(57)【要約】【課題】 小型化を可能にする。【解決手段】歪みゲージ式センサは、４つの可撓部を有する第１フランジと、第１フランジに対向するように配置された４つの可撓部を有する第２フランジとを有している。第１フランジの各可撓部の中央部に形成された連結体と第２フランジの各可撓部の中央部に形成された連結体とは連結されている。第１フランジの下面には、それぞれ一直線上に配置された歪みゲージＲ１１〜Ｒ１４、Ｒ２１〜Ｒ２４、Ｒ３１〜Ｒ３４、Ｒ４１〜Ｒ４４が固定されている。一直線上に配置された４個の歪みゲージ、第１フランジの可撓部、第２フランジの可撓部及び連結体の組は、Ｚ軸を中心に９０度おき且つＺ軸から等距離に配置されている。【選択図】図３
2008096230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一平面上において２個又は４個の歪みゲージが一直線上に配置された第１可撓部を有する第１部材と、
前記第１可撓部に対向する第２可撓部を有する第２部材と、
前記第１可撓部と前記第２可撓部とを連結する連結体とを備え、
前記２個又は４個の歪みゲージのそれぞれの抵抗値の変化に基づいて前記平面上の前記２個又は４個の歪みゲージの配列方向に平行な方向の力及び前記平面に垂直な方向の力を検出することを特徴とする歪みゲージ式センサ。
【請求項２】
前記連結体の外径は前記第１可撓部の外径よりも小さく、
前記２個又は４個の歪みゲージは、前記第１可撓部の外端部及び前記連結体の外端部に対応した位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の歪みゲージ式センサ。
【請求項３】
前記２個又は４個の歪みゲージは、前記第１可撓部の中心位置に対して対称に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の歪みゲージ式センサ。
【請求項４】
前記２個又は４個の歪みゲージ、前記第１可撓部、前記第２可撓部及び前記連結体の組が複数設けられており、
前記複数組の前記２個又は４個の歪みゲージ、前記第１可撓部、前記第２可撓部及び前記連結体は、前記平面上の中心点を中心に等角度おき且つ前記中心点から等距離に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の歪みゲージ式センサ。
【請求項５】
前記角度は９０度であることを特徴とする請求項４に記載の歪みゲージ式センサ。
【請求項６】
前記複数組の前記２個又は４個の歪みゲージ及び前記第１可撓部は、前記中心点を原点とするＸ軸およびＹ軸上の正方向および負方向にそれぞれ対応した位置に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の歪みゲージ式センサ。
【請求項７】
Ｘ軸上の正方向および負方向に対応した位置に配置された前記２個又は４個の歪みゲージはＸ軸と直交する方向に配列されていると共に、Ｙ軸上の正方向および負方向に対応した位置に配置された前記２個又は４個の歪みゲージはＹ軸と直交する方向に配列されていることを特徴とする請求項６に記載の歪みゲージ式センサ。
【請求項８】
前記角度は１２０度であることを特徴とする請求項４に記載の歪みゲージ式センサ。
【請求項９】
前記複数組の前記２個又は４個の歪みゲージ及び前記第１可撓部は、前記中心点を原点とするＸ軸正方向からＹ軸負方向に３０度をなす第１線上に対応した位置、Ｘ軸負方向からＹ軸負方向に３０度をなす第２線上に対応した位置およびＹ軸上の正方向に対応した位置にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項８に記載の歪みゲージ式センサ。
【請求項１０】
第１線上に対応した位置に配置された前記２個又は４個の歪みゲージは第１線と直交する方向に配列されており、第２線上に対応した位置に配置された前記２個又は４個の歪みゲージは第２線と直交する方向に配列されており、Ｙ軸上の正方向に対応した位置に配置された前記２個又は４個の歪みゲージはＹ軸と直交する方向に配列されていることを特徴とする請求項９に記載の歪みゲージ式センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多軸成分の力などを検出することができる歪みゲージ式センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、円盤形状のフランジから成る第１部材及び第２部材を備えた６軸センサが記載されている。上記の第１部材および第２部材は、それぞれ対向する４つのダイヤフラムを有している。そして、各ダイヤフラムには、８個の歪みゲージが配置されている。そして、各歪みゲージが配線により接続されることでブリッジ回路が構成されており、各歪みゲージの抵抗値の変化に基づいて力及びモーメントが検出される。
【特許文献１】特開２００５−３１０６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の力を検出するためのブリッジ回路が別々に設けられている場合には、ブリッジ回路のみならず、ブリッジ回路からリード線を引き出すためのランドを含めた回路構成が必要であり、非常に複雑なものとなる。特にセンサの小型化を図る場合には、狭い領域内において上記の回路を構成する必要があるが困難である。そのため、歪みゲージの数は極力少なくし、回路構成を簡略化するのが好ましい。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、小型化が可能な歪みゲージ式センサを提供することである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００５】
本発明の歪みゲージ式センサは、一平面上において２個又は４個の歪みゲージが一直線上に配置された第１可撓部を有する第１部材と、前記第１可撓部に対向する第２可撓部を有する第２部材と、前記第１可撓部と前記第２可撓部とを連結する連結体とを備え、前記２個又は４個の歪みゲージのそれぞれの抵抗値の変化に基づいて前記平面上の前記２個又は４個の歪みゲージの配列方向に平行な方向の力及び前記平面に垂直な方向の力を検出することを特徴としている。
【０００６】
この構成によると、一平面上に配置された２個又は４個の歪みゲージを用いて、平面上の２個又は４個の歪みゲージの配列方向に平行な方向の力及び平面に垂直な方向の力を検出することができる。そのため、上記の２つの方向の力を検出するための歪みゲージをそれぞれ別々に設ける必要がなく、２個又は４個の歪みゲージを共用することで、上記の２つの方向の力を検出するための歪みゲージの数を少なくすることができる。従って、ブリッジ回路及びそのブリッジ回路からリード線を引き出すためのランドを含めた回路構成が簡略化されるので、センサの小型化が容易になる。
【０００７】
本発明の歪みゲージ式センサでは、前記連結体の外径は前記第１可撓部の外径よりも小さく、前記２個又は４個の歪みゲージは、前記第１可撓部の外端部及び前記連結体の外端部に対応した位置に配置されていてもよい。
【０００８】
この構成によると、歪みゲージが第１可撓部において最も大きな歪みが発生する位置に配置されるので、センサ感度が向上する。
【０００９】
本発明の歪みゲージ式センサでは、前記２個又は４個の歪みゲージは、前記第１可撓部の中心位置に対して対称に配置されていてもよい。
【００１０】
本発明の歪みゲージ式センサでは、前記２個又は４個の歪みゲージ、前記第１可撓部、前記第２可撓部及び前記連結体の組が複数設けられており、前記複数組の前記２個又は４個の歪みゲージ、前記第１可撓部、前記第２可撓部及び前記連結体は、前記平面上の中心点を中心に等角度おき且つ前記中心点から等距離に配置されていてもよい。
【００１１】
この構成によると、多軸成分の力を検出することが可能であり、多軸方向の力、モーメントを検出することができる。
【００１２】
本発明の歪みゲージ式センサでは、前記角度は９０度であってもよい。
【００１３】
この構成によると、互いに直交する方向成分及びそれに直交する方向成分の力、モーメントを検出することができる。
【００１４】
本発明の歪みゲージ式センサでは、前記複数組の前記２個又は４個の歪みゲージ及び前記第１可撓部は、前記中心点を原点とするＸ軸およびＹ軸上の正方向および負方向にそれぞれ対応した位置に配置されていてもよい。
【００１５】
この構成によると、平面上の中心点を原点とするＸ軸方向及びＹ軸方向の力、モーメントを検出することができる。
【００１６】
本発明の歪みゲージ式センサでは、Ｘ軸上の正方向および負方向に対応した位置に配置された前記２個又は４個の歪みゲージはＸ軸と直交する方向に配列されていると共に、Ｙ軸上の正方向および負方向に対応した位置に配置された前記２個又は４個の歪みゲージはＹ軸と直交する方向に配列されていてもよい。
【００１７】
この構成によると、平面上の中心点を原点とするＸ軸方向及びＹ軸方向の力、モーメントを容易に検出することができる。
【００１８】
本発明の歪みゲージ式センサでは、前記角度は１２０度であってもよい。
【００１９】
この構成によると、角度が９０度の場合と比較して、平面上に配置される電極や第１部材及び第２部材の可撓部の数が少なくなるので、製造コストを低減できる。
【００２０】
本発明の歪みゲージ式センサでは、前記複数組の前記２個又は４個の歪みゲージ及び前記第１可撓部は、前記中心点を原点とするＸ軸正方向からＹ軸負方向に３０度をなす第１線上に対応した位置、Ｘ軸負方向からＹ軸負方向に３０度をなす第２線上に対応した位置およびＹ軸上の正方向に対応した位置にそれぞれ配置されていてもよい。
【００２１】
本発明の歪みゲージ式センサでは、第１線上に対応した位置に配置された前記２個又は４個の歪みゲージは第１線と直交する方向に配列されており、第２線上に対応した位置に配置された前記２個又は４個の歪みゲージは第２線と直交する方向に配列されており、Ｙ軸上の正方向に対応した位置に配置された前記２個又は４個の歪みゲージはＸ軸と直交する方向に配列されていてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る歪みゲージ式センサの中央縦断面正面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線における断面図である。図３は、歪みゲージの配置を示す図である。
【００２３】
図１の歪みゲージ式センサ１は、十分な剛性を有する固定部３００に固定された第１フランジ１００と、第１フランジ１００に対向するように配置された第２フランジ２００とを有している。固定部３００は円盤形状であって、その上面の中央部は凹部になっている。そして、固定部３００は、その周辺部で第１フランジ１００を支持する構造になっている。第１フランジ１００および第２フランジ２００は、金属などで形成された円盤形状のフランジから構成されている。第１フランジ１００には、４つの肉薄の可撓部１１１〜１１４が設けられており、各可撓部１１１〜１１４の中央部には連結体１２１〜１２４が形成されている。同様に、第２フランジ２００には、４つの肉薄の可撓部２１１〜２１４が設けられており、各可撓部２１１〜２１４の中央部には連結体２２１〜２２４が形成されている（図２参照）。
【００２４】
そして、連結体１２１〜１２４と連結体２２１〜２２４とがボルト等の適当な手段を用いて連結されており、第１フランジ１００の可撓部１１１〜１１４及び連結体１２１〜１２４と、第２フランジ２００の可撓部２１１〜２１４及び連結体２２１〜２２４とは、ほぼ対称となっている。ここで、連結体１２１〜１２４と連結体２２１〜２２４とはそれぞれ強固に連結されているため、第１フランジ１００と第２フランジ２００とは一体の部材と見なすことができる。
【００２５】
第１フランジ１００の可撓部１１１〜１１４は、図３に示すように、Ｘ軸およびＹ軸上の正方向および負方向にそれぞれ配置されている。第１フランジ１００の下面であり且つ固定部３００の凹部に対向した位置には、一平面上に配置された複数の歪みゲージＲ１１〜Ｒ１４、Ｒ２１〜Ｒ２４、Ｒ３１〜Ｒ３４、Ｒ４１〜Ｒ４４が配置されている。
【００２６】
第１フランジ１００の可撓部１１１〜１１４は、それぞれ一直線上に配置された４個の歪みゲージを備えている。各可撓部１１１〜１１４の４個の歪みゲージの配置位置は、図３に示すように、Ｘ軸正方向およびＸ軸負方向に配置された可撓部１１１〜１１３においては、その中心位置を通り且つＹ軸に平行な線上における薄肉部分の外縁部と内縁部である。一方、Ｙ軸正方向およびＹ軸負方向に配置された可撓部１１２〜１１４においては、その中心位置を通り且つＸ軸に平行な線上における薄肉部分の外縁部と内縁部である。すなわち、可撓部１１１の歪みゲージＲ１１、Ｒ１２と歪みゲージＲ１３、Ｒ１４、及び、可撓部１１３の歪みゲージＲ３１、Ｒ３２と歪みゲージＲ３３、Ｒ３４はＸ軸に対して線対称に配置されている。また、可撓部１１２の歪みゲージＲ２１、Ｒ２２と歪みゲージＲ２３、Ｒ２４、及び、可撓部１１４の歪みゲージＲ４１、Ｒ４２と歪みゲージＲ４３、Ｒ４４はＹ軸に対して線対称に配置されている。このように、各可撓部１１１〜１１４において、歪みゲージは最も大きな歪みが発生する位置に貼り付けられている。なお、歪みゲージのリード線の図示は省略している。
【００２７】
このように、歪みゲージ式センサ１には、４個の歪みゲージ、第１フランジ１００の可撓部、第２フランジ２００の可撓部及び連結体の組を４組設けられている。そして、各組の４個の歪みゲージ、第１フランジ１００の可撓部、第２フランジ２００の可撓部及び連結体は、Ｚ軸を中心に９０度おき且つＺ軸から等距離に配置されている。
【００２８】
歪みゲージとしては、金属箔歪みゲージや金属線歪みゲージを用いている。歪みゲージは一種の抵抗体であり、歪みの発生する場所に貼り付けて使用する検出素子である。歪みの発生により抵抗値が変化することにより、歪みεを測定することができる。一般には、引張りによる歪みεに対しては抵抗値が大きくなり、圧縮による歪みεに対しては抵抗値が小さくなる比例特性を持っている。また、通常は材料が歪みεに対して応力σが比例する弾性域で使用する。本実施形態でも第１フランジ１００の弾性域で使用するものとしている。
【００２９】
ここで、歪みゲージは、一般的な樹脂の上に金属箔のパターンを形成したものでもよい。また、第１フランジの下面に酸化シリコンなどの絶縁膜を形成し、その上にクロムまたはニッケルなどの合金の金属薄膜、酸化クロムなどの金属薄膜で歪みゲージを形成してもよい。この場合、歪みゲージを形成する面が平坦な一平面である場合には、フォトリソグラフィーの技術を利用して、スパッタリング装置などでプロセス的に形成可能であり、量産に適する。また、歪みを検出する素子としては、ピエゾ抵抗素子、感圧抵抗体、感圧抵抗インクなども利用可能であり、歪みを検出する素子であれば、これらに限られない。
【００３０】
上述したように、第１フランジ１００には可撓部１１１〜１１４が形成され、第２フランジ２００には可撓部２１１〜２１４が形成されているので、第２フランジ２００に力が作用すると、連結体１２１〜１２４及び連結体２２１〜２２４を介して、可撓部１１１〜１１４に力が伝わり、３次元空間の力の大きさ及び方向に応じて可撓部１１１〜１１４に歪みが発生する。よって、この歪みゲージ式センサ１は３次元空間の直交する３軸の力とその軸回りのモーメントを測定するための６軸力覚センサとして機能する。
【００３１】
次に、各軸方向ごとに力とモーメントを検出する原理を説明する。以下、第１フランジが固定された状態で、第２フランジ２００に力やモーメントが作用するものとする。
【００３２】
図４に、Ｘ軸方向の力Ｆｘを加えたときの歪みゲージ式センサ１の状態を示す。このときは、第１フランジ１００の可撓部１１１〜１１４及び第２フランジ２００の可撓部２１１〜２１４は、図示したように変位し、歪みが検出される。図５に歪みゲージの抵抗値の変化を示す。図中、（＋）は引張歪みを検出することによる抵抗値の増加を、（−）は圧縮歪みを検出することによる抵抗値の減少を示す。どちらの記号も無い歪みゲージは歪みが殆ど発生せず抵抗値の変化が殆ど無いことを示す。
【００３３】
次に、Ｙ軸方向の力Ｆｙを加えたときは、Ｘ軸方向の力Ｆｘを加えたときの状態を９０度ずらして考えればよいので、ここでは省略する。
【００３４】
図６にＺ軸方向の力Ｆｚを加えたときの歪みゲージ式センサ１の状態を示す。図７に、このときの各歪みゲージの変化を示す。
【００３５】
図８にＹ軸のモーメントＭｙを加えたときの歪みゲージ式センサ１の状態を示す。このときは、可撓部１１１が固定部３００側に押し出され、可撓部１１３が固定部３００から離隔するように変位する。図９に、このときの各歪みゲージの変化を示す。
【００３６】
次に、Ｘ軸のモーメントＭｘを加えたときは、Ｙ軸のモーメントＭｙを加えたときの状態を９０度ずらして考えればよいので、ここでは省略する。
【００３７】
また、Ｚ軸のモーメントＭｚを加えたときは、連結体１２１〜１２４及び連結体２２１〜２２４がＺ軸を中心とする円周に沿って同じ回転方向に傾倒するように変位する。
【００３８】
表１に、上述した各力およびモーメントに対する各歪みゲージの抵抗値の変化を示す。表中、＋は抵抗値の増加、−は抵抗値の減少を示し、符号無しは抵抗値が殆ど変化しないことを示す。また、反対方向の力やモーメントの場合は符号が逆になる。
【００３９】
【表１】
2008096230.tif 000003
【００４０】
以上の性質を利用して、数式１の演算を行うことにより各力およびモーメントを検出することができる。
【００４１】
【数１】
2008096230.tif 000004
【００４２】
上記の数式１を別の表現で記載すると、数式２になる。
【００４３】
【数２】
2008096230.tif 000005
【００４４】
以上のことから、可撓部１１１、１１３に配置された歪みゲージＲ１１〜Ｒ１４、Ｒ３１〜Ｒ３４は、Ｙ軸方向の力とＺ軸方向の力とを検出する機能を有しており、可撓部１１２、１１４に配置された歪みゲージＲ２１〜Ｒ２４、Ｒ４１〜Ｒ４４は、Ｘ軸方向の力とＺ軸方向の力とを検出する機能を有していることが分かる。
【００４５】
また、数式１の演算は、歪みゲージの抵抗値を直接検出して行ってもよいし、各抵抗値を電圧又は電流に変換して行ってもよい。また、マイクロコンピュータやパソコンのＡＤ変換機能を利用して一旦デジタル値に変換してから行ってもよい。なお、演算方法は数式１に限られないのは勿論である。
【００４６】
また、図１０は、数式１の演算を行うために利用可能なブリッジ回路を示す図である。各可撓部１１１〜１１４では、ハーフブリッジ回路が各２回路形成されており、定電圧で駆動している。そして、歪みゲージＲ１１、Ｒ１２間の節点電圧をＹ１Ｐとし、歪みゲージＲ１３、Ｒ１４間の節点電圧をＹ１Ｎとする。また同様に、図１０に示すように、節点電圧Ｙ２Ｐ、Ｙ２Ｎ、Ｙ３Ｐ、Ｙ３Ｎ、Ｙ４Ｐ、Ｙ４Ｎを定める。これらの節点電圧を図示しないリード線で引き出し、図１１に示すように、ＯＰアンプなどの演算器に入力すれば、Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚを算出することができる。なお、各節点電圧を増幅してからＡＤ変換器に入力し、マイクロコンピュータやパソコンなどで図８に相当する演算を行ってもよい。
【００４７】
以上説明したように、本実施の形態の歪みゲージ式センサ１では、一平面上に配置された４個の歪みゲージを用いて、平面上の歪みゲージの配列方向に平行な方向の力及び平面に垂直な方向の力を検出することができる。そのため、上記の２つの方向の力を検出するための歪みゲージをそれぞれ別々に設ける必要がなく、４個の歪みゲージを共用することで、上記の２つの方向の力を検出するための歪みゲージの数を少なくすることができる。従って、ブリッジ回路及びそのブリッジ回路からリード線を引き出すためのランドを含めた回路構成が簡略化されるので、センサの小型化が容易になる。
【００４８】
次に、本発明の第２の実施の形態について、図１２〜図１４を参照して説明する。図１２は本発明の第２の実施の形態に係る歪みゲージ式センサの歪みゲージの配置を示す図である。図１３は、図１２の歪みゲージ式センサで演算を行うために利用可能なブリッジ回路を示す図である。図１４は、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向のベクトルへの分解を示す図である。
【００４９】
本実施の形態の歪みゲージ式センサが、第１の実施の形態の歪みゲージ式センサ１と大きく異なる点は、第１フランジ１００の下面における歪みゲージの配置及び数である。つまり、第１の実施の形態では、４組の可撓部及び４個の歪みゲージが９０度おきに配置されているが、本実施の形態では、３組の可撓部及び４個の歪みゲージが１２０度おきに配置されている。そのため、第１フランジ及び第２フランジは、３組の可撓部に対応した位置に配置された３つの連結体を有している。
【００５０】
本実施の形態では、３個の可撓部１１１〜１１３が、Ｘ軸正方向からＹ軸負方向に３０度をなす第１線上に対応した位置、Ｙ軸上の正方向に対応した位置およびＸ軸負方向からＹ軸負方向に３０度をなす第２線上に対応した位置にそれぞれ配置されている。そして、可撓部１１１に配置された４個の歪みゲージＲ１１〜Ｒ１４は第１線と直交する方向に配列されており、可撓部１１２に配置された４個の歪みゲージＲ２１〜Ｒ２４はＹ軸と直交する方向に配列されており、可撓部１１３に配置された４個の歪みゲージＲ３１〜Ｒ３４は第２線と直交する方向に配列されている。
【００５１】
第２フランジ２００に対して、第１の実施の形態と同様に、Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚの力やモーメントを作用させると、表２のように、各歪みゲージの抵抗値が変化する。
【００５２】
【表２】
2008096230.tif 000006
【００５３】
表中、＋は抵抗値の増加、−は抵抗値の減少を示し、符号無しは抵抗値が殆ど変化しないことを示す。また、反対方向の力やモーメントの場合は符号が逆になる。
【００５４】
各可撓部１１１〜１１３では、図１３に示すように、ハーフブリッジ回路が各２回路形成されており、定電圧で駆動している。そして、歪みゲージＲ１１、Ｒ１２間の節点電圧をＶ１１とし、歪みゲージＲ１３、Ｒ１４間の節点電圧をＶ１２とする。また同様に、節点電圧Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ３１、Ｖ３２を定める。これらの節点電圧を図示しないリード線で引き出し、第１の実施の形態と同様に、ＯＰアンプなどの演算器に入力すれば、Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚを算出することができる。
【００５５】
ここで、歪みゲージＲ１１〜Ｒ１４、Ｒ２１〜Ｒ２４、Ｒ３１〜Ｒ３４の抵抗値の変化から、連結体を傾倒させる力とＺ軸方向に作用する力とを検出できるが、連結体を歪みゲージの配列方向に傾倒させる場合に、歪みゲージの抵抗値が最も大きく変化し、センサ感度が最もよくなる。
【００５６】
また、歪みゲージＲ１１〜Ｒ１４、Ｒ２１〜Ｒ２４、Ｒ３１〜Ｒ３４の感度の方向性を考慮すると、図１４のようなベクトル図になる。従って、可撓部１１１の連結体１２１を歪みゲージの配列方向に傾倒させる力は、Ｖ１２−Ｖ１１となり、可撓部１１１の連結体１２１のＺ軸方向に作用する力は、Ｖ１１＋Ｖ１２となり、可撓部１１２の連結体１２２を歪みゲージの配列方向に傾倒させる力は、Ｖ２２−Ｖ２２となり、可撓部１１２の連結体１２２のＺ軸方向に作用する力は、−（Ｖ２１＋Ｖ２２）となり、可撓部１１３の連結体１２３を歪みゲージの配列方向に傾倒させる力は、Ｖ３２−Ｖ３１となり、可撓部１１３の連結体１２３のＺ軸方向に作用する力は、Ｖ３１＋Ｖ３２となる。
【００５７】
ここで、可撓部１１１の連結体１２１のＺ軸方向に作用する力と、可撓部１１３の連結体１２３のＺ軸方向に作用する力とは、連結体が固定部３００から離隔する方向つまりＺ軸正方向の力が作用した場合に、Ｖ１１＋Ｖ１２、Ｖ３１＋Ｖ３２は増加するが、可撓部１１２の連結体１２２のＺ軸方向に作用する力は、連結体が固定部３００から離隔する方向つまりＺ軸正方向の力が作用した場合に、Ｖ２１＋Ｖ２２は減少するので、極性を考慮して符号「−」を付加している。
【００５８】
上記の数式２の考え方及び図１４のベクトル図から、数式３の演算を行うことにより各力およびモーメントを検出することができる。
【００５９】
【数３】
2008096230.tif 000007
【００６０】
これにより、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００６１】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。例えば、上述の第１及び第２の実施の形態では、６軸の力およびモーメントを検出する歪みゲージ式センサについて説明しているが、これに限らず、６軸の加速度および角加速度を検出する歪みゲージ式センサであってもよいし、Ｘ軸とＹ軸との２方向の力だけを検出する２軸センサとして使用してもよい。また、各組の４個の歪みゲージ、第１フランジ１００の可撓部、第２フランジ２００の可撓部及び連結体は、Ｚ軸を中心に９０度おき又は１２０度おき且つＺ軸から等距離に配置されているが、これには限られない。また、可撓部１１１〜１１４及び可撓部２１１〜２１４の厚さや大きさは異なっていてもよいが同じであることが好ましい。また、第１フランジ１００と第２フランジ２００とは異なる大きさであってもよいし、シリコンゴムや合成樹脂で形成してもよい。各連結体は各フランジと同一部材であってもよい。
【００６２】
また、上述の第１及び第２の実施の形態では、各可撓部は一直線上に配置された４個の歪みゲージを有しているが、各可撓部は一直線上に配置された２個の歪みゲージを有していてもよい。従って、第１の実施の形態の図１０において、例えば、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ２２、Ｒ２３、Ｒ３２、Ｒ３３、Ｒ４２、Ｒ４３を固定抵抗に置き換え、１アクティブハーフブリッジにしても力及びモーメントを検出可能である。つまり、この場合には、可撓部１１１は２個の歪みゲージＲ１１、Ｒ１４を有し、可撓部１１２は２個の歪みゲージＲ２１、Ｒ１４を有し、可撓部１１３は２個の歪みゲージＲ３１、Ｒ３４を有し、可撓部１１４は２個の歪みゲージＲ４１、Ｒ４４を有することになる。同様に、第２の実施の形態の図１３において、例えば、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ２２、Ｒ２３、Ｒ３２、Ｒ３３を固定抵抗に置き換え、１アクティブハーフブリッジにしても力及びモーメントを検出可能である。但し、一直線上に配置された４個の歪みゲージを有している場合の方が、一直線上に配置された２個の歪みゲージを有している場合よりも、センサの温度特性はよくなる。なお、前記の例において、歪みゲージを固定抵抗に、固定抵抗を歪みゲージに置き換えても同様の効果を得る。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る歪みゲージ式センサの中央縦断面正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線における断面図である。
【図３】歪みゲージの配置を示す図である。
【図４】Ｘ軸方向の力Ｆｘを加えたときの歪みゲージ式センサの状態を示す図である。
【図５】図４の状態での各歪みゲージの変化を示す図である。
【図６】Ｚ軸方向の力Ｆｚを加えたときの歪みゲージ式センサの状態を示す図である。
【図７】図６の状態での各歪みゲージの変化を示す図である。。
【図８】Ｙ軸のモーメントＭｙを加えたときの歪みゲージ式センサ１の状態を示す図である。
【図９】図８の状態での各歪みゲージの変化を示す図である。。
【図１０】図１の歪みゲージ式センサで演算を行うために利用可能なブリッジ回路を示す図である。
【図１１】各節点電圧を演算器に入力する状態を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る歪みゲージ式センサの歪みゲージの配置を示す図である。
【図１３】図１２の歪みゲージ式センサで演算を行うために利用可能なブリッジ回路を示す図である。
【図１４】Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向のベクトルへの分解を示す図である。
【図１５】演算を行うために利用可能なブリッジ回路の変形例を示す図である。
【図１６】演算を行うために利用可能なブリッジ回路の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１ 歪みゲージ式センサ
１００  第１フランジ
１１１〜１１４  可撓部
１２１〜１２４  連結体
２００  第２フランジ
２１１〜２１４  可撓部
２２１〜２２４  連結体
３００  固定部
Ｒ１１〜Ｒ１４、Ｒ２１〜Ｒ２４、Ｒ３１〜Ｒ３４、Ｒ４１〜Ｒ４４  歪みゲージ
【図１】
2008096230.tif 000008
【図２】
2008096230.tif 000009
【図３】
2008096230.tif 000010
【図４】
2008096230.tif 000011
【図５】
2008096230.tif 000012
【図６】
2008096230.tif 000013
【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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