(57)【要約】【課題】外力以外の要因に起因する部材の変形を緩和する機構を備えた、変位検出方式の力センサを提供する。【解決手段】力センサ１０は、第１基板部１２、第１連結部２４、第２基板部１４および第２連結部２６の少なくとも１つに設けられた、第１軸３８と直交する平面に沿って弾性変形可能な第１緩和部６２、および、第２基板部１４、第２連結部２６、第３基板部１６および第３連結部２８の少なくとも１つに設けられた、第１軸３８に沿って弾性変形可能な第２緩和部６４、の少なくとも一方を具備する。【選択図】図１
2019207120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板部と、
前記第１基板部から離隔して配置された第２基板部と、
前記第２基板部から離隔して配置された第３基板部と、
前記第１基板部を位置決めするための第１橋梁部と、
前記第２基板部を位置決めするための第２橋梁部と、
前記第３基板部を位置決めするための第３橋梁部と、
前記第１基板部と前記第１橋梁部とを連結する第１連結部と、
前記第２基板部と前記第２橋梁部とを連結する第２連結部と、
前記第３基板部と前記第３橋梁部とを連結する第３連結部と、
前記第１橋梁部と前記第２橋梁部とを連結する第１支柱部と、
前記第２橋梁部と前記第３橋梁部とを連結する第２支柱部と、
前記第１基板部と前記第２基板部との相対変位を検出する第１検出部と、
前記第２基板部と前記第３基板部との相対変位を検出する第２検出部と、を備える力センサであって、
前記第１基板部および前記第１連結部の少なくとも一方は弾性変形可能に構成され、
前記第２支柱部は弾性変形可能に構成され、
前記第１検出部は、前記第１基板部と前記第２基板部との第１軸に沿った相対的な移動、および、前記第１基板部と前記第２基板部との前記第１軸と直交する平面に沿った中心軸線回りの相対的な回転の少なくとも一方に応じて変化する値を第１検出値として検出し、
前記第２検出部は、前記第２基板部と前記第３基板部との前記第１軸と直交する平面に沿った相対的な移動、および、前記第１軸に沿った中心軸線回りの相対的な回転の少なくとも一方に応じて変化する値を第２検出値として検出し、
前記力センサは、前記第１基板部、前記第１連結部、前記第２基板部および前記第２連結部の少なくとも１つに設けられた、前記第１軸と直交する平面に沿って弾性変形可能な第１緩和部、および、前記第２基板部、前記第２連結部、前記第３基板部および前記第３連結部の少なくとも１つに設けられた、前記第１軸に沿って弾性変形可能な第２緩和部、の少なくとも一方を具備する、力センサ。
【請求項２】
前記第１検出部が検出する前記第１検出値は、前記第１軸の方向の力成分、前記第１軸に直交する第２軸回りの力のモーメント成分、および前記第１軸と前記第２軸との双方に直交する第３軸回りの力のモーメント成分を取得するための値であり、
前記第２検出部が検出する前記第２検出値は、前記第２軸の方向の力成分、前記第３軸の方向の力成分、および前記第１軸回りの力のモーメント成分を取得するための値である、請求項１に記載の力センサ。
【請求項３】
前記第１基板部は、前記第１軸と直交する平面に沿って延びる２つ以上の前記第１連結部を備え、
前記第１連結部の各々は、前記力センサが力を受けたときに、前記第１基板部と前記第２基板部とが、前記第１軸に沿った方向への移動、または、前記第１軸と直交する平面に沿った中心軸線の回りの回転、または、前記第１軸に沿った方向への移動および前記第１軸と直交する平面に沿った中心軸線の回りの回転、を相対的に生ずるように弾性変形する、請求項１または２に記載の力センサ。
【請求項４】
前記第２基板部は、前記第１軸に沿って延びる２つ以上の前記第２支柱部を備え、
前記第２支柱部の各々は、前記力センサが力を受けたときに、前記第２基板部と前記第３基板部とが、前記第１軸と直交する平面に沿った方向への移動、または、前記第１軸に沿った中心軸線の回りの回転、または、前記第１軸と直交する平面に沿った方向への移動および前記第１軸に沿った中心軸線の回りの回転、を相対的に生ずるように弾性変形する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の力センサ。
【請求項５】
前記第１支柱部は前記第１橋梁部および前記第２橋梁部と一体化された構造を形成する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の力センサ。
【請求項６】
前記第１緩和部は、前記第１基板部、前記第１連結部、前記第２基板部および前記第２連結部の少なくとも１つに形成された１つ以上の穴を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の力センサ。
【請求項７】
前記第２緩和部は、前記第２基板部、前記第２連結部、前記第３基板部および前記第３連結部の少なくとも１つに形成された１つ以上の穴を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の力センサ。
【請求項８】
前記第１検出値は、前記第１基板部と前記第２基板部の相対変位に応じて変化する、静電容量の変化を示す値である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の力センサ。
【請求項９】
前記第２検出値は、前記第２基板部と前記第３基板部の相対変位に応じて変化する、静電容量の変化を示す値である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の力センサ。
【請求項１０】
前記力センサは、さらに、前記第１検出部と前記第２検出部が検出した値を取得する検出値取得部と、前記検出値取得部が実装されたプリント基板とを備える、請求項１〜９のいずれか１項に記載の力センサ。
【請求項１１】
前記力センサは、さらに、前記第１検出値および前記第２検出値に基づいて、互いに直交する３軸方向の力成分、前記３軸の各軸回りの力のモーメント成分を演算する力演算部を備える、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変位検出方式の力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
変位検出方式の力センサは、センサ本体に力（荷重）が加わったときに、その力によって変形したセンサ本体の、変形に伴う変位量を検出し、検出した変位量に基づいて力を検出するものである。例えば特許文献１は、センサ本体の所定部位に形成した静電容量の変化から変位量を検出する力センサを開示する。この力センサは、外側箱状構造体と内側箱状構造体とを備え、外側箱状構造体の側面及び上面と内側箱状構造体の側面及び上面とをそれぞれ対向させて、全体に連通するギャップを形成し、ギャップの所定箇所に、それぞれが直交３軸座標系のいずれかの軸方向へ対向する複数組の電極を配置して、個々の対向電極の間に静電容量を形成している。外側箱状構造体が力（荷重）によって変形すると、それに応じてギャップの形状及び寸法が変化し、個々の対向電極間の静電容量が変化する。この静電容量の変化から、内側箱状構造体に対する外側箱状構造体の変位量を算出し、算出した変位量に基づき、外側箱状構造体に加わった力の各軸方向の力成分及び各軸回りのモーメント成分を検出できるように構成されている。
【０００３】
また特許文献２は、直交３軸座標系における各軸方向の力成分及び各軸回りのモーメント成分を検出する変位検出方式の６軸力センサにおいて、力成分及びモーメント成分を第１検出部と第２検出部とで３軸ずつ分担して検出する構成を開示する。
【０００４】
さらに特許文献３は、歪み抵抗素子と同等の熱影響を受ける位置であって応力の影響を受けない位置に温度補償用抵抗素子を設け、高精度な応力検出を行うことを企図した多軸力センサ用チップと多軸力センサを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３０１７３１号公報
【特許文献２】特開２０１６−０７０８２４号公報
【特許文献３】特開２００６−１２５８７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
変位検出方式の力センサでは、使用環境の温度変化や内部発熱等の、該センサに作用する力以外の要因によって、変位量を検出するための部材に撓み・変形が生じ、力センサとしての測定精度が低下する場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様は、第１基板部と、前記第１基板部から離隔して配置された第２基板部と、前記第２基板部から離隔して配置された第３基板部と、前記第１基板部を位置決めするための第１橋梁部と、前記第２基板部を位置決めするための第２橋梁部と、前記第３基板部を位置決めするための第３橋梁部と、前記第１基板部と前記第１橋梁部とを連結する第１連結部と、前記第２基板部と前記第２橋梁部とを連結する第２連結部と、前記第３基板部と前記第３橋梁部とを連結する第３連結部と、前記第１橋梁部と前記第２橋梁部とを連結する第１支柱部と、前記第２橋梁部と前記第３橋梁部とを連結する第２支柱部と、前記第１基板部と前記第２基板部との相対変位を検出する第１検出部と、前記第２基板部と前記第３基板部との相対変位を検出する第２検出部と、を備える力センサであって、前記第１基板部および前記第１連結部の少なくとも一方は弾性変形可能に構成され、前記第２支柱部は弾性変形可能に構成され、前記第１検出部は、前記第１基板部と前記第２基板部との第１軸に沿った相対的な移動、および、前記第１基板部と前記第２基板部との前記第１軸と直交する平面に沿った中心軸線回りの相対的な回転の少なくとも一方に応じて変化する値を第１検出値として検出し、前記第２検出部は、前記第２基板部と前記第３基板部との前記第１軸と直交する平面に沿った相対的な移動、および、前記第１軸に沿った中心軸線回りの相対的な回転の少なくとも一方に応じて変化する値を第２検出値として検出し、前記力センサは、前記第１基板部、前記第１連結部、前記第２基板部および前記第２連結部の少なくとも１つに設けられた、前記第１軸と直交する平面に沿って弾性変形可能な第１緩和部、および、前記第２基板部、前記第２連結部、前記第３基板部および前記第３連結部の少なくとも１つに設けられた、前記第１軸に沿って弾性変形可能な第２緩和部、の少なくとも一方を具備する、力センサである。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、外力以外の要因に起因して力センサの部材が変形・変位することを緩和することができ、検出される力と正味の力との誤差を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る力センサの断面図である。
【図２】図１の力センサの上面図である。
【図３】図１の力センサの側面図である。
【図４】第２の実施形態に係る力センサの断面図である。
【図５】図４の力センサの側面図である。
【図６】第３の実施形態に係る力センサの断面図である。
【図７】第１の実施形態に係る力センサに力を作用させた例を示す。
【図８】第１の実施形態に係る力センサに力を作用させた例を示す。
【図９】第１の実施形態に係る力センサに力を作用させた例を示す。
【図１０】第１の実施形態に係る力センサに力を作用させた例を示す。
【図１１】第１検出部の具体的構造の一例を示す。
【図１２】第１検出部の具体的構造の他の例を示す。
【図１３】第１検出部の第１検出要素と第２検出要素とを対向配置した例を示す斜視図である。
【図１４】第１検出要素または第２検出要素の具体的構造の他の例を示す。
【図１５】第２検出部の第３検出要素または第４検出要素の具体的構造の一例を示す。
【図１６】第２検出部の具体的構造の一例を示し、明瞭化のために第３検出要素と第４検出要素とが互いに対向しない位置にある。
【図１７】第２検出部の具体的構造の一例を示す。
【図１８】複数の第２検出部を含む構造の一例を示す。
【図１９】第２検出部の具体的構造の他の例を示し、明瞭化のために第３検出要素と第４検出要素とが互いに対向しない位置にある。
【図２０】図１９の第２検出部の具体的構造を別角度から見た図である。
【図２１】図１６の第２検出部の具体的構造を別角度から見た図である。
【図２２】比較例として、緩和機構を有さない力センサの構造例を示す。
【図２３】図２２の力センサにおいて、電極間の距離が変化した例を示す。
【図２４】プリント基板を有する力センサに緩和部を設けた例を示す。
【図２５】第１緩和部の具体的構造の一例を示す。
【図２６】第１緩和部の具体的構造の他の例を示す。
【図２７】第１緩和部の具体的構造のさらなる他の例を示す。
【図２８】第２緩和部の具体的構造の一例を示す。
【図２９】第２緩和部の具体的構造の他の例を示す。
【図３０】図２９の第２緩和部を他の方向から見た図を示す。
【図３１】第２緩和部の具体的構造のさらなる他の例を示す。
【図３２】第２緩和部の具体的構造のまたさらなる他の例を示す。
【図３３】図３２の第２緩和部を他の方向から見た図を示す。
【図３４】第１緩和部と第２緩和部の双方の機能を具備する構造例を示す。
【図３５】第１緩和部と第２緩和部の双方の機能を具備する他の構造例を示す。
【図３６】第１緩和部または第２緩和部が有する穴の形状の具体例を示す。
【図３７】第１緩和部または第２緩和部が有する穴の形状の具体例を示す。
【図３８】第１緩和部または第２緩和部が有する穴の形状の具体例を示す。
【図３９】第１緩和部または第２緩和部が有する穴の形状の具体例を示す。
【図４０】第１緩和部または第２緩和部が有する穴の形状の具体例を示す。
【図４１】プリント基板を有する力センサに第１緩和部を設けた例を示す。
【図４２】プリント基板を有する力センサに第１緩和部および第２緩和部を設けた例を示す。
【図４３】プリント基板を有する力センサに第１緩和部および第２緩和部を設けた他の例を示す。
【図４４】第１の実施形態に係る力センサにおける、第１緩和部の作用効果を説明する。
【図４５】図４４の力センサにおける第１検出部の拡大図である。
【図４６】第２または第３の実施形態に係る力センサにおける、第１緩和部の作用効果を説明する。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１−図３はそれぞれ、第１の実施形態に係る変位検出方式の力センサ１０の断面図、上面図及び側面図である。力センサ１０は、例えばロボットの本体（旋回胴等）と設置面との間に配置される６軸の力センサ、またはロボットの手先に取り付けられる力覚センサとして使用可能であり、該センサに作用する力の大きさと方向を測定できるように構成されている。力センサ１０は、第１基板部１２と、第１基板部１２から離隔して配置された第２基板部１４と、第２基板部１４から離隔して配置された第３基板部１６と、第１基板部１２を所定位置に位置決めするための、略円環状の第１橋梁部１８と、第２基板部１４を所定位置に位置決めするための、略円環状の第２橋梁部２０と、第３基板部１６を所定位置に位置決めするための、略円環状の第３橋梁部２２と、第１基板部１２と前記第１橋梁部１８とを連結する第１連結部２４と、第２基板部１４と第２橋梁部２０とを連結する第２連結部２６と、第３基板部１６と第３橋梁部２２とを連結する第３連結部２８と、第１橋梁部１８と第２橋梁部２０とを連結する第１支柱部３０と、第２橋梁部２０と第３橋梁部２２とを連結する第２支柱部３２と、第１基板部１２と第２基板部１４との相対変位を検出する第１検出部３４と、第２基板部１４と第３基板部１６との相対変位を検出する第２検出部３６とを備える。
【００１１】
例えば、第１基板部１２は第１連結部２４を介して第１橋梁部１８に取り付けられるが、一方の部材を他方の部材に取り付ける場合、例えばボルトを用いて両部材を締結・固定してもよいし、両部材が一体化するように加工・溶着してもよい。また両部材が互いに接する部分にはそれぞれ凹形状および凸形状等を設け、正確な位置決めができるようにしてもよい。このことは、他の部材の取り付けや、後述する実施形態についても同様である。
【００１２】
第１基板部１２は、第１軸３８（図１の例では上下方向）と直交する平面に沿って延びる２つ以上の第１連結部２４を備え、第１連結部２４の各々は、力センサ１０が力（外力）を受けたときに、第１基板部１２と第２基板部１４とが、第１軸３８に沿った方向への移動、または、第１軸３８と直交する平面に沿った中心軸線の回りの回転、または、第１軸３８に沿った方向への移動および第１軸３８と直交する平面に沿った中心軸線の回りの回転を、相対的に生ずるように弾性変形する。ここでは、第１基板部１２と第１連結部２４とで構成される部分は弾性変形する構造であり、第１基板部１２が弾性変形可能であるか、第１連結部２４が弾性変形可能であるか、または、第１基板部１２および第１連結部２４の双方が弾性変形可能であるかのいずれかとする。
【００１３】
第１の実施形態では、力センサ１０は２つ以上、例えば４つの第１連結部２４を有し（図２）、対向する２つの第１連結部２４の中心を通る直線が互いに直交するように配置（上面図において周方向に９０°の等間隔で配置）されている。また、第２連結部２６、第３連結部２８についても同様に２つ以上、例えば４つとし、対向する２つの連結部の中心を通る直線が互いに直交するように配置されているものとする。
【００１４】
第２基板部１４は、第１軸３８に沿って延びる２つ以上の第２支柱部３２を備え、第２支柱部３２の各々は、力センサ１０が力を受けたときに、第２基板部１４と第３基板部１６とが、第１軸３８と直交する平面に沿った方向への移動、または、第１軸３８に沿った中心軸線の回りの回転、または、第１軸３８と直交する平面に沿った方向への移動および第１軸３８に沿った中心軸線の回りの回転を、相対的に生ずるように弾性変形する。また第３基板部１６は、第２基板部１４と第２支柱部３２を介して連結されている。
【００１５】
第１検出部３４は、第１基板部１２に配置された少なくとも１つの第１検出要素４０（図１の例では電極）と、第１検出要素４０に対向するように第２基板部１４に配置された少なくとも１つの第２検出要素４２（図１の例では電極）とを有し、第２検出部３６は、第２基板部１４に配置された少なくとも１つの第３検出要素４４（図１の例では電極）と、第３検出要素４４に対向するように第３基板部１６に配置された少なくとも１つの第４検出要素４６（図１の例では電極）とを有する。互いに対向する第１検出要素と第２検出要素、そして互いに対向する第３検出要素と第４検出要素の数を増やすことによって、検出可能な力および力のモーメントの自由度を大きくすることができる。本実施例では、後述のように、互いに対向する第１検出要素と第２検出要素をそれぞれ４つ、対向された第３検出要素と第４検出要素をそれぞれ４つとするが、これに限られない。第１基板部１２、第２基板部１４および第２支柱部３２は、力センサ１０に作用する力が、第２基板部１４を伝播せずに、第１基板部１２と第２支柱部３２の双方に作用するように配置されることが好ましい。このような構造と、部材の弾性変形の方向とによって、第１基板部１２と第２基板部１４との相対変位、および第２基板部１４と第３基板部１６との相対変位は、力センサ１０に作用する力の３自由度ずつ分担した力成分および力のモーメント成分に正確に対応させることができ、力センサの確度を高めることができる。
【００１６】
なお本開示における「〜に沿う」、「〜に沿った」などの表現は、軸又は平面などの対象と一致又は平行であることのみを表すものではなく、大まかな方向性を意味する。例えば、或る軸または平面に沿う方向（軸）とは、該軸や平面で表される方向に対して、一致し又は平行な方向（軸）、平行から僅かに免れた（つまり略平行な）方向（軸）、および、例えば４５度未満、３０度未満、２０度未満、１０度未満、または５度未満の角度で交差する方向（軸）を包含するものである。
【００１７】
第１支柱部３０および第２支柱部３２は、円柱、四角柱状などの多角形状など、任意の形状を有することができ、支柱の長軸に沿った半径の長さ（固定値、長軸に沿って任意に変化させる、位相によって長さを変えるなど）、長軸方向の長さ、本数も任意であってよい。
【００１８】
第１橋梁部１８と第２橋梁部２０とを接続する第１支柱部３０は、第２橋梁部２０と第３橋梁部２２とを接続する第２支柱部３２よりも剛性が大きいことが好ましい。このようにするため、第１支柱部３０を太くして数を多くしたり、第１橋梁部１８、第２橋梁部２０および第１支柱部３０を実質一体化したりして（後述する第２および第３実施形態参照）剛性を強めておき、一方で第２支柱部３２を弾性変形可能に構成しておくことが好ましい。これによって、力センサ１０に対して第１軸３８と直交する平面に沿った方向に力が作用した場合、第１基板部１２と第２基板部１４との、第１軸３８と直交する平面に沿った方向の相対変位をなるべく小さくするとともに、第２基板部１４と第３基板部１６との、第１軸３８と直交する平面に沿った方向の相対変位をなるべく大きくすることが可能となる。
【００１９】
また第１支柱部３０、第２支柱部３２の周囲には、防湿、防塵、電磁波の遮蔽などの目的のため、力センサ１０全体を覆うようにカバーを取り付けることが好ましい。
【００２０】
図４は、第２の実施形態に係る力センサ１０ａの断面図であり、図５は力センサ１０ａの側面図である。なお第２の実施形態では、第１の実施形態と異なる点のみ説明し、第１の実施形態と同様でよい部分については説明を省略する。
【００２１】
第２の実施形態では、第１橋梁部１８、第２橋梁部２０および第１支柱部３０が一体化されて実質１つの部材４８として構成されており、このような構造によって、これら３つの部材の製作に要する工数やコストを減らすことができると共に、部材４８は上記３つの部材の組み合わせよりも高い剛性をもつようにすることができる。なお第２の実施形態では、第１基板部１２および第２基板部１４は、それぞれ第１連結部２４および第２連結部２６を介して、部材４８に取り付けられる。
【００２２】
図６は、第３の実施形態に係る力センサ１０ｂの断面図である。なお第３の実施形態では、第１の実施形態と異なる点のみ説明し、第１の実施形態と同様でよい部分については説明を省略する。
【００２３】
第３の実施形態も第２の実施形態と同様、第１橋梁部１８、第２橋梁部２０および第１支柱部３０が一体化されて実質１つの部材５０として構成されているが、第２連結部２６が部材５０に対して、第１軸３８に沿った方向（図６の例では部材５０の下面）に取り付けられる。また第３連結部２８も、第３橋梁部２２に対して、第１軸３８に沿った方向（図６の例では第３橋梁部２２の下面）に取り付けられる。このような構造によって、第２の実施形態と同様の効果が得られることに加え、各部材の組立てが容易になるという効果が得られる。なお第３の実施形態では、第１基板部１２および第２基板部１４は、それぞれ第１連結部２４および第２連結部２６を介して、部材５０に取り付けられる。
【００２４】
図７−図１０は、第１の実施形態に係る力センサ１０を任意の物体に取りつけたり、設置したりして、力センサ１０に力を作用させた例を示す。図７では、第３基板部１６を設置側として直接的または間接的に固定し、固定されていない側である第１基板部１２を、力が作用される側として、直接的または間接的に（例えばアダプタ５２を介して）力が矢印５４の方向に作用される物体を取り付けるように構成することができる。図８では、第３基板部１６に対して第３橋梁部２２を介して第２支柱部３２とは別側に接続される部分（筐体部分）５６を設置部分（設置側）として直接的または間接的に固定し、固定されていない側である、第１基板部１２に対して第１橋梁部１８を介して第１支柱部３０とは別側に接続される部分（筐体部分）５８を、力が作用される側として、直接的または間接的に（例えばアダプタ５２を介して）力が矢印５４の方向に作用される物体を取り付けるように構成することができる。
【００２５】
図９では、第１基板部１２を設置側として直接的または間接的に固定し、固定されていない側である第３基板部１６を、力が作用される側として、直接的または間接的に（例えばアダプタ５２を介して）力が矢印５４の方向に作用される物体を取り付けるように構成することができる。図１０では、第１基板部１２に対して第１橋梁部１８を介して第１支柱部３０とは別側に接続される部分（筐体部分）５８を設置部分（設置側）として直接的または間接的に固定し、固定されていない側である、第３基板部１６に対して第３橋梁部２２を介して第２支柱部３２とは別側に接続される部分（筐体部分）５６を、力が作用される側として、直接的または間接的に（例えばアダプタ５２を介して）力が矢印５４の方向に作用される物体を取り付けるように構成することができる。なお図９の場合、設置側にある第１基板部１２が弾性変形することがあるので、適切な形状のアダプタ（図示せず）を介して設置することが好ましい。
【００２６】
第１検出部３４は、第１基板部１２と第２基板部１４との間の、第１軸３８に沿った相対的な移動、および第１軸３８と直交する平面に沿った中心軸線の回りの相対的な回転に応じて変化する値を、第１検出値として検出する。第１検出部３４は、図１に示すように、第１基板部１２に設けられた第１検出要素４０と、第２基板部１４に設けられた第２検出要素４２とを有する。第１検出部３４が検出する第１検出値は、第１軸３８の方向の力成分、第１軸３８に直交する第２軸の軸回りの力のモーメント成分、および第１軸と第２軸との双方に直交する第３軸の軸回りの力のモーメント成分を取得するための値である。
【００２７】
本実施例では、第１検出値は第１基板部１２と第２基板部１４の相対変位に応じて変化する静電容量の変化の値とする。この場合、第１検出要素４０および第２検出要素４２として、互いに対向する２つの（一対の）電極を設け、該電極間のギャップに応じた静電容量の変化を検出する。他の例として、第１検出値は、第１基板部１２と第２基板部１４の相対変位に応じて変化する、電荷量、インダクタンス、光量、超音波、磁気などの変化量であってもよい。また、第１検出値は、第１基板部１２と第２基板部１４の相対変位に応じて変化する、画像上の対応点の変化を表す値、または画像情報に関する値であってもよい。
【００２８】
本実施例では、第１検出部３４は、互いに対向する第１検出要素４０と第２検出要素４２の複数の組によって構成される。第１検出要素４０と第２検出要素４２には電極が取りつけられるか、または第１検出要素４０と第２検出要素４２は電極として構成されており、互いに対向する第１検出要素４０と第２検出要素４２の組では同じ形状の電極が対向している。例えば、第１検出要素４０と第２検出要素４２は、ＦＰＣ（Flexible printed circuits）で構成される電極とする。
【００２９】
例えば図１１および図１２に示すように、第１基板部１２には複数の第１検出要素４０が取りつけられ、第２基板部１４には複数の第２検出要素４２が取りつけられる。より詳細には、第１検出要素４０の電極の形状を、中心角が９０度以下（図示例では９０度）の扇形の形状とし、同じ形状の４つの第１検出要素４０を組み合わせることによって１つの円を構成する形状とする。すなわち、扇形の形状の電極である第１検出要素４０が複数個組み合わされて円形状を成し、第１基板部１２に取りつけられている。
【００３０】
第２検出要素４２の電極の形状についても、第１検出要素４０と同様に、中心角が９０度以下（図示例では９０度）の扇形の形状とし、同じ形状の４つの第２検出要素４２を組み合わせることによって１つの円を構成する形状とする。すなわち、扇形の形状の電極である第２検出要素４２が複数個組み合わされて円形状を成し、第２基板部１４に取りつけられている。
【００３１】
図１３に示すように、第１検出要素４０を構成する電極と、第２検出要素４２を構成する電極とが対向し、より具体的には、第１検出要素４０を構成する４つの電極と、第２検出要素４２を構成する４つの電極とがそれぞれ対向配置されている。このような構造により、第１検出部３４は互いに対向する第１検出要素４０と第２検出要素４２の４つの組を有することになり、第１検出値として４つの静電容量の値を取得することができる。取得された４つの静電容量の値から、第１軸３８の方向の力成分、第１軸３８に直交する第２軸回りの力のモーメント成分、および第１軸と第２軸との双方に直交する第３軸回りの力のモーメント成分を算出することができる。
【００３２】
なお、第１検出要素４０と第２検出要素４２の電極の組を複数用いて第１検出部を構成する場合、互いに対向する第１検出要素４０と第２検出要素４２の電極の形状が同じであればよく、複数の第１検出要素４０の電極の形状は互いに同じでなくてもよい。同様に、複数の第２検出要素４２の電極の形状も互いに同じでなくてもよい。
【００３３】
図１４は、第１検出要素４０または第２検出要素４２が８つの場合の構造例を示す。この場合、図１１または図１２の例では９０度であった中心角が４５度以下（図示例では４５度）である８つの扇形形状を組み合わせて１つの円を構成している。図１４の例では、第１検出値として８つの静電容量の値が得られるので、これらの値を２系統分（上述の４つの静電容量の値に相当するデータを２組含む）のデータとして処理することにより、センサの故障検出に使用したり、センサの検出精度を向上させたりすることができる。
【００３４】
第２検出部３６は、第１軸３８と直交する平面に沿った、第２基板部１４と第３基板部１６との相対的な移動、および第１軸３８に沿った中心軸線の回りの相対的な回転に応じて変化する値を、第２検出値として検出する。第２検出部３６は、図１に示すように、第２基板部１４に設けられた第３検出要素４４と、第３基板部１６に設けられた第４検出要素４６とを有する。第２検出部３６が検出する第２検出値は、第２軸の方向の力成分、第３軸の方向の力成分、および第１軸３８の軸回りの力のモーメント成分を取得するための値である。
【００３５】
本実施例では、第２検出値は第２基板部１４と第３基板部１６の相対変位に応じて変化する静電容量の変化の値とする。この場合、第３検出要素４４および第４検出要素４６として、互いに対向する２つの（一対の）電極を設け、該電極間のギャップに応じた静電容量の変化を検出する。なお第２検出部３６は、一対の電極に限られず、複数対の電極として構成してもよい（後述する図１８等を参照）。他の例として、第２検出値は、第２基板部１４と第３基板部１６の相対変位に応じて変化する、電荷量、インダクタンス、光量、超音波、磁気などの変化量であってもよい。また、第２検出値は、第２基板部１４と第３基板部１６の相対変位に応じて変化する、画像上の対応点の変化を表す値、または画像情報に関する値であってもよい。
【００３６】
本実施例では、第２検出部３６は、互いに対向する第３検出要素４４と第４検出要素４６の複数の組によって構成される。第３検出要素４４と第４検出要素４６には電極が取りつけられるか、または第３検出要素４４と第４検出要素４６は電極として構成されており、互いに対向する第３検出要素４４と第４検出要素４６の組では同じ形状の電極が対向している。例えば図１５に示すように、第３検出要素４４と第４検出要素４６は、直方体の部材４５に、ＦＰＣ（Flexible printed circuits）４７が貼りつけられた部材で構成される電極とする。
【００３７】
図１６および図１７は、第２検出部３６の具体例を示す。第２基板部１４には複数の（図１６では１つのみ図示）第３検出要素４４が取りつけられ、第３基板部１６には複数の（図１６では１つのみ図示）第４検出要素４６が取りつけられる。図１６では明瞭化のため、第３検出要素４４と第４検出要素４６は互いに対向しない位置にあるが、実際には図１７に示すように、第３検出要素４４と第４検出要素４６は、それらの電極４７が互いに対向するように配置される。
【００３８】
図１８は、複数の第２検出部を含む構成例を示す。ここでは、４つの第３検出要素４４ａ−４４ｄの各々を、上述のように電極が貼りつけられた直方体の部材とし、４つの第４検出要素４６ａ−４６ｄの各々を、該電極と同じ形状の電極が貼りつけられた直方体の部材とし、第３検出要素４４ａ−４４ｄの電極と第４検出要素４６ａ−４６ｄの電極とがそれぞれ対向配置され、４つの第２検出部３６ａ−３６ｄが構成される。このように、互いに対向する電極を複数組（図示例では４組）設けることによって、第２検出値として複数（ここでは４つ）の静電容量の値を取得することができる。
【００３９】
図１８において、第３検出要素４４ａと第４検出要素４６ａの対向する電極面に直交する直線４９ａと、第３検出要素４４ｃと第４検出要素４６ｃの対向する電極面に直交する直線４９ｃとは平行とする。また、第３検出要素４４ｂと第４検出要素４６ｂの対向する電極面に直交する直線４９ｂと、第３検出要素４４ｄと第４検出要素４６ｄの対向する電極面に直交する直線４９ｄとは平行とする。さらに、直線４９ａ（４９ｃ）と直線４９ｂ（４９ｄ）とは互いに垂直であるとする。このような構成によれば、第２検出値として４つの静電容量の値を取得することができ、取得された４つの静電容量の値から、第１軸３８に直交する第２軸の方向の力成分、第１軸と第２軸との双方に直交する第３軸の方向の力成分、および第１軸回りの力のモーメント成分を算出することができる。
【００４０】
図１９および図２０は、第２検出部の他の構造例を示す。例えば第２検出部３６ａは、第２基板部１４に取りつけられた２つの第３検出要素４４ａと、第３基板部１６に取りつけられた１つの第４検出要素４６ａとを有し、第４検出要素４６ａはその両面に電極４７を有し、各第３検出要素４４ａは、第４検出要素４６ａの各面に貼付された電極に対向する電極４７を有する。従って図２０における第２検出部３６ａは、図１８における第２検出部３６ａが図２１に示すような実質１組の電極を有するのに対し、実質的に２組の電極を有し、好ましくは全ての（計４つの）電極が互いに平行となっている。
【００４１】
なお第２検出部３６ｂ−３６ｄについても第２検出部３６ａと同様に、実質２組の電極を具備する構造とすることができる。この場合、第２検出値として８つの静電容量の値が得られるので、これらの値を２系統分（上述の４つの静電容量の値に相当するデータを２組含む）のデータとして処理することにより、センサの故障検出に使用したり、センサの検出精度を向上させたりすることができる。
【００４２】
以上のようにして、本実施例では、第１検出部３４が取得した第１検出値と、第２検出部３６（３６ａ−３６ｄ）が取得した第２検出値とから、力センサに作用する互いに直交する３軸方向の力成分、前記３軸の各軸回りの力のモーメント成分を算出することができる。
【００４３】
本開示における検出値取得部は、第１検出部３４と第２検出部３６が検出した値を取得するように構成され、例えば、プロセッサ等の形態でプリント基板６０（後述する図２４等を参照）に実装することができる。本実施例では、プリント基板６０に電源が入ることによって、力センサ内部が温められ、力センサの内部の部材を撓ませることがあるものとする。このとき、後述する第１緩和部６２または第２緩和部６４がない場合、上述の撓みによって、第１基板部１２と第２基板部１４との相対変位、第２基板部１４と第３基板部１６との相対変位が変わることがあるものとする。但し力センサの内部にプリント基板６０を備えることによって、第１検出部３４と第２検出部３６が検出した値を取得する部分が一体化され、力センサの外部にプリント基板を別途設ける必要がなく、システムとしてコンパクトになり、扱いやすくなる。
【００４４】
本開示における力演算部は、第１検出値および第２検出値に基づいて、互いに直交する３軸方向の力成分、該３軸の各軸回りの力のモーメント成分を演算する。力演算部が、力センサに備えられたプリント基板６０にプロセッサ等の形態で実装されることによって、力センサのみで外部の制御装置などを使用することなく、力データを出力できるようになる。なお、力演算部は、力センサが接続される制御装置にプロセッサ等の形態で含まれるようにしてもよい。
【００４５】
図２２は、本開示との比較例として、緩和機構を有さない力センサ１１０の構造例を示す。なお図２２において、第１の実施形態に係る力センサ１０と実質同等の構成要素については、力センサの構成要素の参照符号に１００を加算した参照符号で表示する。
【００４６】
力センサ１１０のように、後述する緩和機構を具備しない構造では、力センサの内部に設けられたプリント基板６０等の発熱品からの放熱等の、力センサに作用する外力以外の要因によって、第１検出部１３４または第２検出部１３６を構成する部材が変形することがある。例えば図２３に示すように、第１検出部１３４を構成する電極１４０および１４２のうち電極１４２が取りつけられた、第２検出要素４２、第２基板部１４、第２連結部２６で構成される部分が熱によって撓み、これによって電極間の距離ｄが変化し、力センサに作用する力の正確な測定ができなくなることがある。
【００４７】
そこで力センサは、第１軸３８と直交する平面に沿って弾性変形可能な第１緩和部６２、および第１軸３８に沿って弾性変形可能な第２緩和部６４の少なくとも一方を備える。先ず第１緩和部６２は、熱による力センサ内部の部材の撓みを吸収または緩和するために、第１軸３８と直交する平面に沿って弾性変形可能であると共に、熱を伝えやすくして熱を逃がす緩和機構である。従って、外力以外の内部に発生する熱などの要因によって第１基板部１２と第２基板部１４との相対変位が生じる場合、第１基板部１２、第１連結部２４、第２基板部１４、第２連結部２６の少なくとも１つに、第１緩和部６２を設けることによって、第１検出部３４で検出される第１基板部１２と第２基板部１４との相対変位の誤差を低減させることができる。
【００４８】
例えば図２４に示すように、力センサ１０の内部に存在するプリント基板６０などの発熱する物体の熱によって、第２基板部１４が撓み、第１基板部１２と第２基板部１４との相対変位が生じ得る場合、第２連結部２６に第１緩和部６２を設けることが好ましい。
【００４９】
図２５は、第１緩和部６２の具体的構造の一例を示す。第１緩和部６２を第１連結部２４または第２連結部２６に設ける場合、第１連結部２４または第２連結部２６に１つ以上の穴６６を形成することにより、第１基板部１２または第２基板部１４が、第１軸３８に垂直な平面に沿って弾性的に変位できるようにすることができる。
【００５０】
図２６は、第１緩和部６２の具体的構造の他の例を示す。第１緩和部６２を第１基板部１２または第２基板部１４に設ける場合、第１基板部１２または第２基板部１４に１つの穴６８を形成し、第１基板部１２または第２基板部１４が、第１軸３８に垂直な平面に沿って弾性的に変位できるようにすることができる。
【００５１】
図２７は、第１緩和部６２の具体的構造のさらなる他の例を示す。第１緩和部６２を第１基板部１２または第２基板部１４に設ける場合、第１基板部１２または第２基板部１４に複数の穴７０を形成し、第１基板部１２または第２基板部１４が、第１軸３８に垂直な平面に沿って弾性的に変位できるようにすることができる。また図２５−図２７のいずれにおいても、第１緩和部６２を、金属板等からなる第１基板部１２、第２基板部１４、第１連結部２４または第２連結部２６の少なくとも１つに穴として構成することにより、力センサ内部で発生した熱を放散しやすくすることができる。また第１緩和部６２を穴として構成する場合、第１基板部１２、第２基板部１４への外部から作用する力の伝達を阻害しないように剛性が適切となるようにすると共に、伝熱しやすくするように、穴の周囲部分を適切な幅とすることが好ましい。
【００５２】
次に第２緩和部６４は、熱による力センサ内部の部材の撓みを吸収または緩和するために、第１軸３８に沿って弾性変形可能であると共に、熱を伝えやすくして熱を逃がす緩和機構である。従って、外力以外の内部に発生する熱などの要因によって第２基板部１４と第３基板部１６との相対変位が生じる場合、第２基板部１４、第２連結部２６、第３基板部１６、第３連結部２８の少なくとも１つに、第２緩和部６４を設けることによって、第２検出部３６で検出される第２基板部１４と第３基板部１６との相対変位の誤差を低減させることができる。
【００５３】
例えば図２４に示すように、力センサ１０の内部に存在するプリント基板６０などの発熱する物体の熱によって、力センサ１０の内部の温度が上がり、第３基板部１６および第３連結部２８が撓み、第２基板部１４と第３基板部１６との相対変位が存在する場合、第３連結部２８に第２緩和部６４を設けることが好ましい。
【００５４】
図２８は、第２緩和部６４の具体的構造の一例を示す。第２緩和部６４を第２連結部２６または第３連結部２８に設ける場合、先ず第２連結部２６または第３連結部２８において第１軸３８に沿って延びるタブ部分７２を設け、タブ部分７２に１つ以上の穴７４を形成することにより、第２基板部１４または第３基板部１６が、第１軸３８に沿って弾性的に変位できるようにすることができる。
【００５５】
図２９および図３０は、第２緩和部６４の具体的構造の他の例を示す。第２緩和部６４を第２基板部１４または第３基板部１６に設ける場合、第２基板部１４または第３基板部１６に、第１軸３８と直交する平面に平行な方向に延びる複数の貫通穴７６を形成することにより、第２基板部１４または第３基板部１６が、第１軸３８に沿って弾性的に変位できるようにすることができる。なお、この場合、第１軸３８と直交する平面と平行な方向かつ貫通穴７６の軸線と直交する方向に第１緩和部の機能も具備する。なお図３０および後述する図３１では、第２連結部２６および第３連結部２８は図示を省略している。
【００５６】
図３１は、第２緩和部６４の具体的構造のさらなる他の例を示す。第２緩和部６４を第２基板部１４または第３基板部１６に設ける場合、第２基板部１４または第３基板部１６に、第１軸３８と直交する平面に平行な方向に延びる１つの貫通穴７８を形成することにより、第２基板部１４または第３基板部１６が、第１軸３８に沿って弾性的に変位できるようにすることができる。なお、この場合、第１軸３８と直交する平面と平行な方向かつ貫通穴７８の軸線と直交する方向に第１緩和部の機能も具備する。ここで、穴の断面形状を楕円とすることで、第１軸３８に平行な方向の弾性的な柔らかさと、第１軸３８と直交する平面と平行な方向かつ貫通穴７８の軸線と直交する方向の弾性的な柔らかさを、相対的に変えることができる。また図２８−図３１のいずれにおいても、第２緩和部６４を、金属板等からなる第２基板部１４、第３基板部１６、第２連結部２６または第３連結部２８の少なくとも１つに穴として構成することにより、力センサ内部で発生した熱を放散しやすくすることができる。また第２緩和部６４を穴として構成する場合、第２基板部１４、第３基板部１６への外部から作用する力の伝達を阻害しないように剛性が適切となるようにすると共に、伝熱しやすくするように、穴の周囲部分を適切な幅とすることが好ましい。
【００５７】
図３２および図３３は、第２緩和部６４の具体的構造のまたさらなる他の例を示す。第２基板部１４または第３基板部１６に、図２９、図３０に示すように第１軸３８と直交する平面に平行な複数の貫通穴を設け、さらに、それらの貫通穴の軸線に直交する複数の貫通穴を形成する。これによって、第２基板部１４または第３基板部１６が、第１軸３８に沿って弾性的に変位できるようにすることができると共に、第１軸３８と直交する平面に平行、かつ直交する２方向に第１緩和部の機能も具備する。このとき、貫通する穴の断面形状を楕円として、楕円の長軸と短軸の長さの比を変えることによって、第１軸３８に沿った方向の弾性的な柔らかさと、第１軸３８と直交する平面と平行な方向かつそれぞれの貫通穴の軸線と直交する方向の弾性的な柔らかさを、相対的に変えることもできる。
【００５８】
図３４は、第１緩和部と第２緩和部の双方の機能を具備する構造例を示す。第２連結部２６をアーチ状に構成し、該アーチ状の部分に１つ以上の穴８０を形成することにより、第２基板部１４が、第１軸３８に垂直な平面に沿う方向および第１軸に沿う方向のいずれにも、弾性的に変位できるようにすることができる。
【００５９】
図３５は、第１緩和部と第２緩和部の双方の機能を具備する他の構造例を示す。第２基板部１４をアーチ状に構成し、該アーチ状の部分に１つ以上の穴８２を形成することにより、第２基板部１４が、第１軸３８に垂直な平面に沿う方向および第１軸に沿う方向のいずれにも、弾性的に変位できるようにすることができる。
【００６０】
上述のように本開示に係る実施形態では、「第１基板部、第１連結部、第２基板部、第２連結部の少なくとも１つの部分に、第１軸と直交する平面に沿って弾性変形する第１緩和部を設ける」か、または、「第２基板部、第２連結部、第３基板部、第３連結部の少なくとも１つの部分に、第１軸に沿って弾性変形する第２緩和部を設ける」か、または、「第１基板部、第１連結部、第２基板部、第２連結部の少なくとも１つの部分に、第１軸と直交する平面に沿って弾性変形する第１緩和部を設け、かつ、第２基板部、第２連結部、第３基板部、第３連結部の少なくとも１つの部分に、第１軸に沿って弾性変形する第２緩和部を設ける」ことが好ましい。
【００６１】
第１緩和部６２および第２緩和部６４のような緩和機構は、所定の方向に弾性変形可能であると共に、熱を逃がす構造とするため、１つ以上の、穴（貫通した穴、貫通していない凹形状、空洞を含む）を有することが好ましい。例えば、図２５では１つの連結部が１つの矩形の穴６６を有するが、該矩形の穴を図３６−図４０に示したような１つまたは複数の穴に置換することも可能である。図３６−図４０に示すような単純な形状の穴を１つ乃至複数、または複雑な曲線形状の穴を１つ乃至複数、第１緩和部６２または第２緩和部が有するようにしてもよい。さらに、緩和機構は、穴付近の枠部分を適切な幅となるように太くするなどして、熱の伝導や拡散を促進して放熱しやすくすることが好ましい。
【００６２】
或いは図１に示すように、第１連結部２４または第２連結部２６をゴム等の弾性変形可能な材料で構成し、第１連結部２４または第２連結部２６が第１緩和部６２または第２緩和部６４の機能も具備するようにしてもよい。
【００６３】
図４１−図４３は、図２４の変形例として、プリント基板６０、第１緩和部６２および第２緩和部６４の配置位置を適宜変更した例を示す。図４１の力センサでは、プリント基板６０が第３基板部１６の下面側に取り付けられ、発熱体として作用する。また図４１の力センサ１０は、第２連結部２６に設けられた第１緩和部６２を有するが、第２緩和部は具備しない。
【００６４】
図４２の力センサでは、プリント基板６０が第３基板部１６の下面側に取り付けられ、発熱体として作用する。また図４２の力センサ１０では、第２連結部２６に第１緩和部６２および第２緩和部６４が設けられ、第３連結部２８に第２緩和部６４が設けられる。
【００６５】
図４３の力センサでは、プリント基板６０が第１基板部１２の上面側に取り付けられ、発熱体として作用する。また図４３の力センサ１０では、第１連結部２４に第１緩和部６２が設けられ、第３連結部２８に第２緩和部６４が設けられる。このように第１緩和部６２および第２緩和部６４の個数や配置位置は、プリント基板６０の大きさや配置位置、力センサの構造（筐体の有無、第１検出部および第２検出部の構成等）に応じて、適宜設定・変更可能である。
【００６６】
図４４−図４６は、本開示における緩和機構の作用効果について説明する図である。図２２−図２３を参照して説明したように、緩和機構を具備しない力センサでは、プリント基板等の発熱体からの放熱によって、第１検出部、第２検出部を構成する部材が変形し、力センサに作用する力の測定精度が低下することがある。
【００６７】
しかし図４４に示すように、第１緩和部６２を有する力センサ１０では、プリント基板６０の発熱によって第２基板部１４等の部材に撓み等の変形が生じても、図４５に示すように第１緩和部６２が、熱を逃がすと共に、適切な方向に弾性変形して部材の撓みを緩和して、第１検出部３４において測定すべき方向の変位を適切に検出することができる。
【００６８】
同様に、図４６に示すように、第１橋梁部、第２橋梁部および第１支柱部が一体化された力センサ１０ａまたは１０ｂにおいても、第１緩和部６２を設けることにより、第１検出部３４の測定精度を向上させることができる。
【００６９】
なお図４４および図４６の例では、第２連結部２６に第１緩和部６２を設け、第２基板部１４の変形に伴う第１検出部３４における測定誤差の低減を図っている。
【００７０】
図４２では第２緩和部６４が第２連結部２６、第３連結部２８に設けられた例を示したが、第２緩和部が第２基板部、第２連結部２６、第３基板部１６、第３連結部２８に設置される場合、力センサ内部にあるプリント基板などの発熱体が発熱することよって、第１検出部３４、第２検出部３６を構成する部材が変形しても、第１緩和部６２の作用と同様に、第２緩和部６４が、適切な方向に弾性変形して部材の撓みを緩和すると共に、熱をなるべく逃がすようにして、第１検出部３４、第２検出部３６において測定すべき方向の変位を適切に検出し、第１検出部３４、第２検出部３６の測定精度を向上させることができる。
【００７１】
力センサ１０では第１支柱部３０および第２支柱部３２が弾性変形し、力センサ１０ａまたは１０ｂでは第２支柱部３２が弾性変形するが、これらの弾性変形による電極間の変位は第１緩和部６２による電極間の変位より大きいため、第１検出部３４、第２検出部３６について通常、第１緩和部６２の変形による悪影響は及ばない。或いは、該悪影響が第１検出部３４、第２検出部３６の測定精度に及ばないように第１支柱部３０および第２支柱部３２の弾性変形による電極間の変位を第１緩和部６２による電極間の変位に対して相対的に大きくしたり、第１検出部３４、第２検出部３６の電極面積を広くしたりすることが好ましい。
【００７２】
力センサ１０では第１支柱部３０および第２支柱部３２が弾性変形し、力センサ１０ａまたは１０ｂでは第２支柱部３２が弾性変形するが、これらの弾性変形による電極間の変位は第２緩和部６４による電極間の変位より大きいため、第１検出部３４、第２検出部３６について通常、第２緩和部６４の変形による悪影響は及ばない。或いは、該悪影響が第１検出部３４、第２検出部３６の測定精度に及ばないように第１支柱部３０および第２支柱部３２の弾性変形による電極間の変位を第２緩和部６４による電極間の変位に対して相対的に大きくしたり、第１検出部３４、第２検出部３６の電極面積を広くしたりすることが好ましい。
【００７３】
図４４−図４６では、第２連結部２６に、第１軸３８と直交する平面に沿って弾性変形する緩和機構である第１緩和部６２を設けた場合を説明したが、第２基板部１４に第１緩和部６２を設けた場合も同様である。また、第１基板部１２、第１連結部２４に第１緩和部６２を設けた場合、外力以外の熱などの要因による第１基板部１２の変形に伴う、第１基板部１２と第２基板部１４との相対変位の検出誤差を低減させることができる。また、第２基板部１４、第２連結部２６に第１緩和部６２を設けた場合、外力以外の熱などの要因による第１基板部１２の変形に伴う、第１基板部１２と第２基板部１４との相対変位の検出誤差を低減させることができる。また、第１基板部１２、第１連結部２４に第１緩和部６２を設けた場合に、第２基板部１４または第２連結部２６に第１緩和部６２をさらに設けてもよい。
【００７４】
第２緩和部６４についても同様に、第２基板部、第２連結部に第２緩和部６４を設けた場合、外力以外の熱などの要因による第２基板部１４の変形に伴う、第２基板部１４と第３基板部１６との相対変位の検出誤差を低減させることができる。第３基板部１６、第３連結部２８に第２緩和部６４を設けた場合、外力以外の熱などの要因による第３基板部１６の変形に伴う、第２基板部１４と第３基板部１６との相対変位の検出誤差を低減させることができる。
【００７５】
このようにして、第１基板部１２、第１連結部２４、第２基板部１４、第２連結部２６の少なくとも１つに設けられた第１緩和部６２、または、第２基板部１４、第２連結部２６、第３基板部１６、第３連結部２８の少なくとも１つに設けられた第２緩和部６４について、第１緩和部６２と第２緩和部６４の少なくとも１つを設けることによって、外力以外の熱などの要因による第１検出部３４または第２検出部３６の検出誤差を低減し、測定精度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００７６】
１０    力センサ
１２    第１基板部
１４    第２基板部
１６    第３基板部
１８    第１橋梁部
２０    第２橋梁部
２２    第３橋梁部
２４    第１連結部
２６    第２連結部
２８    第３連結部
３０    第１支柱部
３２    第２支柱部
３４    第１検出部
３６    第２検出部
３８    第１軸
４０    第１検出要素
４２    第２検出要素
４４    第３検出要素
４６    第４検出要素
４８、５０    一体化部材
５２    アダプタ
５６、５８    筐体部分
６０    プリント基板
６２    第１緩和部
６４    第２緩和部
６６、６８、７０、７４、７６、７８、８０、８２    穴
【図１】
2019207120.tif 000003
【図２】
2019207120.tif 000004
【図３】
2019207120.tif 000005
【図４】
2019207120.tif 000006
【図５】
2019207120.tif 000007
【図６】
2019207120.tif 000008
【図７】
2019207120.tif 000009
【図８】
2019207120.tif 000010
【図９】
2019207120.tif 000011
【図１０】
2019207120.tif 000012
【図１１】
2019207120.tif 000013
【図１２】
2019207120.tif 000014
【図１３】
2019207120.tif 000015
【図１４】
2019207120.tif 000016
【図１５】
2019207120.tif 000017
【図１６】
2019207120.tif 000018
【図１７】
2019207120.tif 000019
【図１８】
2019207120.tif 000020
【図１９】
2019207120.tif 000021
【図２０】
2019207120.tif 000022
【図２１】
2019207120.tif 000023
【図２２】
2019207120.tif 000024
【図２３】
2019207120.tif 000025
【図２４】
2019207120.tif 000026
【図２５】
2019207120.tif 000027
【図２６】
2019207120.tif 000028
【図２７】
2019207120.tif 000029
【図２８】
2019207120.tif 000030
【図２９】
2019207120.tif 000031
【図３０】
2019207120.tif 000032
【図３１】
2019207120.tif 000033
【図３２】
2019207120.tif 000034
【図３３】
2019207120.tif 000035
【図３４】
2019207120.tif 000036
【図３５】
2019207120.tif 000037
【図３６】
2019207120.tif 000038
【図３７】
2019207120.tif 000039
【図３８】
2019207120.tif 000040
【図３９】
2019207120.tif 000041
【図４０】
2019207120.tif 000042
【図４１】
2019207120.tif 000043
【図４２】
2019207120.tif 000044
【図４３】
2019207120.tif 000045
【図４４】
2019207120.tif 000046
【図４５】
2019207120.tif 000047
【図４６】
2019207120.tif 000048
【手続補正書】
【提出日】平成31年4月22日(2019.4.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
力センサ１１０のように、後述する緩和機構を具備しない構造では、力センサの内部に設けられたプリント基板６０等の発熱品からの放熱等の、力センサに作用する外力以外の要因によって、第１検出部１３４または第２検出部１３６を構成する部材が変形することがある。例えば図２３に示すように、第１検出部１３４を構成する電極１４０および１４２のうち電極１４２が取りつけられた、第２検出要素、第２基板部、第２連結部で構成される部分が熱によって撓み、これによって電極間の距離ｄが変化し、力センサに作用する力の正確な測定ができなくなることがある。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
第１緩和部６２および第２緩和部６４のような緩和機構は、所定の方向に弾性変形可能であると共に、熱を逃がす構造とするため、１つ以上の、穴（貫通した穴、貫通していない凹形状、空洞を含む）を有することが好ましい。例えば、図２５では１つの連結部が１つの矩形の穴６６を有するが、該矩形の穴を図３６−図４０に示したような１つまたは複数の穴に置換することも可能である。図３６−図４０に示すような単純な形状の穴を１つ乃至複数、または複雑な曲線形状の穴を１つ乃至複数、第１緩和部６２または第２緩和部６４が有するようにしてもよい。さらに、緩和機構は、穴付近の枠部分を適切な幅となるように太くするなどして、熱の伝導や拡散を促進して放熱しやすくすることが好ましい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
図４２では第２緩和部６４が第２連結部２６、第３連結部２８に設けられた例を示したが、第２緩和部６４が第２基板部１４、第２連結部２６、第３基板部１６、第３連結部２８に設置される場合、力センサ内部にあるプリント基板などの発熱体が発熱することよって、第１検出部３４、第２検出部３６を構成する部材が変形しても、第１緩和部６２の作用と同様に、第２緩和部６４が、適切な方向に弾性変形して部材の撓みを緩和すると共に、熱をなるべく逃がすようにして、第１検出部３４、第２検出部３６において測定すべき方向の変位を適切に検出し、第１検出部３４、第２検出部３６の測定精度を向上させることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
図４４−図４６では、第２連結部２６に、第１軸３８と直交する平面に沿って弾性変形する緩和機構である第１緩和部６２を設けた場合を説明したが、第２基板部１４に第１緩和部６２を設けた場合も同様である。また、第１基板部１２、第１連結部２４に第１緩和部６２を設けた場合、外力以外の熱などの要因による第１基板部１２の変形に伴う、第１基板部１２と第２基板部１４との相対変位の検出誤差を低減させることができる。また、第２基板部１４、第２連結部２６に第１緩和部６２を設けた場合、外力以外の熱などの要因による第２基板部１４の変形に伴う、第１基板部１２と第２基板部１４との相対変位の検出誤差を低減させることができる。また、第１基板部１２、第１連結部２４に第１緩和部６２を設けた場合に、第２基板部１４または第２連結部２６に第１緩和部６２をさらに設けてもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７４】
第２緩和部６４についても同様に、第２基板部１４、第２連結部２６に第２緩和部６４を設けた場合、外力以外の熱などの要因による第２基板部１４の変形に伴う、第２基板部１４と第３基板部１６との相対変位の検出誤差を低減させることができる。第３基板部１６、第３連結部２８に第２緩和部６４を設けた場合、外力以外の熱などの要因による第３基板部１６の変形に伴う、第２基板部１４と第３基板部１６との相対変位の検出誤差を低減させることができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２３】
2019207120.tif 000049