，６３ｆ）を設けるようにしたものである。
【００３８】
(22)  本発明の第２２の態様は、上述した第１〜第２１の態様に係る力覚センサにおいて、
第１台座部図形（３２０ｆ）および第２台座部図形（３３０ｆ）の弾性変形部図形（３１０ｆ）に対する接続端が、他の部分に比べて幅が狭い狭窄図形を構成しているようにしたものである。
【００３９】
(23)  本発明の第２３の態様は、上述した第１〜第２２の態様に係る力覚センサにおいて、
受力体（１００）および支持体（２００）が、ＸＹ平面に平行な上面および下面をもつ板状部材によって構成されているようにしたものである。
【００４０】
(24)  本発明の第２４の態様は、上述した第１〜第２３の態様に係る力覚センサにおいて、
弾性変形部（３１０）が、細長い腕状部材を屈曲させた構造体によって構成されているようにしたものである。
【００４１】
(25)  本発明の第２５の態様は、上述した第１〜第２４の態様に係る力覚センサにおいて、
検出素子が、弾性変形部の所定箇所の伸縮状態を電気的に検出することにより、変形体の変形状態の検出を行うようにしたものである。
【００４２】
(26)  本発明の第２６の態様は、上述した第１〜第２４の態様に係る力覚センサにおいて、
検出素子が、弾性変形部の所定箇所と支持体の所定箇所との間の距離を電気的に検出することにより、変形体の変位状態の検出を行うようにしたものである。
【００４３】
(27)  本発明の第２７の態様は、上述した第２６の態様に係る力覚センサにおいて、
検出素子が、弾性変形部の所定箇所に形成された変位電極と、支持体の変位電極に対向する位置に形成された固定電極と、を有する複数の容量素子によって構成され、
検出回路が、複数の容量素子の静電容量値に基づく演算処理を行うことにより、Ｚ軸方向の力ＦｚおよびＹ軸まわりのモーメントＭｙを示す電気信号を出力するようにしたものである。
【００４４】
(28)  本発明の第２８の態様は、上述した第１〜第２３の態様に係る力覚センサにおいて、
変形体（５００）が、所定箇所が受力体（１５０）に接続され弾性変形を生じるＸ軸に関する弾性変形部（５１０）と、このＸ軸に関する弾性変形部の所定箇所を支持体（２５０）に固定するＸ軸に関する第１台座部（５２０）およびＸ軸に関する第２台座部（５３０）と、所定箇所が受力体（１５０）に接続され弾性変形を生じるＹ軸に関する弾性変形部（５４０）と、このＹ軸に関する弾性変形部の所定箇所を支持体（２５０）に固定するＹ軸に関する第１台座部（５５０）およびＹ軸に関する第２台座部（５６０）と、を有し、
ＸＺ平面もしくはＸＺ平面に平行な平面によって基本構造体を切断したときに、受力体の断面に現れる幾何学的な図形をＸ軸に関する受力体図形（１５０ｆｘ）と呼び、支持体の断面に現れる幾何学的な図形をＸ軸に関する支持体図形（２５０ｆｘ）と呼び、変形体の断面に現れる幾何学的な図形をＸ軸に関する変形体図形（５００ｆｘ）と呼んだときに、
Ｘ軸に関する変形体図形は、Ｘ軸に関する弾性変形部（５１０）の断面であるＸ軸に関する弾性変形部図形（５１０ｆ）と、Ｘ軸に関する第１台座部（５２０）の断面であるＸ軸に関する第１台座部図形（５２０ｆ）と、Ｘ軸に関する第２台座部（５３０）の断面であるＸ軸に関する第２台座部図形（５３０ｆ）と、を含んでおり、
ＹＺ平面もしくはＹＺ平面に平行な平面によって基本構造体を切断したときに、受力体の断面に現れる幾何学的な図形をＹ軸に関する受力体図形（１５０ｆｙ）と呼び、支持体の断面に現れる幾何学的な図形をＹ軸に関する支持体図形（２５０ｆｙ）と呼び、変形体の断面に現れる幾何学的な図形をＹ軸に関する変形体図形（５００ｆｙ）と呼んだときに、
Ｙ軸に関する変形体図形は、Ｙ軸に関する弾性変形部（５４０）の断面であるＹ軸に関する弾性変形部図形（５４０ｆ）と、Ｙ軸に関する第１台座部（５５０）の断面であるＹ軸に関する第１台座部図形（５５０ｆ）と、Ｙ軸に関する第２台座部（５６０）の断面であるＹ軸に関する第２台座部図形（５６０ｆ）と、を含んでおり、
Ｘ軸に関する弾性変形部図形（５１０ｆ）は、Ｘ軸に関する受力体図形（１５０ｆｘ）の輪郭上に定義されたＸ軸に関する第１受力点（Ｐ１１）とＸ軸に関する第２受力点（Ｐ１２）とを結ぶ所定のＸ軸に関する接続経路（Ｒ１０）に沿って配置され、Ｘ軸に関する第１受力点（Ｐ１１）とＸ軸に関する第２受力点（Ｐ１２）とを連結する図形であり、
Ｘ軸に関する第１台座部図形（５２０ｆ）は、Ｘ軸に関する接続経路（Ｒ１０）上に定義されたＸ軸に関する第１中継点（ｍ１１）の近傍においてＸ軸に関する弾性変形部図形（５１０ｆ）に接続されており、Ｘ軸に関する第２台座部図形（５３０ｆ）は、Ｘ軸に関する接続経路（Ｒ１０）上に定義されたＸ軸に関する第２中継点（ｍ１２）の近傍においてＸ軸に関する弾性変形部図形（５１０ｆ）に接続されており、
Ｙ軸に関する弾性変形部図形（５４０ｆ）は、Ｙ軸に関する受力体図形（１５０ｆｙ）の輪郭上に定義されたＹ軸に関する第１受力点（Ｐ２１）とＹ軸に関する第２受力点（Ｐ２２）とを結ぶ所定のＹ軸に関する接続経路（Ｒ１１）に沿って配置され、Ｙ軸に関する第１受力点（Ｐ２１）とＹ軸に関する第２受力点（Ｐ２２）とを連結する図形であり、
Ｙ軸に関する第１台座部図形（５５０ｆ）は、Ｙ軸に関する接続経路（Ｒ１１）上に定義されたＹ軸に関する第１中継点（ｍ２１）の近傍においてＹ軸に関する弾性変形部図形（５４０ｆ）に接続されており、Ｙ軸に関する第２台座部図形（５６０ｆ）は、Ｙ軸に関する接続経路（Ｒ１１）上に定義されたＹ軸に関する第２中継点（ｍ２２）の近傍においてＹ軸に関する弾性変形部図形（５４０ｆ）に接続されており、
Ｘ軸に関する弾性変形部（５１０）は、Ｘ軸に関する第１受力点（Ｐ１１）とＸ軸に関する第２受力点（Ｐ１２）とを連結しており、Ｘ軸に関する第１台座部（５２０）は、Ｘ軸に関する弾性変形部（５１０）のＸ軸に関する第１中継点（ｍ１１）の近傍と支持体（２５０）上に定義されたＸ軸に関する第１支持点（Ｑ１１）とを連結しており、Ｘ軸に関する第２台座部（５３０）は、Ｘ軸に関する弾性変形部（５１０）のＸ軸に関する第２中継点（ｍ１２）の近傍と支持体（２５０）上に定義されたＸ軸に関する第２支持点（Ｑ１２）とを連結しており、
Ｙ軸に関する弾性変形部（５４０）は、Ｙ軸に関する第１受力点（Ｐ２１）とＹ軸に関する第２受力点（Ｐ２２）とを連結しており、Ｙ軸に関する第１台座部（５５０）は、Ｙ軸に関する弾性変形部（５４０）のＹ軸に関する第１中継点（ｍ２１）の近傍と支持体（２５０）上に定義されたＹ軸に関する第１支持点（Ｑ２１）とを連結しており、Ｙ軸に関する第２台座部（５６０）は、Ｙ軸に関する弾性変形部（５４０）のＹ軸に関する第２中継点（ｍ２２）の近傍と支持体（２５０）上に定義されたＹ軸に関する第２支持点（Ｑ２２）とを連結しており、
Ｘ軸に関する第１受力点（Ｐ１１）は、負のＸ座標値をもつ位置に配置され、Ｘ軸に関する第２受力点（Ｐ１２）は、正のＸ座標値をもつ位置に配置され、Ｙ軸に関する第１受力点（Ｐ２１）は、負のＹ座標値をもつ位置に配置され、Ｙ軸に関する第２受力点（Ｐ２２）は、正のＹ座標値をもつ位置に配置されており、
支持体（２５０）を固定した状態で受力体（１５０）に力Ｆｚが作用したとき、および、支持体（２５０）を固定した状態で受力体（１５０）にモーメントＭｙが作用したとき、Ｘ軸に関する弾性変形部（５１０）のＸ軸に関する第１中継点（ｍ１１）の近傍が、Ｘ軸に関する第１台座部（５２０）との接続点を支点としてＸ軸に関する第１台座部（５２０）に対してＸ軸方向に揺動し、Ｘ軸に関する弾性変形部（５１０）のＸ軸に関する第２中継点（ｍ１２）の近傍が、Ｘ軸に関する第２台座部（５３０）との接続点を支点としてＸ軸に関する第２台座部（５３０）に対してＸ軸方向に揺動し、
支持体（２５０）を固定した状態で受力体（１５０）に力Ｆｚが作用したとき、および、支持体（２５０）を固定した状態で受力体（１５０）にモーメントＭｘが作用したとき、Ｙ軸に関する弾性変形部（５４０）のＹ軸に関する第１中継点（ｍ２１）の近傍が、Ｙ軸に関する第１台座部（５５０）との接続点を支点としてＹ軸に関する第１台座部（５５０）に対してＹ軸方向に揺動し、Ｙ軸に関する弾性変形部（５４０）のＹ軸に関する第２中継点（ｍ２２）の近傍が、Ｙ軸に関する第２台座部（５６０）との接続点を支点としてＹ軸に関する第２台座部（５６０）に対してＹ軸方向に揺動し、
検出回路（９００）が、検出素子の検出結果に基づいて、受力体および支持体の一方に負荷がかかった状態において他方に作用したＺ軸方向の力ＦｚおよびＹ軸まわりのモーメントＭｙを示す電気信号に加えて、更に、Ｘ軸まわりのモーメントＭｘを示す電気信号を出力するようにしたものである。
【００４５】
(29)  本発明の第２９の態様は、上述した第２８の態様に係る力覚センサにおいて、
Ｘ軸に関する弾性変形部（５１０）が、ＸＺ平面上に配置された細長い腕状部材を屈曲させた構造体によって構成されており、Ｙ軸に関する弾性変形部（５４０）が、ＹＺ平面上に配置された細長い腕状部材を屈曲させた構造体によって構成されており、Ｘ軸に関する弾性変形部（５１０）とＹ軸に関する弾性変形部（５４０）とが、Ｚ軸と交差する位置において融合しているようにしたものである。
【００４６】
(30)  本発明の第３０の態様は、上述した第２８の態様に係る力覚センサにおいて、
Ｘ軸に関する変形体図形（５００ｆｘ）は、変形体（５００）をＸＺ平面によって切断したときに得られる断面図形であり、Ｙ軸に関する変形体図形（５００ｆｙ）は、変形体（５００）をＹＺ平面によって切断したときに得られる断面図形であり、
Ｘ軸に関する弾性変形部図形（５１０ｆ）およびＹ軸に関する弾性変形部図形（５４０ｆ）は、いずれもＺ軸について対称形状をなし、Ｘ軸に関する弾性変形部図形（５１０ｆ）とＹ軸に関する弾性変形部図形（５４０ｆ）とは幾何学的な合同図形であり、Ｘ軸に関する弾性変形部（５１０）およびＹ軸に関する弾性変形部（５４０）が、合同図形をＺ軸を中心軸として回転することにより得られる回転体からなる統合弾性変形部（５７０）の一部によって構成されているようにしたものである。
【００４７】
(31)  本発明の第３１の態様は、上述した第３０の態様に係る力覚センサにおいて、
Ｘ軸に関する第１台座部図形（５２０ｆ）およびＸ軸に関する第２台座部図形（５３０ｆ）によって構成されるＸ軸に関する台座部図形群と、Ｙ軸に関する第１台座部図形（５５０ｆ）およびＹ軸に関する第２台座部図形（５６０ｆ）によって構成されるＹ軸に関する台座部図形群とは、いずれもＺ軸について対称形状をなし、Ｘ軸に関する台座部図形群とＹ軸に関する台座部図形群とは幾何学的な合同図形であり、Ｘ軸に関する第１台座部（５２０）、Ｘ軸に関する第２台座部（５３０）、Ｙ軸に関する第１台座部（５５０）、Ｙ軸に関する第２台座部（５６０）が、上記合同図形をＺ軸を中心軸として回転することにより得られる回転体からなる統合台座部（５８０）の一部によって構成されているようにしたものである。
【００４８】
(32)  本発明の第３２の態様は、上述した第２８〜第３１の態様に係る力覚センサにおいて、
Ｘ軸に関する接続経路（Ｒ１０）のＸ軸に関する第１受力点（Ｐ１１）とＸ軸に関する第１中継点（ｍ１１）との間の区間に、Ｕ字状をなすＸ軸に関する第１Ｕ字状迂回路（Ｕ１１）が設けられており、Ｘ軸に関する接続経路（Ｒ１０）のＸ軸に関する第２中継点（ｍ１２）とＸ軸に関する第２受力点（Ｐ１２）との間の区間に、Ｕ字状をなすＸ軸に関する第２Ｕ字状迂回路（Ｕ１２）が設けられており、
Ｙ軸に関する接続経路（Ｒ１１）のＹ軸に関する第１受力点（Ｐ２１）とＹ軸に関する第１中継点（ｍ２１）との間の区間に、Ｕ字状をなすＹ軸に関する第１Ｕ字状迂回路（Ｕ２１）が設けられており、Ｙ軸に関する接続経路（Ｒ１１）のＹ軸に関する第２中継点（ｍ２２）とＹ軸に関する第２受力点（Ｐ２２）との間の区間に、Ｕ字状をなすＹ軸に関する第２Ｕ字状迂回路（Ｕ２２）が設けられており、
検出素子が、
Ｘ軸に関する弾性変形部（５１０）のうちのＸ軸に関する第１Ｕ字状迂回路（Ｕ１１）に沿って配置された部分の底面に固定された第１変位電極（Ｅ１１）と、支持体（２５０）の上面の第１変位電極に対向する部分に固定された第１固定電極（Ｅ２１）と、によって構成される第１容量素子（Ｃ１）と、
Ｘ軸に関する弾性変形部（５１０）のうちのＸ軸に関する第２Ｕ字状迂回路（Ｕ１２）に沿って配置された部分の底面に固定された第２変位電極（Ｅ１２）と、支持体（２５０）の上面の第２変位電極に対向する部分に固定された第２固定電極（Ｅ２２）と、によって構成される第２容量素子（Ｃ２）と、
Ｙ軸に関する弾性変形部（５４０）のうちのＹ軸に関する第１Ｕ字状迂回路（Ｕ２１）に沿って配置された部分の底面に固定された第３変位電極（Ｅ１３）と、支持体（２５０）の上面の第３変位電極に対向する部分に固定された第３固定電極（Ｅ２３）と、によって構成される第３容量素子（Ｃ３）と、
Ｙ軸に関する弾性変形部（５４０）のうちのＹ軸に関する第２Ｕ字状迂回路（Ｕ２２）に沿って配置された部分の底面に固定された第４変位電極（Ｅ１４）と、支持体（２５０）の上面の第４変位電極に対向する部分に固定された第４固定電極（Ｅ２４）と、によって構成される第４容量素子（Ｃ４）と、
を有し、
検出回路（９００）が、第１容量素子（Ｃ１）の静電容量値と第２容量素子（Ｃ２）の静電容量値との差をＹ軸まわりのモーメントＭｙを示す電気信号として出力し、第３容量素子（Ｃ３）の静電容量値と第４容量素子（Ｃ４）の静電容量値との差をＸ軸まわりのモーメントＭｘを示す電気信号として出力し、第１容量素子（Ｃ１）の静電容量値、第２容量素子（Ｃ２）の静電容量値、第３容量素子（Ｃ３）の静電容量値、第４容量素子（Ｃ４）の静電容量値の総和をＺ軸方向の力Ｆｚを示す電気信号として出力するようにしたものである。
【００４９】
(33)  本発明の第３３の態様は、上述した第１〜第２２の態様に係る力覚センサにおける変形体と同一構造体により、力覚センサ用の補助構造体を構成したものである。
【００５０】
(34)  本発明の第３４の態様は、上述した第３３の態様に係る補助構造体を組み込むことにより構成された力覚センサ（５０００）において、
ＸＹＺ三次元直交座標系における各座標軸方向の力および各座標軸まわりのモーメントのうち、少なくともＺ軸方向の力ＦｚおよびＹ軸まわりのモーメントＭｙを検出する機能を有するようにし、
Ｚ軸が垂直軸となるように座標系を定義したときに、Ｚ軸上に配置された受力体（５１００）と、受力体の下方に配置された支持体（５２００）と、受力体と支持体とを接続し、力もしくはモーメントの作用により、少なくとも一部分が弾性変形を生じる検出用変形体（５３００）と、受力体と支持体との間に接続された補助構造体（５４０１〜５４０４）と、検出用変形体の変形もしくは変位、または、受力体もしくは支持体の変位を検出する検出素子と、検出素子の検出結果に基づいて、受力体および支持体の一方に負荷がかかった状態において他方に作用したＺ軸方向の力ＦｚおよびＹ軸まわりのモーメントＭｙを示す電気信号を出力する検出回路と、を設けるようにしたものである。
【００５１】
(35)  本発明の第３５の態様は、受力体（５１００）と、支持体（５２００）と、受力体と支持体とを接続する検出用変形体（５３００）と、を有し、力もしくはモーメントの作用により生じる検出用変形体の弾性変形を検出することにより、作用した力もしくはモーメントの検出を行う力覚センサに、部品の一部として組み込んで用いられる補助構造体（５４００）において、
弾性変形部（５４１０）と、第１台座部（５４２０）と、第２台座部（５４３０）と、を有し、
弾性変形部（５４１０）は、少なくとも一部分が弾性変形を生じる構造体であり、その一端には受力体（５１００）の第１箇所に固定するための第１受力点（Ｐ１）が設けられ、その他端には受力体（５１００）の第２箇所に固定するための第２受力点（Ｐ２）が設けられており、第１受力点と第２受力点とを接続する所定の接続経路（Ｒ１２）に沿った腕状構造体をなし、
第１台座部（５４２０）は、その一端が接続経路（Ｒ１２）上に定義された第１中継点（ｍ１）の近傍において弾性変形部（５４１０）に接続されており、その他端には、支持体（５２００）の第１箇所に固定するための第１支持点（Ｑ１）が設けられており、
第２台座部（５４３０）は、その一端が接続経路（Ｒ１２）上に定義された第２中継点（ｍ２）の近傍において弾性変形部（５４１０）に接続されており、その他端には、支持体（５２００）の第２箇所に固定するための第２支持点（Ｑ２）が設けられており、
第１台座部（５４２０）の第１支持点（Ｑ１）および第２台座部（５４３０）の第２支持点（Ｑ２）を固定した状態で、弾性変形部（５４１０）の第１受力点（Ｐ１）および第２受力点（Ｐ２）に力が作用したときに、弾性変形部（５４１０）の第１中継点（ｍ１）の近傍が、第１台座部（５４２０）との接続点を支点として第１台座部（５４２０）に対して揺動し、弾性変形部（５４１０）の第２中継点（ｍ２）の近傍が、第２台座部（５４３０）との接続点を支点として第２台座部（５４３０）に対して揺動するようにしたものである。
【００５２】
(36)  本発明の第３６の態様は、上述した第３５の態様に係る力覚センサ用の補助構造体において、
接続経路（Ｒ１２）が、ＶＷ二次元直交座標系のＶＷ平面上に設けられており、弾性変形部（５４１０）が、ＶＷ平面に沿って伸びる腕状構造体をなし、
重心位置にＶＷ二次元直交座標系の原点（Ｇ）を定義したときに、第１受力点（Ｐ１）はＶＷ二次元直交座標系の第２象限に位置し、第２受力点（Ｐ２）はＶＷ二次元直交座標系の第１象限に位置し、第１支持点（Ｑ１）はＶＷ二次元直交座標系の第３象限に位置し、第２支持点（Ｑ２）はＶＷ二次元直交座標系の第４象限に位置するようにしたものである。
【００５３】
(37)  本発明の第３７の態様は、上述した第３６の態様に係る力覚センサ用の補助構造体を、
ＶＷ平面に平行な平面からなる上面と、ＶＷ平面に平行な平面からなる下面と、を有する板状部材によって構成したものである。
【００５４】
(38)  本発明の第３８の態様は、上述した第３６または第３７の態様に係る力覚センサ用の補助構造体において、
第１中継点（ｍ１）から第２中継点（ｍ２）に向かうように接続経路（Ｒ１２）を辿ったときに、接続経路（Ｒ１２）が、Ｗ軸負方向に進む第１進行路（ｒ１）とＷ軸正方向に進む第２進行路（ｒ２）とを有するようにしたものである。
【００５５】
(39)  本発明の第３９の態様は、上述した第３８の態様に係る力覚センサ用の補助構造体において、
第１進行路（ｒ１）もしくは第２進行路（ｒ２）が、ＶＷ二次元直交座標系の原点（Ｇ）を通る経路であるようにしたものである。
【００５６】
(40)  本発明の第４０の態様は、上述した第３６〜第３９の態様に係る力覚センサ用の補助構造体において、
接続経路（Ｒ１２）が、Ｗ軸に平行な縦方向経路とＶ軸に平行な横方向経路とを有し、
第１受力点（Ｐ１）および第２受力点（Ｐ２）からは縦方向経路が伸び、第１中継点（ｍ１）および第２中継点（ｍ２）が横方向経路上に定義されているようにしたものである。
【００５７】
(41)  本発明の第４１の態様は、上述した第３６〜第４０の態様に係る力覚センサ用の補助構造体において、
接続経路（Ｒ１２）の第１受力点（Ｐ１）と第１中継点（ｍ１）との間の区間に、Ｕ字状をなす第１Ｕ字状迂回路（Ｕ１）が設けられており、接続経路（Ｒ１２）の第２中継点（ｍ２）と第２受力点（Ｐ２）との間の区間に、Ｕ字状をなす第２Ｕ字状迂回路（Ｕ２）が設けられているようにしたものである。
【００５８】
(42)  本発明の第４２の態様は、上述した第４１の態様に係る力覚センサ用の補助構造体において、
第１Ｕ字状迂回路（Ｕ１）および第２Ｕ字状迂回路（Ｕ２）が、Ｗ軸に平行な一対の縦方向迂回路とこれら一対の縦方向迂回路を結ぶＶ軸に平行な横方向迂回路との組み合わせによって構成されているようにしたものである。
【００５９】
(43)  本発明の第４３の態様は、上述した第３６〜第４２の態様に係る力覚センサ用の補助構造体において、
弾性変形部（５４１０；５５１０）を構成する腕状構造体の一部に、接続経路（Ｒ１２）に直交する方向に関する幅が狭くなったくびれ部（５４；５５）を設けるようにしたものである。
【００６０】
(44)  本発明の第４４の態様は、上述した第３６〜第４３の態様に係る力覚センサ用の補助構造体において、
弾性変形部（５４１０；５５１０）を構成する腕状構造体の特定箇所に、接続経路（Ｒ１２）に直交する方向に突き出した重量調整部（６２）を設けるようにしたものである。
【００６１】
(45)  本発明の第４５の態様は、上述した第３６〜第４４の態様に係る力覚センサ用の補助構造体において、
第１台座部（５４２０；５５２０）および第２台座部（５４３０；５５３０）の弾性変形部（５４１０；５５１０）に対する接続端が、他の部分に比べて幅が狭い狭窄先端部（５４２１，５４３１；５５２１，５５３１）を構成しているようにしたものである。
【００６２】
(46)  本発明の第４６の態様は、上述した第３６〜第４５の態様に係る力覚センサ用の補助構造体が、部品の一部として組み込まれた力覚センサ（５０００）において、
受力体（５１００）と、支持体（５２００）と、受力体と支持体とを接続する検出用変形体（５３００）と、検出用変形体の弾性変形を検出する検出素子（Ｄ）と、検出素子の検出結果に基づいて、作用した力もしくはモーメントの検出信号を出力する検出回路（５９００）と、上記補助構造体（５４００；５５００）と、を設け、
補助構造体の第１受力点（Ｐ１）および第２受力点（Ｐ２）が、受力体（５１００）の下面に接合され、補助構造体の第１支持点（Ｑ１）および第２支持点（Ｑ２）が、支持体（５２００）の上面に接合されているようにしたものである。
【００６３】
(47)  本発明の第４７の態様は、上述した第４６の態様に係る力覚センサにおいて、
受力体（５１００）および支持体（５２００）が、ＸＹ平面に平行な上面および下面をもつ板状部材によって構成されており、Ｚ軸が受力体（５１００）および支持体（５２００）を挿通しており、
受力体（５１００）と支持体（５２００）とを接続する検出用変形体（５３００）の周囲を取り囲むように、４組の補助構造体が組み込まれており、
第１の補助構造体（５４０１）は、そのＶＷ平面が正のＸ軸と交差する位置に、Ｖ軸がＹ軸に平行になり、Ｗ軸がＺ軸に平行になる向きに配置されており、
第２の補助構造体（５４０２）は、そのＶＷ平面が正のＹ軸と交差する位置に、Ｖ軸がＸ軸に平行になり、Ｗ軸がＺ軸に平行になる向きに配置されており、
第３の補助構造体（５４０３）は、そのＶＷ平面が負のＸ軸と交差する位置に、Ｖ軸がＹ軸に平行になり、Ｗ軸がＺ軸に平行になる向きに配置されており、
第４の補助構造体（５４０４）は、そのＶＷ平面が負のＹ軸と交差する位置に、Ｖ軸がＸ軸に平行になり、Ｗ軸がＺ軸に平行になる向きに配置されており、
各補助構造体の第１受力点（Ｐ１）および第２受力点（Ｐ２）が、受力体（５１００）の下面に接合され、各補助構造体の第１支持点（Ｑ１）および第２支持点（Ｑ２）が、支持体（５２００）の上面に接合されているようにしたものである。
【発明の効果】
【００６４】
本発明に係る力覚センサでは、両端が受力体に接続された弾性変形部の２箇所の中継点を台座部によって支持体に固定する構造が採用されているため、受力体に作用した外力の種類に応じて、弾性変形部の変形を妨げる抗力を選択的に作用させることができる。したがって、設計時に、モーメントの検出感度と力の検出感度とのバランス調整が容易な力覚センサを提供することが可能になる。
【００６５】
また、本発明に係る力覚センサ用の補助構造体は、両端を受力体に接続するための弾性変形部と、その２箇所の中継点を支持体に固定するための台座部と、を有する構造が採用されているため、当該補助構造体を組み込んだ力覚センサでは、受力体に作用した外力の種類に応じて、弾性変形部の変形を妨げる抗力を選択的に作用させることができる。したがって、設計時に、モーメントの検出感度と力の検出感度とのバランス調整が容易な力覚センサを提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】一対の柱状部材を用いた従来の力覚センサによる力およびモーメントの検出原理を示す正面図である。
【図２】柱状部材の上下をダイアフラムによって支持する構造を採用した従来の力覚センサの構造を示す正断面図である。
【図３】一対の柱状部材を傾斜した状態で配置した従来の力覚センサの構造を示す正面図である。
【図４】本発明の基本的な実施形態に係る力覚センサ用の基本構造体の正面図である。
【図５】図４に示す基本構造体をＸＺ平面で切断した断面を示す正断面図である。
【図６】図５の一部を拡大した部分拡大正断面図である。
【図７】図６に示す部分の揺動変位を説明する近似断面図である。
【図８】図４に示す基本構造体における受力体１００に、下方への力−Ｆｚが作用したときの各部の変形状態を示す正面図である。
【図９】図４に示す基本構造体における受力体１００に、時計まわりのモーメント＋Ｍｙが作用したときの各部の変形状態を示す正面図である。
【図１０】図４に示す基本構造体における内側腕状部３１２の構造を説明する正断面図（ＸＺ平面で切断した断面を示す）である。
【図１１】図１０に示す基本構造体の第１の変形例を説明する正断面図（ＸＺ平面で切断した断面を示す）である。
【図１２】図１０に示す基本構造体の第２の変形例を説明する正断面図（ＸＺ平面で切断した断面を示す）である。
【図１３】図１０に示す基本構造体の第３の変形例を説明する正断面図（ＸＺ平面で切断した断面を示す）である。
【図１４】図１０に示す基本構造体の第４の変形例を説明する正断面図（ＸＺ平面で切断した断面を示す）である。
【図１５】図１０に示す基本構造体の第５の変形例を説明する正断面図（ＸＺ平面で切断した断面を示す）である。
【図１６】図１０に示す基本構造体の第６の変形例を説明する正断面図（ＸＺ平面で切断した断面を示す）である。
【図１７】図１０に示す基本構造体の第７の変形例を説明する正断面図（ＸＺ平面で切断した断面を示す）である。
【図１８】図１０に示す基本構造体の第８の変形例を説明する正断面図（ＸＺ平面で切断した断面を示す）である。
【図１９】図１０に示す基本構造体の第９の変形例を説明する正断面図（ＸＺ平面で切断した断面を示す）である。
【図２０】本発明の基本的な実施形態に係る力覚センサの構成を示す断面図およびブロック図である（基本構造体の部分はＸＺ平面で切った正断面図）。
【図２１】本発明の基本的な実施形態に係る力覚センサの構成を示す断面図およびブロック図である（基本構造体の部分はＹＺ平面で切った側断面図）。
【図２２】本発明の基本的な実施形態に係る力覚センサの第１の三次元構造例を示す上面図およびブロック図である（上面図は、受力体１５０を取り外した状態を示す）。
【図２３】本発明の基本的な実施形態に係る力覚センサの第２の三次元構造例を示す上面図およびブロック図である（上面図は、受力体１５０を取り外した状態を示す）。
【図２４】従来の一般的な力覚センサの構成を示す模式図である（図(a) は、支持体の上面図、図(b) は正面図、図(c) は側面図）。
【図２５】本発明に係る補助構造体を組み込んだ力覚センサの構成を示す上面図およびブロック図である。
【図２６】本発明に係る補助構造体のより実用的な実施例の正面図である。
【図２７】図２６に示す補助構造体の変形例の正面図である。
【図２８】図２５に示す力覚センサにおける４組の補助構造体の具体的な配置を示す図である（図(a) は上面図、図(b) は右側面図、図(c) は背面図、図(d) は左側面図、図(e) は正面図）。
【図２９】図２５に示す力覚センサについて、受力体にＺ軸負方向の力−Ｆｚが作用したときの４組の補助構造体の変形態様を示す図である（図(a) は上面図、図(b) は右側面図、図(c) は背面図、図(d) は左側面図、図(e) は正面図）。
【図３０】図２５に示す力覚センサについて、受力体にＺ軸正方向の力＋Ｆｚが作用したときの４組の補助構造体の変形態様を示す図である（図(a) は上面図、図(b) は右側面図、図(c) は背面図、図(d) は左側面図、図(e) は正面図）。
【図３１】図２５に示す力覚センサについて、受力体にＹ軸正まわりのモーメント＋Ｍｙが作用したときの４組の補助構造体の変形態様を示す図である（図(a) は上面図、図(b) は右側面図、図(c) は背面図、図(d) は左側面図、図(e) は正面図）。
【図３２】図２５に示す力覚センサについて、受力体にＸ軸正方向の力＋Ｆｘが作用したときの４組の補助構造体の変形態様を示す図である（図(a) は上面図、図(b) は右側面図、図(c) は背面図、図(d) は左側面図、図(e) は正面図）。
【図３３】図２５に示す力覚センサについて、受力体にＺ軸正まわりのモーメント＋Ｍｚが作用したときの４組の補助構造体の変形態様を示す図である（図(a) は上面図、図(b) は右側面図、図(c) は背面図、図(d) は左側面図、図(e) は正面図）。
【図３４】図２６に示す補助構造体の各部の構成を示す正面図である（ハッチングは、各部の領域を示すためのものであり、断面を示すものではない）。
【図３５】図３４に示す補助構造体に各軸方向の力および各軸まわりのモーメントが作用したときに、各部に生じる変形態様を示す表である。
【図３６】図２４に示す従来の力覚センサと図２５に示す本発明に係る力覚センサとについて、各軸方向の力および各軸まわりのモーメントが作用したときに得られる検出値を比較する表である。
【発明を実施するための形態】
【００６７】
以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。なお、ここでは、複数の実施形態を個々の章に分けて記載したため、はじめに、各章に関する目次を掲載しておく。
【００６８】
＜＜＜  目  次  ＞＞＞
§１．  従来の力覚センサの基本構造およびその問題点（図１〜図３）
§２．  本発明に係る基本構造体の構造（図４〜図７）
§３．  本発明に係る基本構造体の本質的な機能（図８，図９）
§４．  本発明に係る基本構造体の変形例
４−０．基本構造体１０００の特徴（図１０）
４−１．第１の変形例（図１１）
４−２．第２の変形例（図１２）
４−３．第３の変形例（図１３）
４−４．第４の変形例（図１４）
４−５．第５の変形例（図１５）
４−６．第６の変形例（図１６）
４−７．第７の変形例（図１７）
４−８．第８の変形例（図１８）
４−９．第９の変形例（図１９）
４−１０．各変形例の組み合わせ
４−１１．基本構造体の三次元構造
４−１２．モーメントＭｘの検出感度調整
§５．  本発明に係る力覚センサの基本的実施形態
５−１．本発明に係る力覚センサの基本的な構成要素 
５−２．力覚センサ３０００の断面構造（図２０，図２１）
５−３．力覚センサ３０００の検出動作 
５−４．力覚センサ３０００の第１の三次元構造例（図２２）
５−５．力覚センサ３０００の第２の三次元構造例（図２３）
５−６．力覚センサ３０００の他の実施例
§６．  本発明に係る補助構造体とこれを組み込んだ力覚センサ
６−１．補助構造体の概念（図２４）
６−２．補助構造体を組み込んだ力覚センサ（図２５）
６−３．実用的な補助構造体の実施形態（図２６，図２７）
６−４．補助構造体の具体的な変形形態（図２８〜図３６）
【００６９】
＜＜＜  §１．  従来の力覚センサの基本構造およびその問題点  ＞＞＞
はじめに、説明の便宜上、前掲の特許文献１〜３に開示されている従来の多軸力覚センサの基本構造とその問題点を述べておく。図１は、特許文献１に開示されている力覚センサによる力およびモーメントの検出原理を示す正面図である。
【００７０】
図１(a) に示すとおり、この力覚センサの機械的な構造部分を構成する基本構造体は、受力体１０、支持体２０、変形体３１，３２によって構成されている。ここでは、便宜上、図示のように、この基本構造体の中心位置に原点Ｏ、図の右方向にＸ軸、図の上方向にＺ軸、図の紙面垂直奥方向にＹ軸をとり、ＸＹＺ三次元直交座標系を定義する。図示の例の場合、受力体１０および支持体２０は、いずれもＸＹ平面に平行な上下両面を有する板状部材によって構成されており、変形体３１，３２は一対の柱状部材によって構成されている。
【００７１】
変形体３１，３２は、受力体１０と支持体２０とを接続する柱状部材であるが、弾性変形を生じる材料（たとえば、金属）から構成されている。したがって、支持体２０を固定した状態（負荷がかかった状態）において、受力体１０に外力が作用すると、変形体３１，３２は、作用した外力に応じた弾性変形を生じ、この基本構造体は全体として変形することになる。
【００７２】
図１(b) は、受力体１０にＺ軸負方向への力−Ｆｚ（図の下方への力）が作用したときの基本構造体の変形状態を示す正面図である。変形体３１，３２が図の縦方向に縮む変形を生じ、受力体１０は下方へ変位する。一方、図１(c) は、受力体１０にＹ軸まわりのモーメント（図における時計まわりの回転力）が作用したときの基本構造体の変形状態を示す正面図である。変形体３１は図の縦方向に伸び、変形体３２は図の縦方向に縮む変形を生じ、受力体１０は右下がりの状態に傾斜する。図１(b) ，図１(c) では、変形状態がかなり誇張して描かれているが、実際には、これほど大きな変形が生じなくても検出が可能である。
【００７３】
なお、本願では、特定の座標軸の正方向に右ネジを進める回転方向を、当該特定の座標軸まわりの正の回転方向と定義しているため、図１(c) に白い矢印で示すモーメントは、Ｙ軸まわりの正のモーメント＋Ｍｙということになる。ここで、ＸＹＺ三次元直交座標系の原点Ｏは、受力体１０に作用するモーメントの回転中心の位置に定義されるべき点であり、その正確な位置は、実際には、この基本構造体が組み込まれた系全体の構造によって定まることになる。たとえば、モーメント＋Ｍｙが、受力体１０内の所定点を回転中心として作用する系の場合、厳密に言えば、当該所定点を原点Ｏとする取り扱いを行う必要がある。ただ、実用上は、原点Ｏの位置が多少ずれていても、モーメントの検出精度にそれほど大きな誤差は生じない。したがって、本願では、便宜上、基本構造部の中心位置に原点Ｏをとった例を示すことにする。
【００７４】
図１には、力−Ｆｚおよびモーメント＋Ｍｙが作用した状態が例示されているが、力＋Ｆｚが作用すると受力体１０は上方に変位し、モーメント−Ｍｙが作用すると、受力体１０は左下がりの状態に傾斜する。また、図示されていないが、Ｘ軸方向の力Ｆｘ、Ｙ軸方向の力Ｆｙ、Ｘ軸まわりのモーメントＭｘ、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚが作用した場合にも、この基本構造部はそれぞれ固有の状態に変形する。また、個々の場合の変形量は作用した力の大きさに応じたものになる。そこで、この固有の変形状態および変形量を検出するための検出素子を設けておけば、ＸＹＺ三次元直交座標系における各座標軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚおよび各座標軸まわりのモーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚを検出することが可能になる。実際には、検出素子の検出結果に基づいて、各軸成分を示す電気信号を演算して出力する検出回路が付加される。
【００７５】
検出素子としては、変形体３１，３２の変形もしくは変位（たとえば、支持体２０に対する変位）、受力体１０の支持体２０に対する変位、支持体２０の受力体１０に対する変位を検出する任意の素子を利用することができる。
【００７６】
たとえば、変形を検出する素子としては、変形体３１，３２の特定の箇所に張り付けられたストレインゲージを利用することができる。柱状部材からなる変形体３１，３２が図示のように変形すると、各部に機械的な歪みが生じるので、この歪みをストレインゲージの電気抵抗の変化として電気的に検出することができる。一方、変位を検出する素子としては、変位を生じる側に固定された変位電極と変位を生じない側に固定された固定電極とによって構成される容量素子を利用することができる。たとば、変形体３１，３２の特定の箇所に固定された変位電極と支持体２０に固定された固定電極とを対向させて容量素子を構成しておけば、当該容量素子の静電容量値の変化として、変位電極の変位を電気的に検出することができる。
【００７７】
前掲の特許文献２には、４本の柱状部材を含む変形体を構成し、検出素子として容量素子を用いることにより、ＸＹＺ三次元直交座標系における６軸成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚを独立して検出可能な力覚センサが開示されている。また、当該文献には、変形体の変形を容易にするため、図２の正断面図に示すように、柱状部材の上下をダイアフラムによって支持する構造を採用した例も開示されている。この例の場合、柱状部材３３は、上端がダイアフラム１１を介して受力体１３に接続され、下端がダイアフラム２１を介して支持体２３に接続されている。一方、柱状部材３４は、上端がダイアフラム１２を介して受力体１３に接続され、下端がダイアフラム２２を介して支持体２３に接続されている。
【００７８】
この図２に示す例の場合、柱状部材３３，３４とダイアフラム１１，１２，２１，２２とによって変形体が構成されており、この変形体の変形は、主として、ダイアフラム１１，１２，２１，２２の変形によってもたらされることになる。したがって、ダイアフラム１１，１２，２１，２２の厚み設定により検出感度の調整が可能である。また、ダイアフラム１１，１２，２１，２２に形成された変位電極と支持体２３に固定された固定電極とによって容量素子を形成すれば、この容量素子の静電容量値の変化としてダイアフラムの変位を検出することができる。
【００７９】
また、前掲の特許文献３には、図３の正面図に示すように、変形体を構成する一対の柱状部材３５，３６を、受力体１５と支持体２５との間に逆Ｖ字型をなすように傾斜配置した力覚センサが開示されている。このように柱状部材３５，３６を傾斜配置した基本構造体を利用すると、検出素子の構成をより単純化することが可能になる。
【００８０】
以上、従来の一般的な力覚センサに用いられる基本構造体を図１〜図３に例示した。これらの基本構造体は、いずれも受力体と支持体との間に変形体を設けた構造を有し、この変形体に生じる弾性変形の態様を検出素子によって検出することにより、作用した力やモーメントの検出が行われる。特に、前掲の特許文献１〜３に開示されている力覚センサの場合、ＸＹＺ三次元直交座標系における６軸成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚを独立して検出することが可能である。
【００８１】
しかしながら、この６軸成分の検出感度は必ずしも均一ではなく、検出素子の検出値をそのまま利用すると、各軸成分の検出レンジに差が生じてしまう。このため、実用上は、感度の低い軸成分に対しては、アナログ的な増幅処理やデジタル的な増幅処理を施すことにより感度補正を行う必要があるが、このような増幅処理を行うと、ノイズ等の誤差成分も増幅されてしまうため、検出精度が低下するという問題が生じることは既に述べたとおりである。
【００８２】
このような検出感度の差は、特に、力とモーメントとの間において顕著になりやすい。これは前述したように、モーメントの大きさは、加えられた外力の大きさに、作用点から回転中心（原点Ｏ）までの距離を乗じた値になるという事情があるためである。
【００８３】
たとえば、図１(c) には、受力体１０に対してモーメント＋Ｍｙが直接作用した状態が示されているが、この力覚センサが、ジョイスティックのような入力装置に組み込まれて用いられる場合、図示の受力体１０には、上方に突き出すような操作棹が取り付けられ、ユーザは、この操作棹を操作することになる。したがって、この操作棹が長くなればなるほど、作用するモーメント（原点Ｏまわりの回転力）の値は大きくなり、操作棹を倒す操作（モーメントＭｙを発生させる操作）の検出感度は高くなる。これに対して、操作棹を図の下方に押し込む操作（力−Ｆｚを発生させる操作）の検出感度は、操作棹の長さにかかわらず一定である。
【００８４】
本願発明者が、特許文献１〜３に開示されている力覚センサを組み込んだジョイスティック型の入力装置を試作したところ、原点Ｏと作用点（操作棹の先端部）との距離を１００ｍｍ（０．１ｍ）程度に設定すると、操作棹を倒す操作（モーメントＭｙを発生させる操作）の検出感度が、操作棹を押し込む操作（力−Ｆｚを発生させる操作）の検出感度に比べて数倍ほど高い値となった。したがって、当該入力装置を実用化する際には、力−Ｆｚの検出値を増幅して用いる補正処理が必要になる。
【００８５】
もちろん、力とモーメントの検出感度の差は、変形体各部の構造や寸法を変えることにより、ある程度は調整可能である。しかしながら、従来提案されている変形体の構造では、柔軟なバランス調整を行うことができない。特に、図１〜図３に例示した基本構造体の場合、力Ｆｚの検出感度とモーメントＭｙの検出感度とのバランス調整を行うことが困難である。本発明は、このようなバランス調整を行うのに適した新たな基本構造体を提案するものである。
【００８６】
＜＜＜  §２．  本発明に係る基本構造体の構造  ＞＞＞
図４は、本発明の基本的な実施形態に係る力覚センサ用の基本構造体１０００の正面図である。この基本構造体１０００は、§１で述べた従来の基本構造体と同様に、受力体１００、支持体２００、変形体３００によって構成されている。ここでも、この基本構造体１０００の中心位置に原点Ｏ、図の右方向にＸ軸、図の上方向にＺ軸、図の紙面垂直奥方向にＹ軸をとり、ＸＹＺ三次元直交座標系を定義する。ここで、受力体１００および支持体２００が、ＸＹ平面に平行な上面および下面をもつ板状部材によって構成されている点は、§１で述べた従来の基本構造体と同じであるが、変形体３００の構造は、従来のものと比べて大きく異なっている。
【００８７】
図示のとおり、変形体３００は、所定箇所が受力体１００に接続され、弾性変形を生じる弾性変形部３１０と、この弾性変形部３１０の所定箇所を支持体２００に固定する第１台座部３２０および第２台座部３３０と、を有している。弾性変形部３１０は、細長い腕状部材を屈曲させた構造体によって構成されており、左端は受力体１００の下面左方に設けられた第１受力点Ｐ１に接続され、右端は受力体１００の下面右方に設けられた第２受力点Ｐ２に接続されている。したがって、弾性変形部３１０は、第１受力点Ｐ１と第２受力点Ｐ２とを連結する部材ということになる。
【００８８】
一方、第１台座部３２０は、上端が弾性変形部３１０の第１中継点ｍ１の近傍に接続され、下端が支持体２００の上面左方に設けられた第１支持点Ｑ１に接続されており、弾性変形部３１０の第１中継点ｍ１の近傍と支持体２００上に定義された第１支持点Ｑ１とを連結する部材ということになる。また、第２台座部３３０は、上端が弾性変形部３１０の第２中継点ｍ２の近傍に接続され、下端が支持体２００の上面右方に設けられた第２支持点Ｑ２に接続されており、弾性変形部３１０の第２中継点ｍ２の近傍と支持体２００上に定義された第２支持点Ｑ２とを連結する部材ということになる。
【００８９】
ここでは、弾性変形部３１０の構造を説明するために、第１受力点Ｐ１と第２受力点Ｐ２とを接続する接続経路Ｒ１（図では太い実線で示す）を考える。接続経路Ｒ１は、２点Ｐ１，Ｐ２を結ぶ経路であれば、どのような経路であってもかまわないが、ここに示す例の場合、ＸＺ平面上に含まれる屈曲した経路によって構成されている。また、図示の例の場合、接続経路Ｒ１は、ＸＹＺ三次元直交座標系の原点Ｏを通る経路になっている。なお、図４には、便宜上、点Ｐ１，Ｐ２，Ｑ１，Ｑ２，ｍ１，ｍ２，Ｏが描かれているが、これらの点は、実際にはＸＺ平面上の点になる。
【００９０】
接続経路Ｒ１は、弾性変形部３１０の中心軸としての役割を果たし、弾性変形部３１０は、この接続経路Ｒ１に沿って伸びる細長い腕状部材によって構成される。弾性変形部３１０の横断面（接続経路Ｒ１に直交する平面による切断面）の形状は、矩形であってもよいし、円形であってもよいし、別な任意形状であってもよい。また、必要があれば、内部が中空のパイプによって構成してもかまわない。弾性変形部３１０の材質は、検出対象となる外力の作用によって弾性変形を生じるものであれば、どのようなものでもかまわないが、商業的利用を図る上では、加工が容易な金属や樹脂を用いて構成するのが好ましい。
【００９１】
図４にｘ印で示す第１中継点ｍ１および第２中継点ｍ２は、接続経路Ｒ１上に定義された点である。ここでは、説明の便宜上、弾性変形部３１０のうち、第１受力点Ｐ１から第１中継点ｍ１に至る区間に配置された部分を第１外側腕状部３１１と呼び、第１中継点ｍ１から第２中継点ｍ２に至る区間に配置された部分を内側腕状部３１２と呼び、第２中継点ｍ２から第２受力点Ｐ２に至る区間に配置された部分を第２外側腕状部３１３と呼ぶことにする。
【００９２】
第１台座部３２０は、第１中継点ｍ１と第１支持点Ｑ１とを接続する第１支持経路Ｒ２（図では太い破線で示す）に沿って配置された接続部材であり、第２台座部３３０は、第２中継点ｍ２と第２支持点Ｑ２とを接続する第２支持経路Ｒ３（図では太い破線で示す）に沿って配置された接続部材である。図示の例の場合、第１中継点ｍ１の直下に第１支持点Ｑ１が定義され、第２中継点ｍ２の直下に第２支持点Ｑ２が定義されているため、第１支持経路Ｒ２および第２支持経路Ｒ３はＺ軸に平行な直線になる。
【００９３】
第１台座部３２０および第２台座部３３０は、弾性変形部３１０を第１中継点ｍ１および第２中継点ｍ２の近傍において、支持体２００の上方に支持する機能を果たすことができれば、どのような形状の部材で構成してもかまわない。図示する実施例の場合、第１台座部３２０は、第１支持経路Ｒ２を中心軸とする円柱状の構造体によって構成されており、その上端には、半径の小さな第１台座狭窄部３２１が形成されている。弾性変形部３１０の第１中継点ｍ１近傍は、この第１台座狭窄部３２１の上面に接続されている。同様に、第２台座部３３０は、第２支持経路Ｒ３を中心軸とする円柱状の構造体によって構成されており、その上端には、半径の小さな第２台座狭窄部３３１が形成されている。弾性変形部３１０の第２中継点ｍ２近傍は、この第２台座狭窄部３３１の上面に接続されている。
【００９４】
第１台座部３２０および第２台座部３３０は、弾性変形してもしなくても、どちらでもかまわないので、任意の材質で構成することができる。もっとも、商業的利用を図る上では、弾性変形部３１０と同様に、加工が容易な金属や樹脂を用いて構成するのが好ましい。この場合、受力体１００に外力が作用すると、第１台座部３２０および第２台座部３３０は、弾性変形部３１０とともに弾性変形することになる。なお、受力体１００や支持体２００も、金属や樹脂を用いて構成すればよい。
【００９５】
図５は、図４に示す基本構造体１０００をＸＺ平面で切断した断面を示す正断面図である。なお、本願では、基本構造体を構成する各部を所定平面で切断したときに断面上に現れる個々の幾何学的な図形を、それぞれ元の各部の名称の末尾に「図形」なる語句を付加した名称で呼ぶことにし、元の各部の符号の末尾に「ｆ」なる符号（figureの意）を付加した符号を付して示すことにする。
【００９６】
したがって、図５に示す正断面図の場合、受力体１００の断面に現れる図形を受力体図形１００ｆと呼び、支持体２００の断面に現れる図形を支持体図形２００ｆと呼び、変形体３００の断面に現れる図形を変形体図形３００ｆと呼ぶことにする。ここに示す例の場合、受力体１００および支持体２００は、いずれも上下両面がＸＹ平面に平行となる板状部材であるため、受力体図形１００ｆおよび支持体図形２００ｆは、いずれも図示のとおり矩形になる。
【００９７】
また、受力体図形１００ｆと支持体図形２００ｆとの間に挟まれた変形体図形３００ｆは、弾性変形部３１０の断面である弾性変形部図形３１０ｆと、第１台座部３２０の断面である第１台座部図形３２０ｆと、第２台座部３３０の断面である第２台座部図形３３０ｆと、を含んだ図形になる。ここで、弾性変形部図形３１０ｆは、第１外側腕状部図形３１１ｆ、内側腕状部図形３１２ｆ、第２外側腕状部図形３１３ｆによって構成される。一方、第１台座部図形３２０ｆの上端部は第１台座狭窄部図形３２１ｆによって構成され、第２台座部図形３３０ｆの上端部は第２台座狭窄部図形３３１ｆによって構成される。
【００９８】
図５の正断面図においても、接続経路Ｒ１は太線で示されている。この接続経路Ｒ１は、受力体図形１００ｆの輪郭上に定義された第１受力点Ｐ１と第２受力点Ｐ２とを結ぶ折れ線状の経路であり、ＸＺ平面上に含まれた経路になる。弾性変形部図形３１０ｆは、この折れ線状の接続経路Ｒ１に沿って配置され、第１受力点Ｐ１と第２受力点Ｐ２とを連結する腕状の図形になる。そして、第１台座部図形３２０ｆは、接続経路Ｒ１上に定義された第１中継点ｍ１の近傍において弾性変形部図形３１０ｆに接続された図形になり、第２台座部図形３３０ｆは、接続経路Ｒ１上に定義された第２中継点ｍ２の近傍において弾性変形部図形３１０ｆに接続された図形になる。
【００９９】
図４の正面図に示すとおり、第１台座部３２０および第２台座部３３０は、弾性変形部３１０を下方から支持する部材であるため、図５の正断面図では、第１台座部図形３２０ｆの上方の接続端である第１台座狭窄部図形３２１ｆは、弾性変形部図形３１０ｆの第１中継点ｍ１の近傍の下方に接続され、第２台座部図形３３０ｆの上方の接続端である第２台座狭窄部図形３３１ｆは、弾性変形部図形３１０ｆの第２中継点ｍ２の近傍の下方に接続されている。
【０１００】
また、図５の正断面図に示すとおり、第１台座部図形３２０ｆは、接続経路Ｒ１上に定義された第１中継点ｍ１と支持体図形２００ｆの輪郭上に定義された第１支持点Ｑ１とを結ぶ第１支持経路Ｒ２（図では太い破線で示す）に沿って配置され、弾性変形部図形３１０ｆと支持体図形２００ｆとを連結する図形になる。同様に、第２台座部図形３３０ｆは、接続経路Ｒ１上に定義された第２中継点ｍ２と支持体図形２００ｆの輪郭上に定義された第２支持点Ｑ２とを結ぶ第２支持経路Ｒ３（図では太い破線で示す）に沿って配置され、弾性変形部図形３１０ｆと支持体図形２００ｆとを連結する図形になる。
【０１０１】
ここで、第１台座部３２０の上端には第１台座狭窄部３２１が形成され、第２台座部３３０の上端には第２台座狭窄部３３１が形成されている点は重要である。これは、図５の正断面図の場合、弾性変形部図形３１０ｆの第１中継点ｍ１の近傍が、幅の狭い第１台座狭窄部図形３２１ｆによって支持され、第２中継点ｍ２の近傍が、幅の狭い第２台座狭窄部図形３３１ｆによって支持されていることを意味する。各台座部の先端を狭くして弾性変形部３１０を支持する理由は、受力体１００に外力が作用したときに、弾性変形部３１０の第１中継点ｍ１の近傍および第２中継点ｍ２の近傍が、第１台座部３２０および第２台座部３３０に対して揺動するようにするためである。以下、この点について詳述する。
【０１０２】
図６は、図５の一部（第１中継点ｍ１の近傍部分）を拡大した部分拡大正断面図である。ここでは、この断面図を参照しながら、受力体１００に外力が作用した場合の各部の変形態様を考えてみる。図示のとおり、弾性変形部図形３１０ｆは、第１中継点ｍ１の位置を境界として、その左側に位置する第１外側腕状部図形３１１ｆと、その右側に位置する内側腕状部図形３１２ｆとに分けられる。そして、前述したように、第１中継点ｍ１と支持体図形２００ｆの輪郭に定義された第１支持点Ｑ１とを接続する第１支持経路Ｒ２に沿って、第１台座部図形３２０ｆが配置されている。
【０１０３】
第１台座部図形３２０ｆの上端部分は、弾性変形部図形３１０ｆに対する接続端として機能する部分であるが、他の部分に比べて幅が狭い狭窄図形を構成しているため、ここでは、第１台座狭窄部図形３２１ｆと呼ぶことにする。同様に、第２台座部図形３３０ｆの上端部分は、弾性変形部図形３１０ｆに対する接続端として機能する部分であるが、他の部分に比べて幅が狭い狭窄図形を構成しているため、ここでは、第２台座狭窄部図形３３１ｆと呼ぶことにする。
【０１０４】
このように、第１台座部図形３２０ｆの上端部分は、第１台座狭窄部図形３２１ｆを形成しているため、第１台座部図形３２０ｆと弾性変形部図形３１０ｆとは、点接触に近い状態で接続されていることになる。同様に、第２台座部図形３３０ｆの上端部分は、第２台座狭窄部図形３３１ｆを形成しているため、第２台座部図形３３０ｆと弾性変形部図形３１０ｆとは、点接触に近い状態で接続されていることになる。別言すれば、図４において、第１台座部３２０の上端（第１台座狭窄部３２１）と弾性変形部３１０の下面とは接触面積の小さな点接触に近い状態で接続され、第２台座部３３０の上端（第２台座狭窄部３３１）と弾性変形部３１０の下面とは接触面積の小さな点接触に近い状態で接続されていることになる。
【０１０５】
図６の断面図に示すとおり、第１台座狭窄部図形３２１ｆは、弾性変形部図形３１０ｆの輪郭上の点ｍ１′（第１支持経路Ｒ２と弾性変形部図形３１０ｆの輪郭との交点）の位置に接続されている。ただ、上述したとおり、この接続形態は点接触に近い状態であるため、ここでは、便宜上、両図形が点接触の状態にあるものと近似して、外力が作用した場合の各部の変形態様を考えてみる。
【０１０６】
図７は、図６に示す部分について、上記近似を行った状態を示す近似断面図である。この近似断面図を参照すれば、外力が作用したときに、弾性変形部図形３１０ｆに揺動変位が生じることが容易に理解できよう。図７に示すように、第１台座部図形３２０ｆと弾性変形部図形３１０ｆとが、接続点m１′において点接触しているものとすると、接続点m１′は支点として機能することになる。
【０１０７】
図４に示す基本構造部１０００の全体的な構造を参照すれば、支持体２００を固定した状態において、受力体１００に外力が作用すると、当該外力は、第１受力点Ｐ１から第１外側腕状部３１１に伝達されるとともに、第２受力点Ｐ２から第２外側腕状部３１３に伝達されることがわかる。
【０１０８】
そこで、図７に示すように、第１受力点Ｐ１から第１外側腕状部図形３１１ｆに対して、下方への力−ｆｚが作用した場合を考えてみる。この場合、第１外側腕状部図形３１１ｆは下方へ変位することになるが、支点ｍ１′は、第１台座部図形３２０ｆによって支持されているため、内側腕状部図形３１２ｆは、逆に上方に変位することになる。別言すれば、内側腕状部図形３１２ｆに対しては、上方への力＋ｆｚが作用する。その結果、弾性変形部図形３１０ｆは、点ｍ１′を支点として、白矢印Ｓに示すように反時計まわりに揺動する。
【０１０９】
逆に、第１受力点Ｐ１から第１外側腕状部図形３１１ｆに対して、上方への力＋ｆｚが作用すると、第１外側腕状部図形３１１ｆは上方へ変位し、内側腕状部図形３１２ｆは、下方に変位することになり、弾性変形部図形３１０ｆは、点ｍ１′を支点として、白矢印Ｓで示す方向とは逆に時計まわりの方向に揺動する。もちろん、第２台座部３３０によって支持されている第２中継点ｍ２の近傍に関しても、点ｍ２′を支点として、同様の揺動が生じることになる。
【０１１０】
結局、図４に示す基本構造体１０００では、支持体２００を固定した状態で受力体１００に外力が作用したとき（§３で述べるように、少なくとも、Ｚ軸方向の力ＦｚもしくはＹ軸まわりのモーメントＭｙが作用したとき）、弾性変形部３１０の第１中継点ｍ１の近傍が、第１台座部３２０との接続点ｍ１′を支点として第１台座部３２０に対してＸ軸方向に揺動し、弾性変形部３１０の第２中継点ｍ２の近傍が、第２台座部３３０との接続点ｍ２′を支点として第２台座部３３０に対してＸ軸方向に揺動することになる。
【０１１１】
図５の断面図で上記揺動現象を説明すれば、弾性変形部図形３１０ｆの第１中継点ｍ１の近傍が、第１支持経路Ｒ２と弾性変形部図形３１０ｆの輪郭との交点ｍ１′を支点として第１台座部図形３２０ｆに対して揺動し、弾性変形部図形３１０ｆの第２中継点ｍ２の近傍が、第２支持経路Ｒ３と弾性変形部図形３１０ｆの輪郭との交点ｍ２′を支点として第２台座部図形３３０ｆに対して揺動することになる。
【０１１２】
＜＜＜  §３．  本発明に係る基本構造体の本質的な機能  ＞＞＞
前述した§２では、図４に示す基本構造体１０００について、外力が作用した場合に、弾性変形部３１０の第１中継点ｍ１の近傍および第２中継点ｍ２の近傍に揺動変位が生じることを説明した。ここでは、このような揺動変位が生じることを前提として、支持体２００を固定した状態において、受力体１００にＺ軸方向の力ＦｚもしくはＹ軸まわりのモーメントＭｙが作用したときの基本構造体１０００の全体の変形態様を考えてみよう。
【０１１３】
なお、この変形態様を考える上で、第１受力点Ｐ１は負のＸ座標値をもつ位置に配置され、第２受力点Ｐ２は正のＸ座標値をもつ位置に配置されている、という点も前提条件の１つとして入れることにする。当該前提条件は、図４において、第１受力点Ｐ１はＺ軸の左側に位置し、第２受力点Ｐ２はＺ軸の右側に位置することを示すものであり、後述するように、Ｙ軸まわりのモーメントＭｙが作用したときの変形態様を考慮する際に、第１受力点Ｐ１と第２受力点Ｐ２とでは作用する力が逆向きになることを担保する上で重要な条件になる。
【０１１４】
図８は、図４に示す基本構造体１０００について、支持体２００を固定した状態で、受力体１００に下方への力−Ｆｚが作用したときの各部の変形状態を示す正面図（台座部による支持が点接触によって行われる近似図）である。図示のとおり、受力体１００から、左側の第１外側腕状部３１１に対しては下方への力−ｆｚ（力−Ｆｚの分力）が作用し、右側の第２外側腕状部３１３に対しても下方への力−ｆｚ（力−Ｆｚの分力）が作用する。これは、受力体１００に加わった力−Ｆｚが、Ｚ軸負方向へ向かう並進力であるためである。
【０１１５】
ここで、弾性変形部３１０に、前述した揺動変位が生じることを考慮すると、第１外側腕状部３１１に下方への力−ｆｚが作用すると、第１中継点ｍ１の近傍には、図に白矢印Ｓ１で示すような反時計まわりの揺動変位が生じることになる。同様に、第２外側腕状部３１３に下方への力−ｆｚが作用すると、第２中継点ｍ２の近傍には、図に白矢印Ｓ２で示すような時計まわりの揺動変位が生じることになる。その結果、内側腕状部３１２の左側部分（第１中継点ｍ１の近傍部分）には上方への力＋ｆｚが作用し、内側腕状部３１２の右側部分（第２中継点ｍ２の近傍部分）にも上方への力＋ｆｚが作用するので、内側腕状部３１２は全体として上方に変位する。このような変位により、受力体１００は下方へと変位する。図８は、基本構造体１０００のこのような変形状態を示している。
【０１１６】
一方、受力体１００に上方への力＋Ｆｚが作用した場合は、上述と逆の変位が生じることになる。すなわち、第１外側腕状部３１１および第２外側腕状部３１３には上方への力＋ｆｚが作用するので、内側腕状部３１２には下方への力−ｆｚが作用して全体として下方に変位する。ここで注目すべき点は、受力体１００にＺ軸方向の並進力−Ｆｚもしくは＋Ｆｚが作用した場合、内側腕状部３１２の左右には、同じ方向の力（＋ｆｚもしくは−ｆｚ）が作用する点である。このように左右から同じ方向の力が作用して変位する場合、内側腕状部３１２の変位に対する抵抗要素として機能は極めて小さい（内側腕状部３１２に対して若干の弾性変形を生じさせるためのエネルギーがあれば十分である）。
【０１１７】
これに対して、モーメントＭｙが作用した場合、内側腕状部３１２の左右に加わる力の向きが逆になる現象が生じる。図９は、図４に示す基本構造体１０００について、支持体２００を固定した状態で、受力体１００にＹ軸まわりのモーメント＋Ｍｙが作用したときの各部の変形状態を示す正面図（台座部による支持が点接触によって行われる近似図）である。
【０１１８】
前述した前提により、第１受力点Ｐ１は負のＸ座標値をもつ位置に配置されているため、モーメント＋Ｍｙが作用すると、受力体１００から、左側の第１外側腕状部３１１に対しては上方への力＋ｆｚ（モーメント＋Ｍｙの分力）が作用する。ところが、第２受力点Ｐ２は正のＸ座標値をもつ位置に配置されているため、モーメント＋Ｍｙが作用すると、受力体１００から、右側の第２外側腕状部３１３に対しては下方への力−ｆｚ（モーメント＋Ｍｙの分力）が作用する。これは、受力体１００に加わったモーメント＋Ｍｙが、原点Ｏを中心とした時計まわりの回転力になるためである。
【０１１９】
この場合も、弾性変形部３１０に、前述した揺動変位が生じることを考慮すると、第１外側腕状部３１１に上方への力＋ｆｚが作用すると、第１中継点ｍ１の近傍には、図に白矢印Ｓ３で示すような時計まわりの揺動変位が生じる。一方、第２外側腕状部３１３に下方への力−ｆｚが作用すると、第２中継点ｍ２の近傍には、図に白矢印Ｓ４で示すような時計まわりの揺動変位が生じることになる。その結果、内側腕状部３１２の左側部分（第１中継点ｍ１の近傍部分）には下方への力−ｆｚが作用し、内側腕状部３１２の右側部分（第２中継点ｍ２の近傍部分）には上方への力＋ｆｚが作用する。ただ、内側腕状部３１２の左側部分と右側部分とは連結しているため、結局、内側腕状部３１２において、上方への力＋ｆｚと下方への力−ｆｚとが相反する現象が生じる。
【０１２０】
たとえば、図示のとおり、原点Ｏの位置に着目すると、第１中継点ｍ１の近傍に生じる揺動変位（白矢印Ｓ３）に基づく下方への力−ｆｚと、第２中継点ｍ２の近傍に生じる揺動変位（白矢印Ｓ４）に基づく上方への力＋ｆｚと、が拮抗した状態になる。もちろん、このような拮抗状態は、内側腕状部３１２の弾性変形により生み出されることになる。具体的には、内側腕状部３１２の原点Ｏの近傍には、図の上下に伸長させる力が作用し、図の上下方向に伸びる弾性変形が生じる。図９は、基本構造体１０００のこのような変形状態を示している。別言すれば、基本構造体１０００を図９に示すような変形状態にするためには、内側腕状部３１２にそれなりの弾性変形を生じさせる必要がある。
【０１２１】
一方、受力体１００に逆回り（図９における反時計まわり）のモーメント−Ｍｙが作用すると、受力体１００から、左側の第１外側腕状部３１１に対しては下方への力−ｆｚが作用し、右側の第２外側腕状部３１３に対しては上方への力＋ｆｚが作用する。したがって、内側腕状部３１２に作用する力は、図に白矢印で示された力とは逆向きのものになるが、内側腕状部３１２に対して左側から作用する力と右側から作用する力の向きが逆になる点に変わりはない。たとえば、原点Ｏの位置に着目すると、逆向きの力が拮抗した状態になり、内側腕状部３１２の原点Ｏの近傍には、図の上下に圧縮させる力が作用し、圧縮する方向への弾性変形が生じる。
【０１２２】
このように、受力体１００にＹ軸まわりのモーメント（回転力）が作用した場合は、内側腕状部３１２の左右から逆方向の力（＋ｆｚもしくは−ｆｚ）が作用する点は重要である。このように左右から逆方向の力が作用して変位する場合、内側腕状部３１２は、変位に対する大きな抵抗要素として機能する。すなわち、内側腕状部３１２を伸長もしくは圧縮する弾性変形を生じさせるためのエネルギーが必要になる。
【０１２３】
このように、図４に示す基本構造体１０００は、受力体１００にＺ軸方向の力Ｆｚ（並進力）が作用した場合と、Ｙ軸まわりのモーメントＭｙ（回転力）が作用した場合とで、全く異なる挙動を示す。これは、この基本構造体１０００を構成する変形体３００に含まれている弾性変形部３１０が、負のＸ座標値をもつ位置に配置された第１受力点Ｐ１と、正のＸ座標値をもつ位置に配置された第２受力点Ｐ２とを連結する接続経路Ｒ１に沿って配置されており、しかも、この接続経路Ｒ１上の第１中継点ｍ１および第２中継点ｍ２の近傍が、Ｘ軸方向に揺動可能な状態で、第１台座部３２０および第２台座部３３０によって支持されているためである。
【０１２４】
このような構造を採用したため、受力体１００にＺ軸方向の力Ｆｚ（並進力）が作用した場合は、第１中継点ｍ１と第２中継点ｍ２とを連結する内側腕状部３１２の左右両端からは同方向の力が作用するが、受力体１００にＹ軸まわりのモーメントＭｙ（回転力）が作用した場合は、内側腕状部３１２の左右両端から逆方向の力が作用するという現象が生じることになる。前者の場合、内側腕状部３１２は、変形を妨げる抵抗要素としてはほとんど機能しないが、後者の場合、内側腕状部３１２は、変形を妨げる抵抗要素として大きな機能を果たす。これが、本発明に係る基本構造体１０００の本質的な機能である。
【０１２５】
結局、図示する基本構造部１０００には、Ｚ軸方向の力Ｆｚ（並進力）が作用した場合に比べて、Ｙ軸まわりのモーメントＭｙ（回転力）が作用した場合に、変形を制限する、より大きな抵抗要素が機能する、という固有の特徴が備わっていることになる。したがって、このような基本構造部１０００を利用して力覚センサを設計すれば、モーメントの検出感度と力の検出感度とのバランス調整が容易になる。特に、前述した従来の力覚センサの場合、力Ｆｚの検出感度よりも、モーメントＭｙの検出感度の方が高くなる傾向が見られたが、上述した基本構造部１０００を利用すれば、モーメントＭｙが作用したときの変形を制限する抵抗要素が機能するため、モーメントＭｙの検出感度を低下させることが可能になる。
【０１２６】
＜＜＜  §４．  本発明に係る基本構造体の変形例  ＞＞＞
続いて、§２および§３で述べた基本構造体１０００について、いくつかの変形例を述べておく。
【０１２７】
＜４−０．基本構造体１０００の特徴＞
まず、変形例を述べる前に、図４に示す基本構造体１０００の特徴を説明しておく。図１０は、図４に示す基本構造体１０００における内側腕状部３１２の構造を説明する正断面図であり、その実体的な内容は、図５と全く同じである。ただ、説明の便宜上、Ｚ軸および長手方向軸Ｌ１が一点鎖線で描かれている。
【０１２８】
図示のとおり、接続経路Ｒ１は、第１受力点Ｐ１と第２受力点Ｐ２とを接続するＸＺ平面上に含まれる経路であり、弾性変形部３１０は、この接続経路Ｒ１に沿って配置された腕状部材である。
【０１２９】
内側腕状部３１２は、この接続経路Ｒ１のうち、第１中継点ｍ１と第２中継点ｍ２との間の区間に沿って配置された腕状部材であり、図１０の断面図に現れている内側腕状部図形３１２ｆは、第１中継点ｍ１と第２中継点ｍ２とを結ぶ接続経路Ｒ１を中心軸として、４箇所で折れ曲がった腕状図形になっている。ここで、この接続経路Ｒ１は、第１中継点ｍ１から第２中継点ｍ２に向かって辿ってゆくと、第１中継点ｍ１から右方向に伸びる第１水平経路、長手方向軸Ｌ１に沿って下方に向かう下降経路、再び右方向に伸びる第２水平経路、Ｚ軸に沿って上方に向かう上昇経路、再び右方向に伸びて第２中継点ｍ２に至る第３水平経路に分けることができる。
【０１３０】
このような接続経路Ｒ１に沿って配置された内側腕状部図形３１２ｆは、下降経路に沿った下降腕状部（長手方向軸Ｌ１に沿った部分）と上昇経路に沿った上昇腕状部（Ｚ軸に沿った部分）とを有するＵ字状部Ｕを備えている（なお、本願において、「Ｕ字状」なる文言は、湾曲した曲線図形だけでなく、図示のようにクランク状に屈曲した図形も含む意味で用いている。）。内側腕状部図形３１２ｆとして、このようなＵ字状部Ｕを有する図形を採用すると、Ｙ軸まわりのモーメントＭｙに基づく変形を妨げる効果を向上させる上で好ましい。
【０１３１】
その理由は、図９に示すように、ある着目点において上方への力＋ｆｚと下方への力−ｆｚとが拮抗する場合を考えると、内側腕状部３１２の一部に、長手方向が上下方向（Ｚ軸方向）を向いた部分を含ませておけば、逆向きの力＋ｆｚ／−ｆｚにより、内側腕状部を当該長手方向に圧縮させたり伸長させたりすることができるからである。一般に、細長い腕状部材を曲げるために必要な力よりも、長手方向に圧縮もしくは伸長するために必要な力の方が大きい。したがって、内側腕状部３１２の一部に、Ｚ軸方向を向いた下降腕状部や上昇腕状部が設けられていれば、Ｙ軸まわりのモーメントＭｙが作用した場合に、変形を妨げる抵抗力を最大限に発揮させることができるようになる。
【０１３２】
図１０に示す基本構造体１０００における内側腕状部３１２のもうひとつの特徴は、接続経路Ｒ１が原点Ｏを垂直方向（Ｚ軸に平行な方向）に横切る経路になっている点である。図９では、Ｙ軸まわりのモーメントＭｙが作用した場合に、原点Ｏを着目点として、上方への力＋ｆｚと下方への力−ｆｚとが拮抗する例を示した。これは、前述した上昇腕状部（原点Ｏの近傍部分）において、逆向きの力＋ｆｚ／−ｆｚが拮抗している状態を示している。図９に示す例の場合、原点Ｏの近傍に作用する下方への力−ｆｚは、第１受力点Ｐ１に作用した力＋ｆｚに端を発する左側から伝達されてきた力であり、原点Ｏの近傍に作用する上方への力＋ｆｚは、第２受力点Ｐ２に作用した力−ｆｚに端を発する右側から伝達されてきた力である。
【０１３３】
図示の例のように、接続経路Ｒ１が原点Ｏを通る経路になっていれば、逆向きの力＋ｆｚ／−ｆｚが拮抗する上昇腕状部が、原点Ｏの位置に配置されるため、左側から伝達されてきた力と右側から伝達されてきた力とを、基本構造体１０００の中心付近においてバランスよく拮抗させることができ、基本構造体１０００の変形態様を安定させる上で好ましい。
【０１３４】
＜４−１．第１の変形例＞
図１１は、図１０に示す基本構造体１０００の第１の変形例を説明する正断面図である。図１０に示す基本構造体１０００と図１１に示す基本構造体１００１との相違は、前者の変形体図形３００ｆが後者では変形体図形３０１ｆに置き換えられている点だけである。より具体的には、第１台座部図形３２０ｆおよび第２台座部図形３３０ｆについては変更はないので、両者の相違は、前者の弾性変形部図形３１０ｆが後者では弾性変形部図形３４０ｆに置き換えられている点だけである。
【０１３５】
図１１に示すとおり、弾性変形部図形３４０ｆは、接続経路Ｒ４に沿って配置された細長い腕状図形であり、第１外側腕状部図形３４１ｆ、内側腕状部図形３４２ｆ、第２外側腕状部図形３４３ｆによって構成されている。ここで、第１外側腕状部図形３４１ｆおよび第２外側腕状部図形３４３ｆは、図１０に示す第１外側腕状部図形３１１ｆおよび第２外側腕状部図形３１３ｆと全く同じ図形なので、結局、図１０に示す基本構造体１０００と図１１に示す基本構造体１００１との相違は、前者の内側腕状部図形３１２ｆが後者では内側腕状部図形３４２ｆに置き換えられている点だけである。
【０１３６】
しかも、図１０の内側腕状部図形３１２ｆと、図１１の内側腕状部図形３４２ｆとは、いずれもＵ字状部Ｕを有する類似した形状をなし、基本的な相違は、Ｕ字状部Ｕを構成する下降腕状部と上昇腕状部の配置だけである。すなわち、図１０の内側腕状部図形３１２ｆでは、長手方向軸Ｌ１に沿って下降腕状部が配置され、Ｚ軸に沿って上昇腕状部が配置されているのに対し、図１１の内側腕状部図形３４２ｆでは、長手方向軸Ｌ２に沿って下降腕状部が配置され、長手方向軸Ｌ３に沿って上昇腕状部が配置されている。
【０１３７】
図１０の内側腕状部図形３１２ｆのように、Ｚ軸に沿って上昇腕状部を配置すると（Ｚ軸に沿って下降腕状部を配置した場合も同様）、前述したように、この中心位置に配置された腕状部において、左右から伝達されてきた力をバランスよく拮抗させることができ、基本構造体１０００の変形態様を安定させる効果が得られる。
【０１３８】
これに対して、図１１の内側腕状部図形３４２ｆの場合、下降腕状部は、Ｚ軸から若干左に外れた長手方向軸Ｌ２に沿った位置に配置され、上昇腕状部は、Ｚ軸から若干右に外れた長手方向軸Ｌ３に沿った位置に配置されている。ここで、長手方向軸Ｌ２，Ｌ３は、いずれもＺ軸に平行なＸＺ平面上の軸である。この内側腕状部図形３４２ｆの場合、中心位置（Ｚ軸に沿った位置）には垂直方向に伸びる腕状部が存在しないため、左右から伝達されてきた力を、中心位置の垂直腕状部において拮抗させることはできないが、長手方向軸Ｌ２，Ｌ３を、Ｚ軸に関して対称となる位置に配置すれば、基本構造体１００１を、ＹＺ平面に関して対称となる構造にすることができるので、左右から伝達されてきた力を左右の対称性をもって拮抗させる効果は得られる。
【０１３９】
また、図示のとおり、ＸＺ平面で切断した断面図が左右対称図形になれば、§４−１１で述べるように、当該断面図形をＺ軸を中心軸として回転させて得られる回転体によって、基本構造体１００１を構成することも可能になる。
【０１４０】
＜４−２．第２の変形例＞
図１２は、図１０に示す基本構造体１０００の第２の変形例を説明する正断面図である。図１０に示す基本構造体１０００と図１２に示す基本構造体１００２との相違は、前者の変形体図形３００ｆが後者では変形体図形３０２ｆに置き換えられている点だけである。より具体的には、第１台座部図形３２０ｆおよび第２台座部図形３３０ｆについては変更はないので、両者の相違は、前者の弾性変形部図形３１０ｆが後者では弾性変形部図形３５０ｆに置き換えられている点だけである。
【０１４１】
図１２に示すとおり、弾性変形部図形３５０ｆは、接続経路Ｒ５に沿って配置された細長い腕状図形であり、第１外側腕状部図形３５１ｆ、内側腕状部図形３５２ｆ、第２外側腕状部図形３５３ｆによって構成されている。ここで、第１外側腕状部図形３５１ｆおよび第２外側腕状部図形３５３ｆは、図１０に示す第１外側腕状部図形３１１ｆおよび第２外側腕状部図形３１３ｆと全く同じ図形なので、結局、図１０に示す基本構造体１０００と図１２に示す基本構造体１００２との相違は、前者の内側腕状部図形３１２ｆが後者では内側腕状部図形３５２ｆに置き換えられている点だけである。
【０１４２】
図１２の内側腕状部図形３５２ｆは、第１の変形例として述べた図１１の内側腕状部図形３４２ｆと同様に、Ｚ軸に関して対称となる図形になっている。ただ、図１１の内側腕状部図形３４２ｆでは、長手方向軸Ｌ２に沿って下降腕状部が配置され、長手方向軸Ｌ３に沿って上昇腕状部が配置されているのに対して、図１２の内側腕状部図形３５２ｆでは、長手方向軸Ｌ４に沿って下降腕状部が配置され、長手方向軸Ｌ５に沿って上昇腕状部が配置されている。両者の基本的な相違は、長手方向軸の傾斜角のみである。
【０１４３】
すなわち、図１１の内側腕状部図形３４２ｆでは、Ｚ軸に平行な軸として２本の長手方向軸Ｌ２，Ｌ３が定義されているのに対して、図１２の内側腕状部図形３５２ｆでは、Ｚ軸に対して若干傾斜した軸として２本の長手方向軸Ｌ４，Ｌ５が定義されている。長手方向軸Ｌ２，Ｌ３も、長手方向軸Ｌ４，Ｌ５も、いずれもＸＹ平面に交差する軸という点で共通するが、前者の場合は交差角が９０°であるのに対して、後者の場合は交差角が９０°未満に設定されている。もっとも、図示の断面図上において、長手方向軸Ｌ４と長手方向軸Ｌ５は、Ｚ軸に関して対称をなす軸になっているため、内側腕状部図形３５２ｆは、Ｚ軸に関して対称な図形になっている。
【０１４４】
この図１２に示す変形例の場合も、左右から伝達されてきた逆向きの力＋ｆｚ／−ｆｚが、内側腕状部３５２に同時に作用する点に変わりはないので、内側腕状部３５２は、モーメントＭｙが作用した場合に、変形を妨げる抵抗要素としての機能を果たすことができる。ただ、長手方向軸Ｌ４に沿って配置された下降腕状部および長手方向軸Ｌ５に沿って配置された上昇腕状部は、Ｚ軸に対して傾斜する向きに配置されているため、Ｙ軸まわりのモーメントＭｙが作用した場合に、変形を妨げる抵抗力を最大限に発揮させることはできない。
【０１４５】
前述したとおり、細長い腕状部材については、これを曲げるために必要な力よりも、長手方向に圧縮もしくは伸長するために必要な力の方が大きい。したがって、変形を妨げる最大限の抵抗力が必要な場合は、図１１に示す例のように、下降腕状部および上昇腕状部の長手方向がＺ軸に対して平行になるように設定するのが好ましい。このような観点から、図１２に示す第２の変形例は、第１の変形例ほどの抵抗力が必要ない場合に採用すべき実施例ということになる。
【０１４６】
要するに、これまで述べてきた種々の実施例は、第１中継点ｍ１から第２中継点ｍ２に向かって辿った接続経路に、ＸＹ平面に交差する第１の長手方向軸Ｌ１，Ｌ２，Ｌ４に沿って下方に向かう下降経路と、ＸＹ平面に交差する第２の長手方向軸Ｚ，Ｌ３，Ｌ５に沿って上方に向かう上昇経路と、を設けた実施例ということができる。このような実施例では、ＸＺ平面に沿った断面に現れる内側腕状部図形３１２ｆ、３４２ｆ，３５２ｆが、下降経路に沿った下降腕状部と上昇経路に沿った上昇腕状部とを有することになるので、Ｙ軸まわりのモーメントＭｙが作用した場合に、変形を妨げる抵抗力が作用することになる。
【０１４７】
図１２に示す実施例は、第１の長手方向軸および第２の長手方向軸をＺ軸に対して傾斜させた例であるのに対して、図１０および図１１に示す実施例は、第１の長手方向軸および第２の長手方向軸をＺ軸に対して平行な軸に設定した例ということになる。Ｙ軸まわりのモーメントＭｙが作用した場合に、変形を妨げる抵抗力を最大限に発揮させるという観点では、第１の長手方向軸および第２の長手方向軸をＺ軸に対して平行な軸に設定するのが好ましい。
【０１４８】
＜４−３．第３の変形例＞
図１３は、図１０に示す基本構造体１０００の第３の変形例を説明する正断面図である。図１０に示す基本構造体１０００と図１３に示す基本構造体１００３との相違は、前者の変形体図形３００ｆが後者では変形体図形３０３ｆに置き換えられている点だけである。より具体的には、第１台座部図形３２０ｆおよび第２台座部図形３３０ｆについては変更はないので、両者の相違は、前者の弾性変形部図形３１０ｆが後者では弾性変形部図形３６０ｆに置き換えられている点だけである。
【０１４９】
図１３に示すとおり、弾性変形部図形３６０ｆは、接続経路Ｒ６に沿って配置された細長い腕状図形であり、第１外側腕状部図形３６１ｆ、内側腕状部図形３６２ｆ、第２外側腕状部図形３６３ｆによって構成されている。ここで、第１外側腕状部図形３６１ｆおよび第２外側腕状部図形３６３ｆは、図１０に示す第１外側腕状部図形３１１ｆおよび第２外側腕状部図形３１３ｆと全く同じ図形なので、結局、図１０に示す基本構造体１０００と図１３に示す基本構造体１００３との相違は、前者の内側腕状部図形３１２ｆが後者では内側腕状部図形３６２ｆに置き換えられている点だけである。
【０１５０】
図１３の内側腕状部図形３６２ｆは、第１の変形例として述べた図１１の内側腕状部図形３４２ｆと同様に、Ｚ軸に関して対称となる図形になっている。ただ、図１１の内側腕状部図形３４２ｆは、クランク状に屈曲し、直線のみの輪郭で囲まれた細長い図形によって構成されているのに対して、図１３の内側腕状部図形３６２ｆは、緩やかに湾曲し、曲線を含む輪郭で囲まれた細長い図形によって構成されている。前述したように、本願における「Ｕ字状」なる文言は、図１１の内側腕状部図形３４２ｆのようにクランク状に屈曲した図形も含むものであるが、図１３の内側腕状部図形３６２ｆに含まれる「Ｕ字状」の部分は、正に「Ｕ」のように曲線状に湾曲した図形である。
【０１５１】
要するに、図１３に示す実施例では、接続経路Ｒ６の第１中継点ｍ１と第２中継点ｍ２との間の区間に、下方に湾曲してから上方に湾曲する湾曲路が設けられており、内側腕状部図形３６２ｆが、この湾曲路に沿った湾曲部を有している。このように、内側腕状部３６２に湾曲部を設けた実施例の場合も、左右から伝達されてきた逆向きの力＋ｆｚ／−ｆｚが、内側腕状部３６２に同時に作用する点に変わりはないので、内側腕状部３６２は、モーメントＭｙが作用した場合に、変形を妨げる抵抗要素としての機能を果たすことができる。ただ、当該抵抗要素としての機能は、図１０や図１１に示す実施例に比べると弱くなる。
【０１５２】
＜４−４．第４の変形例＞
これまで、図１０に示す基本構造体１０００の変形例として、内側腕状部３１２の構造を変更した例を述べてきた。ここでは、第１外側腕状部３１１および第２外側腕状部３１３の構造を変更した例を述べることにする。
【０１５３】
図１４は、図１０に示す基本構造体１０００の第４の変形例を説明する正断面図である。図１０に示す基本構造体１０００と図１４に示す基本構造体２０００との第１の相違は、全体の横幅である。図１４に示す基本構造体２０００では、上述したとおり、外側腕状部の構造を変更したため、全体的に横幅が広くなっている。したがって、図１０に示す受力体図形１００ｆは、図１４では幅の広い受力体図形１５０ｆに置き換えられ、図１０に示す支持体図形２００ｆは、図１４では幅の広い支持体図形２５０ｆに置き換えられている。もっとも、図１４に示す変形例における受力体１５０および支持体２５０は、いずれも上下両面がＸＹ平面に平行となる板状部材であり、図１０に示す受力体１００および支持体２００と本質的な違いはない。
【０１５４】
図１４に示す第４の変形例の特徴は、図１０に示す基本構造体１０００の変形体３００の代わりに、より横幅の広い変形体４００を用いた点にある。図１４の正断面図には、この変形体４００をＸＺ平面で切断したときに現れる変形体図形４００ｆの形状が示されている。すなわち、この第４の変形例では、図１０に示す変形体図形３００ｆが、図１４に示す変形体図形４００ｆに置き換えられることになる。
【０１５５】
変形体図形４００ｆは、弾性変形部図形４１０ｆ、第１台座部図形４２０ｆ、第２台座部図形４３０ｆを含む図形である。そして、弾性変形部図形４１０ｆは、第１受力点Ｐ１と第２受力点Ｐ２とを接続する接続経路Ｒ７に沿って配置された細長い腕状図形であり、第１外側腕状部図形４１１ｆ、内側腕状部図形４１２ｆ、第２外側腕状部図形４１３ｆによって構成されている。
【０１５６】
ここで、第１台座部図形４２０ｆは図１０に示す第１台座部図形３２０ｆと全く同じ図形であり、第２台座部図形４３０ｆは図１０に示す第２台座部図形３３０ｆと全く同じ図形である。したがって、第１台座部４２０が、弾性変形部４１０の第１中継点ｍ１の近傍を、支持点Ｑ１に向かう第１支持経路Ｒ２に沿って支持する役割を果たし、第２台座部４３０が、弾性変形部４１０の第２中継点ｍ２の近傍を、支持点Ｑ２に向かう第２支持経路Ｒ３に沿って支持する役割を果たす点は、これまで述べた実施例と全く同じである。
【０１５７】
また、図１４に示す接続経路Ｒ７の第１中継点ｍ１と第２中継点ｍ２との間の区間の形状は、図１０に示す接続経路Ｒ１の同区間の形状と全く同じであり、内側腕状部図形４１２ｆは図１０に示す内側腕状部図形３１２ｆと全く同じ図形である。結局、図１０に示す弾性変形部３１０と図１４に示す弾性変形部４１０とは、外側腕状部の部分のみが相違していることになる。すなわち、図１０に示す第１外側腕状部図形３１１ｆは、図１４に示す第１外側腕状部図形４１１ｆに置き換えられ、図１０に示す第２外側腕状部図形３１３ｆは、図１４に示す第２外側腕状部図形４１３ｆに置き換えられている。
【０１５８】
そもそも、第１外側腕状部の本来の役割は、第１受力点Ｐ１と第１中継点ｍ１とを接続することであり、第２外側腕状部の本来の役割は、第２受力点Ｐ２と第２中継点ｍ２とを接続することである。このような本来の役割を果たすだけであれば、図１０に示す第１外側腕状部図形３１１ｆおよび第２外側腕状部図形３１３ｆのような断面形状をもった部材で十分であり、図１４に示す第１外側腕状部図形４１１ｆおよび第２外側腕状部図形４１３ｆのような断面形状をもった部材を用意する必要はない。
【０１５９】
図１４に示す実施例の場合、接続経路Ｒ７上に第１Ｕ字状迂回路Ｕ１および第２Ｕ字状迂回路Ｕ２が設けられている。これらの迂回路Ｕ１，Ｕ２は、本来必要な経路を迂回する冗長な経路であり、上記本来の役割を果たす上では不要である。しかしながら、断面図形として、このような迂回路Ｕ１，Ｕ２に沿って伸びる第１外側腕状部図形４１１ｆおよび第２外側腕状部図形４１３ｆを採用すれば、変形体４００の変形態様を多様化することができ、変形体４００を様々な形に変形させることができるようになる。
【０１６０】
§３では、図８および図９を参照して、基本構造体１０００を構成する受力体１００に対して、Ｚ軸方向の力ＦｚおよびＹ軸まわりのモーメントＭｙが作用したときの変形状態を示した。しかしながら、このような基本構造体１０００を利用する実際の環境では、受力体１００に対して作用する外力は、力ＦｚやモーメントＭｙだけではなく、力Ｆｘ，ＦｙやモーメントＭｘ，Ｍｚといった他の軸成分も作用することになる。そして、前掲の特許文献１〜３に開示されているような６軸検出型の力覚センサでは、外力の６軸成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚのいずれが作用した場合にも、変形体に所定の変形を生じさせ、当該変形態様に基づいて、作用した外力の個々の軸成分を検出する必要がある。
【０１６１】
このような観点では、変形体はできるだけ多様な変形態様をとる構造にしておくのが好ましい。図１４に示す第４の変形例では、接続経路Ｒ７にＵ字状迂回路Ｕ１，Ｕ２を設ける冗長な構造を採用している。すなわち、接続経路Ｒ７の第１受力点Ｐ１と第１中継点ｍ１との間の区間には、Ｕ字状をなす第１Ｕ字状迂回路Ｕ１が設けられており、第１外側腕状部図形４１１ｆはこの第１Ｕ字状迂回路に沿った第１Ｕ字状迂回部を有している。同様に、接続経路Ｒ７の第２受力点Ｐ２と第２中継点ｍ２との間の区間には、Ｕ字状をなす第２Ｕ字状迂回路Ｕ２が設けられており、第２外側腕状部図形４１３ｆはこの第２Ｕ字状迂回路に沿った第２Ｕ字状迂回部を有している。
【０１６２】
このような冗長構造により、変形体４００は、より多様な変形態様をとることができる。特に、図１４に示す実施例の場合、第１Ｕ字状迂回路Ｕ１および第２Ｕ字状迂回路Ｕ２は、Ｚ軸に平行な一対の縦方向迂回路とこれら一対の縦方向迂回路を結ぶＸ軸に平行な横方向迂回路との組み合わせによって構成されている。このような構造をもったＵ字状迂回路Ｕ１，Ｕ２は、三次元的に様々な態様で変形することができるので、変形体４００全体の変形態様を多様化することができる。後述する§５および§６で説明する力覚センサにおいても、外側腕状部に、Ｕ字状迂回路に沿ったＵ字状迂回部を設ける構造を採用しており、変形体の変形態様の多様化を図っている。
【０１６３】
＜４−５．第５の変形例＞
図１５は、図１０に示す基本構造体１０００の第５の変形例を説明する正断面図である。実際には、この図１５に示す基本構造体２００１は、図１４に示す基本構造体２０００に対して、若干の変更を施したものである。すなわち、図１４に示す基本構造体２０００と図１５に示す基本構造体２００１との相違点は、前者の変形部図形４００ｆが後者では変形部図形４０１ｆに置き換えられている点だけである。
【０１６４】
より具体的には、第１台座部図形４２０ｆおよび第２台座部図形４３０ｆについては変更はないので、両者の相違は、前者の弾性変形部図形４１０ｆが後者では弾性変形部図形４４０ｆに置き換えられている点だけである。図１５に示す弾性変形部図形４４０ｆは、図示のとおり、第１外側腕状部図形４４１ｆ、内側腕状部図形４４２ｆ、第２外側腕状部図形４４３ｆによって構成されている。これらの各図形は、図１４に示す第１外側腕状部図形４１１ｆ、内側腕状部図形４１２ｆ、第２外側腕状部図形４１３ｆにそれぞれ対応するものである。
【０１６５】
これら対応する個々の図形の相違は、くびれ部の有無だけである。すなわち、第１外側腕状部図形４４１ｆ（図１５）は、第１外側腕状部図形４１１ｆ（図１４）にくびれ部４１を形成したものであり、内側腕状部図形４４２ｆは、内側腕状部図形４１２ｆにくびれ部４２を形成したものであり、第２外側腕状部図形４４３ｆは、第２外側腕状部図形４１３ｆにくびれ部４３を形成したものである。くびれ部４１，４２，４３は、接続経路Ｒ７に直交する方向に関する幅が狭くなった部分であり、他の部分に比べて、より弾性変形が生じやすい箇所ということになる。
【０１６６】
図１５に示す実施例では、第１外側腕状部図形４４１ｆ、内側腕状部図形４４２ｆ、第２外側腕状部図形４４３ｆのそれぞれに１箇所ずつくびれ部を設けているが、必ずしも、これら各腕状部図形４４１ｆ，４４２ｆ，４４３ｆの全部にくびれ部を設ける必要はなく、一部のみにくびれ部を設けるようにしてもかまわない。また、くびれ部は１箇所である必要はなく、数カ所に設けるようにしてもよい。
【０１６７】
このようなくびれ部を設ける理由は、各腕状部４４１，４４２，４４３の弾性変形を容易にし、変形体４０１の変形態様を多様化するためである。前述したように、６軸検出型の力覚センサでは、外力の６軸成分の作用により、変形体が多様な変形態様をとる構造にしておくのが好ましい。各腕状部４４１，４４２，４４３にくびれ部を設けておけば、このくびれ部の部分に撓みや捻れが生じやすくなり、変形体４０１の変形態様を多様化することが可能になる。
【０１６８】
＜４−６．第６の変形例＞
図１６は、図１０に示す基本構造体１０００の第６の変形例を説明する正断面図である。実際には、この図１６に示す基本構造体２００２は、図１５に示す基本構造体２００１におけるくびれ部の位置および形状に、若干の変更を施したものである。すなわち、図１５に示す基本構造体２００１と図１６に示す基本構造体２００２との相違点は、前者の変形部図形４０１ｆが後者では変形部図形４０２ｆに置き換えられている点だけである。
【０１６９】
より具体的には、第１台座部図形４２０ｆおよび第２台座部図形４３０ｆについては変更はないので、両者の相違は、前者の弾性変形部図形４４０ｆが後者では弾性変形部図形４５０ｆに置き換えられている点だけであり、くびれ部の位置および形状が若干異なるだけである。すなわち、図１６に示す弾性変形部図形４５０ｆは、図示のとおり、第１外側腕状部図形４５１ｆ、内側腕状部図形４５２ｆ、第２外側腕状部図形４５３ｆによって構成されている。そして、第１外側腕状部図形４５１ｆには、くびれ部５１ａ，５１ｂが形成され、内側腕状部図形４５２ｆには、くびれ部５２ａ，５２ｂが形成され、第２外側腕状部図形４５３ｆには、くびれ部５３ａ，５３ｂが形成されている。
【０１７０】
図１５に示す実施例では、各腕状部図形４４１ｆ，４４２ｆ，４４３ｆのそれぞれ１箇所に、比較的長いくびれ部４１，４２，４３が形成されているのに対して、図１６に示す実施例では、各腕状部図形４５１ｆ，４５２ｆ，４５３ｆのそれぞれ２箇所に、比較的短いくびれ部５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂが形成されている。このようなくびれ部を設ける理由は、上述したとおり、各腕状部４５１，４５２，４５３の弾性変形を容易にし、変形体４０２の変形態様を多様化するためである。くびれ部の形成箇所を増やすと、それだけ加工工程が複雑になるが、より柔軟な変形に対応できるようになり、変形態様の多様化の程度を向上させることができる。
【０１７１】
＜４−７．第７の変形例＞
図１７は、図１０に示す基本構造体１０００の第７の変形例を説明する正断面図である。実際には、この図１７に示す基本構造体２００３は、図１４に示す基本構造体２０００に対して、若干の変更を施したものである。すなわち、図１４に示す基本構造体２０００と図１７に示す基本構造体２００３との相違点は、前者の変形部図形４００ｆが後者では変形部図形４０３ｆに置き換えられている点だけである。
【０１７２】
より具体的には、第１台座部図形４２０ｆおよび第２台座部図形４３０ｆについては変更はないので、両者の相違は、前者の弾性変形部図形４１０ｆが後者では弾性変形部図形４６０ｆに置き換えられている点だけである。図１７に示す弾性変形部図形４６０ｆは、図示のとおり、第１外側腕状部図形４６１ｆ、内側腕状部図形４６２ｆ、第２外側腕状部図形４６３ｆを有しており、これらの各図形は、図１４に示す第１外側腕状部図形４１１ｆ、内側腕状部図形４１２ｆ、第２外側腕状部図形４１３ｆにそれぞれ対応するものである。
【０１７３】
ただ、図１７に示す弾性変形部図形４６０ｆには、新たに２つの要素が付加されている。第１の付加要素は、重量調整部図形６２ｆである。この重量調整部図形６２ｆは、内側腕状部図形４６２ｆの右側の水平部分の下方に突き出した図形（図には、網目状ハッチングを施して示す）である。そして、第２の付加要素は、フランジ部図形６１ｆ，６３ｆである。フランジ部図形６１ｆは、第１外側腕状部図形４６１ｆの上端部（第１の受力点Ｐ１に対する接続部分）に設けられた図形であり、フランジ部図形６３ｆは、第２外側腕状部図形４６３ｆの上端部（第２の受力点Ｐ２に対する接続部分）に設けられた図形である。以下、これら付加要素の役割について説明する。
【０１７４】
まず、重量調整部図形６２ｆは、三次元の基本構造体２００３において、重量調整部６２を形成する部分の断面図形に相当する。この重量調整部６２は、弾性変形部４６０の本来の機能、すなわち、モーメントの検出感度と力の検出感度とのバランスを調整する機能に直接関与するものではないが、変形体４０３の重量のバランスを調整する役割を果たす。当該役割は、図１４に示す変形体図形４００ｆの全体形状と図１７に示す変形体図形４０３ｆの全体形状とを比較すれば、容易に理解できよう。
【０１７５】
図１４に示す変形体図形４００ｆは、図においてＺ軸に関して左右非対称の図形になっている。これは、前述のとおり、内側腕状部図形４１２ｆの一部が原点Ｏを通るような設計が行われているためである。もちろん、図１７に示す変形体図形４０３ｆもＺ軸に関して左右非対称の図形であることに変わりはない。ただ、変形体図形４０３ｆには、重量調整部図形６２ｆが付加されているため、切断面という二次元平面上での面積のバランスは、Ｚ軸に関して左右対称に近いものになっている。これは、三次元の基本構造体２００３で考えると、重量調整部６２が、ＸＺ平面に関して、左右の重量バランスを均衡させる役割を果たすことを意味する。
【０１７６】
前述したように、６軸検出型の力覚センサでは、外力の６軸成分の作用により、変形体が多様な変形態様をとる。したがって、基本構造体２００３の三次元的な重量分布は、できるだけ座標軸に関して対称性を有していた方が好ましい。基本構造体２００３の重量分布に偏りが生じていると変形動作が不安定になり、検出結果に悪影響が及ぶ可能性がある。重量調整部６２は、基本構造体２００３の重量分布に偏りが生じないように調整し、安定した検出が可能になるようにする役割を果たすことになる。
【０１７７】
なお、図１７に示す実施例の場合、重量調整部図形６２ｆは、内側腕状部図形４６２ｆの脇のスペースに設けられているが、重量調整部図形を配置する場所は、重量分布を均一化する効果がある場所であれば、任意の場所でかまわない。したがって、実際には、第１外側腕状部図形４６１ｆ、内側腕状部図形４６２ｆ、第２外側腕状部図形４６３ｆの全部にそれぞれ重量調整部図形を付加してもよいし、その一部に重量調整部図形を付加してもよい。また、重量調整部図形は、接続経路に直交する方向に突き出すような図形であれば、どのような形状の図形であってもかまわない。
【０１７８】
次に、フランジ部図形６１ｆ，６３ｆの役割を説明する。図示のとおり、フランジ部図形６１ｆは、第１外側腕状部図形４６１ｆの受力体図形１５０ｆに対する接続部（第１受力点Ｐ１の近傍）に設けられた、接続経路に直交する方向に突き出した図形であり、三次元の基本構造体２００３において、フランジ部６１を形成する部分の断面図形に相当する。同様に、フランジ部図形６３ｆは、第２外側腕状部図形４６３ｆの受力体図形１５０ｆに対する接続部（第２受力点Ｐ２の近傍）に設けられた、接続経路に直交する方向に突き出した図形であり、三次元の基本構造体２００３において、フランジ部６３を形成する部分の断面図形に相当する。
【０１７９】
このように、受力体１５０に対する接続部分にフランジ部６１，６３を設けておくと、受力体１５０に対する接続を堅固なものにすることができる。弾性変形部４６０を細長い腕状部材によって構成した場合、その横断面の面積は限られたものになるため、受力体１５０に対する接合が十分でない場合もありうる。このような場合、弾性変形部４６０の端部にフランジ部６１，６３を形成しておけば、接合面の面積を増加させることができ、より堅固な接合を行うことが可能になる。
【０１８０】
＜４−８．第８の変形例＞
図１８は、図１０に示す基本構造体１０００の第８の変形例を説明する正断面図である。この図１８に示す基本構造体２００４も、受力体１６０と支持体２６０との間に変形体４０４を設けた構造を有する。そして、受力体１６０および支持体２６０として、上下両面がＸＹ平面に平行となる板状部材を用いている点も、これまでの実施例と同様である。
【０１８１】
したがって、この基本構造体２００４をＸＺ平面で切断した断面は、図１８に示すとおり、矩形状の受力体図形１６０ｆと、矩形状の支持体図形２６０ｆと、両者を接続する変形体図形４０４ｆと、によって構成されている。そして、変形体図形４０４ｆは、弾性変形部図形４７０ｆ、第１台座部図形４２５ｆ、第２台座部図形４３５ｆによって構成されており、弾性変形部図形４７０ｆは、第１受力点Ｐ１と第２受力点Ｐ２とを接続するＸＺ平面上の接続経路Ｒ８に沿った細長い腕状図形によって構成されている。
【０１８２】
この図１８に示す実施例の特徴は、第１台座部４２５および第２台座部４３５による支持形態にある。図示のとおり、第１台座部図形４２５ｆの上端（接続端）は、弾性変形部図形４７０ｆの第１中継点ｍ１の近傍の下方に接続されている。したがって、第１台座部４２５は、これまで述べてきた実施例と同様に、弾性変形部４７０を下方から支持する部材になる。ところが、第２台座部４３５は、これまで述べてきた実施例とは逆に、弾性変形部４７０を上方から支持する部材になる。図示のとおり、第２台座部図形４３５ｆは、第１台座部図形４２５ｆの天地を逆にしたような図形であり、その下端（接続端）が、弾性変形部図形４７０ｆの第２中継点ｍ２の近傍の上方に接続されている。
【０１８３】
なお、図では、便宜上、第２台座部図形４３５ｆの上端が、空間上に描かれた第２支持点Ｑ２に固定されている状態が示されているが、実際には、この第２支持点Ｑ２は、支持体２６０の上面に設けられた点（たとえば、ＸＺ平面の奥に位置する点）であり、第２台座部４３５は、弾性変形部４７０の第２中継点ｍ２の近傍と、支持体２６０の上面に設けられた第２支持点Ｑ２とを接続する部材ということになる。
【０１８４】
したがって、第２台座部４３５は、実際には、たとえばＵ字状に湾曲した形状をなし、その一端は、図１８の断面図に描かれているように、弾性変形部４７０の第２中継点ｍ２の近傍の上方に接続され、他端は、支持体２６０の上面に設けられた第２支持点Ｑ２に接続されていることになる。図１８の断面図では、この第２台座部４３５の他端が第２支持点Ｑ２に接続されている実際の状態を描くことができないので（第２支持点Ｑ２が、切断面にないため）、便宜上、空間上に第２支持点Ｑ２を描き、第２台座部４３５の他端が第２支持点Ｑ２に接続されていることを示してある。
【０１８５】
このように、図１８に示す実施例は、これまで述べてきた実施例と比較すると、台座部による支持形態が若干異なるが、その本質的な機能に変わりはない。すなわち、弾性変形部図形４７０ｆは、第１外側腕状部図形４７１ｆ、内側腕状部図形４７２ｆ、第２外側腕状部図形４７３ｆによって構成され、モーメントの検出感度と力の検出感度とのバランスを調整する機能を果たすことができる。弾性変形部４７０の第２中継点ｍ２の近傍は、第２台座部４３５によって上方から支持されているが、受力体１６０から伝達される力によって、この第２中継点ｍ２の近傍部分が揺動する点に変わりはないので、図１８に示す基本構造体２００４は、図１０に示す基本構造体１０００と同様に、モーメントの検出感度と力の検出感度とのバランスを調整する機能を果たすことになる。
【０１８６】
すなわち、図１８に示す基本構造体２００４の場合、接続経路Ｒ８を第１中継点ｍ１から第２中継点ｍ２に向かって辿ると、ＸＹ平面に交差する長手方向軸Ｌ６に沿って下方に向かう下降経路が存在し、内側腕状部図形４７２ｆは、この下降経路に沿った下降腕状部を有する。したがって、Ｙ軸まわりのモーメントＭｙが作用した場合、この下降腕状部が、左右から伝達されてきた逆向きの力を拮抗させ、変形を妨げる抵抗要素として機能する。なお、この抵抗要素としての機能を最大限に発揮させる上では、既に述べたとおり、長手方向軸Ｌ６がＺ軸に平行になるように設定するのが好ましい。
【０１８７】
これまで述べてきた実施例では、２つの中継点ｍ１，ｍ２の両方を下方から台座部によって支持する構造を採用していたが、図１８に示す基本構造体２００４の特徴は、２つの中継点ｍ１，ｍ２のうち、一方を下方から台座部によって支持し、他方を上方から台座部によって支持した構造を採用した点にある。このように、台座部による支持位置を下方から上方に変更しても、上述したとおり、基本構造体の本質的な機能に変わりはない。
【０１８８】
もちろん、２つの中継点ｍ１，ｍ２の両方を上方から台座部によって支持する構造を採用することも可能である。この場合、断面図で見れば、第１台座部図形の接続端が、弾性変形部図形の第１中継点ｍ１の近傍の上方に接続され、第２台座部図形の接続端が、弾性変形部図形の第２中継点ｍ２の近傍の上方に接続されていることになる。ただ、図１８に示す実施例の場合、接続経路Ｒ８が図示のような形態で上下に屈曲した経路になっているため、図示のとおり、第１中継点ｍ１の近傍を下方から支持し、第２中継点ｍ２の近傍を上方から支持する構造を採用すると、三次元空間内で各部品を効率的に配置することができる。
【０１８９】
＜４−９．第９の変形例＞
図１９は、図１０に示す基本構造体１０００の第９の変形例を説明する正断面図である。この図１９に示す基本構造体２００５も、受力体１５０と支持体２５０との間に変形体４０５を設けた構造を有する。そして、受力体１５０および支持体２５０として、上下両面がＸＹ平面に平行となる板状部材を用いている点も、これまでの実施例と同様である。
【０１９０】
したがって、この基本構造体２００５をＸＺ平面で切断した断面は、図１９に示すとおり、矩形状の受力体図形１５０ｆと、矩形状の支持体図形２５０ｆと、両者を接続する変形体図形４０５ｆと、によって構成されている。そして、変形体図形４０５ｆは、弾性変形部図形４８０ｆ、第１台座部図形４２６ｆ、第２台座部図形４３６ｆを含んでおり、弾性変形部図形４８０ｆは、第１受力点Ｐ１と第２受力点Ｐ２とを接続するＸＺ平面上の接続経路Ｒ９に沿った細長い腕状図形によって構成されている。この図１９に示す実施例の特徴は、第１台座部４２６および第２台座部４３６に加えて、更に、第３台座部４９６を付加した点にある。
【０１９１】
図示のとおり、この実施例の場合も、第１受力点Ｐ１と第２受力点Ｐ２とを結ぶＸＺ平面上の経路として、接続経路Ｒ９が定義されているが、この接続経路Ｒ９上には、第１中継点ｍ１および第２中継点ｍ２だけでなく、第２中継点m２と第２受力点Ｐ２との間に、更に、第３中継点ｍ３が定義されており、この第３中継点ｍ３の近傍を支持するために、第３台座部４９６が付加されている。したがって、変形体４０５は、弾性変形部４８０、第１台座部４２６、第２台座部４３６に加えて、更に、第３台座部４９６を有している。第３台座部４９６は、弾性変形部４８０の第３中継点ｍ３の近傍と支持体２５０上に定義された第３支持点Ｑ３とを連結する部材である。
【０１９２】
したがって、図１９の断面図に示すとおり、弾性変形部図形４８０ｆは、接続経路Ｒ９の第１受力点Ｐ１から第１中継点ｍ１に至る区間に沿って配置された第１外側腕状部図形４８１ｆと、接続経路Ｒ９の第１中継点ｍ１から第２中継点ｍ２に至る区間に沿って配置された第１内側腕状部図形４８２ｆと、接続経路Ｒ９の第２中継点ｍ１から第３中継点ｍ３に至る区間に沿って配置された第２内側腕状部図形４８３ｆと、接続経路Ｒ９の第３中継点ｍ３から第２受力点Ｐ１に至る区間に沿って配置された第２外側腕状部図形４８４ｆと、を有することになる。
【０１９３】
特に、図１９に示す実施例の場合、第１台座部図形４２６ｆの接続端が、弾性変形部図形４８０ｆの第１中継点ｍ１の近傍の下方に接続され、第２台座部図形４３６ｆの接続端が、弾性変形部図形４８０ｆの第２中継点ｍ２の近傍の下方に接続され、第３台座部の断面である第３台座部図形４９６ｆの接続端が、弾性変形部図形４８０ｆの第３中継点ｍ３の近傍の上方に接続されている。
【０１９４】
したがって、この図１９においても、便宜上、第３台座部図形４９６ｆの上端が、空間上に描かれた第３支持点Ｑ３に固定されている状態が示されているが、実際には、この第３支持点Ｑ３は、支持体２５０の上面に設けられた点（たとえば、ＸＺ平面の奥に位置する点）であり、第３台座部４９６は、弾性変形部４８０の第３中継点ｍ３の近傍と、支持体２５０の上面に設けられた第３支持点Ｑ３とを接続する部材ということになる。
【０１９５】
たとえば、第３台座部４９６は、Ｕ字状に湾曲した形状をなす部材によって構成することができる。この場合、第３台座部４９６の一端は、図１９の断面図に描かれているように、弾性変形部４８０の第３中継点ｍ３の近傍の上方に接続され、他端は、支持体２５０の上面に設けられた第３支持点Ｑ３に接続されていることになる。図１９の断面図では、この第３台座部４９６の他端が第３支持点Ｑ３に接続されている実際の状態を描くことができないので（第３支持点Ｑ３が、切断面にないため）、便宜上、空間上に第３支持点Ｑ３を描き、第３台座部４９６の他端が第３支持点Ｑ３に接続されていることを示してある。
【０１９６】
なお、前述したとおり、台座部による支持位置を下方にしても、上方にしても、基本構造体２００５の本質的な機能に変わりはないので、３つの中継点ｍ１，ｍ２，ｍ３の近傍の支持形態を、下方支持にするか上方支持するかは、任意に設定することが可能である。ただ、図１９に示す実施例の場合、接続経路Ｒ９が図示のような形態で上下に屈曲した経路になっているため、図示のとおり、第１中継点ｍ１の近傍および第２中継点ｍ２の近傍を下方から支持し、第３中継点ｍ３の近傍を上方から支持する構造を採用すると、三次元空間内で各部品を効率的に配置することができる。
【０１９７】
ここで留意すべき点は、図１９に示す実施例のように、３つの中継点ｍ１，ｍ２，ｍ３の近傍をそれぞれ支持する形態を採用すると、モーメントの検出感度と力の検出感度とのバランスを調整する機能が得られる点に変わりはないものの、当該調整機能の内容が、これまで述べてきた実施例における調整機能の内容とは異なってくる点である。
【０１９８】
具体的には、これまで述べてきた実施例（２つの中継点ｍ１，ｍ２の近傍を支持する形態）の場合、基本構造体の本質的な機能は、並進力である力Ｆｚが作用した場合に比べて、回転力であるモーメントＭｙが作用した場合に、変形を妨げる大きな抵抗要素として働く機能である。このような機能が働く原理は、§３において、図８および図９を参照して説明したとおりである。
【０１９９】
すなわち、受力体１００に対して、並進力である力−Ｆｚが作用した場合は、図８に示すとおり、内側腕状部３１２には左右から同じ方向の力＋ｆｚが加わるのに対して、回転力であるモーメント＋Ｍｙが作用した場合は、図９に示すとおり、内側腕状部３１２には左右から逆方向の力＋ｆｚ／−ｆｚが加わることになり、原点Ｏの近傍部分を上下に伸長する応力が働き、当該応力に対して弾性材料による抗力が作用する。このため、弾性変形部３１０は、モーメントＭｙが作用した場合に、変形を妨げる大きな抵抗要素として働くことになる。
【０２００】
ところが、図１９に示す実施例（３つの中継点ｍ１，ｍ２，ｍ３の近傍を支持する形態）の場合は、事情が大きく変わってくる。ここでは、図１９に示す基本構造体２００５について、受力体１５０に外力が作用した場合に、第１内側腕状部図形４８２ｆの原点Ｏの近傍部分に、左右からどのような力が加わるかを考えてみよう。
【０２０１】
まず、受力体１５０に対して、並進力である力−Ｆｚが作用した場合を考える。この場合、第１受力点Ｐ１には下方への力−ｆｚが加わるので、第１外側腕状部図形４８１ｆは下方へ変位する。その結果、第１中継点ｍ１の左側は下方に変位し、右側は逆に上方に変位する。したがって、原点Ｏの近傍部分に対して、左側からは上方への力＋ｆｚが加わる。
【０２０２】
一方、第２受力点Ｐ２にも下方への力−ｆｚが加わるので、第２外側腕状部図形４８４ｆは下方へ変位する。その結果、第３中継点ｍ３の右側は下方に変位し、左側は逆に上方に変位する。したがって、第２内側腕状部図形４８３ｆは上方へ変位する。その結果、第２中継点ｍ２の右側は上方に変位し、左側は逆に下方に変位する。したがって、原点Ｏの近傍部分に対して、右側からは下方への力−ｆｚが加わる。
【０２０３】
結局、受力体１５０に対して、並進力である力−Ｆｚが作用した場合は、原点Ｏの近傍部分を上下方向に圧縮する応力が働き、当該応力に対して弾性材料による抗力が作用する。このため、並進力である力−Ｆｚが作用した場合、弾性変形部４８０は変形を妨げる大きな抵抗要素として働くことになる。
【０２０４】
次に、受力体１５０に対して、回転力であるモーメントＭｙが作用した場合を考える。この場合、第１受力点Ｐ１には上方への力＋ｆｚが加わるので、第１外側腕状部図形４８１ｆは上方へ変位する。その結果、第１中継点ｍ１の左側は上方に変位し、右側は逆に下方に変位する。したがって、原点Ｏの近傍部分に対して、左側からは下方への力−ｆｚが加わる。
【０２０５】
一方、第２受力点Ｐ２には下方への力−ｆｚが加わるので、第２外側腕状部図形４８４ｆは下方へ変位する。その結果、第３中継点ｍ３の右側は下方に変位し、左側は逆に上方に変位する。したがって、第２内側腕状部図形４８３ｆは上方へ変位する。その結果、第２中継点ｍ２の右側は上方に変位し、左側は逆に下方に変位する。したがって、原点Ｏの近傍部分に対して、右側からは下方への力−ｆｚが加わる。
【０２０６】
このように、受力体１５０に対して、回転力であるモーメントＭｙが作用した場合は、原点Ｏの近傍部分には左右から同じ方向の力−ｆｚが加わることになり、この部分を上下方向に伸長したり圧縮したりする応力が働くことはない。したがって、図１９に示す実施例の場合、弾性変形部４８０は、力Ｆｚが作用した場合に、変形を妨げる大きな抵抗要素として働くことになる。
【０２０７】
結局、これまで述べてきた、２つの中継点ｍ１，ｍ２の近傍を支持する実施例では、力Ｆｚ（並進力）の検出感度に比べて、モーメントＭｙ（回転力）の検出感度を低下させる調整機能が働くことになるのに対して、図１９に示す３つの中継点ｍ１，ｍ２，ｍ３の近傍を支持する実施例では、逆に、モーメントＭｙ（回転力）の検出感度に比べて、力Ｆｚ（並進力）の検出感度を低下させる調整機能が働くことになる。
【０２０８】
前述したとおり、特許文献１〜３に開示されている力覚センサの場合、力Ｆｚ（並進力）の検出感度に比べて、モーメントＭｙ（回転力）の検出感度の方が高くなる傾向にある。したがって、このような傾向を是正するには、２つの中継点ｍ１，ｍ２の近傍を支持する実施例を採用して、モーメントＭｙの検出感度を抑制するようにすればよい。逆に、力Ｆｚの検出感度を抑制する必要がある場合には、図１９に示すように、３つの中継点ｍ１，ｍ２，ｍ３の近傍を支持する実施例を採用すればよい。
【０２０９】
もちろん、接続経路上に定義する中継点の数を４以上に増やし、各中継点を４以上の台座部によって支持する構成を採ることも可能であるが、実用上は、モーメントＭｙの検出感度を抑制する場合は２つの中継点を用い、力Ｆｚの検出感度を抑制する場合は３つの中継点を用いるようにすれば十分である。
【０２１０】
＜４−１０．各変形例の組み合わせ＞
これまで、§４−０において、図４に示す基本構造体１０００の特徴を説明し、§４−１から§４−９において、この基本構造体１０００に対する様々な変形例を述べてきた。もちろん、個々の変形例は自由に組み合わせることが可能である。たとえば、§４−１から§４−３では、内側腕状部の形態に関する種々の変形例を述べ、§４−４では、外側腕状部の形態に関する種々の変形例を述べたが、これらの変形例は相互に組み合わせることができる。もちろん、§４−５，§４−６で述べたくぼみ部や、§４−７で述べた重量調整部やフランジ部は、たとえば、§４−８，§４−９で述べた変形例において利用することも可能である。要するに、これまで述べてきた個々の変形例の概念は、技術的な矛盾が生じない範囲で相互に組み合わせて利用できる。
【０２１１】
＜４−１１．基本構造体の三次元構造＞
§２で説明したとおり、図４に示す基本構造体１０００において、弾性変形部３１０は、接続経路Ｒ１に沿って伸びる細長い腕状部材を屈曲させた構造体によって構成される。ここで、この細長い腕状部材は、横断面が矩形であっても、円形であってもよいし、別な任意形状であってもよい。また、内部が中空のパイプによって構成してもかまわない。
【０２１２】
この基本構造体１０００における弾性変形部３１０の役割は、図８および図９を参照して説明したように、力Ｆｚ（並進力）の検出感度とモーメントＭｙ（回転力）の検出感度とのバランスを調整することにある。既に述べたとおり、図４に示す基本構造体１０００の場合は、力Ｆｚの検出感度に比べて、モーメントＭｙの検出感度を低下させる調整機能が働くが、図１９の変形例に示す基本構造体２００５の場合は、モーメントＭｙの検出感度に比べて、力Ｆｚの検出感度を低下させる調整機能が働くことになる。
【０２１３】
このように、力ＦｚとモーメントＭｙとの検出感度の調整機能が働く基本原理は、基本構造体をＸＺ平面で切断した断面に現れる構造が、これまで述べてきた固有の特徴を有しているためである。たとえば、基本構造体１０００の場合は、ＸＺ平面で切断した断面に現れる各断面図形が、図５の正断面図に示す断面構造を有しており、このような断面構造を有しているため、図８および図９を参照して説明した調整機能が働くのである。図１０〜図１９では、様々な変形例に係る基本構造体の特徴を、ＸＺ平面で切断した断面に現れる各断面図形の特徴として説明したが、これは、上記調整機能が、ＸＺ平面で切断したときの断面構造の固有の特徴に基づいて働くためである。
【０２１４】
したがって、本発明に係る基本構造体を設計する上では、ＸＺ平面で切断したときの断面構造（各断面図形の形状や配置）が、これまで述べてきた特徴を備えているようにすれば、実際の三次元構造は、どのような形態をとるものであってもかまわない。§２では、図４に示す基本構造体１０００の三次元構造の典型例として、弾性変形部３１０を、接続経路Ｒ１に沿って伸びる細長い腕状部材によって構成した例を挙げたが、弾性変形部３１０の三次元構造は、必ずしも細長い腕状部材からなる構造に限定されるものではない。
【０２１５】
たとえば、図５に示す弾性変形部図形３１０ｆを、Ｙ軸方向（図の奥行き方向）に、受力体１００および支持体２００の奥行き幅とほぼ同じ距離だけ平行移動することによって得られる三次元立体（平板を折り曲げたような形状の立体）によって、弾性変形部３１０を構成してもよい。この場合、台座部３２０，３３０も、図５に示す台座部図形３２０ｆ，３３０ｆを、Ｙ軸方向に、受力体１００および支持体２００の奥行き幅とほぼ同じ距離だけ平行移動することによって得られる三次元立体によって構成するのが好ましい。
【０２１６】
あるいは、図１１に示すように、Ｚ軸に対して左右対称の形状をもつ弾性変形部図形３４０ｆを利用するのであれば、当該図形をＺ軸を中心軸として回転することにより得られる回転体によって、弾性変形部３４０を構成することもできる。この場合、台座部３２０，３３０もＺ軸を中心軸とした回転体によって構成するのが好ましい。したがって、実際には、図１１に示されているすべての断面図形（１００ｆ，２００ｆ，３０１ｆ）を、Ｚ軸を中心軸として回転することにより得られる回転体によって、基本構造体１００１を構成すればよい。この場合、受力体１００および支持体２００は円盤状部材によって構成され、弾性変形部３４０は円形の皿状部材によって構成され、台座部３２０，３３０は、共通のドーナツ状部材によって構成されることになる。
【０２１７】
このような観点から、本願において「腕状部」と称呼されている部材は、必ずしも三次元形状が腕状をしている部材である必要はない。たとえば、図５に示す実施例の説明では、各断面図形の名称として、第１外側腕状部図形３１１ｆ，内側腕状部図形３１２ｆ，第２外側腕状部図形３１３ｆなる文言を用いており、断面が第１外側腕状部図形３１１ｆとなる部材を第１外側腕状部３１１、断面が内側腕状部図形３１２ｆとなる部材を内側腕状部３１２、断面が第２外側腕状部図形３１３ｆとなる部材を第２外側腕状部３１３と呼んでいるが、これら各腕状部３１１，３１２，３１３は、必ずしも三次元形状が腕状をしている部材である必要はなく、二次元の断面図形が腕状をしていれば足りる。
【０２１８】
なお、これまでは、基本構造体をＸＺ平面で切断した断面図形の形状および配置について、その特徴を説明してきたが、本発明に用いる弾性変形部は、必ずしもＸＺ平面上に配置されている必要はなく、ＸＺ平面に平行な任意の平面上に配置されていれば、上述した検出感度の調整機能を得ることができる。たとえば、図４には、ＸＺ平面上に接続経路Ｒ１を定義し、この接続経路Ｒ１に沿って伸びる細長い腕状部材によって弾性変形部３１０を構成した実施例を示し、当該実施例によれば、図８および図９に示すような検出感度の調整機能が働くことを説明した。
【０２１９】
しかしながら、接続経路Ｒ１は、必ずしもＸＺ平面上に定義された経路である必要はなく、ＸＺ平面に平行な任意の平面上に定義された経路であってもかまわない。たとえば、図８および図９において、弾性変形部３１０がＸＺ平面上ではなく、図の手前側の平面（ＸＺ平面に平行な平面）上に配置されていたとしても、前述した原理に基づき、検出感度の調整機能が働くことは容易に理解できよう。したがって、図１０〜図１９では、様々な変形例に係る基本構造体の特徴を、ＸＺ平面で切断した断面に現れる各断面図形の特徴として説明したが、実際には、ＸＺ平面もしくはＸＺ平面に平行な平面によって切断した断面に現れる各断面図形の特徴が、これまで述べてきた特徴を備えていれば、検出感度の調整機能が得られることになり、本発明に係る基本構造体として利用可能である。
【０２２０】
たとえば、図１０に示す実施例の場合、接続経路Ｒ１が原点Ｏを通るように設計されている。これは、原点Ｏの近傍に配置された垂直の腕状部分において、逆向きの力＋ｆｚ／−ｆｚが拮抗するようにするための配慮である。すなわち、このような設計を行えば、左側から伝達されてきた力と右側から伝達されてきた力とを、基本構造体１０００の中心付近においてバランスよく拮抗させることができ、基本構造体１０００の変形態様を安定させる上で好ましい。
【０２２１】
ただ、上述したとおり、接続経路Ｒ１は必ずしもＸＺ平面上の経路として定義する必要はなく、ＸＺ平面もしくはＸＺ平面に平行な任意の平面上の経路として定義すれば足りる。したがって、左右の力を基本構造体１０００の中心付近においてバランスよく拮抗させるような設計を行うには、図１０に示す長手方向軸（図ではＺ軸として示されている軸）は、必ずしもＺ軸（ＸＺ平面上の軸）である必要はなく、ＹＺ平面に含まれる軸であればよいことになる。
【０２２２】
要するに、接続経路Ｒ１上にＺ軸に平行な第１の長手方向軸および第２の長手方向軸を設けて変形を妨げる抵抗力を最大限に発揮させる構成とし、しかも左右の力を中心付近においてバランスよく拮抗させる設計を行うには、第１の長手方向軸もしくは第２の長手方向軸が、ＹＺ平面に含まれる軸となるようにすればよい。
【０２２３】
なお、基本構造体を量産する上では、加工が容易な構造にするのが好ましい。このような観点からは、たとえば、図１２に示すような傾斜した弾性変形部３５０や図１３に示すような湾曲した弾性変形部３６０を設けるよりも、図１０，図１１，図１４などに示すようなクランク型の弾性変形部を設けるのが好ましい。したがって、実用上は、第１の受力点Ｐ１と第２の受力点Ｐ２とを接続する接続経路として、Ｚ軸に平行な縦方向経路とＸ軸に平行な横方向経路とを有する経路を採用し、第１受力点Ｐ１および第２受力点Ｐ２からは縦方向経路が伸びるようにし、第１中継点ｍ１および第２中継点ｍ２を横方向経路上に定義するようにするのが好ましい。
【０２２４】
もちろん、基本構造体の各部の材質は任意であり、一般的には、金属や樹脂を用いて構成すればよい。
【０２２５】
＜４−１２．モーメントＭｘの検出感度調整＞
これまで、図８および図９に示す原理に基づいて、力Ｆｚの検出感度とモーメントＭｙの検出感度とのバランスを調整する機能をもった基本構造体を説明してきたが、全く同じ原理により、力Ｆｚの検出感度とモーメントＭｘの検出感度とのバランスを調整する機能をもった基本構造体を実現できることは容易に理解できよう。すなわち、図８および図９における横軸ＸをＹ軸に置き換えれば、図９に示されているＹ軸まわりのモーメントＭｙは、Ｘ軸まわりのモーメントＭｘに置き換えられるので、この基本構造体１０００は、力Ｆｚの検出感度とモーメントＭｘの検出感度とのバランスを調整する役割を果たすことになる。
【０２２６】
したがって、図１０〜図１９に示す各基本構造体の場合も、横軸ＸをＹ軸に置き換えた構成にすれば、力Ｆｚの検出感度とモーメントＭｘの検出感度とのバランスを調整する役割を果たす。これは、基本構造体の三次元構造を工夫すれば、力Ｆｚの検出感度、モーメントＭｘの検出感度、モーメントＭｙの検出感度、という３軸成分の検出感度のバランスを調整する機能を実現できることを意味する。
【０２２７】
たとえば、ＸＺ平面もしくはＸＺ平面に平行な任意の平面で切断した断面構造が図５に示すような構造を有しており、かつ、ＹＺ平面もしくはＹＺ平面に平行な任意の平面で切断した断面構造も、同様に図５に示すような構造を有しているような三次元構造をもった基本構造体を作成すれば、当該基本構造体は、上記３軸成分の検出感度のバランスを調整する機能を有していることになる。
【０２２８】
たとえば、図４に示す実施例のように、弾性変形部３１０を細長い腕状部材を屈曲させた構造体によって構成する場合であれば、そのような弾性変形部３１０を２組用意し、一方を９０°回転させて組み合わせるようにすれば、３軸成分の検出感度調整機能をもった基本構造体が実現できる。あるいは、図１１に示されている断面図形を、Ｚ軸を中心軸として回転することにより得られる回転体によって基本構造体を構成すれば、当該基本構造体をＸＺ平面で切断した断面形状と、当該基本構造体をＹＺ平面で切断した断面形状とは、いずれも図１１の断面図に示すものになるので、やはり３軸成分の検出感度調整機能をもった基本構造体が得られる。このような基本構造体を利用した力覚センサについては、§５で詳述する。
【０２２９】
＜＜＜  §５．  本発明に係る力覚センサの基本的実施形態  ＞＞＞
これまで、§２〜§４において、本発明に係る基本構造体を様々な実施例について説明した。この基本構造体の重要な特徴は、既に述べたとおり、力Ｆｚの検出感度とモーメントＭｙの検出感度とのバランス調整を行う機能を備えている点にあり、本発明に固有の作用効果は、この基本構造体のバランス調整機能に基づいて奏されるものである。そこで、ここでは、これまで述べてきた基本構造体を用いた力覚センサの基本的実施形態を説明する。
【０２３０】
＜５−１．本発明に係る力覚センサの基本的な構成要素＞ 
前掲の特許文献１〜３にも開示されているとおり、機械的な構造部分として、検出対象となる外力を受ける受力体と、この受力体を支持するための支持体と、受力体と支持体との間に設けられ弾性変形を生じる変形体と、を含む基本構造体を採用した力覚センサは公知である。本発明に係る力覚センサも、受力体、支持体、変形体を有する基本構造体を採用する点に変わりはない。ただ、本発明の特徴は、力Ｆｚの検出感度とモーメントＭｙの検出感度とのバランス調整を行う機能にあるので、本発明に係る力覚センサは、ＸＹＺ三次元直交座標系における各座標軸方向の力および各座標軸まわりのモーメントのうち、少なくともＺ軸方向の力ＦｚおよびＹ軸まわりのモーメントＭｙを検出する機能を備えたセンサということになる。
【０２３１】
この力覚センサは、たとえば、図４の実施例に示されているように、Ｚ軸が垂直軸となるように座標系を定義したときに、Ｚ軸上に配置された受力体１００と、Ｚ軸上の、受力体１００の下方に配置された支持体２００と、受力体１００と支持体２００とを接続し、力もしくはモーメントの作用により、少なくとも一部分が弾性変形を生じる変形体３００と、を含む基本構造体１０００を有している。そして、この力覚センサは、基本構造体１０００に、更に、検出素子と検出回路とを付加することにより構成される。
【０２３２】
ここで、検出素子は、変形体３００の変形を検出する素子であってもよいし、変形体３００の変位を検出する素子であってもよい。具体的には、変形体３００の変形状態を検出する場合は、弾性変形部３１０の所定箇所の伸縮状態を電気的に検出するようにすればよい。たとえば、弾性変形部３１０の特定の箇所に張り付けられたストレインゲージを検出素子として利用することができる。図８および図９に示すような変形態様を考慮すれば、弾性変形部３１０の各部に、作用した外力に応じた固有の歪みが生じることがわかる。そこで、弾性変形部３１０の所定箇所（表面に伸縮が生じる箇所）にストレインゲージを張り付けておけば、ストレインゲージの電気抵抗の変化として、各部に生じた機械的な歪みを電気的に検出することができ、作用した外力の特定の軸成分についての大きさを検出することができる。
【０２３３】
一方、変形体３００の変位状態を検出する場合は、弾性変形部３１０の所定箇所と支持体２００の所定箇所との間の距離を電気的に検出するようにすればよい。この場合、弾性変形部３１０の所定箇所に形成された変位電極と、支持体２００の変位電極に対向する位置に形成された固定電極と、を有する複数の容量素子を検出素子として利用すればよい。変位電極の変位によって、両電極間距離が変化すると、容量素子の静電容量値に変化が生じるので、生じた変位を静電容量値の変化として電気的に検出することができる。検出回路は、複数の容量素子の静電容量値に基づく演算処理を行うことにより、少なくともＺ軸方向の力ＦｚおよびＹ軸まわりのモーメントＭｙを示す電気信号を出力することができる。
【０２３４】
＜５−２．力覚センサ３０００の断面構造＞ 
続いて、ＸＹＺ三次元直交座標系における６軸成分のうち、力Ｆｚ，モーメントＭｘ，モーメントＭｙの３軸成分を検出することができる力覚センサ３０００の断面構造を説明する。図２０および図２１は、このような力覚センサ３０００の構成を示す断面図およびブロック図である。図２０の上段に描かれている断面図は、この力覚センサ３０００の基本構造体の部分をＸＺ平面で切った正断面図であり、図２１の上段に描かれている断面図は、基本構造体の部分をＹＺ平面で切った側断面図である。
【０２３５】
図２０では、この基本構造体の中心位置に原点Ｏ、図の右方向にＸ軸、図の上方向にＺ軸、図の紙面垂直奥方向にＹ軸をとることにより、ＸＹＺ三次元直交座標系が定義されている。一方、図２１では、図の右方向にＹ軸、図の上方向にＺ軸、図の紙面垂直手前方向にＸ軸がとられている。実際には、図２０の上段の正断面図と図２１の上段の側断面図とは、幾何学的には全く同じものである。別言すれば、ここに示す基本構造体は、ＸＺ平面で切断しても、ＹＺ平面で切断しても、同一の断面が得られる三次元構造を有している。
【０２３６】
図示されている基本構造体は、図１４に例示した基本構造体２０００に近いものであり、受力体１５０、支持体２５０、変形体５００を有している。受力体１５０および支持体２５０は、図１４に例示したものと同様に、ＸＹ平面に平行な上面および下面をもつ板状部材によって構成されている。ここに示す実施例の場合、受力体１５０および支持体２５０は、いずれも平面が正方形をした同じサイズの板状部材によって構成されている。
【０２３７】
一方、変形体５００は、ＸＺ平面で切断した断面が図２０に示す構造を有し、ＹＺ平面で切断した断面が図２１に示す構造を有するような三次元構造体である。ここでは、説明の便宜上、図２０に示すＸＺ平面で切断した断面に現れている部材を「Ｘ軸に関する部材」と呼び、図２１に示すＹＺ平面で切断した断面に現れている部材を「Ｙ軸に関する部材」と呼ぶことにする。
【０２３８】
そうすると、この変形体５００のうちの「Ｘ軸に関する部材」は、図２０にその断面図形が示されているとおり、所定箇所が受力体１５０に接続され弾性変形を生じるＸ軸に関する弾性変形部５１０と、このＸ軸に関する弾性変形部５１０の所定箇所を支持体２５０に固定するＸ軸に関する第１台座部５２０およびＸ軸に関する第２台座部５３０と、によって構成される。同様に、この変形体５００のうちの「Ｙ軸に関する部材」は、図２１にその断面図形が示されているとおり、所定箇所が受力体１５０に接続され弾性変形を生じるＹ軸に関する弾性変形部５４０と、このＹ軸に関する弾性変形部５４０の所定箇所を支持体２５０に固定するＹ軸に関する第１台座部５５０およびＹ軸に関する第２台座部５６０と、によって構成される。
【０２３９】
なお、前述したとおり、本願では、基本構造体を構成する各部を所定平面で切断したときに断面上に現れる個々の幾何学的な図形を、それぞれ元の各部の名称の末尾に「図形」なる語句を付加した名称で呼ぶことにし、元の各部の符号の末尾に「ｆ」なる符号（figureの意）を付加した符号を付して示している。したがって、図２０および図２１に示されている各断面図形の符号の末尾には「ｆ」が付加されている。
【０２４０】
また、図２０および図２１の双方に断面が現れる部材に関しては、その断面図形の符号の末尾に「ｆｘ」もしくは「ｆｙ」を付して区別できるようにしている。たとえば、受力体１５０、支持体２５０、変形体５００の各断面図形は、図２０および図２１の双方に現れるので、図２０では、Ｘ軸に関する受力体図形１５０ｆｘ、Ｘ軸に関する支持体図形２５０ｆｘ、Ｘ軸に関する変形体図形５００ｆｘと呼ぶことにし、図２１では、Ｙ軸に関する受力体図形１５０ｆｙ、Ｙ軸に関する支持体図形２５０ｆｙ、Ｙ軸に関する変形体図形５００ｆｙと呼ぶことにする。
【０２４１】
まず、図２０の上段に示す正断面図を参照しながら、この基本構造体をＸＺ平面で切断したときの断面構造を詳述する。上述したとおり、この正断面図には、Ｘ軸に関する受力体図形１５０ｆｘと、Ｘ軸に関する支持体図形２５０ｆｘと、Ｘ軸に関する変形体図形５００ｆｘとが含まれている。そして、Ｘ軸に関する変形体図形５００ｆｘは、Ｘ軸に関する弾性変形部５１０の断面であるＸ軸に関する弾性変形部図形５１０ｆと、Ｘ軸に関する第１台座部５２０の断面であるＸ軸に関する第１台座部図形５２０ｆと、Ｘ軸に関する第２台座部５３０の断面であるＸ軸に関する第２台座部図形５３０ｆと、を含んでいる。
【０２４２】
更に、Ｘ軸に関する弾性変形部図形５１０ｆは、Ｘ軸に関する受力体図形１５０ｆｘの輪郭上に定義されたＸ軸に関する第１受力点Ｐ１１とＸ軸に関する第２受力点Ｐ１２とを結ぶ所定のＸ軸に関する接続経路Ｒ１０に沿って配置され、Ｘ軸に関する第１受力点Ｐ１１とＸ軸に関する第２受力点Ｐ１２とを連結する図形である。
【０２４３】
また、Ｘ軸に関する第１台座部図形５２０ｆは、Ｘ軸に関する接続経路Ｒ１０上に定義されたＸ軸に関する第１中継点ｍ１１の近傍においてＸ軸に関する弾性変形部図形５１０ｆに接続されており、Ｘ軸に関する第２台座部図形５３０ｆは、Ｘ軸に関する接続経路Ｒ１０上に定義されたＸ軸に関する第２中継点ｍ１２の近傍においてＸ軸に関する弾性変形部図形５１０ｆに接続されている。
【０２４４】
次に、図２１の上段に示す側断面図を参照しながら、この基本構造体をＹＺ平面で切断したときの断面構造を詳述する。上述したとおり、この側断面図には、Ｙ軸に関する受力体図形１５０ｆｙと、Ｙ軸に関する支持体図形２５０ｆｙと、Ｙ軸に関する変形体図形５００ｆｙとが含まれている。そして、Ｙ軸に関する変形体図形５００ｆｙは、Ｙ軸に関する弾性変形部５４０の断面であるＹ軸に関する弾性変形部図形５４０ｆと、Ｙ軸に関する第１台座部５５０の断面であるＹ軸に関する第１台座部図形５５０ｆと、Ｙ軸に関する第２台座部５６０の断面であるＹ軸に関する第２台座部図形５６０ｆと、を含んでいる。
【０２４５】
更に、Ｙ軸に関する弾性変形部図形５４０ｆは、Ｙ軸に関する受力体図形１５０ｆｙの輪郭上に定義されたＹ軸に関する第１受力点Ｐ２１とＹ軸に関する第２受力点Ｐ２２とを結ぶ所定のＹ軸に関する接続経路Ｒ１１に沿って配置され、Ｙ軸に関する第１受力点Ｐ２１とＹ軸に関する第２受力点Ｐ２２とを連結する図形である。
【０２４６】
また、Ｙ軸に関する第１台座部図形５５０ｆは、Ｙ軸に関する接続経路Ｒ１１上に定義されたＹ軸に関する第１中継点ｍ２１の近傍においてＹ軸に関する弾性変形部図形５４０ｆに接続されており、Ｙ軸に関する第２台座部図形５６０ｆは、Ｙ軸に関する接続経路Ｒ１１上に定義されたＹ軸に関する第２中継点ｍ２２の近傍においてＹ軸に関する弾性変形部図形５４０ｆに接続されている。
【０２４７】
結局、ここに示す変形体５００は、Ｘ軸に関する弾性変形部５１０と、Ｘ軸に関する第１台座部５２０と、Ｘ軸に関する第２台座部５３０と、Ｙ軸に関する弾性変形部５４０と、Ｙ軸に関する第１台座部５５０と、Ｙ軸に関する第２台座部５６０と、によって構成される部材ということになる。
【０２４８】
ここで、図２０に示すとおり、Ｘ軸に関する弾性変形部５１０は、Ｘ軸に関する第１受力点Ｐ１１とＸ軸に関する第２受力点Ｐ１２とを連結しており、Ｘ軸に関する第１台座部５２０は、Ｘ軸に関する弾性変形部５１０のＸ軸に関する第１中継点ｍ１１の近傍と支持体２５０上に定義されたＸ軸に関する第１支持点Ｑ１１とを連結しており、Ｘ軸に関する第２台座部５３０は、Ｘ軸に関する弾性変形部５１０のＸ軸に関する第２中継点ｍ１２の近傍と支持体２５０上に定義されたＸ軸に関する第２支持点Ｑ１２とを連結している。
【０２４９】
一方、図２１に示すとおり、Ｙ軸に関する弾性変形部５４０は、Ｙ軸に関する第１受力点Ｐ２１とＹ軸に関する第２受力点Ｐ２２とを連結しており、Ｙ軸に関する第１台座部５５０は、Ｙ軸に関する弾性変形部５４０のＹ軸に関する第１中継点ｍ２１の近傍と支持体２５０上に定義されたＹ軸に関する第１支持点Ｑ２１とを連結しており、Ｙ軸に関する第２台座部５６０は、Ｙ軸に関する弾性変形部５４０のＹ軸に関する第２中継点ｍ２２の近傍と支持体２５０上に定義されたＹ軸に関する第２支持点Ｑ２２とを連結している。
【０２５０】
ここに示す実施例においても、§２〜§４で述べた実施例と同様に、各台座部図形５２０ｆ，５３０ｆ，５５０ｆ，５６０ｆの弾性変形部図形５１０ｆ，５４０ｆに対する接続端は、他の部分に比べて幅が狭い狭窄図形を構成している。このため、弾性変形部の各中継点近傍は、台座部に対して揺動するように支持されている。具体的には、次のような揺動現象が生じることになる。
【０２５１】
まず、支持体２５０を固定した状態で受力体１５０に力Ｆｚが作用したとき、および、支持体２５０を固定した状態で受力体１５０にモーメントＭｙが作用したときには、図２０において、Ｘ軸に関する弾性変形部５１０のＸ軸に関する第１中継点ｍ１１の近傍が、Ｘ軸に関する第１台座部５２０との接続点を支点としてＸ軸に関する第１台座部５２０に対してＸ軸方向に揺動し、Ｘ軸に関する弾性変形部５１０のＸ軸に関する第２中継点ｍ１２の近傍が、Ｘ軸に関する第２台座部５３０との接続点を支点としてＸ軸に関する第２台座部５３０に対してＸ軸方向に揺動する。ここで、「Ｘ軸方向に揺動」とは、上記支点を通りＹ軸に平行な軸を中心軸として回転運動を行うことを意味する。
【０２５２】
一方、支持体２５０を固定した状態で受力体１５０に力Ｆｚが作用したとき、および、支持体２５０を固定した状態で受力体１５０にモーメントＭｘが作用したときには、図２１において、Ｙ軸に関する弾性変形部５４０のＹ軸に関する第１中継点ｍ２１の近傍が、Ｙ軸に関する第１台座部５５０との接続点を支点としてＹ軸に関する第１台座部５５０に対してＹ軸方向に揺動し、Ｙ軸に関する弾性変形部５４０のＹ軸に関する第２中継点ｍ２２の近傍が、Ｙ軸に関する第２台座部５６０との接続点を支点としてＹ軸に関する第２台座部５６０に対してＹ軸方向に揺動する。ここで、「Ｙ軸方向に揺動」とは、上記支点を通りＸ軸に平行な軸を中心軸として回転運動を行うことを意味する。
【０２５３】
なお、図２０に示すように、Ｘ軸に関する第１受力点Ｐ１１は、負のＸ座標値をもつ位置に配置され、Ｘ軸に関する第２受力点Ｐ１２は、正のＸ座標値をもつ位置に配置されている。また、図２１に示すように、Ｙ軸に関する第１受力点Ｐ２１は、負のＹ座標値をもつ位置に配置され、Ｙ軸に関する第２受力点Ｐ２２は、正のＹ座標値をもつ位置に配置されている。
【０２５４】
このような構造的な特徴をもった基本構造体が、モーメントの検出感度と力の検出感度とのバランスを調整する機能を有することは、既に述べたとおりである。具体的には、ここに示す基本構造体は、ＸＺ平面で切断した断面として図２０に示す構造を有しているため、並進力である力Ｆｚが作用した場合に比べて、回転力であるモーメントＭｙが作用した場合に、変形を妨げる大きな抵抗要素が働くことになる。その一方で、ここに示す基本構造体は、ＹＺ平面で切断した断面として図２１に示す構造を有しているため、並進力である力Ｆｚが作用した場合に比べて、回転力であるモーメントＭｘが作用した場合にも、変形を妨げる大きな抵抗要素が働くことになる。
【０２５５】
前述したとおり、この力覚センサ３０００は、力Ｆｚ，モーメントＭｘ，モーメントＭｙの３軸成分を検出する機能を有しているが、モーメントＭｘ，Ｍｙの検出感度を、力Ｆｚの検出感度に比べて低減させることができるため、３軸成分Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙの検出感度をできるだけ均一化することが可能になる。前掲の特許文献１〜３に開示されている従来の力覚センサの場合、モーメントＭｘ，Ｍｙの検出感度が力Ｆｚの検出感度に比べて高くなり過ぎる傾向があるが、ここに示す力覚センサ３０００では、そのような問題が是正されることになる。
【０２５６】
＜５−３．力覚センサ３０００の検出動作＞ 
続いて、図２０および図２１に示した力覚センサ３０００による具体的な検出動作を説明する。この力覚センサ３０００は、§５−２で述べた基本構造体に、検出素子と検出回路とを付加することにより構成される。ここに示す実施例は、検出素子として４組の容量素子を用いている。
【０２５７】
図２０の上段の正断面図および図２１の上段の側断面図には、４組の容量素子Ｃ１〜Ｃ４を構成するための変位電極Ｅ１１〜Ｅ１４および固定電極Ｅ２１〜Ｅ２４の断面が太線で描かれている。４組の容量素子Ｃ１〜Ｃ４は、変形体５００の特定箇所の変位を検出する検出素子としての役割を果たす。一方、図２０および図２１の下段には、検出回路９００を示すブロックが描かれている。この検出回路９００は、検出素子（４組の容量素子Ｃ１〜Ｃ４）の検出結果に基づいて、受力体１５０および支持体２５０の一方に負荷がかかった状態において他方に作用した外力の３軸成分、すなわち、Ｚ軸方向の力Ｆｚ、Ｙ軸まわりのモーメントＭｙ、Ｘ軸まわりのモーメントＭｘを示す電気信号を出力する。
【０２５８】
なお、図示の容量素子Ｃ１〜Ｃ４は、変形体５００の特定箇所の支持体２５０に対する変位を検出する検出素子であるが、変形体５００の受力体１５０に対する変位を検出する検出素子を用いてもかまわない（この場合は、固定電極を受力体１５０側に形成することになる）。あるいは、受力体１５０の支持体２５０に対する変位や、支持体２５０の受力体１５０に対する変位を検出する検出素子を設けることも可能である（たとえば、支持体２５０に固定された固定電極と、受力体１５０に固定された変位電極とを対向させることにより、容量素子を構成すればよい）。
【０２５９】
また、ここでは、支持体２５０に負荷がかかった状態（たとえば、支持体２５０を固定した状態）で、受力体１５０に作用した外力の各軸成分を検出する動作について説明するが、逆に、受力体１５０に負荷がかかった状態（たとえば、受力体１５０を固定した状態）で、支持体２５０に作用した外力の各軸成分を検出する動作も、力の作用反作用の法則に基づき、実質的には等価なものになる。
【０２６０】
ここでは、図２０において、変位電極Ｅ１１と固定電極Ｅ２１とによって構成される対向電極対を容量素子Ｃ１と呼び、その静電容量値も同じ符号Ｃ１で示すことにし、変位電極Ｅ１２と固定電極Ｅ２２とによって構成される対向電極対を容量素子Ｃ２と呼び、その静電容量値も同じ符号Ｃ２で示すことにする。図示のとおり、検出回路９００は、これら静電容量値Ｃ１，Ｃ２を示す電気信号を取得する。
【０２６１】
同様に、図２１において、変位電極Ｅ１３と固定電極Ｅ２３とによって構成される対向電極対を容量素子Ｃ３と呼び、その静電容量値も同じ符号Ｃ３で示すことにし、変位電極Ｅ１４と固定電極Ｅ２４とによって構成される対向電極対を容量素子Ｃ４と呼び、その静電容量値も同じ符号Ｃ４で示すことにする。図示のとおり、検出回路９００は、これら静電容量値Ｃ３，Ｃ４を示す電気信号を取得する。結局、検出回路９００には、４組の静電容量値Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を示す電気信号が与えられることになる。
【０２６２】
なお、図２０に示すとおり、Ｘ軸に関する接続経路Ｒ１０のＸ軸に関する第１受力点Ｐ１１とＸ軸に関する第１中継点ｍ１１との間の区間には、Ｕ字状をなすＸ軸に関する第１Ｕ字状迂回路Ｕ１１が設けられており、Ｘ軸に関する接続経路Ｒ１０のＸ軸に関する第２中継点ｍ１２とＸ軸に関する第２受力点Ｐ１２との間の区間には、Ｕ字状をなすＸ軸に関する第２Ｕ字状迂回路Ｕ１２が設けられている。したがって、Ｘ軸に関する第１外側腕状部５１１は、第１Ｕ字状迂回路Ｕ１１に沿った迂回部を有し、Ｘ軸に関する第２外側腕状部５１３は、第２Ｕ字状迂回路Ｕ１２に沿った迂回部を有している。
【０２６３】
同様に、図２１に示すとおり、Ｙ軸に関する接続経路Ｒ１１のＹ軸に関する第１受力点Ｐ２１とＹ軸に関する第１中継点ｍ２１との間の区間には、Ｕ字状をなすＹ軸に関する第１Ｕ字状迂回路Ｕ２１が設けられており、Ｙ軸に関する接続経路Ｒ１１のＹ軸に関する第２中継点ｍ２２とＹ軸に関する第２受力点Ｐ２２との間の区間には、Ｕ字状をなすＹ軸に関する第２Ｕ字状迂回路Ｕ２２が設けられている。したがって、Ｙ軸に関する第１外側腕状部５４１は、第１Ｕ字状迂回路Ｕ２１に沿った迂回部を有し、Ｙ軸に関する第２外側腕状部５４３は、第２Ｕ字状迂回路Ｕ２２に沿った迂回部を有している。
【０２６４】
ここで、各変位電極Ｅ１１〜Ｅ１４の形成位置に着目すると、いずれも外側腕状部のＵ字状迂回部の下面に形成されていることがわかる。すなわち、図２０に示すとおり、変位電極Ｅ１１は、Ｘ軸に関する第１外側腕状部５１１のＵ字状迂回路Ｕ１１に沿った迂回部の底面に形成され、変位電極Ｅ１２は、Ｘ軸に関する第２外側腕状部５１３のＵ字状迂回路Ｕ１２に沿った迂回部の底面に形成されている。また、図２１に示すとおり、変位電極Ｅ１３は、Ｙ軸に関する第１外側腕状部５４１のＵ字状迂回路Ｕ２１に沿った迂回部の底面に形成され、変位電極Ｅ１４は、Ｙ軸に関する第２外側腕状部５４３のＵ字状迂回路Ｕ２２に沿った迂回部の底面に形成されている。
【０２６５】
一般に、外側腕状部にＵ字状迂回部を設けると、変形体５００の変形態様を多様化することができ、変形体５００を様々な形に変形させることができるようになるメリットが得られることは、既に、§４−４で述べたとおりである。その上、ここで述べる力覚センサ３０００のように、検出素子として容量素子を用いる実施例では、外側腕状部に設けたＵ字状迂回部は、変位電極の形成場所を提供する役割も果たすことができる。図示のとおり、Ｕ字状迂回部の底面は、支持体２５０の上面の近傍に位置するため、この底面に変位電極を形成し、支持体２５０の上面の対向位置に固定電極を形成すれば、検出素子としての役割に最適な容量素子Ｃ１〜Ｃ４が得られる。
【０２６６】
すなわち、図２０に示すとおり、Ｘ軸に関する弾性変形部５１０のうちのＸ軸に関する第１Ｕ字状迂回路Ｕ１１に沿って配置された部分の底面に固定された第１変位電極Ｅ１１と、支持体２５０の上面の第１変位電極Ｅ１１に対向する部分に固定された第１固定電極Ｅ２１と、によって第１容量素子Ｃ１が構成される。また、Ｘ軸に関する弾性変形部５１０のうちのＸ軸に関する第２Ｕ字状迂回路Ｕ１２に沿って配置された部分の底面に固定された第２変位電極Ｅ１２と、支持体２５０の上面の第２変位電極Ｅ１２に対向する部分に固定された第２固定電極Ｅ２２と、によって第２容量素子Ｃ２が構成される。
【０２６７】
同様に、図２１に示すとおり、Ｙ軸に関する弾性変形部５４０のうちのＹ軸に関する第１Ｕ字状迂回路Ｕ２１に沿って配置された部分の底面に固定された第３変位電極Ｅ１３と、支持体２５０の上面の第３変位電極Ｅ１３に対向する部分に固定された第３固定電極Ｅ２３と、によって第３容量素子Ｃ３が構成される。また、Ｙ軸に関する弾性変形部５４０のうちのＹ軸に関する第２Ｕ字状迂回路Ｕ２２に沿って配置された部分の底面に固定された第４変位電極Ｅ１４と、支持体２５０の上面の第４変位電極Ｅ１４に対向する部分に固定された第４固定電極Ｅ２４と、によって第４容量素子Ｃ４が構成される。
【０２６８】
ここで、支持体２５０を固定した状態において、受力体１５０に外力が作用した場合の各容量素子Ｃ１〜Ｃ４の挙動を考えてみよう。まず、受力体１５０に下方への力−Ｆｚが作用した場合は、外側腕状部５１１，５１３，５４１，５４３はすべて下方に変位するため、４組の容量素子Ｃ１〜Ｃ４の電極間隔はすべて狭くなり、静電容量値Ｃ１〜Ｃ４はすべて増加する。逆に、受力体１５０に上方への力＋Ｆｚが作用した場合は、外側腕状部５１１，５１３，５４１，５４３はすべて上方に変位するため、４組の容量素子Ｃ１〜Ｃ４の電極間隔はすべて広がり、静電容量値Ｃ１〜Ｃ４はすべて減少する。
【０２６９】
したがって、検出回路９００に、−Ｆｚ＝Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３＋Ｃ４なる演算処理によって、作用した力Ｆｚの値を求める機能をもたせておけば、力Ｆｚを示す電気信号を出力することができる。この場合、実際には、受力体１５０に何ら力が作用していないときの演算値Ｆｚの値を基準となる零点に設定する取り扱いが必要である。
【０２７０】
一方、図２０において、支持体２５０を固定した状態で、受力体１５０に時計まわりのモーメント＋Ｍｙが作用した場合は、外側腕状部５１１は上方に変位し、外側腕状部５１３は下方に変位するため、容量素子Ｃ１の電極間隔は広がり、静電容量値Ｃ１は減少し、容量素子Ｃ２の電極間隔は狭くなり、静電容量値Ｃ２は増加する。逆に、受力体１５０に反時計まわりのモーメント−Ｍｙが作用した場合は、外側腕状部５１１は下方に変位し、外側腕状部５１３は上方に変位するため、容量素子Ｃ１の電極間隔は狭くなり、静電容量値Ｃ１は増加し、容量素子Ｃ２の電極間隔は広がり、静電容量値Ｃ２は減少する。
【０２７１】
このように、モーメント＋Ｍｙ，−Ｍｙが作用したとき、図２１に示す外側腕状部５４１，５４３はＸ軸方向に若干傾斜し、変位電極Ｅ１３，Ｅ１４が若干傾斜するため、容量素子Ｃ３，Ｃ４の電極間隔は、一部分は狭くなるが、他の一部分は広くなるので、平均的な電極間隔に変化は生じない。このため、静電容量値Ｃ３，Ｃ４には変化は生じない。
【０２７２】
したがって、検出回路９００に、Ｍｙ＝Ｃ２−Ｃ１なる演算処理によって、作用したモーメントＭｙの値を求める機能をもたせておけば、モーメントＭｙを示す電気信号を出力することができる。この場合、基本構造体がＹＺ平面に関して対称性をもつように設計しておけば、受力体１５０に何ら力が作用していないとき、静電容量値Ｃ１＝Ｃ２になるので、Ｍｙ＝Ｃ２−Ｃ１なる演算処理によって求めたモーメントＭｙの値は、そのまま正しい零点を示す検出値になる。
【０２７３】
同様に、図２１において、支持体２５０を固定した状態で、受力体１５０に時計まわりのモーメント−Ｍｘが作用した場合は、外側腕状部５４１は上方に変位し、外側腕状部５４３は下方に変位するため、容量素子Ｃ３の電極間隔は広がり、静電容量値Ｃ３は減少し、容量素子Ｃ４の電極間隔は狭くなり、静電容量値Ｃ４は増加する。逆に、受力体１５０に反時計まわりのモーメント＋Ｍｘが作用した場合は、外側腕状部５４１は下方に変位し、外側腕状部５４３は上方に変位するため、容量素子Ｃ３の電極間隔は狭くなり、静電容量値Ｃ３は増加し、容量素子Ｃ４の電極間隔は広がり、静電容量値Ｃ４は減少する。
【０２７４】
このように、モーメント＋Ｍｘ，−Ｍｘが作用したとき、図２０に示す外側腕状部５１１，５１３はＹ軸方向に若干傾斜し、変位電極Ｅ１１，Ｅ１２が若干傾斜するため、容量素子Ｃ１，Ｃ２の電極間隔は、一部分は狭くなるが、他の一部分は広くなるので、平均的な電極間隔に変化は生じない。このため、静電容量値Ｃ１，Ｃ２には変化は生じない。
【０２７５】
したがって、検出回路９００に、Ｍｘ＝Ｃ３−Ｃ４なる演算処理によって、作用したモーメントＭｘの値を求める機能をもたせておけば、モーメントＭｘを示す電気信号を出力することができる。この場合、基本構造体がＸＺ平面に関して対称性をもつように設計しておけば、受力体１５０に何ら力が作用していないとき、静電容量値Ｃ３＝Ｃ４になるので、Ｍｘ＝Ｃ３−Ｃ４なる演算処理によって求めたモーメントＭｘの値は、そのまま正しい零点を示す検出値になる。
【０２７６】
結局、力覚センサ３０００に含まれる検出回路９００は、第１容量素子Ｃ１の静電容量値と第２容量素子Ｃ２の静電容量値との差をＹ軸まわりのモーメントＭｙを示す電気信号として出力し、第３容量素子Ｃ３の静電容量値と第４容量素子Ｃ４の静電容量値との差をＸ軸まわりのモーメントＭｘを示す電気信号として出力し、第１容量素子Ｃ１の静電容量値、第２容量素子Ｃ２の静電容量値、第３容量素子Ｃ３の静電容量値、第４容量素子Ｃ４の静電容量値の総和をＺ軸方向の力Ｆｚを示す電気信号として出力する処理を行うことになる。
【０２７７】
このような検出原理により、図２０および図２１に示す力覚センサ３０００は、３軸成分Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙの検出値を出力することができる。しかも、上記演算処理によって求められたＦｚ，Ｍｘ，Ｍｙの各軸成分の検出値は、他軸成分を含まない値になるため、３軸成分の検出値を相互の干渉なしに独立して得ることが可能である。また、上述したとおり、図２０および図２１に示す基本構造体を利用すれば、モーメントの検出感度と力の検出感度とのバランスを調整することができる。すなわち、モーメントＭｘ，Ｍｙの検出感度を、力Ｆｚの検出感度に比べて低減させることができるため、３軸成分Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙの検出感度をできるだけ均一化することが可能になる。
【０２７８】
なお、図示の実施例では、変位電極Ｅ１１〜Ｅ１４のサイズに比べて、対向する固定電極Ｅ２１〜Ｅ２４のサイズが大きくなっているが、これは両電極の対向位置にずれが生じたとしても、実効対向面積は常に一定になる（常に、変位電極の面積が実効対向面積になる）ようにするための配慮である。
【０２７９】
すなわち、変形体５００は、多様な変形態様をとることになるので、変位電極と固定電極との対向位置にずれが生じる可能性があるが、図示の例のように、変位電極のサイズを固定電極のサイズよりもひとまわり小さくしておけば、対向位置にずれが生じた場合でも、容量素子として機能する実効対向面積は常に一定になる。したがって、静電容量値の変動は、専ら、対向する電極についての電極間距離の変化に起因して生じることになる。もちろん、固定電極のサイズを変位電極のサイズよりもひとまわり小さくしておいてもよい。
【０２８０】
＜５−４．力覚センサ３０００の第１の三次元構造例＞ 
これまで、§５−２において、力覚センサ３０００の断面構造を説明し、§５−３において、力覚センサ３０００の検出動作を説明した。そして、この力覚センサ３０００によれば、３軸成分Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙの検出感度を均一化するメリットが得られる点も説明した。ここで、力Ｆｚの検出感度とモーメントＭｙの検出感度とが均一化される効果は、基本構造体をＸＺ平面によって切断したときの断面構造が図２０に示す固有の特徴を有しているために得られる効果であり、力Ｆｚの検出感度とモーメントＭｘの検出感度とが均一化される効果は、基本構造体をＹＺ平面によって切断したときの断面構造が図２１に示す固有の特徴を有しているために得られる効果である。
【０２８１】
したがって、各断面構造が図２０および図２１に示す固有の特徴を有している基本構造体であれば、具体的な三次元構造がどのようなものであれ、３軸成分Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙの検出感度を均一化する効果が得られることになる。別言すれば、具体的な力覚センサ３０００を設計する上では、ＸＺ切断面に現れる断面構造が図２０のような特徴を有し、ＹＺ切断面に現れる断面構造が図２１のような特徴を有している、という条件を満たしていれば、基本構造体の具体的な三次元構造は任意のものでかまわない、ということになる。ただ、ここでは、商業的利用に適した三次元構造を有する基本構造体の具体例を述べておく。
【０２８２】
図２２は、図２０および図２１に示す力覚センサ３０００を三次元構造体として具現化した第１の実施例である力覚センサ３００１を示す上面図およびブロック図である。上段の上面図は、受力体１５０を取り外した状態の基本構造体および検出素子（容量素子を構成する電極）を示し、下段のブロック図は、検出回路９００を示している。
【０２８３】
上段の上面図では、図の右方向にＸ軸、図の上方向にＹ軸、紙面垂直方向にＺ軸がとられている。図示のとおり、支持体２５０は正方形状の基板であり、その上に、変形体５００が配置されている。Ｚ軸はこの正方形状の支持体２５０の中心を貫通しており、原点Ｏは支持体２５０の中心点に描かれている。実際の力覚センサ３００１では、変形体５００の上方（図の手前方向）に、正方形状の基板からなる受力体１５０が配置されることになるが、図２２には、受力体１５０を取り外した状態が示されている。もちろん、この図２２に示す構造体に受力体１５０を付加し、ＸＺ平面で切断すれば、図２０に示す断面図が得られ、ＹＺ平面で切断すれば、図２１に示す断面図が得られることになる。
【０２８４】
この力覚センサ３００１では、Ｘ軸に関する弾性変形部５１０（図２０に断面図形５１０ｆが示されている）を、ＸＺ平面上に配置された細長い腕状部材を屈曲させた構造体によって構成し、Ｙ軸に関する弾性変形部５４０（図２１に断面図形５４０ｆが示されている）を、ＹＺ平面上に配置された細長い腕状部材を屈曲させた構造体によって構成した例である。もっとも、Ｘ軸に関する弾性変形部５１０とＹ軸に関する弾性変形部５４０とは、Ｚ軸と交差する位置において融合しており、実際には、一体化した構造体をなす。図２２の上面図では、この一体化した構造体が十字状の部材として示されている。
【０２８５】
図示の例では、弾性変形部５１０，５４０を構成する細長い腕状部材として、横断面が矩形になる角柱部材を用いているが、横断面が円になる円柱部材を用いてもよいし、内部が中空のパイプを用いてもかまわない。もちろん、必要に応じて、§４−５，§４−６，§４−７の変形例で説明した、くびれ部、重量調整部、フランジ部などを適宜用いるようにしてもよい。
【０２８６】
図２２には、Ｘ軸に関する接続経路Ｒ１０（弾性変形部５１０が沿った経路）上に定義されたＸ軸に関する第１中継点ｍ１１およびＸ軸に関する第２中継点ｍ１２がｘ印で描かれており、Ｙ軸に関する接続経路Ｒ１１（弾性変形部５４０が沿った経路）上に定義されたＹ軸に関する第１中継点ｍ２１およびＹ軸に関する第２中継点ｍ２２もｘ印で描かれている。そして、各中継点ｍ１１，ｍ１２，ｍ２１，ｍ２２の下方位置が、それぞれ台座部５２０，５３０，５５０，５６０によって支持されている状態が示されている。この実施例では、各台座部５２０，５３０，５５０，５６０は円柱状の構造体によって構成されている。もちろん、各台座部５２０，５３０，５５０，５６０の上端は狭窄しており、弾性変形部５１０，５４０の下面を、点接触に近い状態で支持している。
【０２８７】
図２２には、支持体２５０の上面に固定された４組の固定電極Ｅ２１〜Ｅ２４が描かれている。図示の例では、各固定電極Ｅ２１〜Ｅ２４は、正方形状をしている。これら固定電極Ｅ２１〜Ｅ２４の上方には、弾性変形部５１０，５４０のＵ字状迂回部の底面が位置し、この底面には、変位電極Ｅ１１〜Ｅ１４（図には現れていない）が形成されている。
【０２８８】
４組の固定電極Ｅ２１〜Ｅ２４と図示されていない４組の変位電極Ｅ１１〜Ｅ１４に対しては、検出回路９００に対する配線（図示省略）が施される。検出回路９００は、これらの配線を介して、４組の容量素子Ｃ１〜Ｃ４の静電容量値を検出し、前述した演算処理を行うことにより、３軸成分Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙの検出値を出力する。
【０２８９】
＜５−５．力覚センサ３０００の第２の三次元構造例＞ 
図２３は、図２０および図２１に示す力覚センサ３０００を三次元構造体として具現化した第２の実施例である力覚センサ３００２を示す上面図およびブロック図である。やはり上段の上面図は、受力体１５０を取り外した状態の基本構造体および検出素子（容量素子を構成する電極）を示し、下段のブロック図は、検出回路９００を示している。
【０２９０】
上段の上面図では、図の右方向にＸ軸、図の上方向にＹ軸、紙面垂直方向にＺ軸がとられている。図示のとおり、支持体２５０は正方形状の基板であり、その上に、変形体５００が配置されている。Ｚ軸はこの正方形状の支持体２５０の中心を貫通しており、原点Ｏは支持体２５０の中心点に描かれている。実際の力覚センサ３００２では、変形体５００の上方（図の手前方向）に、正方形状の基板からなる受力体１５０が配置されることになるが、図２３には、受力体１５０を取り外した状態が示されている。
【０２９１】
もちろん、この図２３に示す構造体に受力体１５０を付加し、ＸＺ平面で切断すれば、図２０に示す断面図が得られ、ＹＺ平面で切断すれば、図２１に示す断面図が得られることになる。すなわち、図２０に示すＸ軸に関する変形体図形５００ｆｘは、図２３に示す変形体５００をＸＺ平面によって切断したときに得られる断面図形であり、図２１に示すＹ軸に関する変形体図形５００ｆｙは、図２３に示す変形体５００をＹＺ平面によって切断したときに得られる断面図形である。結局、図２２に示す力覚センサ３００１も、図２３に示す力覚センサ３００２も、その基本構造体についてのＸＺ切断面は図２０に示すものになり、ＹＺ切断面は図２１に示すものになるので、３軸成分Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙの検出感度を均一化する効果が得られる点に相違はない。両者は、三次元構造体としての具現化方法が異なっているだけである。
【０２９２】
図２３に示す力覚センサ３００２の場合、Ｘ軸に関する弾性変形部５１０（図２０に断面図形５１０ｆが示されている）およびＹ軸に関する弾性変形部５４０（図２１に断面図形５４０ｆが示されている）は、共通の回転体によって具現化されることになる。図２０および図２１に示すように、Ｘ軸に関する弾性変形部図形５１０ｆおよびＹ軸に関する弾性変形部図形５４０ｆは、いずれもＺ軸について対称形状をなす。しかも、Ｘ軸に関する弾性変形部図形５１０ｆとＹ軸に関する弾性変形部図形５４０ｆとは幾何学的な合同図形になっている。
【０２９３】
したがって、この合同図形をＺ軸を中心軸として回転することにより得られる回転体により統合弾性変形部５７０（図２３参照）を形成すれば、この統合弾性変形部５７０の一部はＸ軸に関する弾性変形部５１０として機能し、別な一部はＹ軸に関する弾性変形部５４０として機能することになる。
【０２９４】
同様に、図２３に示す力覚センサ３００２の場合、各台座部５２０，５３０，５５０，５６０も共通の回転体によって具現化されている。図２０に示すように、Ｘ軸に関する第１台座部図形５２０ｆおよびＸ軸に関する第２台座部図形５３０ｆによって構成されるＸ軸に関する台座部図形群を考えると、このＸ軸に関する台座部図形群はＺ軸について対称形状をなす。また、図２１に示すように、Ｙ軸に関する第１台座部図形５５０ｆおよびＹ軸に関する第２台座部図形５６０ｆによって構成されるＹ軸に関する台座部図形群を考えると、このＹ軸に関する台座部図形群もＺ軸について対称形状をなす。しかも、Ｘ軸に関する台座部図形群とＹ軸に関する台座部図形群とは幾何学的な合同図形になっている。
【０２９５】
したがって、この合同図形をＺ軸を中心軸として回転することにより得られる回転体により統合台座部５８０（図２３参照）を形成すれば、Ｘ軸に関する第１台座部５２０、Ｘ軸に関する第２台座部５３０、Ｙ軸に関する第１台座部５５０、Ｙ軸に関する第２台座部５６０を、それぞれこの統合台座部５８０の一部によって構成することができる。
【０２９６】
図２３の上段の上面図に示されている変形体５００は、上述した統合弾性変形部５７０と統合台座部５８０とを有する三次元構造体である。図に実線および破線で描かれている同心円は、統合弾性変形部５７０の輪郭および段差部分を示しており、図に一点鎖線で描かれている同心円は、統合台座部５８０の輪郭および段差部分を示している。変形体５００を上方から観察したときに確認できるのは、図に実線で描かれている線のみであり、破線および一点鎖線で描かれている線は、統合弾性変形部５７０の下方に現れる線である。もちろん、必要に応じて、§４−５，§４−６，§４−７の変形例で説明した、くびれ部、重量調整部、フランジ部などを設けることもできる。
【０２９７】
図２３には、Ｘ軸に関する接続経路Ｒ１０上に定義されたＸ軸に関する第１中継点ｍ１１およびＸ軸に関する第２中継点ｍ１２がｘ印で描かれており、Ｙ軸に関する接続経路Ｒ１１上に定義されたＹ軸に関する第１中継点ｍ２１およびＹ軸に関する第２中継点ｍ２２もｘ印で描かれている。統合弾性変形部５７０の各中継点ｍ１１，ｍ１２，ｍ２１，ｍ２２の下方位置は、統合台座部５８０の上端部によって支持されている。ここで、統合台座部５８０の上端部は、図に一点鎖線で描かれているとおり、リング構造をしている。
【０２９８】
図２０の正断面図や図２１の側断面図に示すとおり、統合台座部５８０の上端は狭窄しており、断面図においては、統合台座部５８０の上端が点接触に近い状態で統合弾性変形部５７０を下方から支持している状態になるが、実際には、図２３の上面図に示すとおり、細いリング構造をした統合台座部５８０の上端部によって、統合弾性変形部５７０が支持されることになる。
【０２９９】
このように、力覚センサ３００２では、統合台座部５８０によって統合弾性変形部５７０を環状に支持する構造が採用されているが、これまで述べてきた揺動動作が可能になる点に変わりはない。すなわち、統合弾性変形部５７０のＸＺ平面との交差部分（Ｘ軸に関する弾性変形部５１０として機能する部分）に着目すると、第１中継点ｍ１１および第２中継点ｍ１２の近傍が統合台座部５８０に対してＸ軸方向に揺動する点に変わりはない。同様に、統合弾性変形部５７０のＹＺ平面との交差部分（Ｙ軸に関する弾性変形部５４０として機能する部分）に着目すると、第１中継点ｍ２１および第２中継点ｍ２２の近傍が統合台座部５８０に対してＹ軸方向に揺動する点に変わりはない。
【０３００】
図２３には、支持体２５０の上面に固定された４組の固定電極Ｅ２１〜Ｅ２４が描かれている。図示の例では、各固定電極Ｅ２１〜Ｅ２４は、正方形状をしている。これら固定電極Ｅ２１〜Ｅ２４の上方には、統合弾性変形部５７０のＵ字状迂回部の底面が位置し、この底面には、変位電極Ｅ１１〜Ｅ１４（図には現れていない）が形成されている。
【０３０１】
４組の固定電極Ｅ２１〜Ｅ２４と図示されていない４組の変位電極Ｅ１１〜Ｅ１４に対しては、検出回路９００に対する配線（図示省略）が施される。検出回路９００は、これらの配線を介して、４組の容量素子Ｃ１〜Ｃ４の静電容量値を検出し、前述した演算処理を行うことにより、３軸成分Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙの検出値を出力する。
【０３０２】
＜５−６．力覚センサ３０００の他の実施例＞ 
§５−４および§５−５では、図２０および図２１に示す断面構造を有する力覚センサ３０００の具体的な三次元構造の実施例を説明したが、もちろん、本発明に係る力覚センサの三次元構造は、これらの実施例に限定されるものではない。また、本発明に係る力覚センサの断面構造は、図２０および図２１に示す例に限られるものではなく、たとえば、§４で述べた様々な変形例に係る断面構造を有するものでもかまわない。
【０３０３】
また、これまで述べてきた本発明に係る力覚センサの基本構造体に固有の断面構造の特徴は、§４−１１で述べたように、必ずしもＸＺ平面で切断した断面やＹＺ平面で切断した断面に現れる特徴である必要はなく、ＸＺ平面に平行な任意の平面やＹＺ平面に平行な任意の平面で切断した断面に現れる特徴であってもかまわない。
【０３０４】
このような点を考慮すると、力覚センサ３０００の具体的な三次元構造としては、ＸＺ平面もしくはＸＺ平面に平行な所定平面によって基本構造体を切断したときに、図２０に示される特徴をもった断面構造が得られ、ＹＺ平面もしくはＹＺ平面に平行な所定平面によって基本構造体を切断したときに、図２１に示される特徴をもった断面構造が得られる構造体であればよいことになる。
【０３０５】
更に、§５−３，§５−４，§５−５では、検出素子として容量素子を用いた例を示したが、もちろん、本発明に係る力覚センサに用いる検出素子は容量素子に限定されるものではない。たとえば、図２２に示す力覚センサ３００１の場合、Ｘ軸に関する弾性変形部５１０およびＹ軸に関する弾性変形部５４０の所定箇所に張り付けたストレインゲージによって検出素子を構成することが可能であり、図２３に示す力覚センサ３００１の場合、統合弾性変形部５７０の所定箇所に張り付けたストレインゲージによって検出素子を構成することも可能である。
【０３０６】
＜＜＜  §６．  本発明に係る補助構造体とこれを組み込んだ力覚センサ  ＞＞＞
＜６−１．補助構造体の概念＞
これまで、§２，§３において、本発明に係る基本構造体の構造および本質的な機能（モーメントの検出感度と力の検出感度とのバランスを調整する機能）を説明し、§４において、当該基本構造体の変形例を述べ、§５において、当該基本構造体を用いた力覚センサの全体構成を述べた。
【０３０７】
この§５で述べた力覚センサ３０００の重要な特徴は、変形体５００として、固有の断面構造を有する三次元構造体を利用し、当該変形体５００の変位や変形を検出素子によって検出するようにした点にある。力覚センサ３０００において、３軸成分Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙの検出感度が均一化するという特有の作用効果が得られるのは、専ら、この変形体５００の固有の構造に負うものである。
【０３０８】
結局、図４に示す変形体３００，図１１に示す変形体３０１，図１２に示す変形体３０２，図１３に示す変形体３０３，図１４に示す変形体４００，図１５に示す変形体４０１，図１６に示す変形体４０２，図１７に示す変形体４０３，図１８に示す変形体４０４，図１９に示す変形体４０５、そして図２０〜図２３に示す変形体５００は、いずれも力覚センサを構成する受力体と支持体との間に挟んで用いることにより、モーメントの検出感度と力の検出感度とのバランスを調整する機能を有していることになる。
【０３０９】
このような点に着目すれば、これまで述べてきた種々の変形体を構成する部材は、モーメントの検出感度と力の検出感度とのバランスを調整する役割を果たすために力覚センサに付加することができる補助構造体として利用することが可能であることがわかる。別言すれば、従来から利用されている一般的な力覚センサ（受力体と支持体と、これらの間に挟まれて弾性変形を生じる変形体と、を有する力覚センサ）に、図４に示す変形体３００等と同一構造を有する部材を、補助構造体として組み込むことにより、当該力覚センサにおけるモーメントの検出感度と力の検出感度とのバランスを調整することが可能になる。
【０３１０】
＜６−２．補助構造体を組み込んだ力覚センサ＞
ここでは、具体的に、前掲の特許文献３に開示されている従来型の力覚センサに、本発明に係る補助構造体（これまで、本発明に係る力覚センサ用の変形体として説明してきた構造体）を組み込むことにより、当該従来型の力覚センサにおけるモーメントの検出感度と力の検出感度とのバランス調整に成功した例を説明する。
【０３１１】
図２４は、前掲の特許文献３に開示されている従来型の力覚センサ４０００の構成を示す図である。この力覚センサ４０００は、受力体４１００と、支持体４２００と、両者間に挟まれた検出用変形体４３００と、検出用変形体４３００の変位もしくは変形を検出する検出素子Ｄと、この検出素子Ｄの検出結果に基づいて、受力体４１００に作用した外力を示す電気信号を出力する検出回路４９００と、を有している。ここで、図(a) は支持体４２００の上面図、図(b) は力覚センサ４０００を構成する基本構造体の正面図、図(c) はその側面図であり、検出用変形体４３００および検出素子Ｄの部分は、実際の構造を示す図ではなく、簡単な模式図になっている。詳細な構造は、前掲の特許文献３に開示されているので、ここでは説明を省略する。
【０３１２】
検出用変形体４３００は、§５で述べた本発明に係る力覚センサ３０００の変形体５００に対応する構成要素であるが、本発明に係る「変形体」と区別するため、ここでは「検出用変形体」と呼ぶことにする。この従来型の力覚センサ４０００の特徴は、図３に示すように、一対の柱状部材３５，３６を受力体１５と支持体２５との間に逆Ｖ字型をなすように傾斜配置する点にある。実際には、検出用変形体４３００は、８本の柱状部材によって構成され、２本の柱状部材を逆Ｖ字型に配置したユニットが合計４組設けられる。
【０３１３】
図２４(a) に示すとおり、支持体４２００は正方形状の板状部材によって構成されており、受力体４１００も同一形状同一サイズの板状部材によって構成されている。また、図２４(b) および図２４(c) の模式図において、ジグザグの線で示されているのは、検出用変形体４３００を構成する８本の柱状部材４３１０〜４３８０である。これら８本の柱状部材は、実際には弾性部材からなる円柱状の構造体であるが、図２４では、模式的にジグザグの線で描かれている。また、図示の便宜上、図(b) および図(c) では、いずれも手前側の４本の柱状部材のみが示されている。
【０３１４】
図２４(a) に示す支持体４２００上の点Ｂ１〜Ｂ８は、８本の柱状部材４３１０〜４３８０の下端の位置を示すベースポイントであり、図に一点鎖線で示すラインは、このベースポイントＢ１〜Ｂ８の配置ラインを示している。各柱状部材４３１０〜４３８０は、それぞれ図に一点鎖線で示すラインに沿って傾斜するように配置される。
【０３１５】
したがって、図２４(b) に描かれている４本の柱状部材４３５０，４３６０，４３７０，４３８０の下端は、それぞれ図２４(a) に示されているベースポイントＢ５，Ｂ６，Ｂ７，Ｂ８に配置されており、図２４(c) に描かれている４本の柱状部材４３７０，４３８０，４３１０，４３２０の下端は、それぞれ図２４(a) に示されているベースポイントＢ７，Ｂ８，Ｂ１，Ｂ２に配置されている。
【０３１６】
ここで、一対の柱状部材４３６０，４３７０は、ベースポイントＢ６，Ｂ７を通る配置ライン上に逆Ｖ字型になるように傾斜配置され、一対の柱状部材４３１０，４３８０は、ベースポイントＢ１，Ｂ８を通る配置ライン上に逆Ｖ字型になるように傾斜配置され、一対の柱状部材４３２０，４３３０は、ベースポイントＢ２，Ｂ３を通る配置ライン上に逆Ｖ字型になるように傾斜配置され、一対の柱状部材４３４０，４３５０は、ベースポイントＢ４，Ｂ５を通る配置ライン上に逆Ｖ字型になるように傾斜配置されている。
【０３１７】
一方、図２４(b) および図２４(c) において、各柱状部材を示すジグザグ線の脇に描かれた四角いブロックは、個々の柱状部材の変位もしくは変形を検出するための検出素子Ｄであり、実際には、たとえば、ストレインゲージや容量素子によって構成される。検出回路４９００は、このストレインゲージや容量素子によって検出された８本の柱状部材の変位や変形を電気的に検出して、支持体４２００を固定した状態において、受力体４１００に作用した外力を示す電気信号を出力する。
【０３１８】
図２４(a) では、図の右方向にＸ軸、図の上方向にＹ軸が定義されており、紙面垂直方向がＺ軸になる。図２４(b) は、正面図であるため、図の右方向がＸ軸、図の上方向がＺ軸になり、図２４(c) は、側面図であるため、図の上方向がＹ軸、図の左方向がＺ軸になる。検出回路４９００は、このようなＸＹＺ三次元直交座標系における各座標軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚおよび各座標軸まわりのモーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚの検出値を電気信号として出力する。
【０３１９】
§１で述べたとおり、このような従来型の力覚センサ４０００には、力とモーメントの検出感度に大きな差が生じるという問題がある。具体的には、一般的なジョイスティック型の入力装置に利用した場合、力Ｆｚの検出感度に比べて、モーメントＭｘ，Ｍｙの検出感度の方が高くなり過ぎる傾向にある。そこで、ここでは、この従来型の力覚センサ４０００に、本発明に係る補助構造体を付加することにより、モーメントの検出感度と力の検出感度とのバランスを調整する方法を説明する。
【０３２０】
図２５は、本発明に係る補助構造体を組み込んだ力覚センサ５０００の構成を示す上面図およびブロック図である。この力覚センサ５０００は、ＸＹＺ三次元直交座標系における各座標軸方向の力および各座標軸まわりのモーメントのうち、少なくともＺ軸方向の力ＦｚおよびＹ軸まわりのモーメントＭｙを検出する機能を有している。
【０３２１】
力覚センサ５０００の構成要素は、Ｚ軸が垂直軸となるように座標系を定義したときに、Ｚ軸上に配置された受力体５１００と、Ｚ軸上の、受力体５１００の下方に配置された支持体５２００と、受力体５１００と支持体５２００とを接続し、力もしくはモーメントの作用により、少なくとも一部分が弾性変形を生じる検出用変形体５３００と、受力体５１００と支持体５２００との間に接続された４組の補助構造体５４０１〜５４０４と、検出用変形体５３００の変形もしくは変位、または、受力体５１００もしくは支持体５２００の変位を検出する検出素子Ｄと、この検出素子Ｄの検出結果に基づいて、受力体５１００および支持体５２００の一方に負荷がかかった状態において他方に作用した、少なくともＺ軸方向の力ＦｚおよびＹ軸まわりのモーメントＭｙを示す電気信号を出力する検出回路５９００と、である。
【０３２２】
図２５の上段の上面図には、これらの構成要素のうち、支持体５２００と４組の補助構造体５４０１〜５４０４とが描かれ、受力体５１００，検出用変形体５３００，検出素子Ｄの図示は省略されている。また、４組の補助構造体５４０１〜５４０４については、その配置のみが示され、細かな構造の図示は省略されている。検出回路５９００については、下段にブロックとして描かれている。
【０３２３】
この図２５においても、図の右方向にＸ軸、図の上方向にＹ軸、紙面垂直方向にＺ軸をとって、ＸＹＺ三次元直交座標系を定義する。支持体５２００は、正方形状の板状部材によって構成されており、受力体５１００も同一形状同一サイズの板状部材によって構成されている。ここで、支持体５２００の上面に描かれている破線の領域は、図２４(a) に描かれている支持体４２００の上面に対応するものであり、この領域内に配置される検出用変形体５３００は、図２４に示す検出用変形体４３００と全く同じ構造体である。すなわち、８個のベースポイントＢ１〜Ｂ８の位置には、図２４で説明した８本の柱状部材が検出用変形体５３００として配置されることになる。また、当該検出用変形体５３００には、ストレインゲージや容量素子からなる検出素子Ｄが取り付けられ、変位や変形の検出値を示す電気信号が、検出回路５９００に与えられることになる。
【０３２４】
結局、図２５に示す力覚センサ５０００は、図２４に示す従来型の力覚センサ４０００における受力体４１００および支持体４２００（いずれも正方形状の板状部材）を、ひとまわり大きな板状部材からなる受力体５１００および支持体５２００に交換し、この受力体５１００と支持体５２００の間に、４組の補助構造体５４０１〜５４０４を挿入したものということになる。
【０３２５】
ここで、４組の補助構造体５４０１〜５４０４は、力覚センサとしての本来の検出機能を果たす構成要素ではないので、４組の補助構造体５４０１〜５４０４には検出素子Ｄは取り付けられていない。すなわち、力覚センサ５０００による外力検出は、あくまでも検出用変形体５３００の変位や変形、受力体５１００の支持体５２００に対する変位、もしくは、支持体５２００の受力体５１００に対する変位を、検出素子Ｄによって検出することによってなされる。
【０３２６】
４組の補助構造体５４０１〜５４０４の役割は、受力体５１００に作用したモーメントおよび力の検出感度のバランスを調整することにある。たとえば、図４に変形部３００として示されている構造体を４組用意し、それぞれ補助構造体５４０１〜５４０４として、受力体５１００と支持体５２００との間に挿入すれば、受力体５１００にモーメントＭｘ，Ｍｙが作用したとき、補助構造体５４０１〜５４０４が受力体５１００の変位を抑制する抵抗要素として働くことになるので、モーメントＭｘ，Ｍｙの検出感度を低下させることができ、結果的に、Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙの検出感度を均一化することができる。
【０３２７】
図２５に示す実施例では、支持体５２００の４辺に沿って、中央に配置された検出用変形体５３００を周囲から取り囲むように、４組の補助構造体５４０１〜５４０４を配置した例を示したが、必ずしも４組の補助構造体をこの位置に配置する必要はない。Ｘ軸に平行な方向に配置された補助構造体５４０２，５４０４は、モーメントＭｙの検出感度の調整機能を果たし、Ｙ軸に平行な方向に配置された補助構造体５４０１，５４０３は、モーメントＭｘの検出感度の調整機能を果たす。したがって、モーメントＭｙの検出感度のみを調整するのであれば、補助構造体５４０２もしくは５４０４の少なくとも一方を配置すれば足り、モーメントＭｘの検出感度のみを調整するのであれば、補助構造体５４０１もしくは５４０３の少なくとも一方を配置すれば足りる。
【０３２８】
＜６−３．実用的な補助構造体の実施形態＞
ここでは、§６−２で述べた補助構造体５４０１〜５４０４のより実用的な実施形態を述べる。図２５には、補助構造体５４０１〜５４０４の配置位置を矩形で示したものの、その具体的な構造の図示は省略した。もっとも、この補助構造体５４０１〜５４０４の役割は、モーメントおよび力の検出感度のバランスを調整することであるので、前述したとおり、これまで述べてきた変形体３００，３０１，３０２，３０３，４００，４０１，４０２，４０３，４０４，４０５、５００は、いずれも補助構造体として利用することが可能である。
【０３２９】
ただ、§６−２で述べた従来型の力覚センサ４０００のように、６軸成分を検出する機能をもった力覚センサに付加して用いることを考えると、補助構造体としては、６軸成分の作用に応じて多様な変形態様が可能になる構造のものが好ましい。また、商業的な利用を考慮すると、加工が容易で製造コストが低い構造のものが好ましい。ここでは、このような点から、補助構造体のより好ましい実施例を述べる。
【０３３０】
図２６は、本発明に係る補助構造体のより実用的な実施例の正面図である。この実施例に係る補助構造体５４００は、図に実線で描かれた部分であるが、その利用形態を明確にするため、受力体５１００および支持体５２００を破線で示してある。図示のとおり、この補助構造体５４００は、力覚センサの受力体５１００と支持体５２００との間に挿入し、上端の第１受力点Ｐ１および第２受力点Ｐ２を受力体５１００の下面に接続し、下端の第１支持点Ｑ１および第２支持点Ｑ２を支持体５２００の上面に接続して利用することになる。
【０３３１】
ここで、図示の補助構造体５４００が、部品の一部として組み込まれる対象となる力覚センサ５０００は、§６−２において図２５を参照しながら説明したとおり、受力体５１００と、支持体５２００と、受力体５１００と支持体５２００とを接続する検出用変形体５３００と、を有し、力もしくはモーメントの作用により生じる検出用変形体５３００の弾性変形を検出することにより、作用した力もしくはモーメントの検出を行う力覚センサということになる。もちろん、検出用変形体５３００の弾性変形の検出方法としては、検出用変形体５３００自身の変位や変形を様々な検出素子によって検出する方法を採ってもよいし、受力体５１００の支持体５２００に対する変位や支持体５２００の受力体５１００に対する変位を様々な検出素子によって検出する方法を採ってもよい。
【０３３２】
ここでは、説明の便宜上、図示のとおり、補助構造体５４００の重心位置に原点Ｇをとり、図の右方向にＶ軸、図の上方向にＷ軸をとって、ＶＷ二次元直交座標系を定義する。ここで、Ｖ軸およびＷ軸は、これまでの各変形体の説明におけるＸ軸およびＺ軸に対応するものである。
【０３３３】
図２６に示す補助構造体５４００は、実質的には、図１６に示す変形体４０２（§４−６において第６の変形例として示した基本構造体２００２に含まれる変形体）と同じ構造を有するものであり、弾性変形部５４１０と、第１台座部５４２０と、第２台座部５４３０と、を有する一体構造体である。
【０３３４】
ここで、弾性変形部５４１０は、少なくとも一部分が弾性変形を生じる構造体であり、その一端には受力体５１００の第１箇所に固定するための第１受力点Ｐ１が設けられ、その他端には受力体５１００の第２箇所に固定するための第２受力点Ｐ２が設けられており、この第１受力点Ｐ１と第２受力点Ｐ２とを接続する所定の接続経路Ｒ１２に沿った腕状構造体をなす。
【０３３５】
一方、第１台座部５４２０は、その一端が接続経路Ｒ１２上に定義された第１中継点ｍ１の近傍において弾性変形部５４１０に接続されており、その他端には、支持体５２００の第１箇所に固定するための第１支持点Ｑ１が設けられている。また、第２台座部５４３０は、その一端が接続経路Ｒ１２上に定義された第２中継点ｍ２の近傍において弾性変形部５４１０に接続されており、その他端には、支持体５２００の第２箇所に固定するための第２支持点Ｑ２が設けられている。
【０３３６】
そして、第１台座部５４２０の第１支持点Ｑ１および第２台座部５４３０の第２支持点Ｑ２を固定した状態で、弾性変形部５４１０の第１受力点Ｐ１および第２受力点Ｐ２に力が作用したときに、弾性変形部５４１０の第１中継点ｍ１の近傍が、第１台座部５４２０との接続点を支点として第１台座部５４２０に対して揺動し、弾性変形部５４１０の第２中継点ｍ２の近傍が、第２台座部５４３０との接続点を支点として第２台座部５４３０に対して揺動するという特徴を有している。
【０３３７】
このような揺動可能な構造を実現するために、第１台座部５４２０の弾性変形部５４１０に対する接続端は、他の部分に比べて幅が狭い狭窄先端部５４２１を構成しており、第２台座部５４３０の弾性変形部５４１０に対する接続端は、他の部分に比べて幅が狭い狭窄先端部５４３１を構成している。
【０３３８】
接続経路Ｒ１２は、ＶＷ二次元直交座標系のＶＷ平面上に設けられており、弾性変形部５４１０の基本的な部分は、ＶＷ平面に沿って伸びる腕状構造体によって構成されている。しかも、図示の実施例の場合、補助構造体５４００の重心位置にＶＷ二次元直交座標系の原点Ｇを定義したときに、第１受力点Ｐ１はＶＷ二次元直交座標系の第２象限に位置し、第２受力点Ｐ２はＶＷ二次元直交座標系の第１象限に位置し、第１支持点Ｑ１はＶＷ二次元直交座標系の第３象限に位置し、第２支持点Ｑ２はＶＷ二次元直交座標系の第４象限に位置している。４点Ｐ１，Ｐ２，Ｑ１，Ｑ２の位置を、このような配置にすると、受力体５１００に重心Ｇを中心とした回転モーメントが作用したときに、重心Ｇの近傍に逆向きの応力が作用する結果となり、変位を制限する抵抗力を作用させることができる点は、既に述べたとおりである。
【０３３９】
実用上、この補助構造体５４００は、ＶＷ平面に平行な平面からなる上面と、ＶＷ平面に平行な平面からなる下面と、を有する板状部材によって構成するのが好ましい。そうすれば、補助構造体５４００は、ＶＷ平面に沿って広がる板状部材になり、１枚の金属板や樹脂板に対して所定の加工工程を施すことにより、容易に作成することができる。
【０３４０】
なお、図示の実施例の場合、第１中継点ｍ１から第２中継点ｍ２に向かうように接続経路Ｒ１２を辿ったときに、接続経路Ｒ１２が、Ｗ軸負方向に進む第１進行路ｒ１とＷ軸正方向に進む第２進行路ｒ２とを有している。このような構造を採用すると、§４−０で述べたとおり、第１進行路ｒ１に沿った下降腕状部と第２進行路ｒ２に沿った上昇腕状部とが形成されることになり、モーメントが作用した場合に、変形を妨げる抵抗力を最大限に発揮させることができるようになる。
【０３４１】
また、図示の実施例のように、第２進行路ｒ２（もしくは第１進行路ｒ１でもよい）が、ＶＷ二次元直交座標系の原点Ｇを通る経路になるようにすると、§４−０で述べたとおり、左側から伝達されてきた力と右側から伝達されてきた力とを、補助構造体５４００の中心付近においてバランスよく拮抗させることができ、補助構造体５４００の変形態様を安定させる上で好ましい。
【０３４２】
図示のとおり、この実施例では、接続経路Ｒ１２が、Ｗ軸に平行な縦方向経路とＶ軸に平行な横方向経路とを有しており、第１受力点Ｐ１および第２受力点Ｐ２からは縦方向経路が伸び、第１中継点ｍ１および第２中継点ｍ２が横方向経路上に定義されている。§４−１１で述べたように、このような構成を採ると、補助構造体５４００に対する加工が容易になり、量産に適した構造体が実現できる。
【０３４３】
更に、図示の実施例の場合、接続経路Ｒ１２の第１受力点Ｐ１と第１中継点ｍ１との間の区間に、Ｕ字状をなす第１Ｕ字状迂回路Ｕ１が設けられており、接続経路Ｒ１２の第２中継点ｍ２と第２受力点Ｐ２との間の区間に、Ｕ字状をなす第２Ｕ字状迂回路Ｕ２が設けられている。このように、外側腕状部にＵ字状迂回部という冗長構造を設けると、§４−４で述べたとおり、補助構造体５４００は、より多様な変形態様をとることができるようになるので、§６−２で述べた６軸検出型の力覚センサに組み込むのに適した構造が得られる。
【０３４４】
なお、補助構造体５４００に対する加工を容易にするためには、Ｕ字状迂回路は、湾曲した経路にせずに、直角に屈曲した経路にするのが好ましい。図２６に示す実施例の場合、第１Ｕ字状迂回路Ｕ１および第２Ｕ字状迂回路Ｕ２が、Ｗ軸に平行な一対の縦方向迂回路とこれら一対の縦方向迂回路を結ぶＶ軸に平行な横方向迂回路との組み合わせによって構成されているため、Ｕ字状迂回部の輪郭は、Ｗ軸に平行な部分とＶ軸に平行な部分とによって構成されている。したがって、製造上、湾曲構造を形成する必要はなく、加工は比較的容易である。
【０３４５】
図示の実施例の場合、弾性変形部５４１０を構成する腕状構造体の一部に、接続経路Ｒ１２に直交する方向に関する幅が狭くなったくびれ部５４が設けられている。このようなくびれ部５４が、弾性変形部５４１０の変形を容易にし、補助構造体５４００の変形態様を多様化する効果を奏することは、§４−５で述べたとおりである。
【０３４６】
また、図示の実施例の場合、弾性変形部５４１０を構成する腕状構造体の特定箇所に、接続経路Ｒ１２に直交する方向に突き出した重量調整部６２が設けられている。このような重量調整部６２が、補助構造体５４００の重量分布の偏りを是正し、変形動作を安定させる効果を奏することは、§４−７で述べたとおりである。
【０３４７】
図２７は、図２６に示す補助構造体５４００の変形例を示す正面図である。この図２７に示す補助構造体５５００は、図２６に示す補助構造体５４００とほぼ同じ構造を有するものであり、第１受力点Ｐ１と第２受力点Ｐ２とを接続する接続経路Ｒ１２に沿って設けられた弾性変形部５５１０と、この弾性変形部５５１０の所定箇所を第１支持点Ｑ１および第２支持点Ｑ２に接続するための第１台座部５５２０および第２台座部５５３０と、を有している。そして、第１台座部５５２０の上端に設けられた狭窄先端部５５２１によって、弾性変形部５５１０の第１中継点ｍ１の近傍が支持され、第２台座部５５３０の上端に設けられた狭窄先端部５５３１によって、弾性変形部５５１０の第２中継点ｍ２の近傍が支持されている点も、図２６に示す補助構造体５４００と同様である。
【０３４８】
図２６に示す補助構造体５４００と図２７に示す補助構造体５５００との相違点は、くびれ部の数と形状だけである。図２６に示す補助構造体５４００には、比較的短いくびれ部５４が合計６箇所に設けられていたのに対して、図２７に示す補助構造体５５００では、左右の外側腕状部について、比較的長いくびれ部５５が１箇所ずつ設けられ、中央の内側腕状部について、比較的短いくびれ部が２カ所に設けられている。
【０３４９】
図２６に示す補助構造体５４００と図２７に示す補助構造体５５００との性能の優劣は一概には決められないが、両者では変形態様が若干異なるため、実用上は、用途に応じて使い分けるようにすればよい。
【０３５０】
＜６−４．補助構造体の具体的な変形形態＞
続いて、力覚センサ５０００に組み込まれた補助構造体５４００が、具体的にどのように変形するかを簡単に説明しておく。図２８は、図２５に示す力覚センサにおける４組の補助構造体の具体的な配置を示す図である。ここで、図(a) は上面図、図(b) は右側面図、図(c) は背面図、図(d) は左側面図、図(e) は正面図である。
【０３５１】
図(a) の上面図は、正方形の板状部材からなる支持体５２００の上面に、４組の補助構造体５４０１〜５４０４を配置した状態を示すものであり、受力体５１００を取り外した状態が示されている。ここで、４組の補助構造体５４０１〜５４０４は、いずれも、図２６に示す補助構造体５４００と同一の構造体である。図２５と同様に、４組の補助構造体５４０１〜５４０４については、その配置のみが示され、細かな構造の図示は省略されている。これに対して、図(b)〜図(e) には、受力体５１００および支持体５２００とともに、各補助構造体５４０１〜５４０４の細かな構造が図示されている。
【０３５２】
図(a) には、この力覚センサについて定義されたＸＹＺ三次元直交座標系が示されているが、図(b)〜図(e) には、図２６において定義したＶＷ二次元直交座標系がそれぞれ示されているので、各補助構造体５４０１〜５４０４の三次元空間上での向きが容易に理解できるであろう。なお、この図２８は、支持体５２００上への各補助構造体５４０１〜５４０４の配置を示すための図であるため、他の構成要素についての図示は省略しているが、実際には、力覚センサを構成するためには、４組の補助構造体５４０１〜５４０４に囲まれた内部に、検出用変形体５３００を配置し、必要な箇所に検出素子を配置することになる。
【０３５３】
すなわち、実際の力覚センサ５０００は、受力体５１００と、支持体５２００と、受力体５１００と支持体５２００とを接続する検出用変形体５３００と、この検出用変形体５３００の弾性変形を検出する検出素子Ｄと、この検出素子Ｄの検出結果に基づいて、作用した力もしくはモーメントの検出信号を出力する検出回路５９００と、４組の補助構造体５４０１〜５４０４と、を備えていることになる。ここで、４組の補助構造体５４０１〜５４０４の１つを代表して補助構造体５４００と呼んだ場合、図２６に示すように、補助構造体５４００の第１受力点Ｐ１および第２受力点Ｐ２は、受力体５１００の下面に接合され、補助構造体５４００の第１支持点Ｑ１および第２支持点Ｑ２は、支持体５２００の上面に接合されることになる。
【０３５４】
また、受力体５１００および支持体５２００は、ＸＹ平面に平行な上面および下面をもつ板状部材によって構成されており、Ｚ軸は受力体５１００および支持体５２００を挿通している。そして、４組の補助構造体５４０１〜５４０４は、検出用変形体５３００の周囲を取り囲むように配置されている。
【０３５５】
より詳細に説明すれば、図２８に示すとおり、第１の補助構造体５４０１は、そのＶＷ平面が正のＸ軸と交差する位置に、Ｖ軸がＹ軸に平行になり、Ｗ軸がＺ軸に平行になる向きに配置されており、第２の補助構造体５４０２は、そのＶＷ平面が正のＹ軸と交差する位置に、Ｖ軸がＸ軸に平行になり、Ｗ軸がＺ軸に平行になる向きに配置されており、第３の補助構造体５４０３は、そのＶＷ平面が負のＸ軸と交差する位置に、Ｖ軸がＹ軸に平行になり、Ｗ軸がＺ軸に平行になる向きに配置されており、第４の補助構造体５４０４は、そのＶＷ平面が負のＹ軸と交差する位置に、Ｖ軸がＸ軸に平行になり、Ｗ軸がＺ軸に平行になる向きに配置されている。
【０３５６】
そして、各補助構造体５４０１〜５４０４の第１受力点Ｐ１および第２受力点Ｐ２は、受力体５１００の下面に接合され、各補助構造体５４０１〜５４０４の第１支持点Ｑ１および第２支持点Ｑ２は、支持体５２００の上面に接合されている。
【０３５７】
図２８は、受力体５１００に何ら外力が作用していないときの状態を示すものであり、受力体５１００と支持体５２００とは平行な状態を維持し、各補助構造体５４０１〜５４０４の形状も、変形を生じていない状態にある。そこで、この図２８に示す状態を基準として、支持体５２００を固定した状態において、受力体５１００に様々な外力が作用した場合の変形形態を考えてみる。
【０３５８】
図２９は、図２５に示す力覚センサについて、受力体５１００にＺ軸負方向の力−Ｆｚが作用したときの４組の補助構造体の変形態様を示す図である。図２８と同様に、図(a) は上面図、図(b) は右側面図、図(c) は背面図、図(d) は左側面図、図(e) は正面図である。図が繁雑になるのを避けるため、各部の符号は省略する。図に示す白矢印は、作用した力−Ｆｚに基づいて各部に加わる分力の向きを示している。また、図の破線は、変形前の受力体５１００の位置を示している。くびれ部５４を介して接続された補助構造体５４００の各部が、それぞれの位置に応じて、様々な変位を生じていることがわかるであろう。
【０３５９】
図３０は、図２５に示す力覚センサについて、受力体５１００にＺ軸正方向の力＋Ｆｚが作用したときの４組の補助構造体の変形態様を示す図である。同様に、図３１は、モーメント＋Ｍｙが作用したときの状態（モーメント＋Ｍｘが作用したときは、これを９０°回転させた状態になる）を示し、図３２は、力＋Ｆｘが作用したときの状態（力＋Ｆｙが作用したときは、これを９０°回転させた状態になる）を示している。また、図３３は、モーメント＋Ｍｚが作用したときの状態を示している。いずれの図においても、白矢印は、作用した外力に基づいて各部に加わる分力の向きを示し、破線は、変形前の受力体５１００の位置を示している。
【０３６０】
前述したとおり、力Ｆｚが作用したときには、内側腕上部に左右から伝達されてくる力の向きは同じになるので、図２９や図３０に示す変形状態では、本発明に固有の変位を制限する抵抗力（腕状部を伸縮させるために生じる抵抗力）は作用しない。これに対して、図３１に示すようにモーメントＭｙが作用したときや、モーメントＭｘが作用したときは、内側腕上部に左右から伝達されてくる力の向きが逆になるので、本発明に固有の変位を制限する抵抗力（腕状部を伸縮させるために生じる抵抗力）が作用し、変形は妨げられることになる。なお、力Ｆｘ，ＦｙやモーメントＭｚが作用した場合は、本発明に固有の変位を制限する抵抗力は作用しない。
【０３６１】
図３４は、図２６に示す補助構造体５４００の各部の構成を示す正面図である（ハッチングは、各部の領域を示すためのものであり、断面を示すものではない）。図において黒く塗りつぶされた部分はくびれ部５４（台座狭窄部も含む）であり、斜線のハッチングが施された部分は接続経路R１２に沿った腕状部である。また、白抜きの矩形部分は、重量調整部６２である。ここに示す実施例の場合、図示した各部分の寸法ｄ１〜d４は、ｄ１＝１４ｍｍ、ｄ２＝４０ｍｍ、ｄ３＝１ｍｍ、ｄ４＝０．５ｍｍであり、この補助構造体５４００の厚みｄ５は、ｄ５＝４ｍｍである。もちろん、これらの寸法値は、一実施例の寸法設定例を示すものであり、本発明に係る補助構造体の各部は、その利用形態に応じて、任意の寸法設定を行うことが可能である。
【０３６２】
図３５は、図３４に示す補助構造体５４００（上記寸法値を有する試作品）に各軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚおよび各軸まわりのモーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚが作用したときに、各部に生じる変形態様を示す表である。ここで、「くびれ部の曲げ」とは、ＶＷ平面に沿った方向への変形を意味し、「くびれ部の倒れ」とは、ＶＷ平面に直交する方向への変形を意味し、「くびれ部の捻れ」とは、接続経路Ｒ１２（台座狭窄部の場合は支持経路Ｒ２，Ｒ３）の方向を回転軸とした捻れを意味する。また、表において、○印は、該当する各部の変形態様が補助構造体５４００の変形に大きく寄与することを示し、Ｘ印は、寄与の程度が小さいことを示す。
【０３６３】
この表によると、力Ｆｘ，Ｆｙが作用した場合は、くびれ部の曲げおよび倒れが補助構造体５４００の変形に大きく寄与する。力＋Ｆｘが作用したときには、図３２に示すとおり、受力体がＸ軸正方向に押し出されるため、正面側の補助構造体５４０４と背面側の補助構造体５４０２とについてはくびれ部の曲げが生じ、側面の補助構造体５４０１，５４０３についてはくびれ部の倒れが生じる。その結果、側面の補助構造体５４０１，５４０３はＸ軸正方向に傾斜する。このときの補助構造体５４００による受力体５１００に対する支持剛性は、くびれ部の曲げに対する剛性とくびれ部の倒れに対する剛性との和になる。一般的には、後者の方が大きく支配的になるため、くびれ部の厚み寸法ｄ５とくびれ部の高さ寸法ｄ３とを調整することにより、力Ｆｘに対する検出感度の調整が可能になる。力Ｆｙについても同様である。
【０３６４】
これに対して、力Ｆｚが作用した場合は、くびれ部の曲げが補助構造体５４００の変形に大きく寄与している。たとえば、力−Ｆｚが作用したときには、図２９に示すとおり、受力体が全体的に下方へ押し下げられるため、４組の補助構造体５４００の各受力点Ｐ１，Ｐ２には、下方へ向かった同じ方向の力が同時に作用する。逆方向の力＋Ｆｚが作用したときには、図３０に示すとおり、受力体が全体的に上方へ引き上げられるため、４組の補助構造体５４００の各受力点Ｐ１，Ｐ２には、上方へ向かった同じ方向の力が同時に作用する。したがって、いずれの場合も、主として、各くびれ部に曲げが生じる結果になる。このときの補助構造体５４００による受力体５１００に対する支持剛性は、くびれ部の曲げに対する剛性が主になる。よって、主として、くびれ部の幅寸法ｄ４を調整することにより、力Ｆｚに対する検出感度の調整が可能になる。
【０３６５】
もし、検出用変形体５３００による受力体５１００に対する支持剛性が、４組の補助構造体５４００の受力体５１００に対する支持剛性よりも十分に大きい場合には、４組の補助構造体５４００を付加したとしても、力Ｆｚに関する検出感度への影響はほとんどないことになる。
【０３６６】
一方、モーメントＭｘ，Ｍｙが作用した場合は、くびれ部の曲げに加えて、腕状部の伸縮が補助構造体５４００の変形に大きく寄与する。たとえば、モーメント＋Ｍｙが作用したときには、図３１に示すとおり、正面側の補助構造体５４０４と背面側の補助構造体５４０２とについて、くびれ部の曲げとともに、腕状部の伸縮が生じる。ここで、腕状部の伸縮が生じる理由は、内側腕状部に対して、左右から伝達される力の向きが逆向きになるためである。この腕状部の伸縮を生じさせる際に、本発明に固有の変位を制限する抵抗力が作用することになる。一方、側面の補助構造体５４０１，５４０３についてはくびれ部の曲げが生じる。モーメントＭｘが作用した場合も同様である。
【０３６７】
このように、モーメントＭｘ，Ｍｙが作用した場合は、単に、くびれ部の変形が生じるだけでなく、腕状部の伸縮が生じることになるので、変形を制限するための大きな抵抗力が働くことになる。そのため、補助構造体５４００を付加することによって、モーメントＭｘ，Ｍｙの検出感度を低下させることができることは、既に述べたとおりであり、この点は、本発明の重要な作用効果である。別言すれば、補助構造体５４００を付加することにより、モーメントＭｘ，Ｍｙが作用したときの剛性だけを選択的に強化することが可能になる。当該剛性の程度は、腕状部の寸法によって調整することができる。
【０３６８】
最後に、モーメントＭｚが作用した場合は、図３３に示すように、Ｚ軸を中心軸として捻れる変形が生じるため、くびれ部について曲げと捻れが生じることになる。このときの補助構造体５４００による受力体５１００に対する支持剛性は、くびれ部の曲げに対する剛性とくびれ部の捻れに対する剛性との和になる。したがって、くびれ部の幅寸法ｄ４とくびれ部の高さ寸法ｄ３に加えて、補助構造体５４００全体の幅寸法ｄ２を調整することにより、モーメントＭｚに対する検出感度の調整が可能になる。
【０３６９】
最後に、４組の補助構造体５４０１〜５４０４を付加したことにより、モーメントの検出感度と力の検出感度とのバランス調整に成功したことを示す結果を示しておく。図３６は、図２４に示す従来型の力覚センサ４０００（特許文献３に開示されているセンサ）と図２５に示す本発明に係る力覚センサ５０００（４組の補助構造体５４０１〜５４０４を付加したセンサ）とについて、各軸方向の力および各軸まわりのモーメントが作用したときに得られる検出値を比較する表である。
【０３７０】
なお、力の検出感度とモーメントの検出感度とを同じ尺度で比較するため、ここでは、回転の中心点から作用点までの距離を０．１ｍに設定し（一般的なジョイスティックなどでは、ほぼこの程度の設定になることが多い）、力Ｆとしては、２００Ｎの並進力を加え、モーメントＭとしては、作用点に同じ２００Ｎの力を加えた場合に相当する、２０Ｎ・mの回転力を加えた場合について、検出回路から出力されるそのままの電気信号の値を求めることにした。
【０３７１】
表に示されているとおり、従来の力覚センサ４０００の場合、力Ｆｘ，Ｆｙの検出値に対して、モーメントＭｘ，Ｍｙの検出値は２０倍を超えており、ジョイスティックなどの用途に利用する場合は、何らかの補正処理を行う必要があった。力ＦｚとモーメントＭｙに関しても、２倍程度の差が生じている。これに対して、本発明の力覚センサ５０００の場合、力Ｆｘ，Ｆｙの検出値に対して、モーメントＭｘ，Ｍｙの検出値は２倍程度にまで減少しており、特に、力ＦｚとモーメントＭｙに関しては、ほぼ１倍程度にまで差が解消されている。
【０３７２】
従来の力覚センサ４０００と本発明の力覚センサ５０００とは、全く同じ検出用変形体４３００を用いており、検出素子および検出回路も全く同じである。両者の本質的な相違は、後者では、４組の補助構造体５４０１〜５４０４が付加されている、という点だけである。このように、本発明に係る補助構造体を従来型の任意の力覚センサに付加するだけで、検出感度の調整が可能になり、所望の検出感度をもった力覚センサを実現することができるようになる。
【産業上の利用可能性】
【０３７３】
本発明に係る力覚センサは、ロボットや産業機械の動作制御を行うための装置や、電子機器の入力装置のマン・マシンインターフェイスなどに広く利用することが可能である。また、本発明に係る力覚センサ用の補助構造体は、受力体と支持体との間に挿入した変形体の変形態様を検出するタイプの力覚センサに組み込むことにより、検出感度を調整する用途に利用することができる。
【符号の説明】
【０３７４】
１０，１５：受力体
１１，１２：ダイアフラム部
１３：受力体
２０，２５：支持体
２１，２２：ダイアフラム部
２３：支持体
３１〜３６：柱状部材（変形体）
４１〜４３：くびれ部
５１ａ，５１ｂ：くびれ部
５２ａ，５２ｂ：くびれ部
５３ａ，５３ｂ：くびれ部
５４，５５：くびれ部
６１ｆ，６３ｆ：フランジ部図形
６２：重量調整部
６２ｆ：重量調整部図形
１００：受力体
１００ｆ：受力体図形
１５０：受力体
１５０ｆ：受力体図形
１５０ｆｘ：Ｘ軸に関する受力体図形
１５０ｆｙ：Ｙ軸に関する受力体図形
１６０ｆ：受力体図形
２００：支持体
２００ｆ：支持体図形
２５０：支持体
２５０ｆ：支持体図形
２５０ｆｘ：Ｘ軸に関する支持体図形
２５０ｆｙ：Ｙ軸に関する支持体図形
２６０ｆ：支持体図形
３００：変形体
３００ｆ〜３０３ｆ：変形体図形
３１０：弾性変形部
３１０ｆ：弾性変形部図形
３１１：第１外側腕状部
３１１ｆ：第１外側腕状部図形
３１２：内側腕状部
３１２ｆ：内側腕状部図形
３１３：第２外側腕状部
３１３ｆ：第２外側腕状部図形
３２０：第１台座部
３２０ｆ：第１台座部図形
３２１：第１台座狭窄部
３２１ｆ：第１台座狭窄部図形
３３０：第２台座部
３３０ｆ：第２台座部図形
３３１：第２台座狭窄部
３３１ｆ：第２台座狭窄部図形
３４０ｆ：弾性変形部図形
３４１ｆ：第１外側腕状部図形
３４２ｆ：内側腕状部図形
３４３ｆ：第２外側腕状部図形
３５０ｆ：弾性変形部図形
３５１ｆ：第１外側腕状部図形
３５２ｆ：内側腕状部図形
３５３ｆ：第２外側腕状部図形
３６０ｆ：弾性変形部図形
３６１ｆ：第１外側腕状部図形
３６２ｆ：内側腕状部図形
３６３ｆ：第２外側腕状部図形
４００ｆ〜４０５ｆ：変形体図形
４１０ｆ：弾性変形部図形
４１１ｆ：第１外側腕状部図形
４１２ｆ：内側腕状部図形
４１３ｆ：第２外側腕状部図形
４２０ｆ：第１台座部図形
４２５ｆ：第１台座部図形
４２６ｆ：第１台座部図形
４３０ｆ：第２台座部図形
４３５ｆ：第２台座部図形
４３６ｆ：第２台座部図形
４４０ｆ：弾性変形部図形
４４１ｆ：第１外側腕状部図形
４４２ｆ：内側腕状部図形
４４３ｆ：第２外側腕状部図形
４５０ｆ：弾性変形部図形
４５１ｆ：第１外側腕状部図形
４５２ｆ：内側腕状部図形
４５３ｆ：第２外側腕状部図形
４６０ｆ：弾性変形部図形
４６１ｆ：第１外側腕状部図形
４６２ｆ：内側腕状部図形
４６３ｆ：第２外側腕状部図形
４７０ｆ：弾性変形部図形
４７１ｆ：第１外側腕状部図形
４７２ｆ：内側腕状部図形
４７３ｆ：第２外側腕状部図形
４８０ｆ：弾性変形部図形
４８１ｆ：第１外側腕状部図形
４８２ｆ：第１内側腕状部図形
４８３ｆ：第２内側腕状部図形
４８３ｆ：第２外側腕状部図形
４９６ｆ：第３台座部図形
５００：変形体
５００ｆｘ：Ｘ軸に関する変形体図形
５００ｆｙ：Ｙ軸に関する変形体図形
５１０：Ｘ軸に関する弾性変形部
５１０ｆ：Ｘ軸に関する弾性変形部図形
５１１ｆ：Ｘ軸に関する第１外側腕状部図形
５１２ｆ：Ｘ軸に関する内側腕状部図形
５１３ｆ：Ｘ軸に関する第２外側腕状部図形
５２０：Ｘ軸に関する第１台座部
５２０ｆ：Ｘ軸に関する第１台座部図形
５３０：Ｘ軸に関する第２台座部
５３０ｆ：Ｘ軸に関する第２台座部図形
５４０：Ｙ軸に関する弾性変形部
５４０ｆ：Ｙ軸に関する弾性変形部図形
５４１ｆ：Ｙ軸に関する第１外側腕状部図形
５４２ｆ：Ｙ軸に関する内側腕状部図形
５４３ｆ：Ｙ軸に関する第２外側腕状部図形
５５０：Ｙ軸に関する第１台座部
５５０ｆ：Ｙ軸に関する第１台座部図形
５６０：Ｙ軸に関する第２台座部
５６０ｆ：Ｙ軸に関する第２台座部図形
５７０：統合弾性変形部（回転体）
５８０：統合台座部（回転体）
９００：検出回路
１０００〜１００３：基本構造体
２０００〜２００５：基本構造体
３０００〜３００２：力覚センサ
４０００：従来型の力覚センサ
４１００：受力体
４２００：支持体
４３００：検出用変形体
４３１０〜４３８０：柱状部材
４９００：検出回路
５０００：力覚センサ
５１００：受力体
５２００：支持体
５３００：検出用変形体
５４００〜５４０４：補助構造体
５４１０：弾性変形部
５４２０：第１台座部
５４２１：狭窄先端部
５４３０：第２台座部
５４３１：狭窄先端部
５５００：補助構造体
５５１０：弾性変形部
５５２０：第１台座部
５５２１：狭窄先端部
５５３０：第２台座部
５５３１：狭窄先端部
５９００：検出回路
Ｂ１〜Ｂ８：ベースポイント
Ｃ１〜Ｃ４：容量素子
Ｄ：検出素子
ｄ１〜ｄ４：各部の寸法
Ｅ１１〜Ｅ１４：変位電極
Ｅ２１〜Ｅ２４：固定電極
Ｆｘ：Ｘ軸方向への並進力
Ｆｙ：Ｙ軸方向への並進力
Ｆｚ：Ｚ軸方向への並進力
ｆｚ：Ｚ軸方向への分力
Ｇ：ＶＷニ次元直交座標系の原点
Ｌ１〜Ｌ６：長手方向軸
Ｍｘ：Ｘ軸まわりのモーメント
Ｍｙ：Ｙ軸まわりのモーメント
Ｍｚ：Ｚ軸まわりのモーメント
ｍ１：第１中継点
ｍ１′：支点
ｍ２：第２中継点
ｍ３：第３中継点
ｍ１１：Ｘ軸に関する第１中継点
ｍ１２：Ｘ軸に関する第２中継点
ｍ２１：Ｙ軸に関する第１中継点
ｍ２２：Ｙ軸に関する第２中継点
Ｏ：ＸＹＺ三次元直交座標系の原点
Ｐ１：第１受力点
Ｐ２：第２受力点
Ｐ１１：Ｘ軸に関する第１受力点
Ｐ１２：Ｘ軸に関する第２受力点
Ｐ２１：Ｙ軸に関する第１受力点
Ｐ２２：Ｙ軸に関する第２受力点
Ｑ１：第１支持点
Ｑ２：第２支持点
Ｑ３：第２支持点
Ｑ１１：Ｘ軸に関する第１支持点
Ｑ１２：Ｘ軸に関する第２支持点
Ｑ２１：Ｙ軸に関する第１支持点
Ｑ２２：Ｙ軸に関する第２支持点
Ｒ１：接続経路
Ｒ２：第１支持経路
Ｒ３：第２支持経路
Ｒ４〜Ｒ９：接続経路
Ｒ１０：Ｘ軸に関する接続経路
Ｒ１１：Ｙ軸に関する接続経路
Ｒ１２：接続経路
ｒ１：第１進行路
ｒ２：第２進行路
Ｓ，Ｓ１〜Ｓ４：揺動方向を示す矢印
Ｕ：Ｕ字状部
Ｕ１：第１Ｕ字状迂回路
Ｕ２：第２Ｕ字状迂回路
Ｕ１１：Ｘ軸に関する第１Ｕ字状迂回路
Ｕ１２：Ｘ軸に関する第２Ｕ字状迂回路
Ｕ２１：Ｙ軸に関する第１Ｕ字状迂回路
Ｕ２２：Ｙ軸に関する第２Ｕ字状迂回路
Ｖ：ＶＷ二次元直交座標系の座標軸
Ｗ：ＶＷ二次元直交座標系の座標軸
Ｘ：ＸＹＺ三次元直交座標系の座標軸
Ｙ：ＸＹＺ三次元直交座標系の座標軸
Ｚ：ＸＹＺ三次元直交座標系の座標軸
【要約】
板状の受力体（１００）の下方に板状の支持体（２００）を配置し、両者間に変形体（３００）を接続する。変形体（３００）は、第１受力点（Ｐ１）と第２受力点（Ｐ２）とを結ぶ接続経路（Ｒ１）に沿って配置された弾性変形部（３１０）と、この弾性変形部（３１０）を下方から支持する第１台座部（３２０）および第２台座部（３３０）を有する。第１台座部（３２０）の上端は、接続経路（Ｒ１）上の第１の中継点（ｍ１）の近傍を揺動自在に支持し、第２台座部（３３０）の上端は、接続経路（Ｒ１）上の第２の中継点（ｍ２）の近傍を揺動自在に支持する。一対の中継点（ｍ１，ｍ２）を連結する腕状部材（３１２）により、受力体（１００）に作用した原点（Ｏ）まわりのモーメントに対する検出感度を低減し、モーメントの検出感度と力の検出感度とのバランス調整を容易にする。【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
0006002868.tif 000020
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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