(57)【要約】      （修正有）【課題】過度な外力が作用しても、肉薄部に障害が生じない構造とした力覚センサを提供する。【解決手段】第１の基板１００の下方に第２の基板２００を配置し、その下に第３の基板３００を接合する。第１の基板１００の肉薄部１１５，１２５と第２の基板２００の肉薄部２１５，２２５との間を柱状体Ｔ１，Ｔ２で接続する。第２の基板２００を固定した状態で、第１の基板１００に外力が作用すると、柱状体Ｔ１，Ｔ２が傾斜して肉薄部２１５，２２５が変形する。この変形を、容量素子からなる変形測定部Ｓ１，Ｓ２で測定し外力を検出する。第１の基板１００の周囲には、凹部Ｈ２１，Ｈ２２が掘られ、その底面には、より小さな径をもつ貫通孔Ｈ１１，Ｈ１２が形成される。貫通孔Ｈ１１，Ｈ１２には、下端が第２の基板２００の上面に固定された係止ピン５１，５２が挿通し、その頭部には貫通孔より大きな径をもつストッパ部材が取り付けられる。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
複数箇所にそれぞれ可撓性をもった上端側肉薄部が形成されている第１の基板と、
前記第１の基板の下方に所定の間隔をおいて対向するように配置され、前記各上端側肉薄部に対向する位置に、それぞれ可撓性をもった下端側肉薄部が形成されている第２の基板と、
互いに対向する位置にある上端側肉薄部と下端側肉薄部とについて、それぞれ上端側肉薄部の下面と下端側肉薄部の上面とを相互に接続する複数の柱状体と、
前記第２の基板を固定した状態において前記第１の基板に対して外力が作用した場合に、この外力によって前記各下端側肉薄部もしくは前記各上端側肉薄部の変形状態を電気的に測定する変形測定部と、
前記変形測定部の測定結果に基づいて、前記外力の向きおよび大きさを検出する検出回路と、
を備え、
前記第１の基板の周囲部分の所定箇所には、上面側から所定の深さまで掘られ、所定の径を有する凹部が形成されており、
前記凹部の底面には、前記凹部の径よりも小さな径を有し、前記第１の基板の下面まで貫通する貫通孔が形成されており、
前記貫通孔には、下端が前記第２の基板の上面に固定された係止ピンが挿通しており、
前記係止ピンは、「前記第２の基板の上面から上方に伸び、上端が前記凹部の底面より所定寸法だけ上方へ突き出し、前記貫通孔の径よりも小さな径を有する支柱部材」と、「この支柱部材の上端に接続され、前記貫通孔の径よりも大きく前記凹部の径よりも小さい径を有するストッパ部材」と、を有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、
柱状体が、「上端側肉薄部と同一材料の一体構造体からなり、上端側肉薄部から下方に伸びる上方柱状突起部」と、「下端側肉薄部と同一材料の一体構造体からなり、下端側肉薄部から上方に伸びる下方柱状突起部」と、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３】
請求項１または２に記載の力覚センサにおいて、
第２の基板の下面に接合された第３の基板を更に備え、
下端側肉薄部は、導電性材料から構成され、前記第３の基板の上面との間に所定の空間が確保されるように、前記第２の基板の下面よりも所定寸法だけ上方に配置されており、
前記第３の基板の上面の前記下端側肉薄部の対向部分には、複数の電極が形成されており、
変形測定部が、前記下端側肉薄部と前記複数の電極のそれぞれとの間の静電容量を電気的に検出することにより、前記下端側肉薄部の変形状態を測定することを特徴とする力覚センサ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の力覚センサにおいて、
貫通孔が内径φ１０をもった円柱状の空洞からなり、凹部が内径φ２０をもった円柱状の空洞からなり、支柱部材が外径φ３０をもった円柱状の部材からなり、ストッパ部材が外径φ４０をもった円柱状の部材からなり、
第１の基板に外力が作用していない状態において、貫通孔、凹部、支柱部材、ストッパ部材を構成する各円柱の中心軸が一致するような同心配置がなされ、φ３０＜φ１０＜φ４０＜φ２０に設定されていることを特徴とする力覚センサ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の力覚センサにおいて、
第２の基板上面に、その中心点で直交する２本の配置軸と、前記中心点を中心とする半径ｒの円と、を定義したときに、前記円と前記２本の配置軸とが交差する４つの交点位置に４本の支柱部材が配置されており、各支柱部材の上端にそれぞれストッパ部材が固定されており、
第１の基板には、前記４本の支柱部材を挿通するのに適した４箇所に、それぞれ貫通孔および凹部が設けられていることを特徴とする力覚センサ。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、力覚センサに関し、特に、検出対象となる外力に基づいて可撓性をもった肉薄部に撓みを生じさせ、その変形状態を電気的に検出するタイプの力覚センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
可撓性をもった肉薄部に外力を作用させ、この肉薄部の変形状態を電気的に検出することにより、作用した外力の大きさや向きを検出するタイプの力覚センサが実用化されている。このタイプのセンサは、比較的構造が単純であり、製造コストを低く抑えることができるため、量産型の製品として様々な産業分野で利用されている。また、加速度に基づく力を外力として検出するようにすれば、加速度センサへの応用が可能になり、コリオリ力を外力として検出するようにすれば、角速度センサへの応用も可能になる。
【０００３】
肉薄部の変形状態を電気的に検出する方法としては、静電容量素子を利用する方法、ピエゾ抵抗素子を利用する方法、圧電素子を利用する方法などが提案されている。これら各素子を複数箇所に配置し、肉薄部の個々の位置の変位を電気信号として検出することにより、ＸＹＺ三次元直交座標系において、作用した外力の各座標軸方向成分の大きさをそれぞれ独立して検出することが可能になる。
【０００４】
たとえば、下記の特許文献１，２には、肉薄部の各部の変位を静電容量素子を利用して検出することにより、各座標軸方向に作用した力をそれぞれ独立して検出することが可能な多次元力センサが開示されている。また、特許文献３，４には、肉薄部の個々の位置に設けられたピエゾ抵抗素子の電気抵抗の変化に基づいて、各座標軸方向の力を検出する多次元力センサが開示されており、特許文献５，６には、圧電素子に生じる電荷に基づいて、肉薄部の各部の変位を検出し、外力として作用した加速度に基づく力やコリオリ力を検出することにより、各座標軸方向の加速度や各座標軸まわりの角速度の検出を行う多軸センサが開示されている。
【０００５】
更に、下記の特許文献７，８には、複数の肉薄部に生じる撓みをそれぞれ別個独立して検出することにより、ＸＹＺ軸方向に作用した力とともに、ＸＹＺ軸まわりに作用したモーメントを検出することが可能な６軸センサが開示されている。
【特許文献１】特開平４−１４８８３３号公報
【特許文献２】特開２００１−１６５７９０号公報
【特許文献３】特開平６−１７４５７１号公報
【特許文献４】特開２００４−６９４０５号公報
【特許文献５】特開平８−２２６９３１号公報
【特許文献６】特開２００２−７１７０５号公報
【特許文献７】特開２００４−３２５３６７号公報
【特許文献８】特開２００４−３５４０４９号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したタイプの力覚センサでは、力の検出感度を高めるためには、肉薄部の厚み寸法を小さくしたり、撓みやすい材質で構成したりして、その可撓性を高める必要がある。逆に、堅牢性を高めるためには、肉薄部の厚み寸法を大きくしたり、撓みにくい材質で構成したりして、その可撓性を低減する必要がある。このため、力覚センサを設計する際には、その用途に応じた力の測定レンジに合致した肉薄部を組む込むことになる。
【０００７】
ところが、用途に応じた所定の測定レンジに対応した力覚センサを設計したとしても、実用上は、必ずしも当該測定レンジ内の外力が常に作用するとは限らず、何らかの事情で、過度な外力が加わってしまう事態も避けられない。このように、力覚センサに、その測定レンジをはるかに超えるような過大な外力が作用すると、肉薄部にその弾性変形の限界を超えた過大な撓みが生じることになり、外力を取り去った後も肉薄部の形が元に復帰しなかったり、肉薄部に破損が生じたりする弊害が生じる。特に、わずかな外力に対しても撓みを生じるような繊細な肉薄部を組み込んだ高感度の力覚センサの場合、過度の外力が作用すると肉薄部が破損してしまう可能性が高い。このため、実用上は、検出感度と堅牢性とのバランスを考慮した製品設計を行わざるを得ず、また、検出感度を重視した製品については、その取り扱いに十分注意する必要があった。
【０００８】
そこで本考案は、過度な外力が作用しても、肉薄部に障害が生じない構造を有する力覚センサ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】
【０００９】
(1)   本考案の第１の態様は、力覚センサを、
複数箇所にそれぞれ可撓性をもった上端側肉薄部が形成されている第１の基板と、
第１の基板の下方に所定の間隔をおいて対向するように配置され、各上端側肉薄部に対向する位置に、それぞれ可撓性をもった下端側肉薄部が形成されている第２の基板と、
互いに対向する位置にある上端側肉薄部と下端側肉薄部とについて、それぞれ上端側肉薄部の下面と下端側肉薄部の上面とを相互に接続する複数の柱状体と、
第２の基板を固定した状態において第１の基板に対して外力が作用した場合に、この外力によって各下端側肉薄部もしくは各上端側肉薄部の変形状態を電気的に測定する変形測定部と、
変形測定部の測定結果に基づいて、外力の向きおよび大きさを検出する検出回路と、
によって構成し、
第１の基板の周囲部分の所定箇所には、上面側から所定の深さまで掘られ、所定の径を有する凹部を形成し、
凹部の底面には、凹部の径よりも小さな径を有し、第１の基板の下面まで貫通する貫通孔を形成し、
貫通孔には、下端が第２の基板の上面に固定された係止ピンを挿通し、
この係止ピンを、「第２の基板の上面から上方に伸び、上端が凹部の底面より所定寸法だけ上方へ突き出し、貫通孔の径よりも小さな径を有する支柱部材」と、「この支柱部材の上端に接続され、貫通孔の径よりも大きく凹部の径よりも小さい径を有するストッパ部材」と、によって構成したものである。
【００１０】
(2)   本考案の第２の態様は、上述の第１の態様に係る力覚センサにおいて、
柱状体が、「上端側肉薄部と同一材料の一体構造体からなり、上端側肉薄部から下方に伸びる上方柱状突起部」と、「下端側肉薄部と同一材料の一体構造体からなり、下端側肉薄部から上方に伸びる下方柱状突起部」と、によって構成されているようにしたものである。
【００１１】
(3)   本考案の第３の態様は、上述の第１または第２の態様に係る力覚センサにおいて、
第２の基板の下面に接合された第３の基板を更に設け、
導電性材料からなる下端側肉薄部を、第３の基板の上面との間に所定の空間が確保されるように、第２の基板の下面よりも所定寸法だけ上方に配置し、
第３の基板の上面の下端側肉薄部の対向部分に、複数の電極を形成し、
変形測定部が、下端側肉薄部と複数の電極のそれぞれとの間の静電容量を電気的に検出することにより、下端側肉薄部の変形状態を測定するようにしたものである。
【００１２】
(4)   本考案の第４の態様は、上述の第１〜第３の態様に係る力覚センサにおいて、
貫通孔が内径φ１０をもった円柱状の空洞からなり、凹部が内径φ２０をもった円柱状の空洞からなり、支柱部材が外径φ３０をもった円柱状の部材からなり、ストッパ部材が外径φ４０をもった円柱状の部材からなり、
第１の基板に外力が作用していない状態において、貫通孔、凹部、支柱部材、ストッパ部材を構成する各円柱の中心軸が一致するような同心配置がなされ、φ３０＜φ１０＜φ４０＜φ２０に設定されているようにしたものである。
【００１３】
(5)   本考案の第５の態様は、上述の第１〜第４の態様に係る力覚センサにおいて、
第２の基板上面に、その中心点で直交する２本の配置軸と、この中心点を中心とする半径ｒの円と、を定義したときに、この円と２本の配置軸とが交差する４つの交点位置に４本の支柱部材が配置されており、各支柱部材の上端にそれぞれストッパ部材が固定されており、
第１の基板には、４本の支柱部材を挿通するのに適した４箇所に、それぞれ貫通孔および凹部が設けられているようにしたものである。
【考案の効果】
【００１４】
本考案に係る力覚センサによれば、外力の作用を受ける第１の基板の変位が、第２の基板の上面および係止ピンによって所定範囲内に制限されるため、過度な外力が作用しても、第１の基板の変位が安全な許容範囲内に抑えられる。したがって、過度な外力が作用しても、肉薄部に障害が生じない構造を実現できる。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本考案を図示する実施形態に基づいて説明する。
【００１６】
＜＜＜  §１．基本的実施形態の構成要素  ＞＞＞
図１は、本考案の基本的実施形態に係る力覚センサの側断面図であり、図２は、図１に示す力覚センサの右上部分の拡大側断面図である。ここでは、説明の便宜上、図１に示すように、この力覚センサのほぼ中心位置に原点Ｏを定義し、図示の各方向にＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸をもったＸＹＺ三次元直交座標系を定義して以下の説明を行うことにする。図１は、この力覚センサをＸＺ平面に沿って切断した状態を示す側断面図であり、Ｙ軸は紙面に対して垂直方向を向いていることになる。
【００１７】
図３は、図１に示す力覚センサを各部品に分解した状態を示す側断面図である。ここでは、まず、この図３を参照しながら、個々の部品の構造を説明する。図示のとおり、この力覚センサの基本構成要素は、第１の基板１００、第２の基板２００、第３の基板３００である。ここで、第１の基板１００、第２の基板２００、第３の基板３００は、同一の平面形状を有する角盤状の構成要素である。一方、係止ピン５１，５２は、後述するように、第１の基板１００の変位を制御するために取り付けられる付加的な構成要素である。
【００１８】
図４は、第１の基板１００の上面図である。図示のとおり、第１の基板１００は、平面形状が正方形をなす盤状の構成要素である。その上面の周囲部分の４箇所（Ｘ軸上方位置およびＹ軸上方位置）には、円柱状の凹部Ｈ２１〜Ｈ２４が掘られており、その底面には、より小さな径をもった円柱状の貫通孔Ｈ１１〜Ｈ１４が形成されている。
【００１９】
この凹部Ｈ２１〜Ｈ２４と貫通孔Ｈ１１〜Ｈ１４との位置関係は、図３の側断面図に明瞭に示されている（図３は、ＸＺ平面に沿った側断面図であるので、凹部Ｈ２１,Ｈ２２と貫通孔Ｈ１１，Ｈ１２のみが示されている）。貫通孔Ｈ１１〜Ｈ１４を構成する各円柱と凹部Ｈ２１〜Ｈ２４を構成する各円柱は、それぞれ中心軸を共通にする同心配置になっている。また、貫通孔Ｈ１１〜Ｈ１４を構成する円柱の径をφ１０，凹部を構成する円柱の径をφ２０とすれば、φ１０＜φ２０に設定されている。
【００２０】
図４に破線で示されているとおり、第１の基板１００の下面側には、４箇所（Ｘ軸上方位置およびＹ軸上方位置）にドーナツ状の溝が掘られており、このドーナツ状の溝の内側には、上方柱状突起部１１０，１２０，１３０，１４０が設けられ、ドーナツ状の溝の上方部分は、上端側肉薄部１１５，１２５，１３５，１４５を構成している。図４において、上方柱状突起部１１０，１２０，１３０，１４０の外周円と上端側肉薄部１１５，１２５，１３５，１４５の外周円は、それぞれ中心点を共通にする同心円になっている。
【００２１】
この上方柱状突起部１１０，１２０，１３０，１４０と上端側肉薄部１１５，１２５，１３５，１４５との位置関係は、図３の側断面図に明瞭に示されている（図３は、ＸＺ平面に沿った側断面図であるので、上方柱状突起部１１０，１２０と上端側肉薄部１１５，１２５のみが示されている）。上端側肉薄部１１５，１２５，１３５，１４５の厚みは、可撓性を生じるのに十分な寸法に設定されており、厚み寸法を小さくすればするほど可撓性は増すが堅牢性は低下し、厚み寸法を大きくすればするほど可撓性は低下するが堅牢性は増すことになる。
【００２２】
一方、図５は、第２の基板２００の上面図である。図示のとおり、第２の基板２００も、平面形状が正方形をなす盤状の構成要素である。その上面の４箇所（Ｘ軸上方位置およびＹ軸上方位置）には、第１の基板１００の下面に掘られたドーナツ状の溝に対向するように、対称形をなすドーナツ状の溝が掘られており、このドーナツ状の溝の内側には、下方柱状突起部２１０，２２０，２３０，２４０が設けられ、ドーナツ状の溝の下方部分は、下端側肉薄部２１５，２２５，２３５，２４５を構成している。図５において、下方柱状突起部２１０，２２０，２３０，２４０の外周円と上端側肉薄部２１５，２２５，２３５，２４５の外周円は、それぞれ中心点を共通にする同心円になっている。
【００２３】
この下方柱状突起部２１０，２２０，２３０，２４０と下端側肉薄部２１５，２２５，２３５，２４５との位置関係は、図３の側断面図に明瞭に示されている（図３は、ＸＺ平面に沿った側断面図であるので、下方柱状突起部２１０，２２０と下端側肉薄部２１５，２２５のみが示されている）。下端側肉薄部２１５，２２５，２３５，２４５の厚みは、可撓性を生じるのに十分な寸法に設定されており、厚み寸法を小さくすればするほど可撓性は増すが堅牢性は低下し、厚み寸法を大きくすればするほど可撓性は低下するが堅牢性は増すことになる。
【００２４】
なお、図３に示すとおり、上端側肉薄部１１５，１２５，１３５，１４５は、第１の基板１００の上面位置に形成されているのに対して、下端側肉薄部２１５，２２５，２３５，２４５は、第２の基板２００の上面と下面とのほぼ中間位置に形成されている。そのため、下端側肉薄部２１５，２２５，２３５，２４５の下方には、それぞれ円柱状の空洞部が形成されている。この空洞部には、後述するように、変形測定部が形成されることになる。
【００２５】
図６は、第３の基板３００の上面図である。図示のとおり、第３の基板３００も、平面形状が正方形をなす盤状の構成要素である。その上面には、図示のとおり、合計２０枚の電極Ｅ１１〜Ｅ４５が配置されている。この２０枚の電極は、図示のとおり、５枚ずつ４組の電極群に分けられる。第１のグループに所属する５枚の電極Ｅ１１〜Ｅ１５は、下方柱状突起部２１０および下端側肉薄部２１５に対向する位置に配置されており、下端側肉薄部２１５の変形状態の測定に利用される。第２のグループに所属する５枚の電極Ｅ２１〜Ｅ２５は、下方柱状突起部２２０および下端側肉薄部２２５に対向する位置に配置されており、下端側肉薄部２２５の変形状態の測定に利用される。第３のグループに所属する５枚の電極Ｅ３１〜Ｅ３５は、下方柱状突起部２３０および下端側肉薄部２３５に対向する位置に配置されており、下端側肉薄部２３５の変形状態の測定に利用される。第４のグループに所属する５枚の電極Ｅ４１〜Ｅ４５は、下方柱状突起部２４０および下端側肉薄部２４５に対向する位置に配置されており、下端側肉薄部２４５の変形状態の測定に利用される。
【００２６】
各グループに所属する５枚の電極のうち、１枚は下方柱状突起部の中心軸の延長線上に中心点をもった円形の電極であり、残りの４枚は、その周囲を取り囲むように配置された扇形の電極である。たとえば、図６において、電極Ｅ１５は、下方柱状突起部２１０の中心軸の延長線上に中心点をもった円形の電極であり、電極Ｅ１１〜Ｅ１４は、その周囲を取り囲む位置に配置された扇形の電極である。
【００２７】
第１の基板１００は、上端側肉薄部が測定に十分な可撓性を有する材質で構成する必要があるので、ステンレス、アルミニウム、チタンなどの金属で構成するのが好ましい。また、第２の基板２００は、下端側肉薄部が測定に十分な可撓性を有し、かつ、導電性の材質で構成する必要があるので、やはりステンレス、アルミニウム、チタンなどの金属で構成するのが好ましい。一方、第３の基板３００は、その上面に、図６に示す２０枚の電極Ｅ１１〜Ｅ４５を形成する必要があるので、これらの電極が相互に短絡しないように、たとえば、セラミックなどの絶縁性基板で構成するのが好ましい。なお、図６では図示を省略しているが、各電極Ｅ１１〜Ｅ４５に対しては、第３の基板３００の上面において、外部の検出回路に対する配線がなされている。
【００２８】
図３に示すように、第１のグループに所属する５枚の電極Ｅ１１〜Ｅ１５の上方には、導電性材料からなる下端側肉薄部２１５が所定間隔をおいて対向するように配置されている。このため、各電極Ｅ１１〜Ｅ１５と下端側肉薄部２１５の各対向領域とによって、静電容量素子Ｃ１１〜Ｃ１５が形成されることになる。この静電容量素子Ｃ１１〜Ｃ１５は、下端側肉薄部２１５の変形状態を電気的に測定する変形測定部Ｓ１として機能する。また、第２のグループに所属する５枚の電極Ｅ２１〜Ｅ２５とその上方に配置された下端側肉薄部２２５の各対向領域とによって形成される静電容量素子Ｃ２１〜Ｃ２５は、下端側肉薄部２２５の変形状態を電気的に測定する変形測定部Ｓ２として機能する。同様に、第３のグループに所属する５枚の電極Ｅ３１〜Ｅ３５とその上方に配置された下端側肉薄部２３５の各対向領域とによって形成される静電容量素子Ｃ３１〜Ｃ３５は、下端側肉薄部２３５の変形状態を電気的に測定する変形測定部Ｓ３として機能し、第４のグループに所属する５枚の電極Ｅ４１〜Ｅ４５とその上方に配置された下端側肉薄部２４５の各対向領域とによって形成される静電容量素子Ｃ４１〜Ｃ４５は、下端側肉薄部２４５の変形状態を電気的に測定する変形測定部Ｓ４として機能する。
【００２９】
外部に設けられた検出回路（図示省略）は、これら変形測定部Ｓ１〜Ｓ４の測定結果に基づいて、第１の基板１００に作用した外力の向きおよび大きさを検出する機能を果たす。
【００３０】
＜＜＜  §２．基本的実施形態の構造  ＞＞＞
図１に示す力覚センサは、図３に示す第１の基板１００，第２の基板２００，第３の基板３００を上下方向に重ねて接合し、更に、係止ピン５１〜５４を取り付けたものである。すなわち、第１の基板１００と第２の基板２００との接合は、上方柱状突起部１１０，１２０，１３０，１４０の各下端を、下方柱状突起部２１０，２２０，２３０，２４０の各上端に接合することによってなされる。このとき、上方柱状突起部１１０，１２０，１３０，１４０の各下端は、第１の基板１００の下面よりも若干下方に突き出しており、下方柱状突起部２１０，２２０，２３０，２４０の各上端は、第２の基板２００の上面よりも若干上方に突き出しているため、第１の基板１００の下面と第２の基板２００の上面とは、所定の空隙を確保した状態で平行になる。図２に示す寸法Ｌ１は、この空隙の寸法を示すものである。
【００３１】
結局、上端側肉薄部１１５と同一材料の一体構造体からなり、上端側肉薄部１１５から下方に伸びる上方柱状突起部１１０と、下端側肉薄部２１５と同一材料の一体構造体からなり、下端側肉薄部２１５から上方に伸びる下方柱状突起部２１０と、を接合することによって、１本の柱が構成されることになる。以下、この柱を柱状体Ｔ１と呼ぶことにする。同様に、上方柱状突起部１２０と下方柱状突起部２２０とを接合することにより得られる柱を柱状体Ｔ２と呼び、上方柱状突起部１３０と下方柱状突起部２３０とを接合することにより得られる柱を柱状体Ｔ３と呼び、上方柱状突起部１４０と下方柱状突起部２４０とを接合することにより得られる柱を柱状体Ｔ４と呼ぶ。
【００３２】
一方、第２の基板２００の下面は、第３の基板３００の上面に接合される。前述したとおり、下端側肉薄部２１５，２２５，２３５，２４５の下方には、それぞれ円柱状の空洞部が形成されており、各電極Ｅ１１〜Ｅ４５は、この空洞部内に収容されることになる。
【００３３】
更に、各貫通孔Ｈ１１〜Ｈ１４内には、係止ピン５１〜５４が挿通され、その下端は第２の基板２００の上面に固定される。図３に示すように、係止ピン５１は、径φ３０をもった円柱状の支柱部材３１と、径φ４０をもった円柱状のストッパ部材４１によって構成されており、係止ピン５２は、径φ３０をもった円柱状の支柱部材３２と、径φ４０をもった円柱状のストッパ部材４２によって構成されている。図示は省略するが、係止ピン５３，５４も同様の構造をもつ。図示のとおり、各ストッパ部材は各支柱部材の上端の同心位置に固着されている。ここに示す例の場合、係止ピン５１〜５４は、ステンレスなどの金属によって構成されており、第２の基板２００の上層部分にネジなどを利用して固定されている。
【００３４】
図２の拡大側断面図に示されているとおり、貫通孔Ｈ１１は内径φ１０をもった円柱状の空洞からなり、凹部Ｈ２１は内径φ２０をもった円柱状の空洞からなり、支柱部材３１は外径φ３０をもった円柱状の部材からなり、ストッパ部材４１は外径φ４０をもった円柱状の部材からなる。そして、第１の基板１００に外力が作用していない状態において、貫通孔Ｈ１１、凹部Ｈ２１、支柱部材３１、ストッパ部材４１を構成する各円柱の中心軸が一致するような同心配置がなされ、φ３０＜φ１０＜φ４０＜φ２０に設定されている。また、第１の基板１００に外力が作用していない状態において、第１の基板１００の下面と第２の基板２００の上面との間には空隙寸法Ｌ１が確保されており、凹部Ｈ２１の底面とストッパ部材４１の下面との間には空隙寸法Ｌ２が確保されている。他の３箇所に取り付けられた係止ピン５２，５３，５４の周辺の構造も全く同様である。
【００３５】
前述したとおり、図４は、第１の基板１００の上面図であり、周囲部分の４箇所に貫通孔Ｈ１１〜Ｈ１４が設けられている。係止ピン５１〜５４は、それぞれ貫通孔Ｈ１１〜Ｈ１４を挿通した状態で、第２の基板２００の上面に固定される。したがって、第２の基板２００の上面に、その中心点で直交する２本の配置軸と、この中心点を中心とする半径ｒの円と、を定義した場合、係止ピン５１〜５４の下部を構成する４本の支柱部材３１〜３４は、上記円と２本の配置軸とが交差する４つの交点位置に配置されることになる。第１の基板１００に設けられた貫通孔Ｈ１１〜Ｈ１４および凹部Ｈ２１〜Ｈ２４は、上記４本の支柱部材３１〜３４を挿通するのに適した位置に配置されており、各支柱部材３１〜３４の上端に固定されたストッパ部材４１〜４４は、それぞれ凹部Ｈ２１〜Ｈ２４の中心位置に収まることになる。
【００３６】
結局、図１に示す力覚センサの主たる構成要素は、次のとおりである。
(1) ４箇所にそれぞれ可撓性をもった上端側肉薄部１１５，１２５，１３５，１４５が形成されている第１の基板１００
(2) この第１の基板１００の下方に所定の間隔Ｌ１をおいて対向するように配置され、各上端側肉薄部１１５，１２５，１３５，１４５に対向する位置に、それぞれ可撓性をもった下端側肉薄部２１５，２２５，２３５，２４５が形成されている第２の基板２００
(3) 互いに対向する位置にある上端側肉薄部１１５，１２５，１３５，１４５の下面と下端側肉薄部２１５，２２５，２３５，２４５の上面とを、それぞれ相互に接続する柱状体Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４
(4) 第２の基板２００の下面に接合された第３の基板３００
(5) 第２の基板２００を固定した状態において第１の基板１００に対して外力が作用した場合に、各柱状体Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４から伝達される力によって生じる各下端側肉薄部２１５，２２５，２３５，２４５の変形状態を電気的に測定する変形測定部Ｓ１〜Ｓ４（具体的には、導電性をもった下端側肉薄部２１５，２２５，２３５，２４５自身と、これらに対向する電極Ｅ１１〜Ｅ４５）
(6) これら変形測定部Ｓ１〜Ｓ４の測定結果に基づいて、作用した外力の向きおよび大きさを検出する検出回路（図示されていない）
【００３７】
しかも、この力覚センサでは、第１の基板１００の周囲部分の所定箇所に、「上面側から所定の深さまで掘られ、所定の径φ２０を有する凹部Ｈ２１〜Ｈ２４」が形成されており、更に、この凹部Ｈ２１〜Ｈ２４の底面には、「凹部の径φ２０よりも小さな径φ１０を有し、第１の基板１００の下面まで貫通する貫通孔Ｈ１１〜Ｈ１４」が形成されている。そして、各貫通孔Ｈ１１〜Ｈ１４には、下端が第２の基板２００の上面に固定された係止ピン５１〜５４が挿通している。ここで、この係止ピン５１〜５４は、「第２の基板２００の上面から上方に伸び、上端が凹部Ｈ２１〜Ｈ２４の底面より所定寸法Ｌ２だけ上方へ突き出し、貫通孔Ｈ１１〜Ｈ１４の径φ１０よりも小さな径φ３０を有する支柱部材３１〜３４」と、「この支柱部材３１〜３４の上端に接続され、貫通孔Ｈ１１〜Ｈ１４の径φ１０よりも大きく凹部の径φ２０よりも小さい径φ４０を有するストッパ部材４１〜４４」と、を有していることになる。
【００３８】
＜＜＜  §３．基本的実施形態における変位制御  ＞＞＞
続いて、図１に示す構造をもった力覚センサにおいて、外力の作用を直接受ける第１の基板１００の変位制御が適確に行われることを説明する。この力覚センサによる力検出の基本原理は、第２の基板２００および第３の基板３００を固定した状態において、第１の基板１００に対して外力を作用させ、各肉薄部に撓みを生じさせ、下端側肉薄部２１５，２２５，２３５，２４５の変形状態を変形測定部Ｓ１〜Ｓ４で測定し、検出回路によって、作用した外力の向きおよび大きさを検出する、というものである。
【００３９】
第１の基板１００に作用する外力が大きければ大きいほど、第１の基板１００は大きな変位を生じることになり、その結果、各肉薄部に生じる変形の度合いは大きくなる。しかしながら、既に述べたとおり、測定レンジをはるかに超えるような過大な外力が作用すると、各肉薄部にその弾性変形の限界を超えた過大な撓みが生じることになり、外力を取り去った後も各肉薄部の形が元に復帰しなかったり、各肉薄部に破損が生じたりする弊害が生じる。図１に示す力覚センサは、第１の基板１００の変位量を許容範囲内に抑制する構造を有しているため、たとえ過度な外力が作用したとしても、第１の基板１００の変位は制御され、各肉薄部に障害が生じるのを防ぐ機能を有している。
【００４０】
たとえば、図７は、第１の基板１００に対して、Ｚ軸正方向の力＋Ｆｚが作用した場合の変位制御を示す側断面図である。Ｚ軸正方向の力＋Ｆｚは、図示のとおり、第１の基板１００を上方へと変位させる力であり、各肉薄部は、図示のような撓みを生じることになる。この力覚センサの場合、Ｚ軸正方向への変位は、最大でも図２に示す空隙寸法Ｌ２になるように制御される。これは、第１の基板１００がＺ軸正方向にＬ２だけ変位すると、図７に示すように、凹部Ｈ２１〜Ｈ２４の底面周囲部が、係止ピン５１〜５４の頭部をなすストッパ部材４１〜４４の下面周囲部に当接し、これ以上の上方への変位を妨げるためである。空隙寸法Ｌ２を適当な値に設定しておけば、第１の基板１００の上方への変位を、各肉薄部が損傷を受けない範囲内に抑制することができる。
【００４１】
一方、図８は、第１の基板１００に対して、Ｚ軸負方向の力−Ｆｚが作用した場合の変位制御を示す側断面図である。Ｚ軸負方向の力−Ｆｚは、図示のとおり、第１の基板１００を下方へと変位させる力であり、各肉薄部は、図示のような撓みを生じることになる。この力覚センサの場合、Ｚ軸負方向への変位は、最大でも図２に示す空隙寸法Ｌ１になるように制御される。これは、第１の基板１００がＺ軸負方向にＬ１だけ変位すると、図８に示すように、第１の基板１００の下面が第２の基板２００の上面に当接し、これ以上の下方への変位を妨げるためである。空隙寸法Ｌ１を適当な値に設定しておけば、第１の基板１００の下方への変位を、各肉薄部が損傷を受けない範囲内に抑制することができる。
【００４２】
続いて、モーメントが作用した場合を考えよう。図９は、第１の基板１００に対して、Ｙ軸正方向まわり（ここでは、右ねじをＹ軸正方向に進めるための回転方向をＹ軸正方向まわりと呼ぶことにする）のモーメント＋Ｍｙが作用した場合の変位制御を示す側断面図である。Ｙ軸正方向まわりのモーメント＋Ｍｙは、図示のとおり、第１の基板１００の右端を下方へ、左端を上方へと変位させる力であり、各肉薄部には、図示のような撓みが生じることになる。この力覚センサでは、このようなモーメント＋Ｍｙに基づく変位は、最大でも図９に示す状態になるように制御される。これは、第１の基板１００の右端が下方へと変位すると、図９に示すように、その下面が第２の基板２００の上面に当接し、これ以上の下方への変位を妨げるとともに、第１の基板１００の左端が上方へと変位すると、図９に示すように、凹部Ｈ２２の底面周囲部が、係止ピン５２の頭部をなすストッパ部材４２の下面周囲部に当接し、これ以上の上方への変位を妨げるためである。
【００４３】
逆に、Ｙ軸負方向まわりのモーメント−Ｍｙが作用した場合は、図９を左右反転させた状態になるので、同様にして、その変位は所定の許容範囲に制御される。また、この力覚センサは、ＸＹ平面上で９０°回転させても全く同じ構造を維持するので、Ｘ軸とＹ軸とを入れ換えても同じ現象が生じる。したがって、Ｘ軸まわりのモーメント＋Ｍｘ，−Ｍｘが作用した場合も、同様の変位制御が行われることになる。
【００４４】
一方、図１０は、第１の基板１００に対して、Ｘ軸正方向の力＋Ｆｘが作用した場合の変位制御を示す側断面図である。Ｘ軸正方向の力＋Ｆｘは、図示のとおり、第１の基板１００を図の右方向へと変位させる力であり、各肉薄部には、図示のような撓みが生じることになる。この力覚センサの場合、Ｘ軸正方向への変位は、最大でも図１０に示す状態になるように制御される。これは、第１の基板１００がＸ軸正方向に図示の位置まで変位すると、凹部Ｈ２１〜Ｈ２４の側壁部が係止ピン５１〜５４の頭部をなすストッパ部材４１〜４４の外周面に当接し、これ以上の右方への変位を妨げるためである。図１１は、図１０の状態を示す上面図であり、４つの凹部Ｈ２１〜Ｈ２４の側壁部が、それぞれストッパ部材４１〜４４の外周面に当接した状態が明瞭に示されている。
【００４５】
逆に、Ｘ軸負方向の力−Ｆｘが作用した場合は、図１０を左右反転させた状態になるので、同様にして、その変位は所定の許容範囲に制御される。また、Ｙ軸正方向の力＋ＦｙやＹ軸負方向の力−Ｆｙが作用した場合も、同様の変位制御が行われることになる。前述したとおり、凹部Ｈ２１〜Ｈ２４の内径はφ２０、ストッパ部材４１〜４４の外径はφ４０であるから、結局、Ｘ軸およびＹ軸に関する正または負方向への変位は、最大でも「（φ２０−φ４０）／２」なる値に制御されることになる。したがって、寸法値φ２０，φ４０を適当な値に設定しておけば、第１の基板１００の水平方向への変位を、各肉薄部が損傷を受けない範囲内に抑制することができる。
【００４６】
最後に、Ｚ軸まわりのモーメントが作用した場合を考えよう。図１２は、第１の基板１００に対して、Ｚ軸正方向まわりのモーメント＋Ｍｚが作用した場合の変位制御を示す上面図である。Ｚ軸正方向まわりのモーメント＋Ｍｚは、図示のとおり、上方から見た場合に、第１の基板１００を反時計回りに回転変位させる力である。この力覚センサでは、このようなモーメント＋Ｍｚに基づく変位は、最大でも図１２に示す状態になるように制御される。これは、第１の基板１００が反時計回りに回転変位すると、図示のとおり、４つの凹部Ｈ２１〜Ｈ２４の側壁部が、それぞれストッパ部材４１〜４４の外周面に当接し、これ以上の反時計回りへの回転変位を妨げるためである。
【００４７】
逆に、Ｚ軸負方向まわりのモーメント−Ｍｚが作用した場合は、上方から見ると、第１の基板１００を時計回りに回転変位させることになる。この場合も同様に、４つの凹部Ｈ２１〜Ｈ２４の側壁部が、それぞれストッパ部材４１〜４４の外周面に当接し、これ以上の時計回りへの回転変位が妨げられる。
【００４８】
かくして、図１に示す力覚センサでは、第１の基板１００に対して、Ｘ軸方向の力±Ｆｘ、Ｙ軸方向の力±Ｆｙ、Ｚ軸方向の力±Ｆｚ、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のいずれが作用した場合にも、その変位が所定の許容範囲に抑制されることになる。このように、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いずれが加えられても、第１の基板１００に対する変位制御が適確に行われることは非常に重要な効果である。
【００４９】
力覚センサを何らかの製品に組み込んで実際に利用する場合、本来の測定対象となる外力を検出する通常の使用環境だけでなく、ユーザが製品自体を物にぶつけたり、床の上に落下させたりする非常事態も考慮に入れておく必要がある。そのような非常事態では、どの方向から力覚センサにどのような衝撃力が加わるかを予測することはできない。ここに示す実施形態では、上述したように、３軸方向の力±Ｆｘ，±Ｆｙ，±Ｆｚ、および３軸まわりのモーメント±Ｍｘ，±Ｍｙ，±Ｍｚのいずれが作用したとしても、第１の基板１００に対する適確な変位制御が行われるため、衝突や落下という非常事態が発生しても、肉薄部の破損を防止できる。
【００５０】
また、従来は、必要とされる測定レンジと肉薄部の弾性変形領域とのバランスや、肉薄部の堅牢性を考慮して、肉薄部に用いる材質を選択する必要があったが、本考案を利用すれば、そのような制限から解放されることになる。すなわち、本考案に係る力覚センサでは、第１の基板１００の最大変位量は、図２に示す空隙寸法Ｌ１，Ｌ２や、凹部Ｈ２１〜Ｈ２４の内径φ２０およびストッパ部材４１〜４４の外径φ４０を所望の値に設定することにより、任意に設定することができる。したがって、肉薄部にどのような材質を用いたとしても、許容変位量を所望の値に設定することが可能になる。
【００５１】
＜＜＜  §４．力検出の原理  ＞＞＞
本考案に係る力覚センサは、肉薄部の変形状態を電気的に検出することにより、第１の基板１００に作用した外力を検出するものである。図１に示す力覚センサの場合、導電性の下端側肉薄部２１５，２２５，２３５，２４５と、これらに対向するように配置された合計２０枚の電極Ｅ１１〜Ｅ４５（図６参照）とによって構成される２０組の容量素子Ｃ１１〜Ｃ４５が変形測定部Ｓ１〜Ｓ４として機能し、下端側肉薄部２１５，２２５，２３５，２４５の変形状態が測定される。具体的には、各容量素子Ｃ１１〜Ｃ４５の静電容量を電気的に検出する測定回路（図示省略）が設けられており、検出回路は、この測定回路によって測定された静電容量値に対して所定の演算を施すことにより、第１の基板１００に作用した外力の向きと大きさとを検出する。
【００５２】
このように各容量素子の静電容量値に基づいて、第１の基板１００に作用した外力の向きと大きさとを検出する具体的な手法や、具体的な検出回路の構成例は、前掲の特許文献７，８などに開示されている公知の技術である。この公知の技術によれば、ＸＹＺ軸方向に作用した力±Ｆｘ，±Ｆｙ，±Ｆｚと、ＸＹＺ軸まわりに作用したモーメント±Ｍｘ，±Ｍｙ，±Ｍｚのすべてを独立して検出することが可能になる。
【００５３】
具体的には、たとえば、図７に示すように、Ｚ軸正方向の力＋Ｆｚが作用した場合、２０組の容量素子Ｃ１１〜Ｃ４５は、いずれも電極間隔が広がるので静電容量値は小さくなる。逆に、図８に示すように、Ｚ軸負方向の力−Ｆｚが作用した場合、２０組の容量素子Ｃ１１〜Ｃ４５は、いずれも電極間隔が狭くなるので静電容量値は大きくなる。したがって、たとえば、各容量素子Ｃ１１〜Ｃ４５について測定された静電容量値を、同じ記号Ｃ１１〜Ｃ４５で示すことにすれば、Ｚ軸方向の力Ｆｚは、Ｆｚ＝−（Ｃ１５＋Ｃ２５＋Ｃ３５＋Ｃ４５）なる演算によって求めることができる。
【００５４】
一方、図１０に示すように、Ｘ軸正方向の力＋Ｆｘが作用した場合、容量素子Ｃ１１，Ｃ２１，Ｃ３１，Ｃ４１は、いずれも電極間隔が狭くなるので静電容量値は大きくなり、容量素子Ｃ１２，Ｃ２２，Ｃ３２，Ｃ４２は、いずれも電極間隔が広くなるので静電容量値は小さくなる。Ｘ軸負方向の力−Ｆｘが作用した場合は、その逆の現象が起こる。したがって、Ｘ軸方向の力Ｆｘは、たとえば、Ｆｘ＝（Ｃ１１＋Ｃ２１＋Ｃ３１＋Ｃ４１）−（Ｃ１２＋Ｃ２２＋Ｃ３２＋Ｃ４２）なる演算によって求めることができる。同様にして、Ｙ軸方向の力Ｆｙは、たとえば、Ｆｙ＝（Ｃ１３＋Ｃ２３＋Ｃ３３＋Ｃ４３）−（Ｃ１４＋Ｃ２４＋Ｃ３４＋Ｃ４４）なる演算によって求めることができる。
【００５５】
また、図９に示すように、Ｙ軸正方向まわりのモーメント＋Ｍｙが作用した場合、５組の容量素子Ｃ１１〜Ｃ１５は、いずれも電極間隔が狭くなるので静電容量値は大きくなり、５組の容量素子Ｃ２１〜Ｃ２５は、いずれも電極間隔が広くなるので静電容量値は小さくなる。逆まわりのモーメント−Ｍｙが作用した場合は、その逆の現象が起こる。したがって、Ｙ軸まわりのモーメントＭｙは、たとえば、Ｍｙ＝（Ｃ１１＋Ｃ１２＋Ｃ１３＋Ｃ１４＋Ｃ１５）−（Ｃ２１＋Ｃ２２＋Ｃ２３＋Ｃ２４＋Ｃ２５）なる演算によって求めることができる。同様にして、Ｘ軸まわりのモーメントＭｘは、たとえば、Ｍｘ＝（Ｃ４１＋Ｃ４２＋Ｃ４３＋Ｃ４４＋Ｃ４５）−（Ｃ３１＋Ｃ３２＋Ｃ３３＋Ｃ３４＋Ｃ３５）なる演算によって求めることができる。
【００５６】
更に、図１２に示すように、Ｚ軸正方向まわりのモーメント＋Ｍｚが作用した場合、容量素子Ｃ１３，Ｃ２４，Ｃ３２，Ｃ４１は、いずれも電極間隔が狭くなるので静電容量値は大きくなり、容量素子Ｃ１４，Ｃ２３，Ｃ３１，Ｃ４２は、いずれも電極間隔が広くなるので静電容量値は小さくなる。逆まわりのモーメント−Ｍｚが作用した場合は、その逆の現象が起こる。したがって、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚは、たとえば、Ｍｚ＝（Ｃ１３＋Ｃ２４＋Ｃ３２＋Ｃ４１）−（Ｃ１４＋Ｃ２３＋Ｃ３１＋Ｃ４２）なる演算によって求めることができる。
【００５７】
かくして、図１に示す力覚センサでは、ＸＹＺ軸方向に作用した力±Ｆｘ，±Ｆｙ，±Ｆｚと、ＸＹＺ軸まわりに作用したモーメント±Ｍｘ，±Ｍｙ，±Ｍｚのすべてを独立して検出することが可能になる。もっとも、上述した検出方法は、ほんの一例を示すものであり、この他にも様々な検出方法を適用することが可能である。これら様々な検出方法については、前掲の特許文献７，８などに開示されているので、ここでは詳しい説明は省略する。また、特願２００８−１０８８５５明細書には、他軸成分の干渉を排除したより正確な検出方法が提案されており、本考案に係る力覚センサにも適用することが可能である。
【００５８】
また、図１に示す実施形態では、変形測定部によって下端側肉薄部２１５，２２５，２３５，２４５の変形状態を測定したが、上端側肉薄部１１５，１２５，１３５，１４５の変形状態を測定することによっても、作用した外力の検出が可能である。
【００５９】
本考案は、肉薄部を有する力覚センサにおいて、過度の力が作用した場合に、この肉薄部の破損を防ぐための変位制御に係る技術である。したがって、肉薄部の変形状態を検出する具体的な手法は、本考案の本質部分ではなく、変形測定部としては、いずれかの肉薄部の変形状態を電気的に検出する機能をもったものであれば、どのようなものを用いてもかまわない。
【００６０】
たとえば、前掲の特許文献３，４には、肉薄部の所定位置にピエゾ抵抗素子を配置しておき、各ピエゾ抵抗素子の電気抵抗の変化に基づいて、肉薄部の個々の部分の機械的伸縮状態を把握する技術が開示されている。本考案では、このようなピエゾ抵抗素子を変形測定部として用いることも可能である。その場合、肉薄部は絶縁材料で構成するようにし、肉薄部の表面に（もしくは、内部に埋め込んでもよい）、ピエゾ抵抗素子を配置し、ブリッジ回路などを利用して、これらピエゾ抵抗素子の電気抵抗の変化を検出し、肉薄部の変形状態を電気的に検出するようにすればよい。
【００６１】
また、前掲の特許文献５，６には、圧電素子に生じる電荷に基づいて、肉薄部の各部の変位を検出する技術が開示されている。本考案では、このような圧電素子を変形測定部として用いることも可能である。この場合、肉薄部の変形に応じて応力が生じる所定位置に圧電素子を配置し、各圧電素子に発生する電荷を測定することにより、肉薄部の変形状態を電気的に検出するようにすればよい。
【００６２】
更に、図１に示す実施形態では、第１の基板１００側の４箇所に上端側肉薄部が設けられ、第２の基板２００側の４箇所に下端側肉薄部が設けられ、両者を接続するために４本の柱状体Ｔ１〜Ｔ４が設けられているが、本考案を実施する上では、上端側肉薄部や下端側肉薄部は、それぞれ複数箇所に設けておけば足り、必ずしも４箇所に設けておく必要はない。同様に、柱状体も必ずしも４本に限定されるものではなく、複数の柱状体が設けられていればよい。
【００６３】
また、図１に示す実施形態では、４本の係止ピン５１〜５４を用いて変位制御を行っているため、凹部および貫通孔も４箇所に設けているが、係止ピンの数も４本に限定されるものではなく、また、その配置も任意でかまわない。たとえば、３本の係止ピンを、円周に沿って中心角１２０°おきに配置するようにしてもよいし、６本の係止ピンを、円周に沿って中心角６０°おきに配置するようにしてもよい。あるいは、一直線上に３本以上の係止ピンを並べて配置するようにしてもかまわない。
【００６４】
なお、これまで述べた実施形態では、貫通孔、凹部、支柱部材、ストッパ部材の形状を円柱状としていたが、これらは必ずしも円柱状にする必要はなく、たとえば、四角柱、六角柱などの角柱状であってもよいし、その他の任意形状でもかまわない。本願にいう「径」とは、円についての半径や直径のみを意味するものではなく、ある方向についての「さしわたし」の長さを意味するものである。したがって、貫通孔、凹部、支柱部材、ストッパ部材の形状を任意形状にした場合、変位制御の対象となる個々の方向についての「径」が、φ３０＜φ１０＜φ４０＜φ２０という寸法条件を満たしていればよい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本考案の基本的実施形態に係る力覚センサをＸＺ平面に沿って切断した状態を示す側断面図である。
【図２】図１に示す力覚センサの右上部分の拡大側断面図である。
【図３】図１に示す力覚センサを各部品に分解した状態を示す側断面図である。
【図４】図３に示す第１の基板１００の上面図である。
【図５】図３に示す第２の基板２００の上面図である。
【図６】図３に示す第３の基板３００の上面図である。
【図７】図１に示す力覚センサにＺ軸正方向の力＋Ｆｚが作用した場合の変位制御を示す側断面図である。
【図８】図１に示す力覚センサにＺ軸負方向の力−Ｆｚが作用した場合の変位制御を示す側断面図である。
【図９】図１に示す力覚センサにＹ軸正方向まわりのモーメント＋Ｍｙが作用した場合の変位制御を示す側断面図である。
【図１０】図１に示す力覚センサにＸ軸正方向の力＋Ｆｘが作用した場合の変位制御を示す側断面図である。
【図１１】図１に示す力覚センサにＸ軸正方向の力＋Ｆｘが作用した場合の変位制御を示す上面図である。
【図１２】図１に示す力覚センサにＺ軸正方向まわりのモーメント＋Ｍｚが作用した場合の変位制御を示す上面図である。
【符号の説明】
【００６６】
３１〜３４：支柱部材
４１〜４４：ストッパ部材
５１〜５４：係止ピン
１００：第１の基板
１１０：上方柱状突起部
１１５：上端側肉薄部
１２０：上方柱状突起部
１２５：上端側肉薄部
１３０：上方柱状突起部
１３５：上端側肉薄部
１４０：上方柱状突起部
１４５：上端側肉薄部
２００：第２の基板
２１０：下方柱状突起部
２１５：下端側肉薄部
２２０：下方柱状突起部
２２５：下端側肉薄部
２３０：下方柱状突起部
２３５：下端側肉薄部
２４０：下方柱状突起部
２４５：下端側肉薄部
３００：第３の基板
Ｃ１１〜Ｃ４５：容量素子／容量素子の静電容量値
Ｅ１１〜Ｅ４５：電極
＋Ｆｘ：Ｘ軸正方向への力
＋Ｆｚ：Ｚ軸正方向への力
−Ｆｚ：Ｚ軸負方向への力
＋Ｍｙ：Ｙ軸正方向まわりのモーメント
＋Ｍｚ：Ｚ軸正方向まわりのモーメント
Ｈ１１〜Ｈ１４：凹部
Ｈ２１〜Ｈ２４：貫通孔
Ｌ１，Ｌ２：空隙寸法
Ｏ：座標系の原点
Ｓ１〜Ｓ４：変形測定部
Ｔ１〜Ｔ４：柱状体
Ｘ，Ｙ，Ｚ：三次元直交座標系の座標軸
φ１０：貫通孔Ｈ１１〜Ｈ１４の内径
φ２０：凹部Ｈ２１〜Ｈ２４の内径
φ３０：支柱部材３１〜３４の外径
φ４０：ストッパ部材４１〜４４の外径
【図４】
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【図６】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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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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