(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１バルク部と、前記第１バルク部よりも薄肉に形成された第１ダイヤフラム部とを含み、検出素子が設けられた後端面を有する第１起歪体と、
第２バルク部と、前記第１ダイヤフラム部に対向するとともに前記第２バルク部よりも薄肉に形成された第２ダイヤフラム部とを含み、測定対象に取り付けられる前端面を有する第２起歪体と、
前記第１ダイヤフラム部と前記第２ダイヤフラム部とを連結する支柱体と、を備え、
前記第１ダイヤフラム部は、前記第１起歪体の後端面の一部を構成し、かつ前記第１起歪体の後端面の外周縁まで達しており、
前記第１起歪体と前記第２起歪体とは離間して配置されており、
前記第１起歪体、前記第２起歪体および前記支柱体は、単一部材を切削加工することにより一体的に形成されている
ことを特徴とする多軸センサ。
【請求項２】
前記後端面を覆うカバー体をさらに備え、
前記カバー体は、前記第１バルク部の外周面に形成されたフランジ部に取り付けられ、前記第１ダイヤフラム部から離間している
ことを特徴とする請求項１に記載の多軸センサ。
【請求項３】
前記第２ダイヤフラム部は、後端面が前記第２バルク部の後端面よりも前方に位置している
ことを特徴とする請求項１または２に記載の多軸センサ。
【請求項４】
前記支柱体を前記第１バルク部の前端面で切断したときに、前記支柱体の断面積が、前記第１バルク部の前端面の面積よりも大きくなる
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の多軸センサ。
【請求項５】
前記支柱体は、４つの側面を有し、
前記４つの側面のうち、前記第１起歪体の周方向に対向する２つの側面は、双方が平面であり、前記第１起歪体の径方向に対向する２つの側面は、少なくとも内側の側面が曲面である
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の多軸センサ。
【請求項６】
前記第１起歪体および前記第２起歪体の中央に、前後方向に延びた貫通穴が形成されている
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の多軸センサ。
【請求項７】
前記第１起歪体の後端面が平坦に形成され、
複数の前記検出素子が同一平面上に設けられている
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の多軸センサ。
【請求項８】
前記検出素子は、前記第１起歪体の後端面に歪が生じると抵抗値が変化するものである
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の多軸センサ。
【請求項９】
前記検出素子は、前記第１起歪体の後端面が変位すると静電容量値が変化するものである
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の多軸センサ。
【請求項１０】
後端面側に第１ダイヤフラム部を有する第１起歪体と、前記第１起歪体の前方に前記第１起歪体から離間して配置されるとともに第２ダイヤフラム部を有する第２起歪体と、前記第１ダイヤフラム部と前記第２ダイヤフラム部とを連結する前後方向に延びた支柱体と、を備えた多軸センサの製造方法であって、
切削手段により前後方向に延びた柱状のバルク部材の外周面または前端面側から切削加工して、前記バルク部材の前端面側に切欠き部を形成し、かつ前記切削手段により前記バルク部材の外周面側から切削加工して、前記切欠き部の後方に前後方向に延びる第１溝部を形成することで、前記第１ダイヤフラム部および前記第２ダイヤフラム部を形成する第１工程と、
前記切削手段により前記バルク部材の外周面側から切削加工して、前記第１溝部と連結した第２溝部を形成することにより、互いに離間した前記第１起歪体および前記第２起歪体を形成する第２工程と、を含む
ことを特徴とする多軸センサの製造方法。
【請求項１１】
前記第１工程は、前記切削手段により前記バルク部材の前端面側から切削加工して、前記切欠き部および前記第１溝部に連通した連通穴を形成するか、または前記切欠き部および前記第１溝部を形成する前に、前記切削手段により前記バルク部材の前端面または後端面側から切削加工して、前後方向に延びた貫通穴を形成することにより、少なくとも４つの側面を有する前記支柱体を形成する工程を含む
ことを特徴とする請求項１０に記載の多軸センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多軸センサおよび多軸センサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、多軸センサとして、例えば特許文献１の図１に記載のものが知られている。この多軸センサは、対向配置された第１起歪体および第２起歪体を備えている。第１起歪体は、第１バルク部と、当該第１バルク部よりも薄肉に形成された第１ダイヤフラム部と、第１ダイヤフラム部に形成された第１支柱部とを有している。同様に、第２起歪体は、第２バルク部と、当該第２バルク部よりも薄肉に形成された第２ダイヤフラム部と、第２ダイヤフラム部に形成された第２支柱部とを有している。第１起歪体の第１支柱部と第２起歪体の第２支柱部は、ボルトにより連結されている。
【０００３】
この多軸センサでは、第１起歪体の第１支柱部が形成された面とは反対側の面に複数の歪ゲージが配置されており、当該複数の歪ゲージにより、第２起歪体に加えられた力を計測することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３１０６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の多軸センサでは、第１起歪体と第２起歪体とを別々に製造し、その後、第１起歪体の第１支柱部と第２起歪体の第２支柱部とをボルトで連結しているので、製造コストが増加してしまうという問題があった。
【０００６】
また、第１支柱部と第２支柱部とをボルトで連結した場合、第２起歪体に加えられた力および当該力によって発生する歪が歪ゲージに正確に伝わらないおそれがある。このため、従来の多軸センサでは、力の検出誤差が生じたり、歪ゲージの出力のヒステリシスが大きくなったりして、力の検出精度が低下してしまうという問題もあった。
【０００７】
なお、第１支柱体と第２支柱体とをボルトではなく溶接により連結することも考えられるが、溶接の場合、溶接時の熱収縮によって第１起歪体と第２起歪体とが平行にならず、傾いたまま連結されてしまうおそれがある。一方、第１起歪体と第２起歪体とを平行に保つため溶接時に第１起歪体と第２起歪体とをきつく固定した場合は、第１ダイヤフラム部および第２ダイヤフラム部に永久歪を与えてしまい、歩留まりが低下してしまうおそれがある。また、例え上記問題点を解決して溶接で連結しても、溶接部分と非溶接部分の結晶構造や材質が微妙に異なるため第２起歪体に加えた力を歪みゲージに正確に伝えることは難しいという問題が残る。
【０００８】
さらに、従来の多軸センサは、第１ダイヤフラム部が第１バルク部に囲まれた構造であるため、エンドミル等の切削工具を用いた切削加工により、当該第１ダイヤフラム部を有する第１起歪体と第２起歪体とを一体的に形成することは、現実的に不可能である。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、低コストかつ高性能の多軸センサおよび多軸センサの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係る多軸センサは、第１バルク部と、第１バルク部よりも薄肉に形成された第１ダイヤフラム部とを含み、検出素子が設けられた後端面を有する第１起歪体と、第２バルク部と、第１ダイヤフラム部に対向するとともに第２バルク部よりも薄肉に形成された第２ダイヤフラム部とを含み、測定対象に取り付けられる前端面を有する第２起歪体と、第１ダイヤフラム部と第２ダイヤフラム部とを連結する支柱体と、を備え、第１ダイヤフラム部は、第１起歪体の後端面の一部を構成し、かつ第１起歪体の後端面の外周縁まで達しており、第１起歪体と第２起歪体とは離間して配置されており、第１起歪体、第２起歪体および支柱体は、単一部材を切削加工することにより一体的に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
この構成では、第１ダイヤフラム部が、第１起歪体の後端面の一部を構成するとともに第１起歪体の後端面の外周縁まで達しているので、第１起歪体の外周面から切削加工することにより当該第１ダイヤフラム部を形成することができる。したがって、この構成によれば、第１起歪体、第２起歪体および支柱体を切削加工により一体的に形成した低コストの多軸センサを提供することができる。
【００１２】
さらに、この構成では、第１起歪体、第２起歪体および支柱体が一体的に形成されているので、第２起歪体に加えられた力および当該力によって発生する歪が、効率よく正確に第１起歪体の検出素子に伝達される。したがって、この構成によれば、直線性がよく、ヒステリシスの小さい高性能の多軸センサを提供することができる。
【００１３】
上記多軸センサは、後端面を覆うカバー体をさらに備え、カバー体は、第１バルク部の外周面に形成されたフランジ部に取り付けられ、第１ダイヤフラム部から離間していることが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、カバー体が第１ダイヤフラム部から離間しているので、第２起歪体に加えられた力および当該力によって発生する歪が第１起歪体の後端面（検出素子）に伝達されるのを妨げることなく、検出素子を保護することができる。
【００１５】
上記多軸センサでは、第２ダイヤフラム部は、後端面が第２バルク部の後端面よりも前方に位置するよう構成できる。
【００１６】
この構成では、第２ダイヤフラム部の後端面が第２バルク部の後端面と同一平面上に位置している多軸センサと比較して、支柱体を長くすることができる。したがって、この構成によれば、力および当該力によって発生する歪の検出感度を向上させることができる。
【００１７】
上記多軸センサでは、支柱体を第１バルク部の前端面で切断したときに、支柱体の断面積が、第１バルク部の前端面の面積よりも大きくなるよう構成できる。
【００１８】
この構成によれば、センサ全体の強度（剛性）を増加させることができる。例えば、支柱体の数を増やすことなく支柱体を太くして断面積を大きくした場合、検出感度は低下するものの、センサ全体の強度の増加に加えて、切削加工を単純化することができる。一方、支柱体の数を増やして断面積を大きくした場合、切削加工は複雑化するものの、検出感度を低下させることなくセンサ全体の強度を増加させることができる。
【００１９】
上記多軸センサでは、支柱体は、４つの側面を有し、４つの側面のうち、第１起歪体の周方向に対向する２つの側面は、双方が平面であり、第１起歪体の径方向に対向する２つの側面は、少なくとも内側の側面が曲面であってもよい。
【００２０】
この構成によれば、支柱体の幅の設定によっては、センサ全体の強度を増加させることができる。
【００２１】
上記多軸センサでは、第１起歪体および第２起歪体の中央に、前後方向に延びた貫通穴が形成されていてもよい。
【００２２】
この構成によれば、貫通穴を使用して他のセンサおよび機器からのケーブル等を通すことにより、例えば、ロボットアームの形状を小さくするなどの省スペース化を実現することできる。
【００２３】
上記多軸センサでは、第１起歪体の後端面が平坦に形成され、複数の検出素子が同一平面上に設けられていることが好ましい。この構成によれば、検出素子の配設が容易となり、製作効率を高めることができる。
【００２４】
上記多軸センサでは、検出素子として、第１起歪体の後端面に歪が生じると抵抗値が変化するものを用いることができる。抵抗値が変化する検出素子としては、歪みゲージ、ピエゾ抵抗素子、または感圧抵抗インク等を用いることができる。また、検出素子として、第１起歪体の後端面が変位すると静電容量値が変化するものを用いてもよい。
【００２５】
上記課題を解決するために、本発明に係る多軸センサの製造方法は、後端面側に第１ダイヤフラム部を有する第１起歪体と、第１起歪体の前方に第１起歪体から離間して配置されるとともに第２ダイヤフラム部を有する第２起歪体と、第１ダイヤフラム部と第２ダイヤフラム部とを連結する前後方向に延びた支柱体と、を備えた多軸センサの製造方法であって、切削手段により前後方向に延びた柱状のバルク部材の外周面または前端面側から切削加工して、バルク部材の前端面側に切欠き部を形成し、かつ切削手段によりバルク部材の外周面側から切削加工して、切欠き部の後方に前後方向に延びる第１溝部を形成することで、第１ダイヤフラム部および第２ダイヤフラム部を形成する第１工程と、切削手段によりバルク部材の外周面側から切削加工して、第１溝部と連結した第２溝部を形成することにより、互いに離間した第１起歪体および第２起歪体を形成する第２工程と、を含むことを特徴とする。
【００２６】
この構成によれば、第１起歪体、第２起歪体および支柱体を切削加工により一体的に形成した多軸センサを製造することができるので、第１起歪体と第２起歪体とを別々に製造した後、ボルト等の連結手段により第１起歪体と第２起歪体とを連結する従来の製造方法と比較して、製造コストを低減することができる。さらに、この構成によれば、従来の製造方法と比較して、直線性がよく、ヒステリシスの小さい高性能の多軸センサを製造することができる。
【００２７】
上記多軸センサの製造方法では、第１工程は、切削手段によりバルク部材の前端面側から切削加工して、切欠き部および第１溝部に連通した連通穴を形成するか、または切欠き部および第１溝部を形成する前に、切削手段によりバルク部材の前端面または後端面側から切削加工して、前後方向に延びた貫通穴を形成することにより、少なくとも４つの側面を有する支柱体を形成する工程を含んでいてもよい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、低コストかつ高性能の多軸センサおよび多軸センサの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る多軸センサを模式的に示した斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る多軸センサの六面図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は平面図（天面図）、（ｄ）は右側面図、（ｅ）は背面図、（ｆ）は底面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る多軸センサであって、（ａ）は第２ダイヤフラム部を示す平面図、（ｂ）は第１ダイヤフラム部を示す底面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る多軸センサであって、（ａ）は図２（ｅ）のＡ−Ａ’線における断面図、（ｂ）は図２（ｆ）のＢ−Ｂ’線における断面図、（ｃ）は図２（ｆ）のＣ−Ｃ’線における断面図である。
【図５】（ａ）は第１ダイヤフラム部と検出素子（歪ゲージ）との関係を示す図であり、（ｂ）は歪ゲージの回路構成を示す図である。
【図６】図５（ａ）のＡ−Ａ’線およびＢ−Ｂ’線における断面図であって、（ａ）はＸ軸方向に平行な力Ｆｘが加えられたとき、（ｂ）はＺ軸方向に平行な力Ｆｚが加えられたとき、（ｃ）はＸ軸回りのモーメントＭｘが加えられたとき、（ｄ）はＹ軸回りのモーメントＭｙが加えられたとき、（ｅ）Ｚ軸回りのモーメントＭｚが加えられたときの図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る多軸センサの六面図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は平面図（天面図）、（ｄ）は右側面図、（ｅ）は背面図、（ｆ）は底面図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る多軸センサの六面図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は平面図（天面図）、（ｄ）は右側面図、（ｅ）は背面図、（ｆ）は底面図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る多軸センサであって、図８（ｅ）のＡ−Ａ’線における断面図である。
【図１０】本発明の第４実施形態に係る多軸センサの六面図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は平面図（天面図）、（ｄ）は右側面図、（ｅ）は背面図、（ｆ）は底面図である。
【図１１】本発明の第５実施形態に係る多軸センサの六面図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は平面図（天面図）、（ｄ）は右側面図、（ｅ）は背面図、（ｆ）は底面図である。
【図１２】本発明の第６実施形態に係る多軸センサの六面図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は平面図（天面図）、（ｄ）は右側面図、（ｅ）は背面図、（ｆ）は底面図である。
【図１３】本発明の第６実施形態に係る多軸センサであって、（ａ）は図１２（ｅ）のＡ−Ａ’線における断面図、（ｂ）は図１２（ｆ）のＢ−Ｂ’線における断面図、（ｃ）は図１２（ｆ）のＣ−Ｃ’線における断面図である。
【図１４】本発明の第７実施形態に係る多軸センサの模式図である。
【図１５】第１ダイヤフラム部と検出素子（変位電極）との関係を示す図である。
【図１６】変位電極および固定電極によって構成されるコンデンサを示す図である。
【図１７】本発明の第７実施形態に係る多軸センサであって、（ａ）はＸ軸方向に平行な力Ｆｘが加えられたとき、（ｂ）はＺ軸方向に平行な力Ｆｚが加えられたときの図である。
【図１８】本発明の第７実施形態に係る多軸センサであって、（ａ）はＹ軸回りのモーメントＭｙが加えられたとき、（ｂ）Ｚ軸回りのモーメントＭｚが加えられたときの図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る多軸センサおよび多軸センサの製造方法の実施形態について説明する。なお、本発明では、多軸センサの底面から天面に向かう方向を前方向、天面から底面に向かう方向を後方向とする。
【００３１】
［第１実施形態］
（構造）
図１〜図４に、本発明の第１実施形態に係る多軸センサ１Ａを示す。
【００３２】
多軸センサ１Ａは、図２（ｃ）および（ｆ）に示すように、平面視および底面視において円形状を呈している。多軸センサ１Ａは、図１に示すように、底面側に形成された第１起歪体１０と、天面側に第１起歪体１０から離間し、かつ第１起歪体１０と平行になるように形成された第２起歪体２０と、第１起歪体１０と第２起歪体２０との間に形成された複数（本実施形態では、３本）の支柱体３０とを備えている。詳細は後述するが、第１起歪体１０と、第２起歪体２０と、３本の支柱体３０とは、エンドミル等の切削工具を用いて可撓性を有する金属からなる単一部材を切削加工することにより、一体的に形成されたものである。
【００３３】
図２に示すように、第１起歪体１０は、第１バルク部１１と、第１ダイヤフラム部１２と、フランジ部１３とを含んでいる。第１起歪体１０の底面側の端面（後端面）は、平面であり、歪ゲージ等の検出素子が設けられる検出面となる。第１起歪体１０の後端面は、図３（ｂ）に示すように、第１ダイヤフラム部１２の後端面と第１バルク部１１の後端面とによって構成される。
【００３４】
第２起歪体２０は、第２バルク部２１と、第２ダイヤフラム部２２とを含んでいる。第２起歪体２０の天面側の端面（前端面）は、測定対象である負荷に取り付けられる取付面（受力面）となる。第２起歪体２０の前端面は、図２（ｃ）に示すように、第２バルク部２１の前端面によって構成される。
【００３５】
３本の支柱体３０は、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、前後方向に延びる多軸センサ１Ａの中心軸から等距離かつ等角度に配置されている。３本の支柱体３０は、図４（ｃ）に示すように、第１起歪体１０の後端面（検出面）と第２起歪体２０の第２ダイヤフラム部２２の前端面との間において、前後方向に延びている。３本の支柱体３０は、いずれも第１起歪体１０の外周面および第２起歪体２０の外周面とともに多軸センサ１Ａの外周面を構成する側面と、多軸センサ１Ａの周方向に隣り合う２つの側面とを有している。３本の支柱体３０は、第１起歪体１０の後端面と第１起歪体１０の前端面の間では、三角形状の断面を有し（図３（ｂ）参照）、第１起歪体１０の前端面と第２ダイヤフラム部２２の前端面との間では、上記三角形状を含む扇形状の断面を有する（図３（ａ）参照）。
【００３６】
第１ダイヤフラム部１２は、第１バルク部１１よりも薄肉に形成されている。より具体的には、第１ダイヤフラム部１２は、後端面が第１バルク部１１の後端面および支柱体３０の後端面と同一平面上に位置し、かつ前端面が第１バルク部１１の前端面よりも後方に位置するように形成されている。また、第１ダイヤフラム部１２は、図３（ｂ）に示すように、平断面視においてＶ字形状を呈する。より具体的には、第１ダイヤフラム部１２は、支柱体３０の側面のうち周方向に隣り合う２つの側面に沿って、第１起歪体１０の外周面（第１起歪体１０の後端面の外周縁）まで達するように形成されている。
【００３７】
第１バルク部１１は、第１起歪体１０の大部分を占める。第１バルク部１１は、第１起歪体１０の後端面（検出面）から前端面にわたって厚肉に形成されている。また、第１バルク部１１は、図３（ｂ）および図４（ａ）に示すように、平面視および底面視において、円形状から３ヶ所の第１ダイヤフラム部１２および３本の支柱体３０の部分を切り欠いた形状を呈する。
【００３８】
フランジ部１３は、第１バルク部１１の外周面前端に形成されている。フランジ部１３の外周面を結ぶ円は、第２起歪体２０の外周面を結ぶ円と径が同じになる（図３参照）。フランジ部１３には、検出面を覆うカバー体（不図示）が、第１ダイヤフラム部１２から離間した状態で取り付けられる。このため、カバー体によって、第２起歪体２０から第１起歪体１０への力および歪の伝達が妨げられることはない。
【００３９】
第２ダイヤフラム部２２は、第２バルク部２１よりも薄肉に形成されている。より具体的には、第２ダイヤフラム部２２は、後端面が第２バルク部２１の後端面と同一平面上に位置し、かつ前端面が第２バルク部２１の前端面よりも後方に位置するように形成されている。また、第２ダイヤフラム部２２は、図３（ａ）に示すように、平面視においてＶ字形状を呈する。より具体的には、第２ダイヤフラム部２２は、支柱体３０の側面のうち周方向に隣り合う２つの側面に沿って、第２起歪体２０の外周面（第２起歪体２０の後端面の外周縁）まで達するように形成されている。第２ダイヤフラム部２２と第１ダイヤフラム部１２は、前後方向に対向している。
【００４０】
第２バルク部２１は、第２起歪体２０の大部分を占める。第２バルク部２１は、第２起歪体２０の後端面から前端面（受力面）にわたって厚肉に形成されている。また、第２バルク部２１は、図２（ｃ）および図３（ａ）に示すように、平面視において、円形状から３ヶ所の第２ダイヤフラム部２２および３本の支柱体３０の部分を切り欠いた形状を呈する。
【００４１】
（製造方法）
次に、多軸センサ１Ａの製造方法について説明する。
【００４２】
多軸センサ１Ａの製造方法は、第１ダイヤフラム部１２および第２ダイヤフラム部２２を形成する第１工程と、互いに離間した第１起歪体１０および第２起歪体２０を形成する第２工程とを含む。
【００４３】
第１工程では、まず、前後方向に延びた円柱状のバルク部材を用意する。バルク部材は、エンドミル等の切削工具（本発明の「切削手段」に相当）を用いて切削加工できるものであればよい。例えば、可撓性を有するアルミ等の金属を用いることができる。
【００４４】
バルク部材の用意が完了したら、切削手段によりバルク部材の外周面または天面から切削加工して、バルク部材の天面側に３つの扇形状の切欠きからなる切欠き部４１を形成する。切欠き部４１を形成することで、図２（ｃ）および図３（ａ）に示すように、３本の支柱体３０の前端面および第２ダイヤフラム部２２の前端面が形成される。
【００４５】
続いて、切削手段によりバルク部材の外周面から切削加工して、切欠き部４１の後方に前後方向に延びる６つの溝からなる第１溝部４２を形成する。第１溝部４２を構成する６つの溝は、隣り合う２本の溝同士が平断面視においてバルク部材の中心側で連結している。言い換えれば、第１溝部４２は、平断面視においてＶ字形状を呈する３つの溝からなる。このような形状の第１溝部４２を形成することで、バルク部材に、第１ダイヤフラム部１２および第２ダイヤフラム部２２が形成される。なお、切欠き部４１の形成と第１溝部４２の形成は、どちらを先に行ってもよい。
【００４６】
第２工程では、切削手段によりバルク部材の外周面から切削加工して、中心側で連結されていない隣り合う第１溝部４２同士を連結する第２溝部４３を形成する。具体的には、第１バルク部１１と第２バルク部２１との隙間に相当する部分に、第２溝部４３を形成する。このように第２溝部４３を形成することで、図４（ｂ）に示すように、第１起歪体１０と第２起歪体２０とが離間される。
【００４７】
続いて、切削手段によりバルク部材の底面または外周面から切削加工して、フランジ部１３および３本の支柱体３０の外周面（多軸センサ１Ａの外周面の一部を構成する側面）を形成する。最後に、第１起歪体１０の後端面に検出素子を設け、カバー体を取り付けることで、多軸センサ１Ａが完成する。
【００４８】
結局、本実施形態では、第１ダイヤフラム部１２が第１起歪体１０の後端面の一部を構成し、かつ第１起歪体１０の外周面（第１起歪体１０の後端面の外周縁）まで達しているので、第１起歪体１０の外周面から切削加工することにより、第１起歪体１０に第１ダイヤフラム部１２を形成することができる。したがって、本実施形態によれば、第１起歪体１０、第２起歪体２０および３本の支柱体３０を切削加工により一体的に形成した低コストの多軸センサ１Ａを提供することができる。
【００４９】
さらに、本実施形態では、第１起歪体１０、第２起歪体２０および３本の支柱体３０が一体的に形成されているので、第２起歪体２０の受力面に加えられた力および当該力によって発生する歪が、効率よく正確に第１起歪体１０の後端面に伝達される。したがって、本実施形態によれば、直線性がよく、ヒステリシスの小さい高性能の多軸センサ１Ａを提供することができる。
【００５０】
（検出原理）
次に、多軸センサ１Ａを用いて、受力面に加えられた６軸の力（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）を検出する原理について、具体的に説明する。本具体例では、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を図２および図５のように定義し、Ｘ軸方向に平行な力をＦｘ、Ｙ軸方向に平行な力をＦｙ、Ｚ軸方向に平行な力をＦｚ、Ｘ軸回りのモーメントをＭｘ、Ｙ軸回りのモーメントをＭｙ、Ｚ軸回りのモーメントをＭｚとする。
【００５１】
また、本具体例では、図５（ａ）に示すように、検出素子として２４個の歪ゲージＲ１１〜Ｒ１４、Ｒ２１〜Ｒ２４、Ｒ３１〜Ｒ３４、Ｒ４１〜Ｒ４４、Ｒ５１〜Ｒ５４、Ｒ６１〜Ｒ６４を用いている。歪ゲージＲ１１〜Ｒ１４、Ｒ２１〜Ｒ２４、Ｒ３１〜Ｒ３４、Ｒ４１〜Ｒ４４、Ｒ５１〜Ｒ５４、Ｒ６１〜Ｒ６４は、引張りによる歪に対しては抵抗値が大きくなり、圧縮による歪に対しては抵抗値が小さくなるものとする。
【００５２】
図５（ａ）に示すように、歪ゲージＲ１１、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ４１、Ｒ４２、Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ６１、Ｒ６２は、第１ダイヤフラム部１２の後端面（厳密には、第１ダイヤフラム部１２の後端面と支柱体３０の後端面との境界線、および第１ダイヤフラム部１２の後端面と第１バルク部１１の後端面との境界線）上に配置される。歪ゲージＲ１３、Ｒ１４、Ｒ２３、Ｒ２４、Ｒ３３、Ｒ３４、Ｒ４３、Ｒ４４、Ｒ５３、Ｒ５４、Ｒ６３、Ｒ６４は、力の検出に寄与しないダミーゲージであり、第１バルク部１１の後端面に配置される。
【００５３】
図６（ａ）は、Ｘ軸方向に平行な力Ｆｘが加えられたときの歪ゲージＲ１１、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２およびＲ３１、Ｒ３２、Ｒ４１、Ｒ４２を通る断面図である。Ｆｘが加えられた場合、多軸センサ１Ａは図６（ａ）のように変形し、Ｒ１１、Ｒ２１、Ｒ３２、Ｒ４２は引っ張られて抵抗値が上昇する。Ｒ１２、Ｒ２２、Ｒ３１、Ｒ４１は圧縮され抵抗値が低下する。Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ６１、Ｒ６２はＲ１１、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２の変化に準じ、Ｒ５１、Ｒ６１は抵抗値が上昇し、Ｒ５２、Ｒ６２は抵抗値が低下する。
【００５４】
Ｙ軸方向に平行な力Ｆｙが加えられた場合、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２およびＲ５１、Ｒ５２、Ｒ６１、Ｒ６２はＦｘが加えられた場合のＲ１１、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２に準じた抵抗変化をする。すなわち、Ｒ１１、Ｒ２１、Ｒ５２、Ｒ６２は引っ張られて抵抗値が上昇する。Ｒ１２、Ｒ２２、Ｒ５１、Ｒ６１は圧縮され抵抗値が低下する。Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ４１、Ｒ４２はゲージに対して直角に力が加わっているためほとんど抵抗変化が起こらない。
【００５５】
図６（ｂ）は、Ｚ軸方向に平行な力Ｆｚが加えられたときの歪ゲージＲ１１、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２およびＲ３１、Ｒ３２、Ｒ４１、Ｒ４２を通る断面図である。Ｆｚが加えられた場合、多軸センサ１Ａは図６（ｂ）のように変形し、Ｒ１１、Ｒ２２、Ｒ３１、Ｒ４２は引っ張られて抵抗値が上昇する。Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ３２、Ｒ４１は圧縮され抵抗値が低下する。Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ６１、Ｒ６２はＲ１１、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２の変化に準じ、Ｒ５１、Ｒ６２は抵抗値が上昇し、Ｒ５２、Ｒ６１は抵抗値が低下する。
【００５６】
図６（ｃ）は、Ｘ軸回りのモーメントＭｘが加えられたときの歪ゲージＲ１１、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２およびＲ３１、Ｒ３２、Ｒ４１、Ｒ４２を通る断面図である。Ｍｘが加えられた場合、多軸センサ１Ａは図６（ｃ）のように変形し、Ｒ１１、Ｒ２２、Ｒ３２、Ｒ４１は引っ張られて抵抗値が上昇する。Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ３１、Ｒ４２は圧縮され抵抗値が低下する。Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ６１、Ｒ６２はＲ１１、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２の変化に準じ、Ｒ５１、Ｒ６２は抵抗値が上昇し、Ｒ５２、Ｒ６１は抵抗値が低下する。
【００５７】
図６（ｄ）は、Ｙ軸回りのモーメントＭｙが加えられたときの歪ゲージＲ１１、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２およびＲ３１、Ｒ３２、Ｒ４１、Ｒ４２を通る断面図である。Ｍｙが加えられた場合、多軸センサ１Ａは図６（ｄ）のように変形し、Ｒ１１、Ｒ２２、Ｒ３１、Ｒ４１は引っ張られて抵抗値が上昇する。Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ３２、Ｒ４２は圧縮され抵抗値が低下する。Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ６１、Ｒ６２はＲ１１、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２とＹ軸対称に位置するため、Ｒ５２、Ｒ６１は抵抗値が上昇し、Ｒ５１、Ｒ６２は抵抗値が低下する。
【００５８】
図６（ｅ）は、Ｚ軸回りのモーメントＭｚが加えられたときの歪ゲージＲ１１、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２およびＲ３１、Ｒ３２、Ｒ４１、Ｒ４２を通る断面図である。Ｍｚが加えられた場合、多軸センサ１Ａは図６（ｅ）のように変形し、Ｒ１２、Ｒ２２、Ｒ３２、Ｒ４２は引っ張られて抵抗値が上昇する。Ｒ１１、Ｒ２１、Ｒ３１、Ｒ４１は圧縮され抵抗値が低下する。Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ６１、Ｒ６２はＲ１１、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２の変化に準じ、Ｒ５２、Ｒ６２は抵抗値が上昇し、Ｒ５１、Ｒ６１は抵抗値が低下する。
【００５９】
表１に、Ｘ軸方向に平行な力Ｆｘ、Ｙ軸方向に平行な力Ｆｙ、Ｚ軸方向に平行な力Ｆｚ、Ｘ軸回りのモーメントＭｘ、Ｙ軸回りのモーメントＭｙ、Ｚ軸回りのモーメントＭｚに対する歪ゲージＲ１１、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ４１、Ｒ４２、Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ６１、Ｒ６２の抵抗値の変化を示す。表１中の＋は抵抗値の増加を示し、表１中の−は抵抗値の減少を示し、表１中の空欄は抵抗値の変化がないまたは非常に小さいことを示す。さらに、表１では、＋の数が多いほど、抵抗値の増加が大きいことを示し、−の数が多いほど、抵抗値の減少が大きいことを示す。
【００６０】
【表１】
0006265430.tif 000002
【００６１】
表１の特性を利用すれば、歪ゲージＲ１１、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ４１、Ｒ４２、Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ６１、Ｒ６２の各抵抗値の変化を測定することで、多軸センサ１Ａの受力面に加えられた６軸の力（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）を検出することができる。例えば、下記の式によって各力およびモーメントを算出することができる。
【数１】
0006265430.tif 000003
なお、力およびモーメントを算出する式は上記の式に限られるものではない。この場合、歪ゲージＲ１３、Ｒ１４、Ｒ２３、Ｒ２４、Ｒ３３、Ｒ３４、Ｒ４３、Ｒ４４、Ｒ５３、Ｒ５４、Ｒ６３、Ｒ６４は、不要である。
【００６２】
また、抵抗値の変化を測定する代わりに、図５（ｂ）に示す電圧Ｖ１〜Ｖ６を測定してもよい。具体的には、正確に６軸の力（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）をそれぞれ加えたときの電圧Ｖ１〜Ｖ６の各電圧特性を計測することによって６行６列のキャリブレーション行列を求めることができる。そして、下記の式で示しているように、任意の力が加わったときの各電圧Ｖ１〜Ｖ６とキャリブレーション行列を乗ずることによって正確な６軸の力を求めることができる。
【数２】
0006265430.tif 000004
【００６３】
電圧Ｖ１〜Ｖ６の測定は、例えば、歪ゲージＲ１１〜Ｒ１４、Ｒ２１〜Ｒ２４、Ｒ３１〜Ｒ３４、Ｒ４１〜Ｒ４４、Ｒ５１〜Ｒ５４、Ｒ６１〜Ｒ６４を用いて、図５（ｂ）に示す２アクティブ２ダミーのブリッジ回路を６つ形成し、各ブリッジ回路の一端に所定の電圧Ｅを加えることにより行われる。なお、このブリッジ回路は、一例であって、４アクティブのブリッジ回路になるように歪ゲージを配置してもよいし、１アクティブ３ダミーのブリッジ回路になるように歪ゲージを配置してもよい。
【００６４】
本実施形態に係る多軸センサ１Ａでは、歪ゲージＲ１１、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ４１、Ｒ４２、Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ６１、Ｒ６２、および歪ゲージＲ１３、Ｒ１４、Ｒ２３、Ｒ２４、Ｒ３３、Ｒ３４、Ｒ４３、Ｒ４４、Ｒ５３、Ｒ５４、Ｒ６３、Ｒ６４は同一平面内に配置することができるので、歪みゲージを貼り付ける作業が容易であり製作効率も高くコストを低減できる効果がある。
【００６５】
また、本実施形態に係る多軸センサ１Ａでは、歪みゲージを貼り付けた面に対向する形態で信号処理回路基板を配置すれば、最短距離で歪みゲージの端子と信号処理回路を電気的に接続することができるのでノイズを抑制する効果も高いものにすることができる。
【００６６】
［第２実施形態］
（構造）
図７に、本発明の第２実施形態に係る多軸センサ１Ｂを示す。
【００６７】
多軸センサ１Ｂは、第１バルク部１１１、第１ダイヤフラム部１１２およびフランジ部１１３を含む第１起歪体１１０と、第２バルク部１２１および第２ダイヤフラム部１２２を含む第２起歪体１２０と、３本の支柱体１３０とを備えている。
【００６８】
多軸センサ１Ｂは、第２ダイヤフラム部１２２の後端面が第２バルク部１２１の後端面よりも前端側に位置していること以外、第１実施形態に係る多軸センサ１Ａと大部分が共通している。言い換えれば、多軸センサ１Ｂでは、３本の支柱体１３０が多軸センサ１Ａの３本の支柱体３０よりも長くなっている。このように、支柱体１３０を長くすることで、より小さな力および歪を第１起歪体１１０の後端面（検出素子）に伝達することができる。
【００６９】
したがって、多軸センサ１Ｂによれば、第１実施形態に係る多軸センサ１Ａよりも、力および当該力によって発生する歪の検出感度を向上させることができる。
【００７０】
（製造方法）
次に、多軸センサ１Ｂの製造方法について説明する。
【００７１】
多軸センサ１Ｂの製造方法は、切欠き部１４１を第１実施形態における切欠き部４１よりも浅く形成すること、および切削手段によりバルク部材の外周面から切削加工して第３溝部１４４を形成すること以外、多軸センサ１Ａの製造方法と大部分が共通している。
【００７２】
第３溝部１４４は、第１実施形態における第１溝部４２よりも前方に延びた第１溝部１４２を形成することで、第１溝部１４２の一部として形成してもよいし、第１実施形態における第１溝部４２と同じ長さの第１溝部１４２を形成し、当該第１溝部１４２とは別に（切欠き部４１の後方でかつ第１溝部１４２の前方に）形成してもよい。
【００７３】
このように、第１実施形態における切欠き部４１よりも浅い切欠き部１４１を形成し、かつ第３溝部１４４を形成することで、第１実施形態における支柱体３０よりも長い支柱体１３０を備えた多軸センサ１Ｂを製造することができる。したがって、本実施形態に係る製造方法によれば、第１実施形態に係る製造方法で製造した多軸センサ１Ａよりも検出感度の高い多軸センサ１Ｂを製造することができる。
【００７４】
［第３実施形態］
（構造）
図８および図９に、本発明の第３実施形態に係る多軸センサ１Ｃを示す。
【００７５】
多軸センサ１Ｃは、第１バルク部２１１および第１ダイヤフラム部２１２を含む第１起歪体２１０と、第２バルク部２２１および第２ダイヤフラム部２２２を含む第２起歪体２２０と、３本の支柱体２３０とを備えている。第１起歪体２１０の後端面が検出面となり、第２起歪体２２０の前端面が受力面となる。
【００７６】
３本の支柱体２３０は、第１起歪体２１０の後端面（検出面）と第２起歪体２２０の第２ダイヤフラム部２２２の前端面との間において、前後方向に延びている。３本の支柱体２３０は、周方向に対向する２つの側面が平行に形成されており、平面視および底面視において長方形状を呈している（図８（ｃ）および（ｆ）参照）。さらに、第１起歪体２１０および第２起歪体２２０の中央には、貫通穴２４０が形成されている。
【００７７】
第１ダイヤフラム部２１２は、後端面が第１バルク部２１１の後端面および支柱体２３０の後端面と同一平面上に位置し、かつ前端面が第１バルク部２１１の前端面よりも後方に位置するように形成されている。第１ダイヤフラム部２１２は、図８（ｆ）に示すように、支柱体２３０の側面のうち周方向に隣り合う２つの側面に沿って、第１起歪体２１０の外周面（第１起歪体２１０の後端面の外周縁）まで達するように形成されている。図８（f）のクロスハッチの部分が、第１ダイヤフラム部２１２の後端面を示している。
【００７８】
第１バルク部２１１は、第１起歪体２１０の後端面（検出面）から前端面にわたって、第１ダイヤフラム部２１２よりも厚肉に形成されている。また、第１バルク部２１１は、図８（ｆ）に示すように、底面視において扇形状を呈する。
【００７９】
第２ダイヤフラム部２２２は、後端面が第２バルク部２２１の後端面と同一平面上に位置し、かつ前端面が第２バルク部２２１の前端面よりも後方に位置するように形成されている。また、第２ダイヤフラム部２２２は、支柱体２３０の側面のうち周方向に隣り合う２つの側面に沿って、第２起歪体２２０の外周面（第２起歪体２２０の後端面の外周縁）まで達するように形成されている。第２ダイヤフラム部２２２と第１ダイヤフラム部２１２は、前後方向に対向している。
【００８０】
第２バルク部２２１は、第２起歪体２２０の後端面から前端面（受力面）にわたって、第２ダイヤフラム部２２２よりも厚肉に形成されている。また、第２バルク部２２１は、図８（ｃ）に示すように、平面視において扇形状を呈する。
【００８１】
結局、多軸センサ１Ｃでは、第１起歪体２１０および第２起歪体２２０の中央に貫通穴２４０が形成されているため、容易に平行部分を有する概長方形の支柱体２３０を形成することができる。支柱体２３０の幅の設定によっては第１実施形態に係る多軸センサ１Ａと比較して検出感度は低下するものの、センサ全体の剛性を増加させることができる。また、中央の貫通穴２４０を使用して他のセンサおよび機器からのケーブル等を通すことができ、例えばロボットアームの形状を小さくするなどの省スペース化が実現できる。
【００８２】
（製造方法）
次に、多軸センサ１Ｃの製造方法について説明する。
【００８３】
多軸センサ１Ｃの製造方法は、第１ダイヤフラム部２１２および第２ダイヤフラム部２２２を形成する第１工程と、互いに離間した第１起歪体２１０および第２起歪体２２０を形成する第２工程とを含む。
【００８４】
第１工程では、まず、前後方向に延びた円柱状のバルク部材を用意し、切削手段により当該バルク部材の天面または底面から切削加工して、バルク部材の中央に貫通穴２４０を形成する。
【００８５】
次いで、切削手段により当該バルク部材の外周面または天面から切削加工して、バルク部材の天面側に平行部分を有する３つの概長方形の切欠きからなる切欠き部２４１を形成する。切欠き部２４１を形成することで、図８（ｃ）に示すように、３本の支柱体２３０の前端面および第２ダイヤフラム部２２２の前端面が形成される。
【００８６】
続いて、切削手段によりバルク部材の外周面から切削加工して、切欠き部２４１の後方に前後方向に延びる６つの溝からなる第１溝部２４２を形成する。第１溝部２４２を構成する６つの溝は、中央の貫通穴２４０にまで達する。言い換えれば、第１溝部２４２は、平断面視において平行部をもつ６つの溝からなる。このように第１溝部２４２を形成することで、バルク部材に、第１ダイヤフラム部２１２および第２ダイヤフラム部２２２が形成される。なお、切欠き部２４１の形成と第１溝部２４２の形成は、どちらを先に行ってもよい。
【００８７】
第２工程では、切削手段によりバルク部材の外周面から切削加工して、第１溝部２４２と連結した第２溝部２４３を形成する（図８（ｂ）参照）。具体的には、第１バルク部２１１と第２バルク部２２１との隙間に相当する部分に、第２溝部２４３を形成する。このように第２溝部２４３を形成することで、第１起歪体２１０と第２起歪体２２０とが離間される。最後に、第１起歪体２１０の後端面に検出素子を設けることで、多軸センサ１Ｃが完成する。なお、本実施形態においても、第１実施形態と同様にフランジ部１３を形成し、カバー体を取り付けてもよい。
【００８８】
本実施形態に係る製造方法によれば、第１実施形態に係る製造方法で製造した多軸センサ１Ａよりもセンサ全体の剛性を向上させ、中央の貫通穴２４０にケーブル等を通すことができる多軸センサ１Ｃを製造することができる。
【００８９】
［第４実施形態］
（構造）
図１０に、本発明の第４実施形態に係る多軸センサ１Ｄを示す。
【００９０】
多軸センサ１Ｄは、第１バルク部３１１および第１ダイヤフラム部３１２を含む第１起歪体３１０と、第２バルク部３２１および第２ダイヤフラム部３２２を含む第２起歪体３２０と、４本の支柱体３３０とを備えている。
【００９１】
支柱体３３０は、第１実施形態における支柱体３０よりも太く形成されており、平面視および底面視において扇形状を呈している（図１０（ｃ）参照）。４本の支柱体３３０を第１起歪体３１０の前端面で切断した場合、４本の支柱体３３０の断面積は、第１バルク部３１１の前端面の面積よりも遥かに大きくなる。多軸センサ１Ｄでは、４本の支柱体３３０を備えていることにより、第１実施形態に係る多軸センサ１Ａと比較してセンサ全体の強度（剛性）を増加させることができる。
【００９２】
（製造方法）
多軸センサ１Ｄの製造方法は、バルク部材の天面側に４つの扇形状の切欠きからなる切欠き部３４１を形成すること、および切欠き部３４１の後方に前後方向に延びる８つの溝（平断面視においてＶ字形状を呈する４つの溝）からなる第１溝部３４２を形成すること以外、多軸センサ１Ａの製造方法と大部分が共通している。
【００９３】
［第５実施形態］
（構造）
図１１に、本発明の第５実施形態に係る多軸センサ１Ｅを示す。
【００９４】
多軸センサ１Ｅは、第１バルク部４１１および第１ダイヤフラム部４１２を含む第１起歪体４１０と、第２バルク部４２１および第２ダイヤフラム部４２２を含む第２起歪体４２０と、６本の支柱体４３０とを備えている。第１起歪体４１０の後端面が検出面となり、第２起歪体４２０の前端面が受力面となる。
【００９５】
多軸センサ１Ｅでは、６本の支柱体４３０を備えていることにより、第４実施形態に係る多軸センサ１Ｄと比較して切削加工は複雑化するものの、多軸センサ１Ｄよりも検出感度の低下を抑制しつつセンサ全体の強度を増加させることができる。
【００９６】
（製造方法）
多軸センサ１Ｅの製造方法は、バルク部材の天面側に６つの扇形状の切欠きからなる切欠き部４４１を形成すること、および切欠き部４４１の後方に前後方向に延びる１２の溝（平断面視においてＶ字形状を呈する６つの溝）からなる第１溝部４４２を形成すること以外、多軸センサ１Ｄの製造方法と大部分が共通している。
【００９７】
［第６実施形態］
（構造）
図１２および図１３に、本発明の第６実施形態に係る多軸センサ１Ｆを示す。
【００９８】
多軸センサ１Ｆは、第１バルク部５１１、第１ダイヤフラム部５１２およびフランジ部５１３を含む第１起歪体５１０と、第２バルク部５２１および第２ダイヤフラム部５２２を含む第２起歪体５２０と、３本の支柱体５３０とを備えている。第１起歪体５１０の後端面が検出面となり、第２起歪体５２０の前端面が受力面となる。
【００９９】
３本の支柱体５３０は、第１起歪体５１０の後端面と第２起歪体５２０の第２ダイヤフラム部５２２の前端面との間において、前後方向に延びている。３本の支柱体５３０は、図１３（ａ）に示すように、いずれも４つの側面を有し、４つの側面のうち、多軸センサ１Ｆ（第１起歪体５１０）の周方向に対向する２つの側面は、双方が平面である。多軸センサ１Ｆ（第１起歪体５１０）の径方向に対向する２つの側面は、第１起歪体５１０の後端面と第１起歪体５１０の前端面の間では、外側の側面が平面、内側の側面が曲面であり、第１起歪体５１０の前端面と第２ダイヤフラム部５２２の前端面との間では、双方が曲面である。
【０１００】
また、多軸センサ１Ｆには、図１２（ｃ）および図１３（ａ）に示すように、支柱体５３０を第１バルク部５１１および第２バルク部５２１から分離させるために連通穴５４５が形成されている。連通穴５４５の断面は、円形に限らず、長穴等であってもよい。
【０１０１】
第１ダイヤフラム部５１２は、後端面が第１バルク部５１１の後端面および支柱体５３０の後端面と同一平面上に位置し、かつ前端面が第１バルク部５１１の前端面よりも後方に位置するように形成されている。また、第１ダイヤフラム部５１２は、支柱体５３０の側面のうち周方向に隣り合う２つの側面および径方向内側の側面に沿って、第１起歪体５１０の外周面（第１起歪体５１０の後端面の外周縁）まで達するように形成されている。
【０１０２】
第１バルク部５１１は、第１起歪体５１０の後端面から前端面にわたって第１ダイヤフラム部５１２よりも厚肉に形成されている。また、フランジ部５１３は、第１バルク部５１１の外周面前端に形成されている。フランジ部５１３の外周面を結ぶ円は、第２起歪体５２０の外周面を結ぶ円と径が同じになる。フランジ部５１３には、検出面を覆うカバー体（不図示）が、第１ダイヤフラム部５１２から離間した状態で取り付けられる。
【０１０３】
第２ダイヤフラム部５２２は、後端面が第２バルク部５２１の後端面と同一平面上に位置し、かつ前端面が第２バルク部５２１の前端面よりも後方に位置するように形成されている。第２ダイヤフラム部５２２は、支柱体５３０の側面のうち周方向に隣り合う２つの側面に沿って、連通穴５４５から第２起歪体５２０の外周面（第２起歪体５２０の後端面の外周縁）まで達するように形成されている。第２ダイヤフラム部５２２と第１ダイヤフラム部５１２は、前後方向に対向している。また、第２バルク部５２１は、第２起歪体５２０の後端面から前端面（受力面）にわたって厚肉に形成されている。
【０１０４】
本実施形態に係る多軸センサ１Ｆでは、４つの側面を有する３本の支柱体５３０を備えているので、第１実施形態に係る多軸センサ１Ａよりも、センサ全体の強度（剛性）を増加させることができる。
【０１０５】
（製造方法）
次に、多軸センサ１Ｆの製造方法について説明する。
【０１０６】
多軸センサ１Ｆの製造方法は、第１ダイヤフラム部５１２および第２ダイヤフラム部５２２を形成する第１工程と、互いに離間した第１起歪体５１０および第２起歪体５２０を形成する第２工程とを含む。
【０１０７】
第１工程では、まず、前後方向に延びた円柱状のバルク部材を用意し、切削手段によりバルク部材の外周面または天面から切削加工して、バルク部材の天面側に３つの切欠きからなる切欠き部５４１を形成する。切欠き部５４１を形成することで、３本の支柱体５３０の前端面および第２ダイヤフラム部５２２の前端面が形成される。
【０１０８】
続いて、切削手段によりバルク部材の外周面から切削加工して、切欠き部５４１の後方に前後方向に延びる６つの溝からなる第１溝部５４２を形成する。第１溝部５４２を構成する６つの溝部は、バルク部材の中心側に向かって互いの距離が近くなるように形成される。さらに、切削手段によりバルク部材の天面から切削加工して、切欠き部５４１および２本の第１溝部５４２に連通した連通穴５４５を形成する（図１３（ａ）および（ｂ）参照）。これにより、バルク部材に、第１ダイヤフラム部５１２および第２ダイヤフラム部５２２が形成され、かつ支柱体５３０の側面のうち周方向に隣り合う２つの側面および径方向内側の側面が形成される。なお、切欠き部５４１の形成、第１溝部５４２の形成および連通穴５４５の形成は、どれを先に行ってもよい。
【０１０９】
第２工程では、切削手段によりバルク部材の外周面から切削加工して、連結穴５４５で連通されていない隣り合う２本の第１溝部５４２および連通穴５４５と連結した第２溝部５４３を形成する。具体的には、第１バルク部５１１と第２バルク部５２１との隙間に相当する部分に、第２溝部５４３を形成する。このように第２溝部５４３を形成することで、図１３（ｂ）に示すように、第１起歪体５１０と第２起歪体５２０とが離間される。
【０１１０】
続いて、切削手段によりバルク部材の底面または外周面から切削加工して、フランジ部５１３および３本の支柱体５３０の外周面（多軸センサ１Ｆの外周面の一部を構成する側面）を形成する。最後に、第１起歪体５１０の後端面に検出素子を設け、カバー体を取り付けることで、多軸センサ１Ｆが完成する。
【０１１１】
［第７実施形態］
図１４に、本発明の第７実施形態に係る多軸センサ１Ｇを示す。
【０１１２】
多軸センサ１Ｇは、図１４に示すように、静電容量型のセンサであって、第１バルク部６１１および第１ダイヤフラム部６１２を含む第１起歪体６１０と、第２バルク部６２１および第２ダイヤフラム部６２２を含む第２起歪体６２０と、４本の支柱体６３０とを備え、第１起歪体６１０の後端面（検出面）に支持体６４０を取り付け、かつ検出面に設けた変位電極６５０と支持体６４０に設けた固定電極６６０とを対向させたものである。
【０１１３】
変位電極６５０は、例えば、図１５に示すように配置された電極Ｄ１１〜Ｄ１５、Ｄ２１〜Ｄ２５、Ｄ３１〜Ｄ３５、Ｄ４１〜Ｄ４５からなる。なお、固定電極６６０にも、変位電極６５０と同様に対向する形態で図示しない電極Ｄ’１１〜Ｄ’１５、Ｄ’２１〜Ｄ’２５、Ｄ’３１〜Ｄ’３５、Ｄ’４１〜Ｄ’４５が配置されており、図１６のように静電容量（コンデンサ）Ｃ１１〜Ｃ１５、Ｃ２１〜Ｃ２５、Ｃ３１〜Ｃ３５、Ｃ４１〜Ｃ４５を構成している。なお、固定電極６６０または変位電極６５０のどちらかの電極群を電気的に接続または一つの電極に置き換え共通電極としても、静電容量（コンデンサ）Ｃ１１〜Ｃ１５、Ｃ２１〜Ｃ２５、Ｃ３１〜Ｃ３５、Ｃ４１〜Ｃ４５を構成できるので発明の本質は失われない。
【０１１４】
一般にコンデンサの静電容量Ｃは、
Ｃ＝εＳ/ｄ      ε：誘電率  Ｓ：対向する電極の面積  ｄ：電極間距離
で表される。本発明では、εとＳは一定と見なすことができるが電極間距離ｄは力を受けて変化するので、静電容量Ｃは電極間距離ｄにより変化する。
【０１１５】
図１７（ａ）に示すようにＸ軸に平行な力Ｆｘを加えた場合は、電極Ｄ１１とＤ’１１、Ｄ３１とＤ’３１、の距離が小さくなるので静電容量Ｃ１１、Ｃ３１は増加し、電極Ｄ１２とＤ’１２、Ｄ３２とＤ’３２、の距離が大きくなるので静電容量Ｃ１２、Ｃ３２は減少し、電極Ｄ１３とＤ’１３、Ｄ１４とＤ’１４、Ｄ１５とＤ’１５、電極Ｄ３３とＤ’３３、Ｄ３４とＤ’３４、Ｄ３５とＤ’３５の距離はほとんど変わらないので、静電容量Ｃ１３、Ｃ１４、Ｃ１５、Ｃ３３、Ｃ３４、Ｃ３５はほとんど変化しない。Ｙ軸に平行な力Ｆｙを受けた場合も、対称性より同様のことが言える。Ｚ軸に平行な力Ｆｚを加えた場合は、図１７（ｂ）のように変位するので、静電容量Ｃ１１〜Ｃ１５、Ｃ３１〜Ｃ３５が減少する。
【０１１６】
Ｙ軸回りのモーメントＭｙを加えた場合は、図１８（ａ）のように変位するので、静電容量Ｃ１１〜Ｃ１５は増加し、静電容量Ｃ３１〜Ｃ３５が減少する。Ｘ軸回りのモーメントＭｘを加えた場合も、対称性より同様のことが言える。Ｚ軸回りのモーメントＭｚを加えた場合は、図１８（ｂ）のように変位するので、静電容量Ｃ１３は増加し、静電容量Ｃ１４が減少し、静電容量Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ1５はほとんど変化しない。
【０１１７】
以上の力と各静電容量の関係を表２に示す。表２において、＋は静電容量の増加を、−は静電容量の減少を、空欄はほとんど変化しないことを示す。逆向きの力を加えた場合は、＋と−の符号が入れ替わる。
【０１１８】
【表２】
0006265430.tif 000005
【０１１９】
表２の特性から６軸の力（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）は、例えば、下記の式により求めることができる。
【数３】
0006265430.tif 000006
なお、力およびモーメントを算出する式は上記の式に限られるものではない。また、適当な手段を用いて静電容量Ｃ１１〜Ｃ１５、Ｃ２１〜Ｃ２５、Ｃ３１〜Ｃ３５、Ｃ４１〜Ｃ４５を電圧または電流に変換して演算を行ってもよい。
【０１２０】
多軸センサ１Ｇでは、第１起歪体６１０、第２起歪体６２０などセンサの構造体を金属などの導電性材料で構成することにより、電極Ｄ１１〜Ｄ１５、Ｄ２１〜Ｄ２５、Ｄ３１〜Ｄ３５、Ｄ４１〜Ｄ４５に相当する共通電極とすることもできる。この場合、電極Ｄ１１〜Ｄ１５、Ｄ２１〜Ｄ２５、Ｄ３１〜Ｄ３５、Ｄ４１〜Ｄ４５が不要となりコストダウンを図ることができる。
【０１２１】
支持体６４０を金属などの導電性材料で構成することにより、電極Ｄ’１１〜Ｄ’１５、Ｄ’２１〜Ｄ’２５、Ｄ’３１〜Ｄ’３５、Ｄ’４１〜Ｄ’４５に相当する共通電極とすることもできる。この場合、電極Ｄ’１１〜Ｄ’１５、Ｄ’２１〜Ｄ’２５、Ｄ’３１〜Ｄ’３５、Ｄ’４１〜Ｄ’４５が不要となりコストダウンを図ることができる。
【０１２２】
本実施形態では、Ｃ１１〜Ｃ１５、Ｃ２１〜Ｃ２５、Ｃ３１〜Ｃ３５、Ｃ４１〜Ｃ４５の合計２０個の静電容量を構成する電極を設けたが、必要に応じて省略しても６軸の力を求めることができる。これについては、例えば、特開２００８−９６２２９号公報に開示された構成を適用することができる。さらに高い精度で６軸の力を求める方法についても（例えば、特開２００８−９６２２９号の段落［００４９］〜［００５３］参照）、本件発明に適用可能である。
【０１２３】
以上、本発明に係る多軸センサの各実施形態について説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。
【０１２４】
本発明では、第１ダイヤフラム部が、第１起歪体の後端面（検出面）の一部を構成し、かつ第１起歪体の後端面の外周縁まで達していることにより、単一部材を切削加工して第１起歪体、第２起歪体および支柱体を一体的に形成することができるのであれば、形状、材質、支柱体の数等は適宜変更することができる。
【０１２５】
本発明では、円柱状のバルク部材を切削手段により切削加工して多軸センサを製造しているが、例えば、角柱状のバルク部材を切削加工して多軸センサを製造してもよい。すなわち、本発明では、柱状のバルク部材から多軸センサを製造することができる。
【０１２６】
本発明では、力の検出素子の例として歪みゲージと静電容量（コンデンサ）を取り上げたが、ピエゾ抵抗素子、感圧抵抗インクでもよい。
【符号の説明】
【０１２７】
１Ａ〜１Ｇ    多軸センサ
１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０    第１起歪体
１１、１１１、２１１、３１１、４１１、５１１、６１１    第１バルク部
１２、１１２、２１２、３１２、４１２、５１２、６１２    第１ダイヤフラム部
１３、１１３、５１３    フランジ部
２０、１２０、２２０、３２０、４２０、５２０、６２０    第２起歪体
２１、１２１、２２１、３２１、４２１、５２１、６２１    第２バルク部
２２、１２２、２２２、３２２、４２２、５２２、６２２    第２ダイヤフラム部
３０、１３０、２３０、３３０、４３０、５３０、６３０    支柱体
４１、１４１、２４１、３４１、４４１、５４１    切欠き部
４２、１４２、２４２、３４２、４４２、５４２    第１溝部
４３、１４３、２４３、３４３、４４３、５４３    第２溝部
１４４    第３溝部
２４０    貫通穴
５４５    連通穴
【図１】
0006265430.tif 000007
【図２】
0006265430.tif 000008
【図３】
0006265430.tif 000009
【図４】
0006265430.tif 000010
【図５】
0006265430.tif 000011
【図６】
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【図７】
0006265430.tif 000013
【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】
0006265430.tif 000019
【図１４】
0006265430.tif 000020
【図１５】
0006265430.tif 000021
【図１６】
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【図１７】
0006265430.tif 000023
【図１８】
0006265430.tif 000024