(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、この支持基板の上方に配置された受力体と、前記支持基板と前記受力体とを接続するための第１の柱状体と、前記支持基板と前記受力体とを接続するための第２の柱状体と、を備え、前記支持基板を固定した状態において、前記受力体に作用した力を検出する力検出装置であって、
前記第１の柱状体の上端は、可撓性をもった部材を介して前記受力体に接続され、前記第１の柱状体の下端は、可撓性をもった部材を介して前記支持基板に接続され、
前記第２の柱状体の上端は、可撓性をもった部材を介して前記受力体に接続され、前記第２の柱状体の下端は、可撓性をもった部材を介して前記支持基板に接続され、
ＸＹ平面が、前記支持基板の上面もしくはその上方に、前記支持基板の上面に対して平行となるように位置し、上方を正とし下方を負とするＺ軸が前記支持基板の上面のほぼ中心位置を通るように、ＸＹＺ三次元座標系を定義したときに、
前記第１の柱状体は、その中心軸がＺ軸に平行になり、かつ、その中心軸がＸ軸の正の部分に交差する位置に配置され、
前記第２の柱状体は、その中心軸がＺ軸に平行になり、かつ、その中心軸がＸ軸の負の部分に交差する位置に配置され、
前記第１の柱状体の下端近傍に配置され、前記第１の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度を検出する検出子と、前記第１の柱状体全体から前記支持基板に対して加えられるＺ軸方向に関する力を検出する検出子と、を有する第１のセンサと、
前記第２の柱状体の下端近傍に配置され、前記第２の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度を検出する検出子と、前記第２の柱状体全体から前記支持基板に対して加えられるＺ軸方向に関する力を検出する検出子と、を有する第２のセンサと、
前記第１のセンサの検出結果と前記第２のセンサの検出結果とに基づいて、前記受力体に作用した力のＸ軸方向成分Ｆｘを求め、これを出力する処理を行う検出回路と、
を更に備え、
前記検出回路は、
前記第１の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度と前記第２の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度との和Ｆｘ＊を求める演算機能と、
前記第１の柱状体によって加えられたＺ軸方向に関する力と前記第２の柱状体によって加えられたＺ軸方向に関する力との差Ｍｙを求める演算機能と、
所定の係数αを用いた演算式「Ｆｘ＝Ｆｘ＊−α・Ｍｙ」に基づいて、前記受力体に作用した力のＸ軸方向成分Ｆｘを求める演算機能と、
を有し、
前記係数αが、Ｙ軸まわりのモーメントのみが作用した環境下で得られる前記和Ｆｘ＊の値Ｆｘ＊（０）および前記差Ｍｙの値Ｍｙ（０）を用いた式「α＝Ｆｘ＊（０）／Ｍｙ（０）」で与えられる値に設定されていることを特徴とする力検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の力検出装置において、
検出回路が、求めた差Ｍｙを、受力体に作用した力のＹ軸まわりのモーメント成分として出力する処理を行うことを特徴とする力検出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の力検出装置において、
検出回路が、第１の柱状体によって加えられたＺ軸方向に関する力と第２の柱状体によって加えられたＺ軸方向に関する力との和Ｆｚを求める演算機能を更に有し、求めた和Ｆｚを、受力体に作用した力のＺ軸方向成分として出力する処理を行うことを特徴とする力検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の力検出装置において、
第１のセンサが、第１の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度を検出する検出子を更に有し、第２のセンサが、第２の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度を検出する検出子を更に有し、
検出回路が、第１の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度と第２の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度との差Ｍｚを求める演算機能を更に有し、求めた差Ｍｚを、受力体に作用した力のＺ軸まわりのモーメント成分として出力する処理を行うことを特徴とする力検出装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の力検出装置において、
各柱状体の上端には、それぞれ可撓性をもった上端側肉薄部が接続されており、前記上端側肉薄部は、その周囲が受力体に接続され、その下面中心部が柱状体の上端に接続されており、
各柱状体の下端には、それぞれ可撓性をもった下端側肉薄部が接続されており、前記下端側肉薄部は、支持基板の上面から所定距離をおいた上方位置に前記支持基板の上面に対して平行に配置されるように、その周囲が台座を介して前記支持基板に接続され、その上面中心部が柱状体の下端に接続されていることを特徴とする力検出装置。
【請求項６】
請求項５に記載の力検出装置において、
各柱状体について、それぞれ、当該柱状体の中心軸と支持基板の上面との交点に原点を有し、Ｘ軸に平行なｘ軸、Ｙ軸に平行なｙ軸をもったｘｙ二次元ローカル座標系を定義したときに、
柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度を検出する検出子として、
支持基板の上面において、ｘ座標値が正となる領域に形成された第１の電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第１の電極に対向する位置に形成された第１の対向電極と、によって構成される第１の容量素子と、
支持基板の上面において、ｘ座標値が負となる領域に形成された第２の電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第２の電極に対向する位置に形成された第２の対向電極と、によって構成される第２の容量素子と、
を有し、前記第１の容量素子の静電容量値Ｃ１と前記第２の容量素子の静電容量値Ｃ２との差を柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度として求める検出子が用いられ、
柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度を検出する検出子が必要な場合には、当該検出子として、
支持基板の上面において、ｙ座標値が正となる領域に形成された第３の電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第３の電極に対向する位置に形成された第３の対向電極と、によって構成される第３の容量素子と、
支持基板の上面において、ｙ座標値が負となる領域に形成された第４の電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第４の電極に対向する位置に形成された第４の対向電極と、によって構成される第４の容量素子と、
を有し、前記第３の容量素子の静電容量値Ｃ３と前記第４の容量素子の静電容量値Ｃ４との差を柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度として求める検出子が用いられ、
柱状体全体から支持基板に対して加えられるＺ軸方向に関する力を検出する検出子として、
支持基板の上面に形成された第５の電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第５の電極に対向する位置に形成された第５の対向電極と、によって構成される第５の容量素子を有し、前記第５の容量素子の静電容量値Ｃ５を柱状体全体から支持基板に対して加えられるＺ軸方向に関する力として求める検出子が用いられ、
前記第１の電極自身および前記第２の電極自身は、いずれもｘ軸に関して線対称となる形状をなし、かつ、前記第１の電極と前記第２の電極とからなる電極群は、ｙ軸に関して線対称となる形状をなしており、
前記第３の電極自身および前記第４の電極自身は、いずれもｙ軸に関して線対称となる形状をなし、かつ、前記第３の電極と前記第４の電極とからなる電極群は、ｘ軸に関して線対称となる形状をなしており、
前記第５の電極自身はｘ軸およびｙ軸の双方に関して線対称となる形状をなしていることを特徴とする力検出装置。
【請求項７】
支持基板と、この支持基板の上方に配置された受力体と、前記支持基板と前記受力体とを接続するための第１の柱状体と、前記支持基板と前記受力体とを接続するための第２の柱状体と、前記支持基板と前記受力体とを接続するための第３の柱状体と、前記支持基板と前記受力体とを接続するための第４の柱状体と、を備え、前記支持基板を固定した状態において、前記受力体に作用した力を検出する力検出装置であって、
前記第１の柱状体の上端は、可撓性をもった部材を介して前記受力体に接続され、前記第１の柱状体の下端は、可撓性をもった部材を介して前記支持基板に接続され、
前記第２の柱状体の上端は、可撓性をもった部材を介して前記受力体に接続され、前記第２の柱状体の下端は、可撓性をもった部材を介して前記支持基板に接続され、
前記第３の柱状体の上端は、可撓性をもった部材を介して前記受力体に接続され、前記第３の柱状体の下端は、可撓性をもった部材を介して前記支持基板に接続され、
前記第４の柱状体の上端は、可撓性をもった部材を介して前記受力体に接続され、前記第４の柱状体の下端は、可撓性をもった部材を介して前記支持基板に接続され、
ＸＹ平面が、前記支持基板の上面もしくはその上方に、前記支持基板の上面に対して平行となるように位置し、上方を正とし下方を負とするＺ軸が前記支持基板の上面のほぼ中心位置を通るように、ＸＹＺ三次元座標系を定義したときに、
前記第１の柱状体は、その中心軸がＺ軸に平行になり、かつ、その中心軸がＸ軸の正の部分に交差する位置に配置され、
前記第２の柱状体は、その中心軸がＺ軸に平行になり、かつ、その中心軸がＸ軸の負の部分に交差する位置に配置され、
前記第３の柱状体は、その中心軸がＺ軸に平行になり、かつ、その中心軸がＹ軸の正の部分に交差する位置に配置され、
前記第４の柱状体は、その中心軸がＺ軸に平行になり、かつ、その中心軸がＹ軸の負の部分に交差する位置に配置され、
前記第１の柱状体の下端近傍に配置され、前記第１の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度を検出する検出子と、前記第１の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度を検出する検出子と、前記第１の柱状体全体から前記支持基板に対して加えられるＺ軸方向に関する力を検出する検出子と、を有する第１のセンサと、
前記第２の柱状体の下端近傍に配置され、前記第２の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度を検出する検出子と、前記第２の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度を検出する検出子と、前記第２の柱状体全体から前記支持基板に対して加えられるＺ軸方向に関する力を検出する検出子と、を有する第２のセンサと、
前記第３の柱状体の下端近傍に配置され、前記第３の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度を検出する検出子と、前記第３の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度を検出する検出子と、前記第３の柱状体全体から前記支持基板に対して加えられるＺ軸方向に関する力を検出する検出子と、を有する第３のセンサと、
前記第４の柱状体の下端近傍に配置され、前記第４の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度を検出する検出子と、前記第４の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度を検出する検出子と、前記第４の柱状体全体から前記支持基板に対して加えられるＺ軸方向に関する力を検出する検出子と、を有する第４のセンサと、
前記第１のセンサの検出結果、前記第２のセンサの検出結果、前記第３のセンサの検出結果、および前記第４のセンサの検出結果、に基づいて、前記受力体に作用した力のＸ軸方向成分ＦｘおよびＹ軸方向成分Ｆｙを求め、これらを出力する処理を行う検出回路と、
を更に備え、
前記検出回路は、
「前記第１の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度と前記第２の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度と前記第３の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度と前記第４の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度との和Ｆｘ１＊」もしくは「前記第１の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度と前記第２の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度との和Ｆｘ２＊」もしくは「前記第３の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度と前記第４の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度との和Ｆｘ３＊」のいずれかを和Ｆｘ＊として求める演算機能と、
「前記第１の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度と前記第２の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度と前記第３の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度と前記第４の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度との和Ｆｙ１＊」もしくは「前記第１の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度と前記第２の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度との和Ｆｙ２＊」もしくは「前記第３の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度と前記第４の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度との和Ｆｙ３＊」のいずれかを和Ｆｙ＊として求める演算機能と、
前記第１の柱状体によって加えられたＺ軸方向に関する力と前記第２の柱状体によって加えられたＺ軸方向に関する力との差Ｍｙを求める演算機能と、
前記第３の柱状体によって加えられたＺ軸方向に関する力と前記第４の柱状体によって加えられたＺ軸方向に関する力との差Ｍｘを求める演算機能と、
所定の係数αを用いた演算式「Ｆｘ＝Ｆｘ＊−α・Ｍｙ」に基づいて、前記受力体に作用した力のＸ軸方向成分Ｆｘを求める演算機能と、
所定の係数βを用いた演算式「Ｆｙ＝Ｆｙ＊＋β・Ｍｘ」に基づいて、前記受力体に作用した力のＹ軸方向成分Ｆｙを求める演算機能と、
を有し、
前記係数αが、Ｙ軸まわりのモーメントのみが作用した環境下で得られる前記和Ｆｘ＊の値Ｆｘ＊（０）および前記差Ｍｙの値Ｍｙ（０）を用いた式「α＝Ｆｘ＊（０）／Ｍｙ（０）」で与えられる値に設定され、
前記係数βが、Ｘ軸まわりのモーメントのみが作用した環境下で得られる前記和Ｆｙ＊の値Ｆｙ＊（０）および前記差Ｍｘの値Ｍｘ（０）を用いた式「β＝−Ｆｙ＊（０）／Ｍｘ（０）」で与えられる値に設定されていることを特徴とする力検出装置。
【請求項８】
請求項７に記載の力検出装置において、
検出回路が、求めた差Ｍｙを、受力体に作用した力のＹ軸まわりのモーメント成分として出力し、求めた差Ｍｘを、受力体に作用した力のＸ軸まわりのモーメント成分として出力する処理を行うことを特徴とする力検出装置。
【請求項９】
請求項７または８に記載の力検出装置において、
検出回路が、第１の柱状体によって加えられたＺ軸方向に関する力と第２の柱状体によって加えられたＺ軸方向に関する力と第３の柱状体によって加えられたＺ軸方向に関する力と第４の柱状体によって加えられたＺ軸方向に関する力との和Ｆｚを求める演算機能を更に有し、求めた和Ｆｚを、受力体に作用した力のＺ軸方向成分Ｆｚとして出力する処理を行うことを特徴とする力検出装置。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれかに記載の力検出装置において、
検出回路が、「第１の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度と第４の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度との和と、第２の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度と第３の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度との和と、の差Ｍｚ１」もしくは「第１の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度と第２の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度との差Ｍｚ２」もしくは「第４の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度と第３の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度との差Ｍｚ３」のいずれかを差Ｍｚとして求める演算機能を更に有し、求めた差Ｍｚを、受力体に作用した力のＺ軸まわりのモーメント成分として出力する処理を行うことを特徴とする力検出装置。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれかに記載の力検出装置において、
各柱状体の上端には、それぞれ可撓性をもった上端側肉薄部が接続されており、前記上端側肉薄部は、その周囲が受力体に接続され、その下面中心部が柱状体の上端に接続されており、
各柱状体の下端には、それぞれ可撓性をもった下端側肉薄部が接続されており、前記下端側肉薄部は、支持基板の上面から所定距離をおいた上方位置に前記支持基板の上面に対して平行に配置されるように、その周囲が台座を介して前記支持基板に接続され、その上面中心部が柱状体の下端に接続されていることを特徴とする力検出装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の力検出装置において、
各柱状体について、それぞれ、当該柱状体の中心軸と支持基板の上面との交点に原点を有し、Ｘ軸に平行なｘ軸、Ｙ軸に平行なｙ軸をもったｘｙ二次元ローカル座標系を定義したときに、
柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度を検出する検出子として、
支持基板の上面において、ｘ座標値が正となる領域に形成された第１の電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第１の電極に対向する位置に形成された第１の対向電極と、によって構成される第１の容量素子と、
支持基板の上面において、ｘ座標値が負となる領域に形成された第２の電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第２の電極に対向する位置に形成された第２の対向電極と、によって構成される第２の容量素子と、
を有し、前記第１の容量素子の静電容量値Ｃ１と前記第２の容量素子の静電容量値Ｃ２との差を柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度として求める検出子が用いられ、
柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度を検出する検出子として、
支持基板の上面において、ｙ座標値が正となる領域に形成された第３の電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第３の電極に対向する位置に形成された第３の対向電極と、によって構成される第３の容量素子と、
支持基板の上面において、ｙ座標値が負となる領域に形成された第４の電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第４の電極に対向する位置に形成された第４の対向電極と、によって構成される第４の容量素子と、
を有し、前記第３の容量素子の静電容量値Ｃ３と前記第４の容量素子の静電容量値Ｃ４との差を柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度として求める検出子が用いられ、
柱状体全体から支持基板に対して加えられるＺ軸方向に関する力を検出する検出子として、
支持基板の上面に形成された第５の電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第５の電極に対向する位置に形成された第５の対向電極と、によって構成される第５の容量素子を有し、前記第５の容量素子の静電容量値Ｃ５を柱状体全体から支持基板に対して加えられるＺ軸方向に関する力として求める検出子が用いられ、
前記第１の電極自身および前記第２の電極自身は、いずれもｘ軸に関して線対称となる形状をなし、かつ、前記第１の電極と前記第２の電極とからなる電極群は、ｙ軸に関して線対称となる形状をなしており、
前記第３の電極自身および前記第４の電極自身は、いずれもｙ軸に関して線対称となる形状をなし、かつ、前記第３の電極と前記第４の電極とからなる電極群は、ｘ軸に関して線対称となる形状をなしており、
前記第５の電極自身はｘ軸およびｙ軸の双方に関して線対称となる形状をなしていることを特徴とする力検出装置。
【請求項１３】
支持基板と、この支持基板の上方に配置された受力体と、前記支持基板と前記受力体とを接続するための４本の柱状体と、を備え、前記支持基板を固定した状態において、前記受力体に作用した力を検出する力検出装置であって、
前記４本の柱状体の各上端には、それぞれ可撓性をもった上端側肉薄部が接続されており、前記４本の柱状体の各下端には、それぞれ可撓性をもった下端側肉薄部が接続されており、
前記上端側肉薄部は、その周囲が前記受力体に接続され、その下面中心部が柱状体の上端に接続されており、
前記下端側肉薄部は、前記支持基板の上面から所定距離をおいた上方位置に前記支持基板の上面に対して平行に配置されるように、その周囲が台座を介して前記支持基板に接続され、その上面中心部が柱状体の下端に接続されており、
ＸＹ平面が、前記支持基板の上面もしくはその上方に、前記支持基板の上面に対して平行となるように位置し、上方を正とし下方を負とするＺ軸が前記支持基板の上面のほぼ中心位置を通るように、ＸＹＺ三次元座標系を定義したときに、
前記４本の柱状体は、その中心軸がいずれもＺ軸に平行になるように配置されており、第１の柱状体は、その中心軸がＸ軸の正の部分に交差する位置に配置され、第２の柱状体は、その中心軸がＸ軸の負の部分に交差する位置に配置され、第３の柱状体は、その中心軸がＹ軸の正の部分に交差する位置に配置され、第４の柱状体は、その中心軸がＹ軸の負の部分に交差する位置に配置され、
前記第１の柱状体の下端側肉薄部とこれに対向する前記支持基板の上面とによって挟まれた空間内に、一方の電極が下端側肉薄部の下面に形成され、他方の電極が前記支持基板の上面に形成された複数の容量素子からなる第１のセンサが構成され、
前記第２の柱状体の下端側肉薄部とこれに対向する前記支持基板の上面とによって挟まれた空間内に、一方の電極が下端側肉薄部の下面に形成され、他方の電極が前記支持基板の上面に形成された複数の容量素子からなる第２のセンサが構成され、
前記第３の柱状体の下端側肉薄部とこれに対向する前記支持基板の上面とによって挟まれた空間内に、一方の電極が下端側肉薄部の下面に形成され、他方の電極が前記支持基板の上面に形成された複数の容量素子からなる第３のセンサが構成され、
前記第４の柱状体の下端側肉薄部とこれに対向する前記支持基板の上面とによって挟まれた空間内に、一方の電極が下端側肉薄部の下面に形成され、他方の電極が前記支持基板の上面に形成された複数の容量素子からなる第４のセンサが構成され、
前記第１のセンサを構成する容量素子の候補として、
前記第１の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、前記第１の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、前記第１の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第１の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ１１と、
前記第１の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、前記第１の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、前記第１の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第１の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ１２と、
前記第１の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第１の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第１の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、前記第１の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少するように形成された容量素子Ｃ１３と、
前記第１の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第１の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第１の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、前記第１の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加するように形成された容量素子Ｃ１４と、
前記第１の柱状体がＺ軸正方向に変位したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、前記第１の柱状体がＺ軸負方向に変位したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、前記第１の柱状体がＸ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向、もしくはＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ１５と、
の５種類の容量素子を定義し、
前記第２のセンサを構成する容量素子の候補として、
前記第２の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、前記第２の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、前記第２の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第２の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ２１と、
前記第２の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、前記第２の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、前記第２の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第２の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ２２と、
前記第２の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第２の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第２の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、前記第２の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少するように形成された容量素子Ｃ２３と、
前記第２の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第２の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第２の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、前記第２の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加するように形成された容量素子Ｃ２４と、
前記第２の柱状体がＺ軸正方向に変位したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、前記第２の柱状体がＺ軸負方向に変位したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、前記第２の柱状体がＸ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向、もしくはＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ２５と、
の５種類の容量素子を定義し、
前記第３のセンサを構成する容量素子の候補として、
前記第３の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、前記第３の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、前記第３の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第３の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ３１と、
前記第３の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、前記第３の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、前記第３の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第３の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ３２と、
前記第３の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第３の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第３の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、前記第３の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少するように形成された容量素子Ｃ３３と、
前記第３の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第３の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第３の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、前記第３の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加するように形成された容量素子Ｃ３４と、
前記第３の柱状体がＺ軸正方向に変位したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、前記第３の柱状体がＺ軸負方向に変位したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、前記第３の柱状体がＸ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向、もしくはＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ３５と、
の５種類の容量素子を定義し、
前記第４のセンサを構成する容量素子の候補として、
前記第４の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、前記第４の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、前記第４の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第４の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ４１と、
前記第４の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、前記第４の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、前記第４の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第４の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ４２と、
前記第４の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第４の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第４の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、前記第４の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少するように形成された容量素子Ｃ４３と、
前記第４の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第４の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第４の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、前記第４の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加するように形成された容量素子Ｃ４４と、
前記第４の柱状体がＺ軸正方向に変位したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、前記第４の柱状体がＺ軸負方向に変位したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、前記第４の柱状体がＸ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向、もしくはＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ４５と、
の５種類の容量素子を定義し、
前記受力体に作用した力のＸ軸方向成分をＦｘ、Ｙ軸方向成分をＦｙ、Ｚ軸方向成分をＦｚ、Ｘ軸まわりのモーメント成分をＭｘ、Ｙ軸まわりのモーメント成分をＭｙ、Ｚ軸まわりのモーメント成分をＭｚとし、Ｆｘ，Ｆｙを求める過程で用いる中間段階の値をそれぞれＦｘ＊，Ｆｙ＊とし、前記各容量素子の静電容量値をそれぞれ各容量素子の符号と同じ符号で示すこととし、
Ｆｘ＊を求める式として、
Ｆｘ１＊＝（Ｃ１１−Ｃ１２）＋（Ｃ２１−Ｃ２２）＋（Ｃ３１−Ｃ３２）＋（Ｃ４１−Ｃ４２）
Ｆｘ２＊＝（Ｃ１１−Ｃ１２）＋（Ｃ２１−Ｃ２２）
Ｆｘ３＊＝（Ｃ３１−Ｃ３２）＋（Ｃ４１−Ｃ４２）
なる３通りの式を定義し、
Ｆｙ＊を求める式として、
Ｆｙ１＊＝（Ｃ１３−Ｃ１４）＋（Ｃ２３−Ｃ２４）＋（Ｃ３３−Ｃ３４）＋（Ｃ４３−Ｃ４４）
Ｆｙ２＊＝（Ｃ１３−Ｃ１４）＋（Ｃ２３−Ｃ２４）
Ｆｙ３＊＝（Ｃ３３−Ｃ３４）＋（Ｃ４３−Ｃ４４）
なる３通りの式を定義し、
Ｆｚを求める式として、
Ｆｚ１＝−（（Ｃ１１＋Ｃ１２＋Ｃ１３＋Ｃ１４＋Ｃ１５）＋（Ｃ２１＋Ｃ２２＋Ｃ２３＋Ｃ２４＋Ｃ２５）＋（Ｃ３１＋Ｃ３２＋Ｃ３３＋Ｃ３４＋Ｃ３５）＋（Ｃ４１＋Ｃ４２＋Ｃ４３＋Ｃ４４＋Ｃ４５））
Ｆｚ２＝−（（Ｃ１１＋Ｃ１２＋Ｃ１３＋Ｃ１４）＋（Ｃ２１＋Ｃ２２＋Ｃ２３＋Ｃ２４）＋（Ｃ３１＋Ｃ３２＋Ｃ３３＋Ｃ３４）＋（Ｃ４１＋Ｃ４２＋Ｃ４３＋Ｃ４４））
Ｆｚ３＝−（Ｃ１５＋Ｃ２５＋Ｃ３５＋Ｃ４５）
なる３通りの式を定義し、
Ｍｘを求める式として、
Ｍｘ１＝（Ｃ４１＋Ｃ４２＋Ｃ４３＋Ｃ４４＋Ｃ４５）−（Ｃ３１＋Ｃ３２＋Ｃ３３＋Ｃ３４＋Ｃ３５）
Ｍｘ２＝（Ｃ４１＋Ｃ４２＋Ｃ４３＋Ｃ４４）−（Ｃ３１＋Ｃ３２＋Ｃ３３＋Ｃ３４）
Ｍｘ３＝（Ｃ４５−Ｃ３５）
なる３通りの式を定義し、
Ｍｙを求める式として、
Ｍｙ１＝（Ｃ１１＋Ｃ１２＋Ｃ１３＋Ｃ１４＋Ｃ１５）−（Ｃ２１＋Ｃ２２＋Ｃ２３＋Ｃ２４＋Ｃ２５）
Ｍｙ２＝（Ｃ１１＋Ｃ１２＋Ｃ１３＋Ｃ１４）−（Ｃ２１＋Ｃ２２＋Ｃ２３＋Ｃ２４）
Ｍｙ３＝（Ｃ１５−Ｃ２５）
なる３通りの式を定義し、
Ｍｚを求める式として、
Ｍｚ１＝（（Ｃ１３−Ｃ１４）＋（Ｃ４１−Ｃ４２））−（（Ｃ２３−Ｃ２４）＋（Ｃ３１−Ｃ３２））
Ｍｚ２＝（Ｃ１３−Ｃ１４）−（Ｃ２３−Ｃ２４）
Ｍｚ３＝（Ｃ４１−Ｃ４２）−（Ｃ３１−Ｃ３２）
なる３通りの式を定義したときに、
候補となる容量素子の中から、
Ｆｘ＝Ｆｘｉ＊−αｉｊ・Ｍｙｊ（但し、ｉ＝１〜３のいずれか，ｊ＝１〜３のいずれか）
Ｆｙ＝Ｆｙｉ＊＋βｉｊ・Ｍｘｊ（但し、ｉ＝１〜３のいずれか，ｊ＝１〜３のいずれか）
Ｆｚ＝Ｆｚｉ（但し、ｉ＝１〜３のいずれか）
Ｍｘ＝Ｍｘｉ（但し、ｉ＝１〜３のいずれか）
Ｍｙ＝Ｍｙｉ（但し、ｉ＝１〜３のいずれか）
Ｍｚ＝Ｍｚｉ（但し、ｉ＝１〜３のいずれか）
なる６つの式の中から選択された式（但し、Ｆｘの式およびＦｙの式の選択は必須）に基づく演算を行うために必要な容量素子が実際に形成されており、かつ、当該演算を行う検出回路を備えており、
前記係数αｉｊが、Ｙ軸まわりのモーメントのみが作用した環境下で得られる前記Ｆｘｉ＊の値Ｆｘｉ＊（０）および前記Ｍｙｊの値Ｍｙｊ（０）を用いた式「αｉｊ＝Ｆｘｉ＊（０）／Ｍｙｊ（０）」で与えられる値に設定されており、
前記係数βｉｊが、Ｘ軸まわりのモーメントのみが作用した環境下で得られる前記Ｆｙｉ＊の値Ｆｙｉ＊（０）および前記Ｍｘｊの値Ｍｘｊ（０）を用いた式「βｉｊ＝−Ｆｙｉ＊（０）／Ｍｘｊ（０）」で与えられる値に設定されていることを特徴とする力検出装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の力検出装置において、請求項１３に記載の容量素子の候補に代えて、
各柱状体について、それぞれ、当該柱状体の中心軸と支持基板の上面との交点に原点を有し、Ｘ軸に平行なｘ軸、Ｙ軸に平行なｙ軸をもったｘｙ二次元ローカル座標系を定義したときに、
第１のセンサを構成する容量素子の候補として、
支持基板の上面において、第１の柱状体についてのローカル座標系におけるｘ座標値が正となる領域に形成された第１の柱状体用ｘ軸正側電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第１の柱状体用ｘ軸正側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ１１と、
支持基板の上面において、第１の柱状体についてのローカル座標系におけるｘ座標値が負となる領域に形成された第１の柱状体用ｘ軸負側電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第１の柱状体用ｘ軸負側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ１２と、
支持基板の上面において、第１の柱状体についてのローカル座標系におけるｙ座標値が正となる領域に形成された第１の柱状体用ｙ軸正側電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第１の柱状体用ｙ軸正側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ１３と、
支持基板の上面において、第１の柱状体についてのローカル座標系におけるｙ座標値が負となる領域に形成された第１の柱状体用ｙ軸負側電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第１の柱状体用ｙ軸負側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ１４と、
支持基板の上面において、第１の柱状体についてのローカル座標系における所定位置に形成された第１の柱状体用Ｚ軸変位検出用電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第１の柱状体用Ｚ軸変位検出用電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ１５と、
の５種類の容量素子を定義し、
第２のセンサを構成する容量素子の候補として、
支持基板の上面において、第２の柱状体についてのローカル座標系におけるｘ座標値が正となる領域に形成された第２の柱状体用ｘ軸正側電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第２の柱状体用ｘ軸正側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ２１と、
支持基板の上面において、第２の柱状体についてのローカル座標系におけるｘ座標値が負となる領域に形成された第２の柱状体用ｘ軸負側電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第２の柱状体用ｘ軸負側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ２２と、
支持基板の上面において、第２の柱状体についてのローカル座標系におけるｙ座標値が正となる領域に形成された第２の柱状体用ｙ軸正側電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第２の柱状体用ｙ軸正側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ２３と、
支持基板の上面において、第２の柱状体についてのローカル座標系におけるｙ座標値が負となる領域に形成された第２の柱状体用ｙ軸負側電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第２の柱状体用ｙ軸負側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ２４と、
支持基板の上面において、第２の柱状体についてのローカル座標系における所定位置に形成された第２の柱状体用Ｚ軸変位検出用電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第２の柱状体用Ｚ軸変位検出用電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ２５と、
の５種類の容量素子を定義し、
第３のセンサを構成する容量素子の候補として、
支持基板の上面において、第３の柱状体についてのローカル座標系におけるｘ座標値が正となる領域に形成された第３の柱状体用ｘ軸正側電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第３の柱状体用ｘ軸正側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ３１と、
支持基板の上面において、第３の柱状体についてのローカル座標系におけるｘ座標値が負となる領域に形成された第３の柱状体用ｘ軸負側電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第３の柱状体用ｘ軸負側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ３２と、
支持基板の上面において、第３の柱状体についてのローカル座標系におけるｙ座標値が正となる領域に形成された第３の柱状体用ｙ軸正側電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第３の柱状体用ｙ軸正側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ３３と、
支持基板の上面において、第３の柱状体についてのローカル座標系におけるｙ座標値が負となる領域に形成された第３の柱状体用ｙ軸負側電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第３の柱状体用ｙ軸負側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ３４と、
支持基板の上面において、第３の柱状体についてのローカル座標系における所定位置に形成された第３の柱状体用Ｚ軸変位検出用電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第３の柱状体用Ｚ軸変位検出用電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ３５と、
の５種類の容量素子を定義し、
第４のセンサを構成する容量素子の候補として、
支持基板の上面において、第４の柱状体についてのローカル座標系におけるｘ座標値が正となる領域に形成された第４の柱状体用ｘ軸正側電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第４の柱状体用ｘ軸正側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ４１と、
支持基板の上面において、第４の柱状体についてのローカル座標系におけるｘ座標値が負となる領域に形成された第４の柱状体用ｘ軸負側電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第４の柱状体用ｘ軸負側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ４２と、
支持基板の上面において、第４の柱状体についてのローカル座標系におけるｙ座標値が正となる領域に形成された第４の柱状体用ｙ軸正側電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第４の柱状体用ｙ軸正側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ４３と、
支持基板の上面において、第４の柱状体についてのローカル座標系におけるｙ座標値が負となる領域に形成された第４の柱状体用ｙ軸負側電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第４の柱状体用ｙ軸負側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ４４と、
支持基板の上面において、第４の柱状体についてのローカル座標系における所定位置に形成された第４の柱状体用Ｚ軸変位検出用電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第４の柱状体用Ｚ軸変位検出用電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ４５と、
の５種類の容量素子を定義し、
各柱状体用電極のそれぞれについて、
ｘ軸正側電極自身およびｘ軸負側電極自身は、いずれもｘ軸に関して線対称となる形状をなし、かつ、ｘ軸正側電極とｘ軸負側電極とからなる電極群は、ｙ軸に関して線対称となる形状をなしており、
ｙ軸正側電極自身およびｙ軸負側電極自身は、いずれもｙ軸に関して線対称となる形状をなし、かつ、ｙ軸正側電極とｙ軸負側電極とからなる電極群は、ｘ軸に関して線対称となる形状をなしており、
Ｚ軸変位検出用電極自身はｘ軸およびｙ軸の双方に関して線対称となる形状をなしていることを特徴とする力検出装置。
【請求項１５】
請求項６，１２〜１４のいずれかに記載の力検出装置において、
静電容量値の和を算出する対象となる複数の容量素子については、互いに電気的な並列接続がなされるような配線を施すことにより、検出回路における和を算出する演算を省略し、
各容量素子を、係数α，β，αｉｊ，βｉｊが１になるように設定することにより、検出回路における前記係数を用いた積を算出する演算を省略したことを特徴とする力検出装置。
【請求項１６】
支持基板と、この支持基板の上方に配置された受力体と、前記支持基板と前記受力体とを接続するための４本の柱状体と、を備え、前記支持基板を固定した状態において、前記受力体に作用した力を検出する力検出装置であって、
前記４本の柱状体の各上端には、それぞれ可撓性をもった上端側肉薄部が接続されており、前記４本の柱状体の各下端には、それぞれ可撓性をもった下端側肉薄部が接続されており、
前記上端側肉薄部は、その周囲が前記受力体に接続され、その下面中心部が柱状体の上端に接続されており、
前記下端側肉薄部は、前記支持基板の上面から所定距離をおいた上方位置に前記支持基板の上面に対して平行に配置されるように、その周囲が台座を介して前記支持基板に接続され、その上面中心部が柱状体の下端に接続されており、
ＸＹ平面が、前記支持基板の上面もしくはその上方に、前記支持基板の上面に対して平行となるように位置し、上方を正とし下方を負とするＺ軸が前記支持基板の上面のほぼ中心位置を通るように、ＸＹＺ三次元座標系を定義したときに、
前記４本の柱状体は、その中心軸がいずれもＺ軸に平行になるように配置されており、第１の柱状体は、その中心軸がＸ軸の正の部分に交差する位置に配置され、第２の柱状体は、その中心軸がＸ軸の負の部分に交差する位置に配置され、第３の柱状体は、その中心軸がＹ軸の正の部分に交差する位置に配置され、第４の柱状体は、その中心軸がＹ軸の負の部分に交差する位置に配置され、
前記第１の柱状体の下端側肉薄部とこれに対向する前記支持基板の上面とによって挟まれた空間内に、一方の電極が下端側肉薄部の下面に形成され、他方の電極が前記支持基板の上面に形成された複数の容量素子からなる第１のセンサが構成され、
前記第２の柱状体の下端側肉薄部とこれに対向する前記支持基板の上面とによって挟まれた空間内に、一方の電極が下端側肉薄部の下面に形成され、他方の電極が前記支持基板の上面に形成された複数の容量素子からなる第２のセンサが構成され、
前記第３の柱状体の下端側肉薄部とこれに対向する前記支持基板の上面とによって挟まれた空間内に、一方の電極が下端側肉薄部の下面に形成され、他方の電極が前記支持基板の上面に形成された複数の容量素子からなる第３のセンサが構成され、
前記第４の柱状体の下端側肉薄部とこれに対向する前記支持基板の上面とによって挟まれた空間内に、一方の電極が下端側肉薄部の下面に形成され、他方の電極が前記支持基板の上面に形成された複数の容量素子からなる第４のセンサが構成され、
前記第１のセンサを構成する容量素子の候補として、
前記第１の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、前記第１の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、前記第１の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第１の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ１１と、
前記第１の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、前記第１の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、前記第１の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第１の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ１２と、
前記第１の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第１の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第１の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、前記第１の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少するように形成された容量素子Ｃ１３と、
前記第１の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第１の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第１の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、前記第１の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加するように形成された容量素子Ｃ１４と、
前記第１の柱状体がＺ軸正方向に変位したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、前記第１の柱状体がＺ軸負方向に変位したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、前記第１の柱状体がＸ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向、もしくはＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ１５と、
の５種類の容量素子を定義し、
前記第２のセンサを構成する容量素子の候補として、
前記第２の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、前記第２の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、前記第２の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第２の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ２１と、
前記第２の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、前記第２の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、前記第２の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第２の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ２２と、
前記第２の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第２の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第２の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、前記第２の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少するように形成された容量素子Ｃ２３と、
前記第２の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第２の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第２の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、前記第２の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加するように形成された容量素子Ｃ２４と、
前記第２の柱状体がＺ軸正方向に変位したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、前記第２の柱状体がＺ軸負方向に変位したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、前記第２の柱状体がＸ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向、もしくはＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ２５と、
の５種類の容量素子を定義し、
前記第３のセンサを構成する容量素子の候補として、
前記第３の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、前記第３の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、前記第３の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第３の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ３１と、
前記第３の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、前記第３の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、前記第３の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第３の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ３２と、
前記第３の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第３の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第３の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、前記第３の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少するように形成された容量素子Ｃ３３と、
前記第３の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第３の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第３の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、前記第３の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加するように形成された容量素子Ｃ３４と、
前記第３の柱状体がＺ軸正方向に変位したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、前記第３の柱状体がＺ軸負方向に変位したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、前記第３の柱状体がＸ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向、もしくはＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ３５と、
の５種類の容量素子を定義し、
前記第４のセンサを構成する容量素子の候補として、
前記第４の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、前記第４の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、前記第４の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第４の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ４１と、
前記第４の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、前記第４の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、前記第４の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第４の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ４２と、
前記第４の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第４の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第４の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、前記第４の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少するように形成された容量素子Ｃ４３と、
前記第４の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第４の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、前記第４の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、前記第４の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加するように形成された容量素子Ｃ４４と、
前記第４の柱状体がＺ軸正方向に変位したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、前記第４の柱状体がＺ軸負方向に変位したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、前記第４の柱状体がＸ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向、もしくはＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ４５と、
の５種類の容量素子を定義し、
前記受力体に作用した力のＸ軸方向成分をＦｘ、Ｙ軸方向成分をＦｙ、Ｚ軸方向成分をＦｚ、Ｘ軸まわりのモーメント成分をＭｘ、Ｙ軸まわりのモーメント成分をＭｙ、Ｚ軸まわりのモーメント成分をＭｚとし、Ｆｘ，Ｆｙを求める過程で用いる中間段階の値をそれぞれＦｘ＊，Ｆｙ＊とし、前記各容量素子の静電容量値をそれぞれ各容量素子の符号と同じ符号で示すこととし、
Ｆｘ＊を求める式として、
Ｆｘ１＊＝（Ｃ１１−Ｃ１２）＋（Ｃ２１−Ｃ２２）＋（Ｃ３１−Ｃ３２）＋（Ｃ４１−Ｃ４２）
Ｆｘ２＊＝（Ｃ１１−Ｃ１２）＋（Ｃ２１−Ｃ２２）
Ｆｘ３＊＝（Ｃ３１−Ｃ３２）＋（Ｃ４１−Ｃ４２）
なる３通りの式を定義し、
Ｆｙ＊を求める式として、
Ｆｙ１＊＝（Ｃ１３−Ｃ１４）＋（Ｃ２３−Ｃ２４）＋（Ｃ３３−Ｃ３４）＋（Ｃ４３−Ｃ４４）
Ｆｙ２＊＝（Ｃ１３−Ｃ１４）＋（Ｃ２３−Ｃ２４）
Ｆｙ３＊＝（Ｃ３３−Ｃ３４）＋（Ｃ４３−Ｃ４４）
なる３通りの式を定義し、
Ｆｚを求める式として、
Ｆｚ１＝−（（Ｃ１１＋Ｃ１２＋Ｃ１３＋Ｃ１４＋Ｃ１５）＋（Ｃ２１＋Ｃ２２＋Ｃ２３＋Ｃ２４＋Ｃ２５）＋（Ｃ３１＋Ｃ３２＋Ｃ３３＋Ｃ３４＋Ｃ３５）＋（Ｃ４１＋Ｃ４２＋Ｃ４３＋Ｃ４４＋Ｃ４５））
Ｆｚ２＝−（（Ｃ１１＋Ｃ１２＋Ｃ１３＋Ｃ１４）＋（Ｃ２１＋Ｃ２２＋Ｃ２３＋Ｃ２４）＋（Ｃ３１＋Ｃ３２＋Ｃ３３＋Ｃ３４）＋（Ｃ４１＋Ｃ４２＋Ｃ４３＋Ｃ４４））
Ｆｚ３＝−（Ｃ１５＋Ｃ２５＋Ｃ３５＋Ｃ４５）
なる３通りの式を定義し、
Ｍｘを求める式として、
Ｍｘ１＝（Ｃ４１＋Ｃ４２＋Ｃ４３＋Ｃ４４＋Ｃ４５）−（Ｃ３１＋Ｃ３２＋Ｃ３３＋Ｃ３４＋Ｃ３５）
Ｍｘ２＝（Ｃ４１＋Ｃ４２＋Ｃ４３＋Ｃ４４）−（Ｃ３１＋Ｃ３２＋Ｃ３３＋Ｃ３４）
Ｍｘ３＝（Ｃ４５−Ｃ３５）
なる３通りの式を定義し、
Ｍｙを求める式として、
Ｍｙ１＝（Ｃ１１＋Ｃ１２＋Ｃ１３＋Ｃ１４＋Ｃ１５）−（Ｃ２１＋Ｃ２２＋Ｃ２３＋Ｃ２４＋Ｃ２５）
Ｍｙ２＝（Ｃ１１＋Ｃ１２＋Ｃ１３＋Ｃ１４）−（Ｃ２１＋Ｃ２２＋Ｃ２３＋Ｃ２４）
Ｍｙ３＝（Ｃ１５−Ｃ２５）
なる３通りの式を定義し、
Ｍｚを求める式として、
Ｍｚ１＝（（Ｃ１３−Ｃ１４）＋（Ｃ４１−Ｃ４２））−（（Ｃ２３−Ｃ２４）＋（Ｃ３１−Ｃ３２））
Ｍｚ２＝（Ｃ１３−Ｃ１４）−（Ｃ２３−Ｃ２４）
Ｍｚ３＝（Ｃ４１−Ｃ４２）−（Ｃ３１−Ｃ３２）
なる３通りの式を定義したときに、
候補となる容量素子の中から、
Ｆｘ＝Ｆｘｉ＊−Ｍｙｊ（但し、ｉ＝１〜３のいずれか，ｊ＝１〜３のいずれか）
Ｆｙ＝Ｆｙｉ＊＋Ｍｘｊ（但し、ｉ＝１〜３のいずれか，ｊ＝１〜３のいずれか）
Ｆｚ＝Ｆｚｉ（但し、ｉ＝１〜３のいずれか）
Ｍｘ＝Ｍｘｉ（但し、ｉ＝１〜３のいずれか）
Ｍｙ＝Ｍｙｉ（但し、ｉ＝１〜３のいずれか）
Ｍｚ＝Ｍｚｉ（但し、ｉ＝１〜３のいずれか）
なる６つの式の中から選択された式（但し、Ｆｘの式およびＦｙの式の選択は必須）に基づく演算を行うために必要な容量素子が実際に形成されており（同一符号の静電容量値が、異なる複数の式で用いられている場合には、物理的に別体の容量素子が形成されており）、かつ、当該演算を行う検出回路を備えており、
実際に形成されている容量素子のうち、選択された式に基づく演算において静電容量値の和を算出する対象となる複数の容量素子については、互いに電気的な並列接続がなされるような配線が施されており、
Ｙ軸まわりのモーメントのみが作用した環境下で得られる前記Ｆｘｉ＊の値Ｆｘｉ＊（０）および前記Ｍｙｊの値Ｍｙｊ（０）について、Ｆｘｉ＊（０）＝Ｍｙｊ（０）が成り立つように、前記Ｆｘｉ＊の算出に用いられる容量素子と、前記Ｍｙｊの算出に用いられる容量素子と、が設定されており、
Ｘ軸まわりのモーメントのみが作用した環境下で得られる前記Ｆｙｉ＊の値Ｆｙｉ＊（０）および前記Ｍｘｊの値Ｍｘｊ（０）について、−Ｆｙｉ＊（０）＝Ｍｘｊ（０）が成り立つように、前記Ｆｙｉ＊の算出に用いられる容量素子と、前記Ｍｘｊの算出に用いられる容量素子と、が設定されていることを特徴とする力検出装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の力検出装置において、請求項１６に記載の容量素子の候補に代えて、
各柱状体について、それぞれ、当該柱状体の中心軸と支持基板の上面との交点に原点を有し、Ｘ軸に平行なｘ軸、Ｙ軸に平行なｙ軸をもったｘｙ二次元ローカル座標系を定義したときに、
第１のセンサを構成する容量素子の候補として、
支持基板の上面において、第１の柱状体についてのローカル座標系におけるｘ座標値が正となる領域に形成された第１の柱状体用ｘ軸正側電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第１の柱状体用ｘ軸正側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ１１と、
支持基板の上面において、第１の柱状体についてのローカル座標系におけるｘ座標値が負となる領域に形成された第１の柱状体用ｘ軸負側電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第１の柱状体用ｘ軸負側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ１２と、
支持基板の上面において、第１の柱状体についてのローカル座標系におけるｙ座標値が正となる領域に形成された第１の柱状体用ｙ軸正側電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第１の柱状体用ｙ軸正側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ１３と、
支持基板の上面において、第１の柱状体についてのローカル座標系におけるｙ座標値が負となる領域に形成された第１の柱状体用ｙ軸負側電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第１の柱状体用ｙ軸負側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ１４と、
支持基板の上面において、第１の柱状体についてのローカル座標系における所定位置に形成された第１の柱状体用Ｚ軸変位検出用電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第１の柱状体用Ｚ軸変位検出用電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ１５と、
の５種類の容量素子を定義し、
第２のセンサを構成する容量素子の候補として、
支持基板の上面において、第２の柱状体についてのローカル座標系におけるｘ座標値が正となる領域に形成された第２の柱状体用ｘ軸正側電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第２の柱状体用ｘ軸正側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ２１と、
支持基板の上面において、第２の柱状体についてのローカル座標系におけるｘ座標値が負となる領域に形成された第２の柱状体用ｘ軸負側電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第２の柱状体用ｘ軸負側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ２２と、
支持基板の上面において、第２の柱状体についてのローカル座標系におけるｙ座標値が正となる領域に形成された第２の柱状体用ｙ軸正側電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第２の柱状体用ｙ軸正側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ２３と、
支持基板の上面において、第２の柱状体についてのローカル座標系におけるｙ座標値が負となる領域に形成された第２の柱状体用ｙ軸負側電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第２の柱状体用ｙ軸負側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ２４と、
支持基板の上面において、第２の柱状体についてのローカル座標系における所定位置に形成された第２の柱状体用Ｚ軸変位検出用電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第２の柱状体用Ｚ軸変位検出用電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ２５と、
の５種類の容量素子を定義し、
第３のセンサを構成する容量素子の候補として、
支持基板の上面において、第３の柱状体についてのローカル座標系におけるｘ座標値が正となる領域に形成された第３の柱状体用ｘ軸正側電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第３の柱状体用ｘ軸正側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ３１と、
支持基板の上面において、第３の柱状体についてのローカル座標系におけるｘ座標値が負となる領域に形成された第３の柱状体用ｘ軸負側電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第３の柱状体用ｘ軸負側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ３２と、
支持基板の上面において、第３の柱状体についてのローカル座標系におけるｙ座標値が正となる領域に形成された第３の柱状体用ｙ軸正側電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第３の柱状体用ｙ軸正側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ３３と、
支持基板の上面において、第３の柱状体についてのローカル座標系におけるｙ座標値が負となる領域に形成された第３の柱状体用ｙ軸負側電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第３の柱状体用ｙ軸負側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ３４と、
支持基板の上面において、第３の柱状体についてのローカル座標系における所定位置に形成された第３の柱状体用Ｚ軸変位検出用電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第３の柱状体用Ｚ軸変位検出用電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ３５と、
の５種類の容量素子を定義し、
第４のセンサを構成する容量素子の候補として、
支持基板の上面において、第４の柱状体についてのローカル座標系におけるｘ座標値が正となる領域に形成された第４の柱状体用ｘ軸正側電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第４の柱状体用ｘ軸正側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ４１と、
支持基板の上面において、第４の柱状体についてのローカル座標系におけるｘ座標値が負となる領域に形成された第４の柱状体用ｘ軸負側電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第４の柱状体用ｘ軸負側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ４２と、
支持基板の上面において、第４の柱状体についてのローカル座標系におけるｙ座標値が正となる領域に形成された第４の柱状体用ｙ軸正側電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第４の柱状体用ｙ軸正側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ４３と、
支持基板の上面において、第４の柱状体についてのローカル座標系におけるｙ座標値が負となる領域に形成された第４の柱状体用ｙ軸負側電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第４の柱状体用ｙ軸負側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ４４と、
支持基板の上面において、第４の柱状体についてのローカル座標系における所定位置に形成された第４の柱状体用Ｚ軸変位検出用電極と、下端側肉薄部の下面において、前記第４の柱状体用Ｚ軸変位検出用電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ４５と、
の５種類の容量素子を定義し、
各柱状体用電極のそれぞれについて、
ｘ軸正側電極自身およびｘ軸負側電極自身は、いずれもｘ軸に関して線対称となる形状をなし、かつ、ｘ軸正側電極とｘ軸負側電極とからなる電極群は、ｙ軸に関して線対称となる形状をなしており、
ｙ軸正側電極自身およびｙ軸負側電極自身は、いずれもｙ軸に関して線対称となる形状をなし、かつ、ｙ軸正側電極とｙ軸負側電極とからなる電極群は、ｘ軸に関して線対称となる形状をなしており、
Ｚ軸変位検出用電極自身はｘ軸およびｙ軸の双方に関して線対称となる形状をなしていることを特徴とする力検出装置。
【請求項１８】
請求項６，１２〜１７のいずれかに記載の力検出装置において、
特定の一容量素子を構成する一方の電極が、離隔して配置された複数の部分電極の集合体により構成されていることを特徴とする力検出装置。
【請求項１９】
請求項６，１２〜１７のいずれかに記載の力検出装置において、
複数の容量素子についての支持基板の上面側に形成される電極もしくは下端側肉薄部側に形成される電極が物理的に単一の共通電極によって構成されていることを特徴とする力検出装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の力検出装置において、
各下端側肉薄部が導電性材料によって構成されており、この下端側肉薄部自身が単一の共通電極として機能することを特徴とする力検出装置。
【請求項２１】
請求項１〜２０に記載の力検出装置において、
各柱状体の形状および配置が、ＸＺ平面およびＹＺ平面の双方に関して、面対称になっていることを特徴とする力検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は力検出装置に関し、特に、力とモーメントとを独立して検出するのに適した力検出装置に関する。
【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、種々のタイプの力検出装置が利用されている。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、小型の力検出装置が組み込まれている。このような用途に用いる力検出装置には、小型化およびコストダウンを図るために、できるだけ構造を単純にするとともに、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】
一般に、力検出装置の検出対象には、所定の座標軸方向を向いた力成分と、所定の座標軸まわりのモーメント成分とがある。三次元空間内にＸＹＺ三次元座標系を定義した場合、検出対象は、各座標軸方向の力成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚと、各座標軸まわりのモーメント成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚとの６つの成分になる。
【０００４】
このような６つの力成分をそれぞれ独立して検出することができる力検出装置として、たとえば、下記の特許文献１には、比較的単純な構造をもった装置が開示されている。この特許文献１に開示された技術は、既に米国特許第６９１５７０９号・米国特許第７１２１１４７号・欧州特許第１４６４９３９号が付与されている技術であり、受力体と支持基板とを複数の柱状体で接続した構造物を用意し、各柱状体から支持基板に加わる押圧力や各柱状体の傾斜を個別に測定することにより、受力体に加わった力の各成分を検出するものである。また、下記の特許文献２に開示されている技術も、既に米国特許第７２１９５６１号が付与されている技術である。この技術によれば、各柱状体から支持基板に加わる押圧力や各柱状体の傾斜を個別に測定するセンサとして静電容量素子を用い、この静電容量素子を構成する特定の電極間に配線を施すことにより、受力体に加わった力の各成分を検出するための演算を単純化することが可能になる。
【特許文献１】特開２００４−３５４０４９号公報
【特許文献２】特開２００４−３２５３６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したとおり、特許文献１および２に開示されている力検出装置は、比較的単純な構造により、各座標軸方向の力成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚと、各座標軸まわりのモーメント成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚとの６つの成分をそれぞれ独立して検出することが可能である。しかしながら、実用上は、他軸成分の干渉を完全に排除した状態で、必要な成分のみの正確な測定値を得ることは困難であり、他軸成分の干渉による測定精度の低下は避けられない。もちろん、このような他軸成分の干渉程度が、個々の用途に応じた許容誤差範囲内であれば支障はないが、最近は、様々な利用分野において、より測定精度の高い力検出装置が望まれている。
【０００６】
そこで本発明は、できるたけ単純な構造をもち、しかも他軸成分の干渉を排除し、力とモーメントとを区別して検出することが可能な力検出装置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】
【０００７】
(1)   本発明の第１の態様は、支持基板と、この支持基板の上方に配置された受力体と、支持基板と受力体とを接続するための第１の柱状体と、支持基板と受力体とを接続するための第２の柱状体と、を備え、支持基板を固定した状態において、受力体に作用した力を検出する力検出装置において、
第１の柱状体の上端は、可撓性をもった部材を介して受力体に接続され、第１の柱状体の下端は、可撓性をもった部材を介して支持基板に接続され、
第２の柱状体の上端は、可撓性をもった部材を介して受力体に接続され、第２の柱状体の下端は、可撓性をもった部材を介して支持基板に接続され、
ＸＹ平面が、支持基板の上面もしくはその上方に、支持基板の上面に対して平行となるように位置し、上方を正とし下方を負とするＺ軸が支持基板の上面のほぼ中心位置を通るように、ＸＹＺ三次元座標系を定義したときに、
第１の柱状体は、その中心軸がＺ軸に平行になり、かつ、その中心軸がＸ軸の正の部分に交差する位置に配置され、
第２の柱状体は、その中心軸がＺ軸に平行になり、かつ、その中心軸がＸ軸の負の部分に交差する位置に配置されるようにし、
第１の柱状体の下端近傍に配置され、第１の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度を検出する検出子と、第１の柱状体全体から支持基板に対して加えられるＺ軸方向に関する力を検出する検出子と、を有する第１のセンサと、
第２の柱状体の下端近傍に配置され、第２の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度を検出する検出子と、第２の柱状体全体から支持基板に対して加えられるＺ軸方向に関する力を検出する検出子と、を有する第２のセンサと、
第１のセンサの検出結果と第２のセンサの検出結果とに基づいて、受力体に作用した力のＸ軸方向成分Ｆｘを求め、これを出力する処理を行う検出回路と、
を更に設け、
検出回路は、
第１の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度と第２の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度との和Ｆｘ＊を求める演算機能と、
第１の柱状体によって加えられたＺ軸方向に関する力と第２の柱状体によって加えられたＺ軸方向に関する力との差Ｍｙを求める演算機能と、
所定の係数αを用いた演算式「Ｆｘ＝Ｆｘ＊−α・Ｍｙ」に基づいて、受力体に作用した力のＸ軸方向成分Ｆｘを求める演算機能と、
を有するようにし、
係数αが、Ｙ軸まわりのモーメントのみが作用した環境下で得られる和Ｆｘ＊の値Ｆｘ＊（０）および差Ｍｙの値Ｍｙ（０）を用いた式「α＝Ｆｘ＊（０）／Ｍｙ（０）」で与えられる値に設定されているようにしたものである。
【０００８】
(2)   本発明の第２の態様は、上述した第１の態様に係る力検出装置において、
検出回路が、求めた差Ｍｙを、受力体に作用した力のＹ軸まわりのモーメント成分として出力する処理を行うようにしたものである。
【０００９】
(3)   本発明の第３の態様は、上述した第１または第２の態様に係る力検出装置において、
検出回路が、第１の柱状体によって加えられたＺ軸方向に関する力と第２の柱状体によって加えられたＺ軸方向に関する力との和Ｆｚを求める演算機能を更に有し、求めた和Ｆｚを、受力体に作用した力のＺ軸方向成分として出力する処理を行うようにしたものである。
【００１０】
(4)   本発明の第４の態様は、上述した第１〜第３の態様に係る力検出装置において、
第１のセンサが、第１の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度を検出する検出子を更に有し、第２のセンサが、第２の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度を検出する検出子を更に有し、
検出回路が、第１の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度と第２の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度との差Ｍｚを求める演算機能を更に有し、求めた差Ｍｚを、受力体に作用した力のＺ軸まわりのモーメント成分として出力する処理を行うようにしたものである。
【００１１】
(5)   本発明の第５の態様は、上述した第１〜第４の態様に係る力検出装置において、
各柱状体の上端には、それぞれ可撓性をもった上端側肉薄部が接続されており、上端側肉薄部は、その周囲が受力体に接続され、その下面中心部が柱状体の上端に接続されており、
各柱状体の下端には、それぞれ可撓性をもった下端側肉薄部が接続されており、下端側肉薄部は、支持基板の上面から所定距離をおいた上方位置に支持基板の上面に対して平行に配置されるように、その周囲が台座を介して支持基板に接続され、その上面中心部が柱状体の下端に接続されているようにしたものである。
【００１２】
(6)   本発明の第６の態様は、上述した第５の態様に係る力検出装置において、
各柱状体について、それぞれ、当該柱状体の中心軸と支持基板の上面との交点に原点を有し、Ｘ軸に平行なｘ軸、Ｙ軸に平行なｙ軸をもったｘｙ二次元ローカル座標系を定義したときに、
柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度を検出する検出子として、
支持基板の上面において、ｘ座標値が正となる領域に形成された第１の電極と、下端側肉薄部の下面において、第１の電極に対向する位置に形成された第１の対向電極と、によって構成される第１の容量素子と、
支持基板の上面において、ｘ座標値が負となる領域に形成された第２の電極と、下端側肉薄部の下面において、第２の電極に対向する位置に形成された第２の対向電極と、によって構成される第２の容量素子と、
を有し、第１の容量素子の静電容量値Ｃ１と第２の容量素子の静電容量値Ｃ２との差を柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度として求める検出子が用いられ、
柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度を検出する検出子が必要な場合には、当該検出子として、
支持基板の上面において、ｙ座標値が正となる領域に形成された第３の電極と、下端側肉薄部の下面において、第３の電極に対向する位置に形成された第３の対向電極と、によって構成される第３の容量素子と、
支持基板の上面において、ｙ座標値が負となる領域に形成された第４の電極と、下端側肉薄部の下面において、第４の電極に対向する位置に形成された第４の対向電極と、によって構成される第４の容量素子と、
を有し、第３の容量素子の静電容量値Ｃ３と第４の容量素子の静電容量値Ｃ４との差を柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度として求める検出子が用いられ、
柱状体全体から支持基板に対して加えられるＺ軸方向に関する力を検出する検出子として、
支持基板の上面に形成された第５の電極と、下端側肉薄部の下面において、第５の電極に対向する位置に形成された第５の対向電極と、によって構成される第５の容量素子を有し、第５の容量素子の静電容量値Ｃ５を柱状体全体から支持基板に対して加えられるＺ軸方向に関する力として求める検出子が用いられ、
第１の電極自身および第２の電極自身は、いずれもｘ軸に関して線対称となる形状をなし、かつ、第１の電極と第２の電極とからなる電極群は、ｙ軸に関して線対称となる形状をなしており、
第３の電極自身および第４の電極自身は、いずれもｙ軸に関して線対称となる形状をなし、かつ、第３の電極と第４の電極とからなる電極群は、ｘ軸に関して線対称となる形状をなしており、
第５の電極自身はｘ軸およびｙ軸の双方に関して線対称となる形状をなしているようにしたものである。
【００１３】
(7)   本発明の第７の態様は、支持基板と、この支持基板の上方に配置された受力体と、支持基板と受力体とを接続するための第１の柱状体と、支持基板と受力体とを接続するための第２の柱状体と、支持基板と受力体とを接続するための第３の柱状体と、支持基板と受力体とを接続するための第４の柱状体と、を備え、支持基板を固定した状態において、受力体に作用した力を検出する力検出装置において、
第１の柱状体の上端は、可撓性をもった部材を介して受力体に接続され、第１の柱状体の下端は、可撓性をもった部材を介して支持基板に接続され、
第２の柱状体の上端は、可撓性をもった部材を介して受力体に接続され、第２の柱状体の下端は、可撓性をもった部材を介して支持基板に接続され、
第３の柱状体の上端は、可撓性をもった部材を介して受力体に接続され、第３の柱状体の下端は、可撓性をもった部材を介して支持基板に接続され、
第４の柱状体の上端は、可撓性をもった部材を介して受力体に接続され、第４の柱状体の下端は、可撓性をもった部材を介して支持基板に接続されるようにし、
ＸＹ平面が、支持基板の上面もしくはその上方に、支持基板の上面に対して平行となるように位置し、上方を正とし下方を負とするＺ軸が支持基板の上面のほぼ中心位置を通るように、ＸＹＺ三次元座標系を定義したときに、
第１の柱状体は、その中心軸がＺ軸に平行になり、かつ、その中心軸がＸ軸の正の部分に交差する位置に配置され、
第２の柱状体は、その中心軸がＺ軸に平行になり、かつ、その中心軸がＸ軸の負の部分に交差する位置に配置され、
第３の柱状体は、その中心軸がＺ軸に平行になり、かつ、その中心軸がＹ軸の正の部分に交差する位置に配置され、
第４の柱状体は、その中心軸がＺ軸に平行になり、かつ、その中心軸がＹ軸の負の部分に交差する位置に配置されるようにし、
第１の柱状体の下端近傍に配置され、第１の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度を検出する検出子と、第１の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度を検出する検出子と、第１の柱状体全体から支持基板に対して加えられるＺ軸方向に関する力を検出する検出子と、を有する第１のセンサと、
第２の柱状体の下端近傍に配置され、第２の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度を検出する検出子と、第２の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度を検出する検出子と、第２の柱状体全体から支持基板に対して加えられるＺ軸方向に関する力を検出する検出子と、を有する第２のセンサと、
第３の柱状体の下端近傍に配置され、第３の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度を検出する検出子と、第３の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度を検出する検出子と、第３の柱状体全体から支持基板に対して加えられるＺ軸方向に関する力を検出する検出子と、を有する第３のセンサと、
第４の柱状体の下端近傍に配置され、第４の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度を検出する検出子と、第４の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度を検出する検出子と、第４の柱状体全体から支持基板に対して加えられるＺ軸方向に関する力を検出する検出子と、を有する第４のセンサと、
第１のセンサの検出結果、第２のセンサの検出結果、第３のセンサの検出結果、および第４のセンサの検出結果、に基づいて、受力体に作用した力のＸ軸方向成分ＦｘおよびＹ軸方向成分Ｆｙを求め、これらを出力する処理を行う検出回路と、
を更に設け、
検出回路は、
「第１の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度と第２の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度と第３の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度と第４の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度との和Ｆｘ１＊」もしくは「第１の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度と第２の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度との和Ｆｘ２＊」もしくは「第３の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度と第４の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度との和Ｆｘ３＊」のいずれかを和Ｆｘ＊として求める演算機能と、
「第１の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度と第２の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度と第３の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度と第４の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度との和Ｆｙ１＊」もしくは「第１の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度と第２の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度との和Ｆｙ２＊」もしくは「第３の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度と第４の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度との和Ｆｙ３＊」のいずれかを和Ｆｙ＊として求める演算機能と、
第１の柱状体によって加えられたＺ軸方向に関する力と第２の柱状体によって加えられたＺ軸方向に関する力との差Ｍｙを求める演算機能と、
第３の柱状体によって加えられたＺ軸方向に関する力と第４の柱状体によって加えられたＺ軸方向に関する力との差Ｍｘを求める演算機能と、
所定の係数αを用いた演算式「Ｆｘ＝Ｆｘ＊−α・Ｍｙ」に基づいて、受力体に作用した力のＸ軸方向成分Ｆｘを求める演算機能と、
所定の係数βを用いた演算式「Ｆｙ＝Ｆｙ＊＋β・Ｍｘ」に基づいて、受力体に作用した力のＹ軸方向成分Ｆｙを求める演算機能と、
を有し、
係数αが、Ｙ軸まわりのモーメントのみが作用した環境下で得られる和Ｆｘ＊の値Ｆｘ＊（０）および差Ｍｙの値Ｍｙ（０）を用いた式「α＝Ｆｘ＊（０）／Ｍｙ（０）」で与えられる値に設定され、
係数βが、Ｘ軸まわりのモーメントのみが作用した環境下で得られる和Ｆｙ＊の値Ｆｙ＊（０）および差Ｍｘの値Ｍｘ（０）を用いた式「β＝−Ｆｙ＊（０）／Ｍｘ（０）」で与えられる値に設定されているようにしたものである。
【００１４】
(8)   本発明の第８の態様は、上述した第７の態様に係る力検出装置において、
検出回路が、求めた差Ｍｙを、受力体に作用した力のＹ軸まわりのモーメント成分として出力し、求めた差Ｍｘを、受力体に作用した力のＸ軸まわりのモーメント成分として出力する処理を行うようにしたものである。
【００１５】
(9)   本発明の第９の態様は、上述した第７または第８の態様に係る力検出装置において、
検出回路が、第１の柱状体によって加えられたＺ軸方向に関する力と第２の柱状体によって加えられたＺ軸方向に関する力と第３の柱状体によって加えられたＺ軸方向に関する力と第４の柱状体によって加えられたＺ軸方向に関する力との和Ｆｚを求める演算機能を更に有し、求めた和Ｆｚを、受力体に作用した力のＺ軸方向成分Ｆｚとして出力する処理を行うようにしたものである。
【００１６】
(10)  本発明の第１０の態様は、上述した第７〜第９の態様に係る力検出装置において、
検出回路が、「第１の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度と第４の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度との和と、第２の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度と第３の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度との和と、の差Ｍｚ１」もしくは「第１の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度と第２の柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度との差Ｍｚ２」もしくは「第４の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度と第３の柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度との差Ｍｚ３」のいずれかを差Ｍｚとして求める演算機能を更に有し、求めた差Ｍｚを、受力体に作用した力のＺ軸まわりのモーメント成分として出力する処理を行うようにしたものである。
【００１７】
(11)  本発明の第１１の態様は、上述した第７〜第１０の態様に係る力検出装置において、
各柱状体の上端には、それぞれ可撓性をもった上端側肉薄部が接続されており、上端側肉薄部は、その周囲が受力体に接続され、その下面中心部が柱状体の上端に接続されており、
各柱状体の下端には、それぞれ可撓性をもった下端側肉薄部が接続されており、下端側肉薄部は、支持基板の上面から所定距離をおいた上方位置に支持基板の上面に対して平行に配置されるように、その周囲が台座を介して支持基板に接続され、その上面中心部が柱状体の下端に接続されているようにしたものである。
【００１８】
(12)  本発明の第１２の態様は、上述した第１１の態様に係る力検出装置において、
各柱状体について、それぞれ、当該柱状体の中心軸と支持基板の上面との交点に原点を有し、Ｘ軸に平行なｘ軸、Ｙ軸に平行なｙ軸をもったｘｙ二次元ローカル座標系を定義したときに、
柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度を検出する検出子として、
支持基板の上面において、ｘ座標値が正となる領域に形成された第１の電極と、下端側肉薄部の下面において、第１の電極に対向する位置に形成された第１の対向電極と、によって構成される第１の容量素子と、
支持基板の上面において、ｘ座標値が負となる領域に形成された第２の電極と、下端側肉薄部の下面において、第２の電極に対向する位置に形成された第２の対向電極と、によって構成される第２の容量素子と、
を有し、第１の容量素子の静電容量値Ｃ１と第２の容量素子の静電容量値Ｃ２との差を柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度として求める検出子が用いられ、
柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度を検出する検出子として、
支持基板の上面において、ｙ座標値が正となる領域に形成された第３の電極と、下端側肉薄部の下面において、第３の電極に対向する位置に形成された第３の対向電極と、によって構成される第３の容量素子と、
支持基板の上面において、ｙ座標値が負となる領域に形成された第４の電極と、下端側肉薄部の下面において、第４の電極に対向する位置に形成された第４の対向電極と、によって構成される第４の容量素子と、
を有し、第３の容量素子の静電容量値Ｃ３と第４の容量素子の静電容量値Ｃ４との差を柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度として求める検出子が用いられ、
柱状体全体から支持基板に対して加えられるＺ軸方向に関する力を検出する検出子として、
支持基板の上面に形成された第５の電極と、下端側肉薄部の下面において、第５の電極に対向する位置に形成された第５の対向電極と、によって構成される第５の容量素子を有し、第５の容量素子の静電容量値Ｃ５を柱状体全体から支持基板に対して加えられるＺ軸方向に関する力として求める検出子が用いられ、
第１の電極自身および第２の電極自身は、いずれもｘ軸に関して線対称となる形状をなし、かつ、第１の電極と第２の電極とからなる電極群は、ｙ軸に関して線対称となる形状をなしており、
第３の電極自身および第４の電極自身は、いずれもｙ軸に関して線対称となる形状をなし、かつ、第３の電極と第４の電極とからなる電極群は、ｘ軸に関して線対称となる形状をなしており、
第５の電極自身はｘ軸およびｙ軸の双方に関して線対称となる形状をなしているようにしたものである。
【００１９】
(13)  本発明の第１３の態様は、支持基板と、この支持基板の上方に配置された受力体と、支持基板と受力体とを接続するための４本の柱状体と、を備え、支持基板を固定した状態において、受力体に作用した力を検出する力検出装置において、
４本の柱状体の各上端には、それぞれ可撓性をもった上端側肉薄部が接続されており、４本の柱状体の各下端には、それぞれ可撓性をもった下端側肉薄部が接続されており、
上端側肉薄部は、その周囲が受力体に接続され、その下面中心部が柱状体の上端に接続されており、
下端側肉薄部は、支持基板の上面から所定距離をおいた上方位置に支持基板の上面に対して平行に配置されるように、その周囲が台座を介して支持基板に接続され、その上面中心部が柱状体の下端に接続されており、
ＸＹ平面が、支持基板の上面もしくはその上方に、支持基板の上面に対して平行となるように位置し、上方を正とし下方を負とするＺ軸が支持基板の上面のほぼ中心位置を通るように、ＸＹＺ三次元座標系を定義したときに、
４本の柱状体は、その中心軸がいずれもＺ軸に平行になるように配置されており、第１の柱状体は、その中心軸がＸ軸の正の部分に交差する位置に配置され、第２の柱状体は、その中心軸がＸ軸の負の部分に交差する位置に配置され、第３の柱状体は、その中心軸がＹ軸の正の部分に交差する位置に配置され、第４の柱状体は、その中心軸がＹ軸の負の部分に交差する位置に配置され、
第１の柱状体の下端側肉薄部とこれに対向する支持基板の上面とによって挟まれた空間内に、一方の電極が下端側肉薄部の下面に形成され、他方の電極が支持基板の上面に形成された複数の容量素子からなる第１のセンサが構成され、
第２の柱状体の下端側肉薄部とこれに対向する支持基板の上面とによって挟まれた空間内に、一方の電極が下端側肉薄部の下面に形成され、他方の電極が支持基板の上面に形成された複数の容量素子からなる第２のセンサが構成され、
第３の柱状体の下端側肉薄部とこれに対向する支持基板の上面とによって挟まれた空間内に、一方の電極が下端側肉薄部の下面に形成され、他方の電極が支持基板の上面に形成された複数の容量素子からなる第３のセンサが構成され、
第４の柱状体の下端側肉薄部とこれに対向する支持基板の上面とによって挟まれた空間内に、一方の電極が下端側肉薄部の下面に形成され、他方の電極が支持基板の上面に形成された複数の容量素子からなる第４のセンサが構成され、
第１のセンサを構成する容量素子の候補として、
第１の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第１の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第１の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第１の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ１１と、
第１の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第１の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第１の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第１の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ１２と、
第１の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第１の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第１の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第１の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少するように形成された容量素子Ｃ１３と、
第１の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第１の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第１の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第１の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加するように形成された容量素子Ｃ１４と、
第１の柱状体がＺ軸正方向に変位したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第１の柱状体がＺ軸負方向に変位したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第１の柱状体がＸ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向、もしくはＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ１５と、
の５種類の容量素子を定義し、
第２のセンサを構成する容量素子の候補として、
第２の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第２の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第２の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第２の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ２１と、
第２の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第２の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第２の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第２の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ２２と、
第２の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第２の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第２の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第２の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少するように形成された容量素子Ｃ２３と、
第２の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第２の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第２の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第２の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加するように形成された容量素子Ｃ２４と、
第２の柱状体がＺ軸正方向に変位したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第２の柱状体がＺ軸負方向に変位したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第２の柱状体がＸ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向、もしくはＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ２５と、
の５種類の容量素子を定義し、
第３のセンサを構成する容量素子の候補として、
第３の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第３の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第３の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第３の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ３１と、
第３の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第３の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第３の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第３の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ３２と、
第３の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第３の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第３の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第３の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少するように形成された容量素子Ｃ３３と、
第３の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第３の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第３の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第３の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加するように形成された容量素子Ｃ３４と、
第３の柱状体がＺ軸正方向に変位したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第３の柱状体がＺ軸負方向に変位したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第３の柱状体がＸ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向、もしくはＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ３５と、
の５種類の容量素子を定義し、
第４のセンサを構成する容量素子の候補として、
第４の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第４の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第４の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第４の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ４１と、
第４の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第４の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第４の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第４の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ４２と、
第４の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第４の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第４の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第４の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少するように形成された容量素子Ｃ４３と、
第４の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第４の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第４の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第４の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加するように形成された容量素子Ｃ４４と、
第４の柱状体がＺ軸正方向に変位したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第４の柱状体がＺ軸負方向に変位したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第４の柱状体がＸ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向、もしくはＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ４５と、
の５種類の容量素子を定義し、
受力体に作用した力のＸ軸方向成分をＦｘ、Ｙ軸方向成分をＦｙ、Ｚ軸方向成分をＦｚ、Ｘ軸まわりのモーメント成分をＭｘ、Ｙ軸まわりのモーメント成分をＭｙ、Ｚ軸まわりのモーメント成分をＭｚとし、Ｆｘ，Ｆｙを求める過程で用いる中間段階の値をそれぞれＦｘ＊，Ｆｙ＊とし、各容量素子の静電容量値をそれぞれ各容量素子の符号と同じ符号で示すこととし、
Ｆｘ＊を求める式として、
Ｆｘ１＊＝（Ｃ１１−Ｃ１２）＋（Ｃ２１−Ｃ２２）＋（Ｃ３１−Ｃ３２）＋（Ｃ４１−Ｃ４２）
Ｆｘ２＊＝（Ｃ１１−Ｃ１２）＋（Ｃ２１−Ｃ２２）
Ｆｘ３＊＝（Ｃ３１−Ｃ３２）＋（Ｃ４１−Ｃ４２）
なる３通りの式を定義し、
Ｆｙ＊を求める式として、
Ｆｙ１＊＝（Ｃ１３−Ｃ１４）＋（Ｃ２３−Ｃ２４）＋（Ｃ３３−Ｃ３４）＋（Ｃ４３−Ｃ４４）
Ｆｙ２＊＝（Ｃ１３−Ｃ１４）＋（Ｃ２３−Ｃ２４）
Ｆｙ３＊＝（Ｃ３３−Ｃ３４）＋（Ｃ４３−Ｃ４４）
なる３通りの式を定義し、
Ｆｚを求める式として、
Ｆｚ１＝−（（Ｃ１１＋Ｃ１２＋Ｃ１３＋Ｃ１４＋Ｃ１５）＋（Ｃ２１＋Ｃ２２＋Ｃ２３＋Ｃ２４＋Ｃ２５）＋（Ｃ３１＋Ｃ３２＋Ｃ３３＋Ｃ３４＋Ｃ３５）＋（Ｃ４１＋Ｃ４２＋Ｃ４３＋Ｃ４４＋Ｃ４５））
Ｆｚ２＝−（（Ｃ１１＋Ｃ１２＋Ｃ１３＋Ｃ１４）＋（Ｃ２１＋Ｃ２２＋Ｃ２３＋Ｃ２４）＋（Ｃ３１＋Ｃ３２＋Ｃ３３＋Ｃ３４）＋（Ｃ４１＋Ｃ４２＋Ｃ４３＋Ｃ４４））
Ｆｚ３＝−（Ｃ１５＋Ｃ２５＋Ｃ３５＋Ｃ４５）
なる３通りの式を定義し、
Ｍｘを求める式として、
Ｍｘ１＝（Ｃ４１＋Ｃ４２＋Ｃ４３＋Ｃ４４＋Ｃ４５）−（Ｃ３１＋Ｃ３２＋Ｃ３３＋Ｃ３４＋Ｃ３５）
Ｍｘ２＝（Ｃ４１＋Ｃ４２＋Ｃ４３＋Ｃ４４）−（Ｃ３１＋Ｃ３２＋Ｃ３３＋Ｃ３４）
Ｍｘ３＝（Ｃ４５−Ｃ３５）
なる３通りの式を定義し、
Ｍｙを求める式として、
Ｍｙ１＝（Ｃ１１＋Ｃ１２＋Ｃ１３＋Ｃ１４＋Ｃ１５）−（Ｃ２１＋Ｃ２２＋Ｃ２３＋Ｃ２４＋Ｃ２５）
Ｍｙ２＝（Ｃ１１＋Ｃ１２＋Ｃ１３＋Ｃ１４）−（Ｃ２１＋Ｃ２２＋Ｃ２３＋Ｃ２４）
Ｍｙ３＝（Ｃ１５−Ｃ２５）
なる３通りの式を定義し、
Ｍｚを求める式として、
Ｍｚ１＝（（Ｃ１３−Ｃ１４）＋（Ｃ４１−Ｃ４２））−（（Ｃ２３−Ｃ２４）＋（Ｃ３１−Ｃ３２））
Ｍｚ２＝（Ｃ１３−Ｃ１４）−（Ｃ２３−Ｃ２４）
Ｍｚ３＝（Ｃ４１−Ｃ４２）−（Ｃ３１−Ｃ３２）
なる３通りの式を定義したときに、
候補となる容量素子の中から、
Ｆｘ＝Ｆｘｉ＊−αｉｊ・Ｍｙｊ（但し、ｉ＝１〜３のいずれか，ｊ＝１〜３のいずれか）
Ｆｙ＝Ｆｙｉ＊＋βｉｊ・Ｍｘｊ（但し、ｉ＝１〜３のいずれか，ｊ＝１〜３のいずれか）
Ｆｚ＝Ｆｚｉ（但し、ｉ＝１〜３のいずれか）
Ｍｘ＝Ｍｘｉ（但し、ｉ＝１〜３のいずれか）
Ｍｙ＝Ｍｙｉ（但し、ｉ＝１〜３のいずれか）
Ｍｚ＝Ｍｚｉ（但し、ｉ＝１〜３のいずれか）
なる６つの式の中から選択された式（但し、Ｆｘの式およびＦｙの式の選択は必須）に基づく演算を行うために必要な容量素子が実際に形成されており、かつ、当該演算を行う検出回路が設けられており、
係数αｉｊが、Ｙ軸まわりのモーメントのみが作用した環境下で得られるＦｘｉ＊の値Ｆｘｉ＊（０）およびＭｙｊの値Ｍｙｊ（０）を用いた式「αｉｊ＝Ｆｘｉ＊（０）／Ｍｙｊ（０）」で与えられる値に設定されており、
係数βｉｊが、Ｘ軸まわりのモーメントのみが作用した環境下で得られるＦｙｉ＊の値Ｆｙｉ＊（０）およびＭｘｊの値Ｍｘｊ（０）を用いた式「βｉｊ＝−Ｆｙｉ＊（０）／Ｍｘｊ（０）」で与えられる値に設定されているようにしたものである。
【００２０】
(14)  本発明の第１４の態様は、上述した第１３の態様に係る力検出装置において、この第１３の態様として記載された容量素子の候補に代えて、
各柱状体について、それぞれ、当該柱状体の中心軸と支持基板の上面との交点に原点を有し、Ｘ軸に平行なｘ軸、Ｙ軸に平行なｙ軸をもったｘｙ二次元ローカル座標系を定義したときに、
第１のセンサを構成する容量素子の候補として、
支持基板の上面において、第１の柱状体についてのローカル座標系におけるｘ座標値が正となる領域に形成された第１の柱状体用ｘ軸正側電極と、下端側肉薄部の下面において、第１の柱状体用ｘ軸正側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ１１と、
支持基板の上面において、第１の柱状体についてのローカル座標系におけるｘ座標値が負となる領域に形成された第１の柱状体用ｘ軸負側電極と、下端側肉薄部の下面において、第１の柱状体用ｘ軸負側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ１２と、
支持基板の上面において、第１の柱状体についてのローカル座標系におけるｙ座標値が正となる領域に形成された第１の柱状体用ｙ軸正側電極と、下端側肉薄部の下面において、第１の柱状体用ｙ軸正側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ１３と、
支持基板の上面において、第１の柱状体についてのローカル座標系におけるｙ座標値が負となる領域に形成された第１の柱状体用ｙ軸負側電極と、下端側肉薄部の下面において、第１の柱状体用ｙ軸負側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ１４と、
支持基板の上面において、第１の柱状体についてのローカル座標系における所定位置に形成された第１の柱状体用Ｚ軸変位検出用電極と、下端側肉薄部の下面において、第１の柱状体用Ｚ軸変位検出用電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ１５と、
の５種類の容量素子を定義し、
第２のセンサを構成する容量素子の候補として、
支持基板の上面において、第２の柱状体についてのローカル座標系におけるｘ座標値が正となる領域に形成された第２の柱状体用ｘ軸正側電極と、下端側肉薄部の下面において、第２の柱状体用ｘ軸正側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ２１と、
支持基板の上面において、第２の柱状体についてのローカル座標系におけるｘ座標値が負となる領域に形成された第２の柱状体用ｘ軸負側電極と、下端側肉薄部の下面において、第２の柱状体用ｘ軸負側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ２２と、
支持基板の上面において、第２の柱状体についてのローカル座標系におけるｙ座標値が正となる領域に形成された第２の柱状体用ｙ軸正側電極と、下端側肉薄部の下面において、第２の柱状体用ｙ軸正側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ２３と、
支持基板の上面において、第２の柱状体についてのローカル座標系におけるｙ座標値が負となる領域に形成された第２の柱状体用ｙ軸負側電極と、下端側肉薄部の下面において、第２の柱状体用ｙ軸負側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ２４と、
支持基板の上面において、第２の柱状体についてのローカル座標系における所定位置に形成された第２の柱状体用Ｚ軸変位検出用電極と、下端側肉薄部の下面において、第２の柱状体用Ｚ軸変位検出用電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ２５と、
の５種類の容量素子を定義し、
第３のセンサを構成する容量素子の候補として、
支持基板の上面において、第３の柱状体についてのローカル座標系におけるｘ座標値が正となる領域に形成された第３の柱状体用ｘ軸正側電極と、下端側肉薄部の下面において、第３の柱状体用ｘ軸正側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ３１と、
支持基板の上面において、第３の柱状体についてのローカル座標系におけるｘ座標値が負となる領域に形成された第３の柱状体用ｘ軸負側電極と、下端側肉薄部の下面において、第３の柱状体用ｘ軸負側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ３２と、
支持基板の上面において、第３の柱状体についてのローカル座標系におけるｙ座標値が正となる領域に形成された第３の柱状体用ｙ軸正側電極と、下端側肉薄部の下面において、第３の柱状体用ｙ軸正側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ３３と、
支持基板の上面において、第３の柱状体についてのローカル座標系におけるｙ座標値が負となる領域に形成された第３の柱状体用ｙ軸負側電極と、下端側肉薄部の下面において、第３の柱状体用ｙ軸負側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ３４と、
支持基板の上面において、第３の柱状体についてのローカル座標系における所定位置に形成された第３の柱状体用Ｚ軸変位検出用電極と、下端側肉薄部の下面において、第３の柱状体用Ｚ軸変位検出用電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ３５と、
の５種類の容量素子を定義し、
第４のセンサを構成する容量素子の候補として、
支持基板の上面において、第４の柱状体についてのローカル座標系におけるｘ座標値が正となる領域に形成された第４の柱状体用ｘ軸正側電極と、下端側肉薄部の下面において、第４の柱状体用ｘ軸正側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ４１と、
支持基板の上面において、第４の柱状体についてのローカル座標系におけるｘ座標値が負となる領域に形成された第４の柱状体用ｘ軸負側電極と、下端側肉薄部の下面において、第４の柱状体用ｘ軸負側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ４２と、
支持基板の上面において、第４の柱状体についてのローカル座標系におけるｙ座標値が正となる領域に形成された第４の柱状体用ｙ軸正側電極と、下端側肉薄部の下面において、第４の柱状体用ｙ軸正側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ４３と、
支持基板の上面において、第４の柱状体についてのローカル座標系におけるｙ座標値が負となる領域に形成された第４の柱状体用ｙ軸負側電極と、下端側肉薄部の下面において、第４の柱状体用ｙ軸負側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ４４と、
支持基板の上面において、第４の柱状体についてのローカル座標系における所定位置に形成された第４の柱状体用Ｚ軸変位検出用電極と、下端側肉薄部の下面において、第４の柱状体用Ｚ軸変位検出用電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ４５と、
の５種類の容量素子を定義し、
各柱状体用電極のそれぞれについて、
ｘ軸正側電極自身およびｘ軸負側電極自身は、いずれもｘ軸に関して線対称となる形状をなし、かつ、ｘ軸正側電極とｘ軸負側電極とからなる電極群は、ｙ軸に関して線対称となる形状をなしており、
ｙ軸正側電極自身およびｙ軸負側電極自身は、いずれもｙ軸に関して線対称となる形状をなし、かつ、ｙ軸正側電極とｙ軸負側電極とからなる電極群は、ｘ軸に関して線対称となる形状をなしており、
Ｚ軸変位検出用電極自身はｘ軸およびｙ軸の双方に関して線対称となる形状をなしているようにしたものである。
【００２１】
(15)  本発明の第１５の態様は、上述した第６、第１２〜第１４の態様に係る力検出装置において、
静電容量値の和を算出する対象となる複数の容量素子については、互いに電気的な並列接続がなされるような配線を施すことにより、検出回路における和を算出する演算を省略し、
各容量素子を、係数α，β，αｉｊ，βｉｊが１になるように設定することにより、検出回路における係数を用いた積を算出する演算を省略するようにしたものである。
【００２２】
(16)  本発明の第１６の態様は、支持基板と、この支持基板の上方に配置された受力体と、支持基板と受力体とを接続するための４本の柱状体と、を備え、支持基板を固定した状態において、受力体に作用した力を検出する力検出装置において、
４本の柱状体の各上端には、それぞれ可撓性をもった上端側肉薄部が接続されており、４本の柱状体の各下端には、それぞれ可撓性をもった下端側肉薄部が接続されており、
上端側肉薄部は、その周囲が受力体に接続され、その下面中心部が柱状体の上端に接続されており、
下端側肉薄部は、支持基板の上面から所定距離をおいた上方位置に支持基板の上面に対して平行に配置されるように、その周囲が台座を介して支持基板に接続され、その上面中心部が柱状体の下端に接続されており、
ＸＹ平面が、支持基板の上面もしくはその上方に、支持基板の上面に対して平行となるように位置し、上方を正とし下方を負とするＺ軸が支持基板の上面のほぼ中心位置を通るように、ＸＹＺ三次元座標系を定義したときに、
４本の柱状体は、その中心軸がいずれもＺ軸に平行になるように配置されており、第１の柱状体は、その中心軸がＸ軸の正の部分に交差する位置に配置され、第２の柱状体は、その中心軸がＸ軸の負の部分に交差する位置に配置され、第３の柱状体は、その中心軸がＹ軸の正の部分に交差する位置に配置され、第４の柱状体は、その中心軸がＹ軸の負の部分に交差する位置に配置され、
第１の柱状体の下端側肉薄部とこれに対向する支持基板の上面とによって挟まれた空間内に、一方の電極が下端側肉薄部の下面に形成され、他方の電極が支持基板の上面に形成された複数の容量素子からなる第１のセンサが構成され、
第２の柱状体の下端側肉薄部とこれに対向する支持基板の上面とによって挟まれた空間内に、一方の電極が下端側肉薄部の下面に形成され、他方の電極が支持基板の上面に形成された複数の容量素子からなる第２のセンサが構成され、
第３の柱状体の下端側肉薄部とこれに対向する支持基板の上面とによって挟まれた空間内に、一方の電極が下端側肉薄部の下面に形成され、他方の電極が支持基板の上面に形成された複数の容量素子からなる第３のセンサが構成され、
第４の柱状体の下端側肉薄部とこれに対向する支持基板の上面とによって挟まれた空間内に、一方の電極が下端側肉薄部の下面に形成され、他方の電極が支持基板の上面に形成された複数の容量素子からなる第４のセンサが構成され、
第１のセンサを構成する容量素子の候補として、
第１の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第１の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第１の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第１の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ１１と、
第１の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第１の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第１の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第１の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ１２と、
第１の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第１の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第１の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第１の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少するように形成された容量素子Ｃ１３と、
第１の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第１の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第１の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第１の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加するように形成された容量素子Ｃ１４と、
第１の柱状体がＺ軸正方向に変位したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第１の柱状体がＺ軸負方向に変位したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第１の柱状体がＸ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向、もしくはＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ１５と、
の５種類の容量素子を定義し、
第２のセンサを構成する容量素子の候補として、
第２の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第２の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第２の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第２の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ２１と、
第２の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第２の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第２の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第２の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ２２と、
第２の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第２の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第２の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第２の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少するように形成された容量素子Ｃ２３と、
第２の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第２の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第２の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第２の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加するように形成された容量素子Ｃ２４と、
第２の柱状体がＺ軸正方向に変位したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第２の柱状体がＺ軸負方向に変位したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第２の柱状体がＸ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向、もしくはＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ２５と、
の５種類の容量素子を定義し、
第３のセンサを構成する容量素子の候補として、
第３の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第３の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第３の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第３の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ３１と、
第３の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第３の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第３の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第３の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ３２と、
第３の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第３の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第３の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第３の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少するように形成された容量素子Ｃ３３と、
第３の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第３の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第３の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第３の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加するように形成された容量素子Ｃ３４と、
第３の柱状体がＺ軸正方向に変位したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第３の柱状体がＺ軸負方向に変位したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第３の柱状体がＸ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向、もしくはＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ３５と、
の５種類の容量素子を定義し、
第４のセンサを構成する容量素子の候補として、
第４の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第４の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第４の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第４の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ４１と、
第４の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第４の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第４の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第４の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ４２と、
第４の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第４の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第４の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第４の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少するように形成された容量素子Ｃ４３と、
第４の柱状体がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第４の柱状体がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第４の柱状体がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第４の柱状体がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加するように形成された容量素子Ｃ４４と、
第４の柱状体がＺ軸正方向に変位したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第４の柱状体がＺ軸負方向に変位したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第４の柱状体がＸ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向、もしくはＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しないように形成された容量素子Ｃ４５と、
の５種類の容量素子を定義し、
受力体に作用した力のＸ軸方向成分をＦｘ、Ｙ軸方向成分をＦｙ、Ｚ軸方向成分をＦｚ、Ｘ軸まわりのモーメント成分をＭｘ、Ｙ軸まわりのモーメント成分をＭｙ、Ｚ軸まわりのモーメント成分をＭｚとし、Ｆｘ，Ｆｙを求める過程で用いる中間段階の値をそれぞれＦｘ＊，Ｆｙ＊とし、各容量素子の静電容量値をそれぞれ各容量素子の符号と同じ符号で示すこととし、
Ｆｘ＊を求める式として、
Ｆｘ１＊＝（Ｃ１１−Ｃ１２）＋（Ｃ２１−Ｃ２２）＋（Ｃ３１−Ｃ３２）＋（Ｃ４１−Ｃ４２）
Ｆｘ２＊＝（Ｃ１１−Ｃ１２）＋（Ｃ２１−Ｃ２２）
Ｆｘ３＊＝（Ｃ３１−Ｃ３２）＋（Ｃ４１−Ｃ４２）
なる３通りの式を定義し、
Ｆｙ＊を求める式として、
Ｆｙ１＊＝（Ｃ１３−Ｃ１４）＋（Ｃ２３−Ｃ２４）＋（Ｃ３３−Ｃ３４）＋（Ｃ４３−Ｃ４４）
Ｆｙ２＊＝（Ｃ１３−Ｃ１４）＋（Ｃ２３−Ｃ２４）
Ｆｙ３＊＝（Ｃ３３−Ｃ３４）＋（Ｃ４３−Ｃ４４）
なる３通りの式を定義し、
Ｆｚを求める式として、
Ｆｚ１＝−（（Ｃ１１＋Ｃ１２＋Ｃ１３＋Ｃ１４＋Ｃ１５）＋（Ｃ２１＋Ｃ２２＋Ｃ２３＋Ｃ２４＋Ｃ２５）＋（Ｃ３１＋Ｃ３２＋Ｃ３３＋Ｃ３４＋Ｃ３５）＋（Ｃ４１＋Ｃ４２＋Ｃ４３＋Ｃ４４＋Ｃ４５））
Ｆｚ２＝−（（Ｃ１１＋Ｃ１２＋Ｃ１３＋Ｃ１４）＋（Ｃ２１＋Ｃ２２＋Ｃ２３＋Ｃ２４）＋（Ｃ３１＋Ｃ３２＋Ｃ３３＋Ｃ３４）＋（Ｃ４１＋Ｃ４２＋Ｃ４３＋Ｃ４４））
Ｆｚ３＝−（Ｃ１５＋Ｃ２５＋Ｃ３５＋Ｃ４５）
なる３通りの式を定義し、
Ｍｘを求める式として、
Ｍｘ１＝（Ｃ４１＋Ｃ４２＋Ｃ４３＋Ｃ４４＋Ｃ４５）−（Ｃ３１＋Ｃ３２＋Ｃ３３＋Ｃ３４＋Ｃ３５）
Ｍｘ２＝（Ｃ４１＋Ｃ４２＋Ｃ４３＋Ｃ４４）−（Ｃ３１＋Ｃ３２＋Ｃ３３＋Ｃ３４）
Ｍｘ３＝（Ｃ４５−Ｃ３５）
なる３通りの式を定義し、
Ｍｙを求める式として、
Ｍｙ１＝（Ｃ１１＋Ｃ１２＋Ｃ１３＋Ｃ１４＋Ｃ１５）−（Ｃ２１＋Ｃ２２＋Ｃ２３＋Ｃ２４＋Ｃ２５）
Ｍｙ２＝（Ｃ１１＋Ｃ１２＋Ｃ１３＋Ｃ１４）−（Ｃ２１＋Ｃ２２＋Ｃ２３＋Ｃ２４）
Ｍｙ３＝（Ｃ１５−Ｃ２５）
なる３通りの式を定義し、
Ｍｚを求める式として、
Ｍｚ１＝（（Ｃ１３−Ｃ１４）＋（Ｃ４１−Ｃ４２））−（（Ｃ２３−Ｃ２４）＋（Ｃ３１−Ｃ３２））
Ｍｚ２＝（Ｃ１３−Ｃ１４）−（Ｃ２３−Ｃ２４）
Ｍｚ３＝（Ｃ４１−Ｃ４２）−（Ｃ３１−Ｃ３２）
なる３通りの式を定義したときに、
候補となる容量素子の中から、
Ｆｘ＝Ｆｘｉ＊−Ｍｙｊ（但し、ｉ＝１〜３のいずれか，ｊ＝１〜３のいずれか）
Ｆｙ＝Ｆｙｉ＊＋Ｍｘｊ（但し、ｉ＝１〜３のいずれか，ｊ＝１〜３のいずれか）
Ｆｚ＝Ｆｚｉ（但し、ｉ＝１〜３のいずれか）
Ｍｘ＝Ｍｘｉ（但し、ｉ＝１〜３のいずれか）
Ｍｙ＝Ｍｙｉ（但し、ｉ＝１〜３のいずれか）
Ｍｚ＝Ｍｚｉ（但し、ｉ＝１〜３のいずれか）
なる６つの式の中から選択された式（但し、Ｆｘの式およびＦｙの式の選択は必須）に基づく演算を行うために必要な容量素子が実際に形成されており（同一符号の静電容量値が、異なる複数の式で用いられている場合には、物理的に別体の容量素子が形成されており）、かつ、当該演算を行う検出回路が設けられており、
実際に形成されている容量素子のうち、選択された式に基づく演算において静電容量値の和を算出する対象となる複数の容量素子については、互いに電気的な並列接続がなされるような配線が施されており、
Ｙ軸まわりのモーメントのみが作用した環境下で得られるＦｘｉ＊の値Ｆｘｉ＊（０）およびＭｙｊの値Ｍｙｊ（０）について、Ｆｘｉ＊（０）＝Ｍｙｊ（０）が成り立つように、Ｆｘｉ＊の算出に用いられる容量素子と、Ｍｙｊの算出に用いられる容量素子と、が設定されており、
Ｘ軸まわりのモーメントのみが作用した環境下で得られるＦｙｉ＊の値Ｆｙｉ＊（０）およびＭｘｊの値Ｍｘｊ（０）について、−Ｆｙｉ＊（０）＝Ｍｘｊ（０）が成り立つように、Ｆｙｉ＊の算出に用いられる容量素子と、Ｍｘｊの算出に用いられる容量素子と、が設定されているようにしたものである。
【００２３】
(17)  本発明の第１７の態様は、上述した第１６の態様に係る力検出装置において、この第１６の態様として記載した容量素子の候補に代えて、
各柱状体について、それぞれ、当該柱状体の中心軸と支持基板の上面との交点に原点を有し、Ｘ軸に平行なｘ軸、Ｙ軸に平行なｙ軸をもったｘｙ二次元ローカル座標系を定義したときに、
第１のセンサを構成する容量素子の候補として、
支持基板の上面において、第１の柱状体についてのローカル座標系におけるｘ座標値が正となる領域に形成された第１の柱状体用ｘ軸正側電極と、下端側肉薄部の下面において、第１の柱状体用ｘ軸正側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ１１と、
支持基板の上面において、第１の柱状体についてのローカル座標系におけるｘ座標値が負となる領域に形成された第１の柱状体用ｘ軸負側電極と、下端側肉薄部の下面において、第１の柱状体用ｘ軸負側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ１２と、
支持基板の上面において、第１の柱状体についてのローカル座標系におけるｙ座標値が正となる領域に形成された第１の柱状体用ｙ軸正側電極と、下端側肉薄部の下面において、第１の柱状体用ｙ軸正側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ１３と、
支持基板の上面において、第１の柱状体についてのローカル座標系におけるｙ座標値が負となる領域に形成された第１の柱状体用ｙ軸負側電極と、下端側肉薄部の下面において、第１の柱状体用ｙ軸負側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ１４と、
支持基板の上面において、第１の柱状体についてのローカル座標系における所定位置に形成された第１の柱状体用Ｚ軸変位検出用電極と、下端側肉薄部の下面において、第１の柱状体用Ｚ軸変位検出用電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ１５と、
の５種類の容量素子を定義し、
第２のセンサを構成する容量素子の候補として、
支持基板の上面において、第２の柱状体についてのローカル座標系におけるｘ座標値が正となる領域に形成された第２の柱状体用ｘ軸正側電極と、下端側肉薄部の下面において、第２の柱状体用ｘ軸正側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ２１と、
支持基板の上面において、第２の柱状体についてのローカル座標系におけるｘ座標値が負となる領域に形成された第２の柱状体用ｘ軸負側電極と、下端側肉薄部の下面において、第２の柱状体用ｘ軸負側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ２２と、
支持基板の上面において、第２の柱状体についてのローカル座標系におけるｙ座標値が正となる領域に形成された第２の柱状体用ｙ軸正側電極と、下端側肉薄部の下面において、第２の柱状体用ｙ軸正側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ２３と、
支持基板の上面において、第２の柱状体についてのローカル座標系におけるｙ座標値が負となる領域に形成された第２の柱状体用ｙ軸負側電極と、下端側肉薄部の下面において、第２の柱状体用ｙ軸負側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ２４と、
支持基板の上面において、第２の柱状体についてのローカル座標系における所定位置に形成された第２の柱状体用Ｚ軸変位検出用電極と、下端側肉薄部の下面において、第２の柱状体用Ｚ軸変位検出用電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ２５と、
の５種類の容量素子を定義し、
第３のセンサを構成する容量素子の候補として、
支持基板の上面において、第３の柱状体についてのローカル座標系におけるｘ座標値が正となる領域に形成された第３の柱状体用ｘ軸正側電極と、下端側肉薄部の下面において、第３の柱状体用ｘ軸正側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ３１と、
支持基板の上面において、第３の柱状体についてのローカル座標系におけるｘ座標値が負となる領域に形成された第３の柱状体用ｘ軸負側電極と、下端側肉薄部の下面において、第３の柱状体用ｘ軸負側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ３２と、
支持基板の上面において、第３の柱状体についてのローカル座標系におけるｙ座標値が正となる領域に形成された第３の柱状体用ｙ軸正側電極と、下端側肉薄部の下面において、第３の柱状体用ｙ軸正側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ３３と、
支持基板の上面において、第３の柱状体についてのローカル座標系におけるｙ座標値が負となる領域に形成された第３の柱状体用ｙ軸負側電極と、下端側肉薄部の下面において、第３の柱状体用ｙ軸負側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ３４と、
支持基板の上面において、第３の柱状体についてのローカル座標系における所定位置に形成された第３の柱状体用Ｚ軸変位検出用電極と、下端側肉薄部の下面において、第３の柱状体用Ｚ軸変位検出用電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ３５と、
の５種類の容量素子を定義し、
第４のセンサを構成する容量素子の候補として、
支持基板の上面において、第４の柱状体についてのローカル座標系におけるｘ座標値が正となる領域に形成された第４の柱状体用ｘ軸正側電極と、下端側肉薄部の下面において、第４の柱状体用ｘ軸正側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ４１と、
支持基板の上面において、第４の柱状体についてのローカル座標系におけるｘ座標値が負となる領域に形成された第４の柱状体用ｘ軸負側電極と、下端側肉薄部の下面において、第４の柱状体用ｘ軸負側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ４２と、
支持基板の上面において、第４の柱状体についてのローカル座標系におけるｙ座標値が正となる領域に形成された第４の柱状体用ｙ軸正側電極と、下端側肉薄部の下面において、第４の柱状体用ｙ軸正側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ４３と、
支持基板の上面において、第４の柱状体についてのローカル座標系におけるｙ座標値が負となる領域に形成された第４の柱状体用ｙ軸負側電極と、下端側肉薄部の下面において、第４の柱状体用ｙ軸負側電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ４４と、
支持基板の上面において、第４の柱状体についてのローカル座標系における所定位置に形成された第４の柱状体用Ｚ軸変位検出用電極と、下端側肉薄部の下面において、第４の柱状体用Ｚ軸変位検出用電極に対向する位置に形成された対向電極と、によって構成される容量素子Ｃ４５と、
の５種類の容量素子を定義し、
各柱状体用電極のそれぞれについて、
ｘ軸正側電極自身およびｘ軸負側電極自身は、いずれもｘ軸に関して線対称となる形状をなし、かつ、ｘ軸正側電極とｘ軸負側電極とからなる電極群は、ｙ軸に関して線対称となる形状をなしており、
ｙ軸正側電極自身およびｙ軸負側電極自身は、いずれもｙ軸に関して線対称となる形状をなし、かつ、ｙ軸正側電極とｙ軸負側電極とからなる電極群は、ｘ軸に関して線対称となる形状をなしており、
Ｚ軸変位検出用電極自身はｘ軸およびｙ軸の双方に関して線対称となる形状をなしているようにしたものである。
【００２４】
(18)  本発明の第１８の態様は、上述した第６、第１２〜第１７の態様に係る力検出装置において、
特定の一容量素子を構成する一方の電極が、離隔して配置された複数の部分電極の集合体により構成されているようにしたものである。
【００２５】
(19)  本発明の第１９の態様は、上述した第６、第１２〜第１７の態様に係る力検出装置において、
複数の容量素子についての支持基板の上面側に形成される電極もしくは下端側肉薄部側に形成される電極が物理的に単一の共通電極によって構成されているようにしたものである。
【００２６】
(20)  本発明の第２０の態様は、上述した第１９の態様に係る力検出装置において、
各下端側肉薄部が導電性材料によって構成されており、この下端側肉薄部自身が単一の共通電極として機能するようにしたものである。
【００２７】
(21)  本発明の第２１の態様は、上述した第１〜第２０の態様に係る力検出装置において、
各柱状体の形状および配置が、ＸＺ平面およびＹＺ平面の双方に関して、面対称になっているようにしたものである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る力検出装置によれば、受力体と支持基板とを複数の柱状体で接続し、各柱状体から支持基板に加わる押圧力や各柱状体の傾斜を個別に測定することにより、受力体に加わった力の各成分を検出することができるため、構造が非常に単純な検出装置を実現することができる。しかも、柱状体の傾斜として検出されるモーメント成分による他軸干渉を、柱状体から支持基板に加わる力として検出されるモーメント成分によって相殺するようにしたため、受力体に作用した所定軸方向の力成分を、柱状体の傾斜として検出する場合にも、モーメント成分による他軸干渉を排除することが可能になる。かくして、非常に単純な構造をもち、しかも、他軸成分の干渉を排除し、力とモーメントとを区別して検出することが可能な力検出装置が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。
【００３０】
＜＜＜  §１．  装置の基本構造  ＞＞＞
はじめに、本発明に係る力検出装置の基本構造を説明する。なお、この基本構造それ自身は、前述した特許文献１，２において、既に開示されているものである。
【００３１】
図１に示すとおり、本発明に係る力検出装置の基本構成要素は、受力体１０、第１の柱状体１１、第２の柱状体１２、第３の柱状体１３、第４の柱状体１４、支持基板２０、第１のセンサ２１、第２のセンサ２２、第３のセンサ２３、第４のセンサ２４、検出回路３０である。
【００３２】
ここでは、説明の便宜上、ＸＹＺ三次元座標系と、これを上方に平行移動させたＸ′Ｙ′Ｚ′補助座標系を定義する。図示の例の場合、ＸＹＺ三次元座標系の原点Ｏは、支持基板２０の上面中心位置に定義されており、支持基板２０の上面がＸＹ平面に含まれるようになっている。図の右方がＸ軸正方向、図の斜め奥がＹ軸正方向、図の上方がＺ軸正方向である。一方、Ｘ′Ｙ′Ｚ′補助座標系の原点Ｏ′は、原点ＯをＺ軸正方向に所定距離移動させた位置にある。具体的には、原点Ｏ′は受力体１０の中心部に位置している。したがって、Ｘ軸とＸ′軸とは平行であり、Ｙ軸とＹ′軸とは平行であり、Ｚ軸とＺ′軸とは重なり合っている。
【００３３】
受力体１０は、検出対象となる力を受ける構成要素であり、Ｘ′Ｙ′Ｚ′補助座標系の原点Ｏ′を受力体１０の中心部にとったのは、この受力体１０に作用する力を説明するための便宜である。図には、受力体１０に対して作用する、Ｘ軸方向の力Ｆｘ、Ｙ軸方向の力Ｆｙ、Ｚ軸方向の力Ｆｚを、それぞれＸ′軸、Ｙ′軸、Ｚ′軸に沿った矢印として示してあるが、もちろん、これらの力はそれぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸にも平行な力であり、受力体１０に対して加えられた力のＸ軸方向成分、Ｙ軸方向成分、Ｚ軸方向成分を示すものになる。
【００３４】
このように、力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚについては、Ｘ′Ｙ′Ｚ′補助座標系の各座標軸に沿った力と考えても、ＸＹＺ三次元座標系の各座標軸に沿った力と考えても、物理量としての本質に相違はないが、モーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚについては、座標系の原点位置をどこにとるかによって物理量としての本質は変わってくる。特に、本発明は、他軸成分の干渉を排除した高い測定精度をもつ力検出装置に係るものであるため、ここでは、ＸＹＺ三次元座標系とＸ′Ｙ′Ｚ′補助座標系とを明確に区別して取り扱うことにする。
【００３５】
すなわち、本発明に係る力検出装置の検出対象となる力Ｆｘ，Ｆｙ，ＦｚおよびモーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚは、あくまでもＸＹＺ三次元座標系の各座標軸方向に作用する力および各座標軸まわりに作用するモーメントであり、図１において、モーメントＭｘ，Ｍｙを示す矢印がそれぞれＸ軸およびＹ軸まわりに描かれているのはこのためである（Ｚ軸とＺ′軸とは重なるので、モーメントＭｚはＺ′軸まわりのモーメントと考えても支障ない）。別言すれば、モーメントＭｘやＭｙが直接的に作用する物体は受力体１０であるが、これらのモーメントは、受力体１０を、その中心位置にある原点Ｏ′を中心として回転させる作用を果たすのではなく、受力体１０を、ＸＹＺ三次元座標系の原点Ｏを中心として回転させる作用を果たすことになる。
【００３６】
結局、この力検出装置は、ＸＹＺ三次元座標系において、受力体１０に作用する力のＸ軸方向成分Ｆｘ、Ｙ軸方向成分Ｆｙ、Ｚ軸方向成分Ｆｚと、Ｘ軸まわりのモーメント成分Ｍｘ、Ｙ軸まわりのモーメント成分Ｍｙ、Ｚ軸まわりのモーメント成分Ｍｚをそれぞれ独立して検出する機能を有することになる。
【００３７】
なお、本願では、「力」という文言は、特定の座標軸方向の力成分を意味する場合と、モーメント成分を含めた集合的な力を意味する場合とを、適宜使い分けることにする。たとえば、図１において、力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚと言った場合は、モーメントではない各座標軸方向の力成分を意味しているが、６つの力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚと言った場合は、各座標軸方向の力成分と各座標軸まわりのモーメント成分とを含む集合的な力を意味することになる。
【００３８】
支持基板２０は、受力体１０の下方に配置され、受力体１０を支持する機能を果たす構成要素である。上述したように、ここに示す例の場合、支持基板２０の上面は、ＸＹ平面に含まれる。この力検出装置は、この支持基板２０を固定した状態において、受力体１０に作用した力を検出することになる。
【００３９】
第１の柱状体１１〜第４の柱状体１４は、受力体１０と支持基板２０とを接続する部材であり、いずれもその中心軸がＺ軸に平行になるように配置されている。しかも、第１の柱状体１１は、その中心軸がＸ軸の正の部分に交差する位置に配置され、第２の柱状体１２は、その中心軸がＸ軸の負の部分に交差する位置に配置され、第３の柱状体１３は、その中心軸がＹ軸の正の部分に交差する位置に配置され、第４の柱状体１４は、その中心軸がＹ軸の負の部分に交差する位置に配置されている。
【００４０】
また、実用上は、第１の柱状体１１〜第４の柱状体１４は、全く同じ材質、全く同じサイズにするのが好ましい。これは、これらの材質やサイズを同一にしておけば、第１のセンサ２１〜第４のセンサ２４による検出感度を同一にすることができるためである。相互の材質やサイズが異なると、各センサの感度を同一にそろえることが困難になり、感度補正のための工夫が必要になる。同様の理由により、各柱状体の形状および配置は、ＸＺ平面およびＹＺ平面の双方に関して、面対称になっているのが好ましい。
【００４１】
なお、図１には示されていないが、各柱状体１１〜１４の上端は、受力体１０に対して、可撓性をもった部材を介して接続されており、各柱状体１１〜１４の下端は、支持基板２０に対して、可撓性をもった接続部材を介して接続されている。要するに、第１の柱状体１１〜第４の柱状体１４は、受力体１０に対しても、支持基板２０に対しても、可撓性をもって接続されていることになる。ここで、可撓性とは弾力性と同義であり、受力体１０に対して何ら力が作用していない状態では、受力体１０は支持基板２０に対して定位置をとるが、受力体１０に何らかの力が作用すると、可撓性をもった接続部材が弾性変形を生じ、受力体１０と支持基板２０との相対位置に変化が生じることになる。もちろん、受力体１０に作用する力がなくなると、受力体１０はもとどおりの定位置に戻る。
【００４２】
結局、図１に示す例の場合、第１の柱状体１１〜第４の柱状体１４の上端部および下端部が、それぞれ可撓性をもった接続部材によって構成されていることになる（もちろん、第１の柱状体１１〜第４の柱状体１４の全体が可撓性をもった材料により構成されていてもかまわない）。そして、この接続部材が、ある程度の弾性変形を生じるため、第１の柱状体１１〜第４の柱状体１４は、受力体１０や支持基板２０に対して傾斜することができる。また、この接続部材は、図の上下方向（Ｚ軸方向）にも伸縮することが可能であり、受力体１０を図の上方向（＋Ｚ軸方向）に動かすと、接続部材が伸縮し、受力体１０と支持基板２０との距離は広がり、逆に、受力体１０を図の下方向（−Ｚ軸方向）に動かすと、接続部材が伸縮し、受力体１０と支持基板２０との距離は狭まることになる。もちろん、このような変位や傾斜の度合いは、受力体１０に作用した力の大きさに応じて大きくなる。
【００４３】
第１のセンサ２１〜第４のセンサ２４は、それぞれ第１の柱状体１１〜第４の柱状体１４の傾斜を検出するとともに、第１の柱状体１１〜第４の柱状体１４から支持基板２０に向かって加えられるＺ軸方向に関する力を検出する力センサである。具体的には、後述するように、それぞれ複数の容量素子から構成されている。受力体１０に力が作用すると、この力は、各柱状体１１〜１４を介して、支持基板２０へと伝達されることになる。各センサ２１〜２４は、こうして伝達される力によって、各柱状体１１〜１４の下端部近傍に生じる力学的な現象を検出する機能を有している。より具体的には、後に詳述するように、柱状体が傾斜することにより生じる力を検出することにより、柱状体の傾斜度を検知する機能と、柱状体全体が、支持基板に対して加える押圧力（図の下方−Ｚ軸方向の力）もしくは引っ張り力（図の上方＋Ｚ軸方向の力）を検知する機能と、を有している。
【００４４】
検出回路３０は、各センサ２１〜２４を構成する複数の容量素子の静電容量値に基づいて、受力体１０に作用した力もしくはモーメントを検出する処理を行う構成要素であり、ＸＹＺ三次元座標系における各座標軸方向の力成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを示す信号と各座標軸まわりのモーメント成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚを示す信号を出力する。実際には、上述した柱状体の傾斜度や、支持基板に対して加えられる押圧力／引っ張り力に基づいて、力やモーメントの検出が行われる。
【００４５】
＜＜＜  §２．  装置の動作原理  ＞＞＞
続いて、図２の正面図を参照しながら、図１に示す力検出装置の基本的な動作原理を説明する。なお、ここでは、説明の便宜上、第１の柱状体１１および第２の柱状体１２に関連する動作のみを示すが、第３の柱状体１３および第４の柱状体１４に関連する動作も同様である。
【００４６】
図２(a) は、この力検出装置に何ら力が作用していない状態を示しており、受力体１０は、支持基板２０に対して定位置を維持している。もちろん、この状態においても、受力体１０などの重量が支持基板２０上に加わっているので、支持基板２０は、第１の柱状体１１や第２の柱状体１２から、何らかの力を受けているが、この状態で受けている力は定常状態での力であり、このような力が第１のセンサ２１や第２のセンサ２２によって検出されたとしても、検出回路３０から出力される力やモーメントの検出値は０になるように調整されている。別言すれば、検出回路３０は、このような定常状態における各センサ２１〜２４の検出結果を基準として、何らかの変化が生じた場合に、この変化を受力体１０に作用した力もしくはモーメントとして検出する機能を有している。
【００４７】
さて、ここでは、まず図２(b) に示すように、受力体１０に対して、Ｘ軸正方向の力＋Ｆｘが作用した場合を考えてみる。ちょうど原点Ｏ′の位置を、図の右方向へと押すような力が加わった場合に相当する。この場合、図示のとおり、受力体１０は図の右方向へとスライド運動することになり、第１の柱状体１１および第２の柱状体１２は、図の右方向へと傾斜することになる。ここでは、このときの第１の柱状体１１の傾斜度をθ１、第２の柱状体１２の傾斜度をθ２と呼ぶことにする。また、このようにＸＺ平面内におけるＸ軸に向かう方向への傾斜の程度を示す角度θ１，θ２を、「Ｘ軸方向に関する傾斜度」と呼ぶことにする。同様に、ＹＺ平面内におけるＹ軸に向かう方向への傾斜の程度を示す角度を、「Ｙ軸方向に関する傾斜度」と呼ぶ。図示の例の場合、２本の柱状体１１，１２は、Ｘ軸上に配置されているので、Ｙ軸方向の傾斜度は０である。
【００４８】
なお、各柱状体１１，１２が傾斜すると、受力体１０と支持基板２０との距離は若干縮まることになるので、厳密に言えば、受力体１０はＸ軸方向に完全な平行移動を行うわけではなく、わずかながら−Ｚ軸方向への移動も行うことになるが、傾斜度が比較的小さい場合、−Ｚ軸方向への移動量は無視することができるので、ここでは説明の便宜上、受力体１０がＸ軸方向のみに移動したものと考えることにする。
【００４９】
一方、図２(c) に示すように、受力体１０に対して、Ｙ軸まわりのモーメント＋Ｍｙが作用した場合を考えてみよう。図２(c) において、Ｙ軸は原点Ｏの位置において紙面の裏側へと向かう垂直方向の軸であるから、図では、モーメント＋Ｍｙは、原点Ｏを中心に、受力体１０を時計まわりの方向に回転させるような力に相当する。なお、本願では、所定の座標軸の正方向に右ネジを進める場合の当該右ネジの回転方向を、当該座標軸まわりの正のモーメントと定義することにする。前述したとおり、モーメント＋Ｍｙは、受力体１０を原点Ｏ′を中心として回転させる力ではなく、原点Ｏを中心として回転させる力になる（両者の誤差が許容範囲であれば、モーメントを原点Ｏ′を中心とする回転力として取り扱っても問題ない。）。
【００５０】
さて、この場合、図示のとおり、第１の柱状体１１については縮小力が作用し、第２の柱状体１２については伸張力が作用することになる。その結果、第１の柱状体１１から支持基板２０に対しては、押圧力（−Ｚ軸方向の力：ここでは、力−ｆｚと示すことにする）が作用し、第２の柱状体１２から支持基板２０に対しては、引っ張り力（＋Ｚ軸方向の力：ここでは、力＋ｆｚと示すことにする）が作用する。
【００５１】
このように、図２に示すような動的挙動をとる構造体を有する力検出装置では、受力体１０にＸ軸方向の力Ｆｘが作用した場合と、Ｙ軸まわりのモーメントＭｙが作用した場合とでは、２本の柱状体１１，１２を介して支持基板２０に伝達される力の態様が異なることになる。したがって、両者を区別して、それぞれ別個に検出することが可能である。
【００５２】
すなわち、Ｘ軸方向の力Ｆｘが作用した場合は、図２(b) に示すように、２本の柱状体１１，１２は、Ｘ軸方向に傾斜し、傾斜度θ１，θ２を生じることになり、このような傾斜に応じた力が支持基板２０へと伝達される。ここで、第１の柱状体１１および第２の柱状体１２と、これらを支持基板２０に接続するための可撓性をもった各接続部材とを、同一材料、同一サイズにしておき、この力検出装置が、図のＹＺ平面に関して左右対称となる構造にしておけば、傾斜度θ１＝θ２になる。よって両者の和（θ１＋θ２）は、Ｘ軸方向の力Ｆｘを示す値になる。傾斜度θに符号を付して取り扱えば（たとえば、Ｘ軸正方向への傾斜の場合を正、Ｘ軸負方向への傾斜の場合を負として取り扱えば）、作用したＸ軸方向の力Ｆｘを符号を含めて検出することが可能である。
【００５３】
もっとも、本発明では、後述するように、第１の柱状体１１および第２の柱状体１２の傾斜度は、第１のセンサ２１および第２のセンサ２２によって、支持基板２０に加えられる力として検出されることになる。このような検出を行うには、各柱状体から支持基板２０に対して加えられる力を、個々の部分ごとに検知すればよい。たとえば、図２(b) において、第１の柱状体１１と支持基板２０との接続部分に生じる応力を考えてみると、第１の柱状体１１の底部の右側部分と左側部分とでは、生じる応力の向きが異なることがわかる。すなわち、図示の例では、第１の柱状体１１は右側に傾斜しているので、第１の柱状体１１の底部の右側部分については押圧力が生じ、支持基板２０の上面を下方に押圧する力が生じているのに対し、左側部分については引っ張り力が生じ、支持基板２０の上面を上方へ引っ張り上げる力が生じている。このように第１の柱状体１１の底部の左右の各部における応力の相違を検出することにより、第１の柱状体１１の傾斜度を得ることができる。その具体的な方法については、§３で詳述する。
【００５４】
結局、この力検出装置によって、Ｘ軸方向の力Ｆｘを検出するには、第１のセンサ２１には、第１の柱状体１１の支持基板２０に対するＸ軸方向への傾斜状態を検知する機能をもたせておき、第２のセンサ２２には、第２の柱状体１２の支持基板２０に対するＸ軸方向への傾斜状態を検知する機能をもたせておけばよい。第１のセンサ２１が、第１の柱状体１１のＸ軸方向に関する傾斜度θ１を検知する機能を有し、第２のセンサ２２が、第２の柱状体１２のＸ軸方向に関する傾斜度を検知する機能を有していれば、検出回路３０は、第１のセンサ２１によって検知されたＸ軸方向に関する傾斜度θ１と、第２のセンサ２２によって検知されたＸ軸方向に関する傾斜度θ２と、の和に基づいて、受力体１０に作用した力のＸ軸方向成分Ｆｘを検出する処理を行うことができる。
【００５５】
一方、Ｙ軸まわりのモーメントＭｙが作用した場合は、図２(c) に示すように、２本の柱状体１１，１２から支持基板２０に対して、押圧力−ｆｚと引っ張り力＋ｆｚとが伝達される。このようにして伝達される力は、柱状体が傾斜した場合の力とは異なっている。すなわち、図２(b) に示すように柱状体が傾斜した場合は、その底部に生じる応力は、右側部分と左側部分とで異なるものとなった。ところが、図２(c) に示すようにモーメントＭｙが作用した場合は、第１の柱状体１１全体により押圧力−ｆｚが加えられ、第２の柱状体１２全体により引っ張り力＋ｆｚが加えられることになる。
【００５６】
このように、Ｘ軸方向の力Ｆｘの作用に対しては、図２(b) に示すように、第１の柱状体１１および第２の柱状体１２に関して、同じ方向への傾斜という同等の事象が生じるのに対して、Ｙ軸まわりのモーメントＭｙの作用に対しては、図２(c) に示すように、第１の柱状体１１および第２の柱状体１２に関して、一方は押圧力−ｆｚを与え、他方は引っ張り力＋ｆｚを与えるという相反する事象が生じることになる。したがって、作用したモーメントＭｙは、引っ張り力＋ｆｚと押圧力−ｆｚとの差、すなわち、（＋ｆｚ）−（−ｆｚ）＝２ｆｚとして求めることができる。
【００５７】
要するに、この力検出装置によって、Ｙ軸まわりのモーメントＭｙを検出するには、第１のセンサ２１には、第１の柱状体１１全体から支持基板２０に対して加えられる力を検知する機能をもたせ、第２のセンサ２２には、第２の柱状体１２全体から支持基板２０に対して加えられる力を検知する機能をもたせておけばよい。第１のセンサ２１が、第１の柱状体１１全体から支持基板２０に対して加えられるＺ軸方向に関する力を検知する機能を有し、第２のセンサ２２が、第２の柱状体１２全体から支持基板２０に対して加えられるＺ軸方向に関する力を検知する機能を有していれば、検出回路３０は、第１のセンサ２１によって検知されたＺ軸方向に関する力と、第２のセンサ２２によって検知されたＺ軸方向に関する力と、の差に基づいて、受力体１０に作用した力のＹ軸まわりのモーメントＭｙを検出する処理を行うことができる。
【００５８】
以上、図２を参照しながら、第１の柱状体１１および第２の柱状体１２に関連する動作のみを説明したが、第３の柱状体１３および第４の柱状体１４に関連する動作も同様である。すなわち、図２の動作説明におけるＸ軸をＹ軸におきかえれば、第３のセンサ２３および第４のセンサ２４の検知機能を利用して、受力体１０に作用したＹ軸方向の力ＦｙおよびＸ軸まわりのモーメントＭｘを検出することが可能である。
【００５９】
また、受力体１０に、Ｚ軸負方向の力−Ｆｚが作用した場合は、４本の柱状体１１〜１４のすべてから支持基板２０に対して押圧力−ｆｚが加わることになり、Ｚ軸正方向の力＋Ｆｚが作用した場合は、４本の柱状体１１〜１４のすべてから支持基板２０に対して引っ張り力＋ｆｚが加わることになる。したがって、作用したＺ軸方向の力Ｆｚは、４本の柱状体１１〜１４から加えられた押圧力−ｆｚの和もしくは引っ張り力＋ｆｚの和として求めることができる。
【００６０】
更に、受力体１０に、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚが作用した場合は、４本の柱状体１１〜１４が、上方から観察したときに、時計まわりもしくは反時計まわりに傾斜することになるので、４本の柱状体１１〜１４それぞれの傾斜方向を検知することにより、モーメントＭｚの検出も可能である。
【００６１】
＜＜＜  §３．  本発明に用いる力センサ  ＞＞＞
図１に示す力検出装置には、第１のセンサ２１〜第４のセンサ２４が設けられている。これらのセンサは、それぞれ第１の柱状体１１〜第４の柱状体１４より、支持基板２０に対して加えられる力を検出する力センサであるが、§２で説明した原理に基づいて、力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、モーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚを検出するためには、各柱状体１１〜１４の傾斜によりその下端部に生じる力と、各柱状体１１〜１４全体によって与えられる引っ張り力／押圧力と、をそれぞれ独立して検出する機能が必要になる。
【００６２】
そこで本発明では、各センサ２１〜２４として、複数の容量素子を有する静電容量式の力センサを用いている。図３は、このような静電容量素子式の多軸力センサの一例を示す側断面図である。図示のとおり、この多軸力センサは、板状の支持基板４０と、その上に配置された椀状接続部材５０と、柱状体６０と、支持基板４０の上面に配置された固定電極Ｅ１〜Ｅ５と、によって構成されている。図４の上面図に示すとおり、椀状接続部材５０は、円形の平底状の椀を伏せた形状を有している。
【００６３】
ここでは、説明の便宜上、支持基板４０の上面中心部にローカル原点をとり、図示の方向にｘ，ｙ，ｚ軸をそれぞれ定義したｘｙｚ三次元座標系を定義する。この小文字で示すｘｙｚ三次元座標系は、個々の柱状体１１〜１４の下端部に定義されるローカルな座標系であり、大文字で示すＸＹＺ三次元座標系に対して正則である。すなわち、ｘ軸とＸ軸とは平行、ｙ軸とＹ軸とは平行、ｚ軸とＺとは平行である。
【００６４】
椀状接続部材５０は、図３の側断面図に示されているとおり、椀の平底部分に相当する円板状の肉薄部５１と、その周囲を支持する円筒状の側壁部５２と、この側壁部５２を支持基板４０の上面に固定するための固定部５３と、の各部から構成されており、肉薄部５１の上面中央部には、円柱状の柱状体６０が接続されている。この円柱状の柱状体６０の中心軸の延長線と支持基板４０の上面との交点位置にローカル原点が定義されていることになる。
【００６５】
ここで、この例の場合、支持基板４０および柱状体６０は、十分な剛性をもっているが、椀状接続部材５０は、可撓性（別言すれば、弾性変形を生じる性質）を有している。この例では、椀状接続部材５０は、金属の薄板によって構成されており、支持基板４０および柱状体６０は絶縁体材料によって構成されている。
【００６６】
図５の上面図に示されているとおり、板状の支持基板４０の上面には、５枚の固定電極Ｅ１〜Ｅ５が形成されている。ここで、固定電極Ｅ１はｘ軸の正の部分に配置され、固定電極Ｅ２はｘ軸の負の部分に配置され、固定電極Ｅ３はｙ軸の正の部分に配置され、固定電極Ｅ４はｙ軸の負の部分に配置されており、いずれも各座標軸に関して線対称となる扇形をした同一形状、同一サイズの電極になっている。一方、固定電極Ｅ５はローカル原点の位置に配置された円形の電極である。
【００６７】
図５に破線で示すのは、支持基板４０の上に固定される椀状接続部材５０の各部の位置である。図示のとおり、肉薄部５１は、各固定電極Ｅ１〜Ｅ５のすべてに対向するように、支持基板４０の上方に配置されることになる。肉薄部５１を金属板などの導電性材料で構成しておけば、肉薄部５１は、可撓性および導電性を有することになり、それ自身が１枚の共通変位電極として機能し、対向する各固定電極Ｅ１〜Ｅ５との間で容量素子を形成することになる。ここでは、各固定電極Ｅ１〜Ｅ５と、共通変位電極として機能する肉薄部５１とによって構成される５組の容量素子を、それぞれ容量素子Ｃ１〜Ｃ５と呼ぶことにする。
【００６８】
続いて、柱状体６０に種々の方向成分をもった力が作用した場合に、椀状接続部材５０がどのように変形し、各容量素子Ｃ１〜Ｃ５の静電容量値にどのような変化が生じるかを考えてみる。
【００６９】
まず、図６に示すように、柱状体６０の上部に、ｘ軸正方向への力＋ｆｘが加えられた場合を考える。これは、柱状体６０を右側（ｘ軸正方向）へと傾斜させる力が働いたことを意味する。この場合、可撓性をもった椀状接続部材５０は、図のように変形し、肉薄部５１は、右側部分が下方に、左側部分が上方に、それぞれ移動するように傾斜する。その結果、容量素子Ｃ１の両電極（固定電極Ｅ１と肉薄部５１）の距離は狭まり、静電容量値は増加するが、容量素子Ｃ２の両電極（固定電極Ｅ２と肉薄部５１）の距離は広まり、静電容量値は減少する。このとき、他の３組の容量素子Ｃ３〜Ｃ５については、右半分については電極間距離が狭まるが、左半分については電極間距離が広まるため、トータルでの静電容量値は変化しない。
【００７０】
一方、図７に示すように、柱状体６０の上部に、ｘ軸負方向への力−ｆｘが加えられた場合を考える。これは、柱状体６０を左側（ｘ軸負方向）へと傾斜させる力が働いたことを意味する。この場合、可撓性をもった椀状接続部材５０は、図のように変形し、肉薄部５１は、左側部分が下方に、右側部分が上方に、それぞれ移動するように傾斜する。その結果、容量素子Ｃ１の静電容量値は減少し、容量素子Ｃ２の静電容量値は増加する。
【００７１】
結局、柱状体６０に対して作用したｘ軸方向の力ｆｘは、第１の容量素子Ｃ１の静電容量値と第２の容量素子Ｃ２の静電容量値との差として求めることができる。求めた差の大きさは作用した力の大きさを示し、求めた差の符号は作用した力の方向を示すものになる。全く同様の原理により、柱状体６０に対して作用したｙ軸方向の力ｆｙは、第３の容量素子Ｃ３の静電容量値と第４の容量素子Ｃ４の静電容量値との差として求めることができる。
【００７２】
こうして求めた力ｆｘは、柱状体６０のｘ軸方向に関する傾斜度を示すものであり、力ｆｙは、柱状体６０のｙ軸方向に関する傾斜度を示すものになる。結局、柱状体６０のｘ軸方向に関する傾斜度は、第１の容量素子Ｃ１の静電容量値と第２の容量素子Ｃ２の静電容量値との差として求めることができ、柱状体６０のｙ軸方向に関する傾斜度は、第３の容量素子Ｃ３の静電容量値と第４の容量素子Ｃ４の静電容量値との差として求めることができる。別言すれば、柱状体６０の下端の第１の部分から加えられる力と、柱状体６０の下端の第２の部分から加えられる力と、の差に基づいて、柱状体６０の支持基板４０に対する傾斜度を検知することができる。
【００７３】
続いて、図８に示すように、柱状体６０に対して、ｚ軸負方向への力−ｆｚが加えられた場合を考える。この場合、柱状体６０全体に対して、図の下方への力が加わることになるので、柱状体６０は傾斜することなしに、柱状体６０全体により、椀状接続部材５０に対して下方への押圧力を作用させることになり、可撓性をもった椀状接続部材５０は、図のように変形し、５組の容量素子Ｃ１〜Ｃ５のすべての電極間隔が狭まり、静電容量値が増加する。逆に、柱状体６０を上方へと引き上げる力＋ｆｚが加えられた場合は、柱状体６０全体により、椀状接続部材５０に対して上方への引っ張り力が働くことになり、５組の容量素子Ｃ１〜Ｃ５のすべての電極間隔が広まり、静電容量値が減少する。
【００７４】
結局、柱状体６０に対してｚ軸方向の力ｆｚのみが作用している環境下では、第１〜第５の容量素子Ｃ１〜Ｃ５のいずれかの静電容量値を検出すれば、作用した力ｆｚを求めることができる。ただし、他の軸方向成分の力ｆｘ，ｆｙが混在する環境下では、たとえば、容量素子Ｃ１の静電容量値を単独で求めたり、容量素子Ｃ３の静電容量値を単独で求めたりしても、これらは必ずしもｚ軸方向の力ｆｚを示す値にはならない。どのような環境下においても、ｚ軸方向の力ｆｚを検出するためには、容量素子Ｃ５の静電容量値を利用すればよい。上述したように、ｘ軸方向の力ｆｘやｙ軸方向の力ｆｙが作用した場合は、容量素子Ｃ５の静電容量値には変化は生じないので、容量素子Ｃ５の静電容量値を利用すれば、ｚ軸方向の力ｆｚのみを独立して検出することが可能になる。
【００７５】
もっとも、ｚ軸方向の力ｆｚのみを独立して検出するためには、別な方法をとることも可能である。たとえば、容量素子Ｃ１の静電容量値と容量素子Ｃ２の静電容量値との和を求め、これをｚ軸方向の力ｆｚの検出値として利用することも可能である。ｘ軸方向の力ｆｘの作用に対しては、容量素子Ｃ１の静電容量値の増減と容量素子Ｃ２の静電容量値の増減は相補的な関係にあるため、両者の和をとることにより、ｘ軸方向の力ｆｘの成分を相殺することができ、ｚ軸方向の力ｆｚの検出値のみを取り出すことができる。同様に、容量素子Ｃ３の静電容量値と容量素子Ｃ４の静電容量値との和を求め、これをｚ軸方向の力ｆｚの検出値として利用することも可能である。更に、４組の容量素子Ｃ１〜Ｃ４の静電容量値の和や、５組の容量素子Ｃ１〜Ｃ５の静電容量値の和を求め、これをｚ軸方向の力ｆｚの検出値として利用することも可能である。
【００７６】
以上述べたとおり、図３に示す多軸力センサを用いれば、柱状体６０のｘ軸方向に関する傾斜度（力ｆｘ）と、柱状体６０のｙ軸方向に関する傾斜度（力ｆｙ）と、柱状体６０全体から支持基板４０に対して加えられる力（力ｆｚ）と、を検出することが可能である。これは、この図３に示す多軸力センサが、図１に示す力検出装置における各センサ２１〜２４として利用できることを意味している。
【００７７】
結局、一般論として説明すれば、柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度を検出する検出子としては、支持基板４０の上面において、ｘ座標値が正となる領域に形成された第１の電極Ｅ１（ｘ軸正側電極）と、肉薄部の下面において、第１の電極Ｅ１に対向する位置に形成された第１の対向電極と、によって構成される第１の容量素子Ｃ１と、支持基板４０の上面において、ｘ座標値が負となる領域に形成された第２の電極Ｅ２（ｘ軸負側電極）と、肉薄部の下面において、第２の電極Ｅ２に対向する位置に形成された第２の対向電極と、によって構成される第２の容量素子Ｃ２と、を有し、第１の容量素子の静電容量値Ｃ１と第２の容量素子の静電容量値Ｃ２との差を柱状体のＸ軸方向に関する傾斜度として求める検出子を用意すればよい。
【００７８】
また、柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度を検出する検出子としては、支持基板４０の上面において、ｙ座標値が正となる領域に形成された第３の電極Ｅ３（ｙ軸正側電極）と、肉薄部の下面において、第３の電極Ｅ３に対向する位置に形成された第３の対向電極と、によって構成される第３の容量素子Ｃ３と、支持基板４０の上面において、ｙ座標値が負となる領域に形成された第４の電極Ｅ４（ｙ軸負側電極）と、肉薄部の下面において、第４の電極Ｅ４に対向する位置に形成された第４の対向電極と、によって構成される第４の容量素子Ｃ４と、を有し、第３の容量素子の静電容量値Ｃ３と第４の容量素子の静電容量値Ｃ４との差を柱状体のＹ軸方向に関する傾斜度として求める検出子を用意すればよい。
【００７９】
更に、柱状体全体から支持基板に対して加えられるＺ軸方向に関する力を検出する検出子としては、支持基板４０の上面に形成された第５の電極Ｅ５（Ｚ軸変位検出用電極）と、肉薄部の下面において、第５の電極Ｅ５に対向する位置に形成された第５の対向電極と、によって構成される第５の容量素子Ｃ５を有し、この第５の容量素子の静電容量値Ｃ５を柱状体全体から支持基板に対して加えられるＺ軸方向に関する力として求める検出子を用意すればよい。
【００８０】
なお、各検出子が、それぞれ受け持ちとなる検出対象のみを独立して検出できるようにするためには、実用上、各電極の形状および配置に、次のような対称性が維持されるようにするのが好ましい。まず、第１の電極Ｅ１自身および第２の電極Ｅ２自身は、いずれもｘ軸に関して線対称となる形状をなし、かつ、第１の電極Ｅ１と第２の電極Ｅ２とからなる電極群は、ｙ軸に関して線対称となる形状をなしているようにする。また、第３の電極Ｅ３自身および第４の電極自身Ｅ４は、いずれもｙ軸に関して線対称となる形状をなし、かつ、第３の電極Ｅ３と第４の電極Ｅ４とからなる電極群は、ｘ軸に関して線対称となる形状をなしているようにする。一方、第５の電極Ｅ５自身はｘ軸およびｙ軸の双方に関して線対称となる形状をなしているようにする。
【００８１】
各電極の配置や形状に、このような対称性が維持されていなくても、各検出子に、それぞれ受け持ちとなる検出対象のみを検出させることは可能であるが、様々な補正項を用いた演算等が必要になるため実用上は好ましくない。したがって、実用上は、上記対称性を満たす電極構成を行うのが好ましい。
【００８２】
＜＜＜  §４．  具体的な実施形態の構造  ＞＞＞
続いて、本発明の具体的な実施形態に係る力検出装置の主たる構造部分を、図９〜図１６を用いて説明する。なお、ここで述べる具体的な実施形態も、前述した特許文献１，２において、既に開示されているものである。
【００８３】
図９は、本発明の基本的な実施形態に係る力検出装置の上面図である。この装置を、ＸＺ平面で切断した側断面図が図１０に示されており、ＹＺ平面で切断した側断面図が図１１に示されている。図１０もしくは図１１に示されているとおり、この力検出装置の基本的な構成要素は、受力体１００、中間体２００、支持基板３００であり、いずれも上面がＸＹ平面に平行な正方形状をした板状の部材を基本形態としている。図１０および図１１は、互いに切断位置が異なる側断面図であるが、図面に現れている幾何学的な構造は全く同一である。両者の相違は、各部の符号だけである。これは、この装置の基本構造が、ＸＺ平面に関して面対称であり、かつ、ＹＺ平面に関しても面対称であるためである。
【００８４】
§１で述べた例と同様に、この例でも、ＸＹＺ三次元座標系と、これをＺ軸方向に平行移動したＸ′Ｙ′Ｚ′補助座標系とが定義されている。Ｘ′Ｙ′Ｚ′補助座標系は、受力体１００の中心位置に原点Ｏ′をもった座標系である。一方、ＸＹＺ三次元座標系の原点Ｏは、支持基板３００の上面中心点を、Ｚ軸正方向に若干ずらした位置に定義されている。図１０および図１１において、原点Ｏが支持基板３００の上面から若干上方にずれており、Ｘ軸およびＹ軸が支持基板３００の上面位置から若干上方にずれているのはこのためである。
【００８５】
そもそもＸＹＺ三次元座標系は、概念的に定義された座標系であり、その原点Ｏをどの位置に定義しようが、この力検出装置の物理的構造に影響があるわけではない。しかしながら、この力検出装置を用いて、高精度の測定を行うことを意図している利用者に対しては、この検出装置によって正確に検出されるモーメントが、特定の原点Ｏをもつ座標軸まわりのモーメントであることを明確にしておく必要がある。そして、後述するように、本発明のポイントとなる他軸干渉を排除するための補正は、当該特定の原点Ｏをもつ座標軸まわりのモーメントについての干渉を相殺するような補正となる。したがって、本発明を実施する上では、このような補正が正確な意味をもつようにするために、特定の原点Ｏを設定しておく必要がある。
【００８６】
この特定の原点Ｏは、§１で述べた例と同様に、支持基板３００の上面中心点の位置に定義してもかまわない。ただ、本願発明者は、ここに図示する実施形態の場合は、この原点Ｏの位置を、若干上方に定義した方が、より好ましい結果が得られると考えている。これは、§３で述べたとおり、本発明では、図３に示すような静電容量式センサを用いて、各柱状体の下端に作用した力（傾斜度）の検出が行われるため、この静電容量式センサの中心位置、すなわち、容量素子を構成する一対の電極間の中間位置に、ＸＹ平面が位置するような座標系を定義するのが最も好ましいと考えられるからである。したがって、ここに示す実施形態の場合、原点Ｏの位置は、電極の厚みを無視した場合、支持基板３００の上面の中心点を、容量素子を構成する一対の電極間距離の１／２だけ上方に移動させた位置ということになる。
【００８７】
もっとも、原点Ｏの理想的な位置を理論的に解析することは容易ではないので、実際の力検出装置の構造によっては、必ずしも上述の位置に原点Ｏを定義するのが最適であるとは限らない。原点Ｏの位置は、それほど厳密に定義する必要はなく、支持基板の中央付近の上面もしくはその上方の所定点に定義しておけば、実用上、本発明の効果は十分に得られる。
【００８８】
さて、上面が正方形状をした板状の部材からなる受力体１００、中間体２００、支持基板３００は、いずれも上下両面がＸＹ平面に平行になるように、かつ、各辺がＸ軸もしくはＹ軸に平行になるように配置されている。
【００８９】
受力体１００は、図９に示すとおり、基本的には、上面が正方形状をした板状部材であるが、下面からは、４本の円柱突起部１１０，１２０，１３０，１４０が下方へと伸びている。図１２は、この受力体１００をＸ′Ｙ′平面で切断した状態を示す横断面図である。
【００９０】
図１２に示されているとおり、４本の円柱突起部１１０，１２０，１３０，１４０の付け根部分の周囲には、円環状の溝部Ｇ１１，Ｇ１２，Ｇ１３，Ｇ１４が形成されており、この溝部Ｇ１１，Ｇ１２，Ｇ１３，Ｇ１４の形成により、板状の受力体１００には、図９，図１０，図１１に示すように、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。結局、４本の円柱突起部１１０，１２０，１３０，１４０は、上端側肉薄部１１５，１２５，１３５，１４５を介して、板状の受力体１００に接続されていることになる。
【００９１】
一方、中間体２００は、支持基板３００の上面に接合された部材であり、基本的には、上面が正方形状をした板状部材である。図１０，図１１に示すように、この中間体２００の上面からは、４本の円柱突起部２１０，２２０，２３０，２４０が上方へと伸びている。これら４本の円柱突起部２１０，２２０，２３０，２４０の付け根部分の周囲には、円環状の溝部Ｇ２１，Ｇ２２，Ｇ２３，Ｇ２４が形成されており、更に、この中間体２００の下面には、円柱状の溝部Ｇ３１，Ｇ３２，Ｇ３３，Ｇ３４が形成されている。中間体２００の上面に設けられた溝部Ｇ２１，Ｇ２２，Ｇ２３，Ｇ２４と、下面に設けられた溝部Ｇ３１，Ｇ３２，Ｇ３３，Ｇ３４とは、いずれも円柱突起部２１０，２２０，２３０，２４０の中心軸の位置を中心とした同サイズの円形の輪郭を有している。
【００９２】
図１０に示すとおり、溝部Ｇ２１とＧ３１との間には、下端側肉薄部２１５が境界壁として存在し、溝部Ｇ２２とＧ３２との間には、下端側肉薄部２２５が境界壁として存在する。また、図１１に示すとおり、溝部Ｇ２３とＧ３３との間には、下端側肉薄部２３５が境界壁として存在し、溝部Ｇ２４とＧ３４との間には、下端側肉薄部２４５が境界壁として存在する。
【００９３】
図１３は、この図１０，図１１に示す中間体２００を、切断線１３−１３に沿って切断した状態を示す横断面図である。４本の円柱突起部２１０，２２０，２３０，２４０の周囲に、溝部Ｇ２１，Ｇ２２，Ｇ２３，Ｇ２４が形成されている状態が明瞭に示されている。また、図１４は、この図１０，図１１に示す中間体２００を、ＸＹ平面に沿って切断した状態を示す横断面図であり、溝部Ｇ３１，Ｇ３２，Ｇ３３，Ｇ３４の配置が明瞭に示されている。
【００９４】
この中間体２００の下面に接合された支持基板３００は、図１５に示すように、上面が正方形状をした完全な板状部材であり、その上面には、固定電極Ｅ１１〜Ｅ１５，Ｅ２１〜Ｅ２５，Ｅ３１〜Ｅ３５，Ｅ４１〜Ｅ４５が配置されている。
【００９５】
受力体１００側から下方に伸びた４本の円柱突起部１１０，１２０，１３０，１４０の下面は、中間体２００側から上方に伸びた４本の円柱突起部２１０，２２０，２３０，２４０の上面に接合されている。ここでは、図１０に示すように、円柱突起部１１０と円柱突起部２１０とを接合することにより構成される円柱状の構造体を第１の柱状体Ｔ１と呼び、円柱突起部１２０と円柱突起部２２０とを接合することにより構成される円柱状の構造体を第２の柱状体Ｔ２と呼ぶことにする。また、図１１に示すように、円柱突起部１３０と円柱突起部２３０とを接合することにより構成される円柱状の構造体を第３の柱状体Ｔ３と呼び、円柱突起部１４０と円柱突起部２４０とを接合することにより構成される円柱状の構造体を第４の柱状体Ｔ４と呼ぶことにする。
【００９６】
図９の上面図を見ればわかるように、この４本の柱状体Ｔ１〜Ｔ４のＸＹ平面上への投影位置を考えると、第１の柱状体Ｔ１は、その中心軸がＺ軸に平行になり、かつ、その中心軸がＸ軸の正の部分に交差する位置に配置され、第２の柱状体Ｔ２は、その中心軸がＺ軸に平行になり、かつ、その中心軸がＸ軸の負の部分に交差する位置に配置され、第３の柱状体Ｔ３は、その中心軸がＺ軸に平行になり、かつ、その中心軸がＹ軸の正の部分に交差する位置に配置され、第４の柱状体Ｔ４は、その中心軸がＺ軸に平行になり、かつ、その中心軸がＹ軸の負の部分に交差する位置に配置されている。
【００９７】
また、図１０に示すとおり、第１の柱状体Ｔ１の上端は、可撓性をもった上端側肉薄部１１５を接続部材として受力体１００に接続されており、第２の柱状体Ｔ２の上端は、可撓性をもった上端側肉薄部１２５を接続部材として受力体１００に接続されており、図１１に示すとおり、第３の柱状体Ｔ３の上端は、可撓性をもった上端側肉薄部１３５を接続部材として受力体１００に接続されており、第４の柱状体Ｔ４の上端は、可撓性をもった上端側肉薄部１４５を接続部材として受力体１００に接続されている。このように、各上端側肉薄部１１５，１２５，１３５，１４５は、その周囲が受力体１００に接続され、その下面中心部が各柱状体Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４の上端に接続されていることになる。。
【００９８】
一方、図１０に示すとおり、第１の柱状体Ｔ１の下面は、接続部材として機能する下端側肉薄部２１５の中央に接合されており、下端側肉薄部２１５の周囲は、中間体２００を介して支持基板３００に接続されており、第２の柱状体Ｔ２の下面は、接続部材として機能する下端側肉薄部２２５の中央に接合されており、下端側肉薄部２２５の周囲は、中間体２００を介して支持基板３００に接続されている。同様に、図１１に示すとおり、第３の柱状体Ｔ３の下面は、接続部材として機能する下端側肉薄部２３５の中央に接合されており、下端側肉薄部２３５の周囲は、中間体２００を介して支持基板３００に接続されており、第４の柱状体Ｔ４の下面は、接続部材として機能する下端側肉薄部２４５の中央に接合されており、下端側肉薄部２４５の周囲は、中間体２００を介して支持基板３００に接続されている。
【００９９】
下端側肉薄部２１５，２２５，２３５，２４５も、可撓性をもった円板状の部材であり、中間体２００の一部が、この円板状の部材を支持基板３００上に支持する台座として機能している。結局、下端側肉薄部２１５，２２５，２３５，２４５は、支持基板３００の上面から所定距離をおいた上方位置に、支持基板３００の上面に対して平行に配置されるように、その周囲が台座を介して支持基板３００に接続されており、その上面中心部が各柱状体Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４の下端に接続されていることになる。
【０１００】
図示の実施形態では、受力体１００は絶縁性基板（たとえば、セラミック基板）、中間体２００は導電性基板（たとえば、ステンレス、アルミニウム、チタンなどの金属基板）、支持基板３００は絶縁性基板（たとえば、セラミック基板）によって構成されている。もちろん、各部の材質はこれらに限定されるものではなく、たとえば、受力体１００を、ステンレス、アルミニウム、チタンなどの金属基板で構成してもかまわない。上端側肉薄部１１５，１２５，１３５，１４５や下端側肉薄部２１５，２２５，２３５，２４５は、基板の他の部分に比べて肉厚を薄くすることにより可撓性をもつように構成された部分である。
【０１０１】
この実施形態では、下端側肉薄部２１５，２２５，２３５，２４５は、導電性材料から構成されているため、可撓性を有するとともに導電性を有しており、それ自身が共通変位電極としての機能を果たす。これは、図３に示す多軸力センサの構成と全く同様である。
【０１０２】
図１５に示すように、支持基板３００の上面には、第１の柱状体Ｔ１の下端近傍位置に固定電極Ｅ１１〜Ｅ１５が形成され、第２の柱状体Ｔ２の下端近傍位置に固定電極Ｅ２１〜Ｅ２５が形成され、第３の柱状体Ｔ３の下端近傍位置に固定電極Ｅ３１〜Ｅ３５が形成され、第４の柱状体Ｔ４の下端近傍位置に固定電極Ｅ４１〜Ｅ４５が形成されている。これらの各固定電極は、いずれも図５に示されている固定電極Ｅ１〜Ｅ５と等価な構成要素である。円形の固定電極Ｅ１５，Ｅ２５，Ｅ３５，Ｅ４５の中心には、それぞれ図５に示すローカル座標系ｘｙの原点を定義することができる。
【０１０３】
また、図１０に示す下端側肉薄部２１５，２２５、および図１１に示す下端側肉薄部２３５，２４５は、いずれも図３に示されている肉薄部５１と等価な構成要素である。したがって、図１０に示す溝Ｇ３１の周辺および溝Ｇ３２の周辺には、それぞれ図３に示す多軸力センサと同等の機能をもったセンサＳ１，Ｓ２が構成されていることになり、図１１に示す溝Ｇ３３の周辺および溝Ｇ３４の周辺にも、それぞれ図３に示す多軸力センサと同等の機能をもったセンサＳ３，Ｓ４が構成されていることになる。
【０１０４】
ここで、センサＳ１は、第１の柱状体Ｔ１のＸ軸方向に関する傾斜度と、Ｙ軸方向に関する傾斜度と、第１の柱状体Ｔ１全体から支持基板３００に対して加えられるＺ軸方向に関する力と、を検知する機能を有しており、センサＳ２は、第２の柱状体Ｔ２のＸ軸方向に関する傾斜度と、Ｙ軸方向に関する傾斜度と、第２の柱状体Ｔ２全体から支持基板３００に対して加えられるＺ軸方向に関する力と、を検知する機能を有している。同様に、センサＳ３は、第３の柱状体Ｔ３のＸ軸方向に関する傾斜度と、Ｙ軸方向に関する傾斜度と、第３の柱状体Ｔ３全体から支持基板３００に対して加えられるＺ軸方向に関する力と、を検知する機能を有しており、センサＳ４は、第４の柱状体Ｔ４のＸ軸方向に関する傾斜度と、Ｙ軸方向に関する傾斜度と、第４の柱状体Ｔ４全体から支持基板３００に対して加えられるＺ軸方向に関する力と、を検知する機能を有している。
【０１０５】
こうしてみると、結局、図９〜図１５に示す力検出装置は、図１に示す力検出装置と同等の構成要素を備えていることがわかる。すなわち、板状の受力体１００は受力体１０に対応し、板状の支持基板３００は支持基板２０に対応し、各柱状体Ｔ１〜Ｔ４は各柱状体１１〜１４に対応し、各センサＳ１〜Ｓ４は各センサ２１〜２４に対応する。したがって、この図９〜図１５に示す構造体に、検出回路３０を付加すれば、図１に示した力検出装置を実現することができる。
【０１０６】
なお、実用上は、図１６に示す例のように、中間体２００の周囲輪郭部分を上方へと伸ばし、制御壁２５０および２６０を形成した構造にするのが好ましい。制御壁２５０は、受力体１００の周囲を四方から囲む壁であり、制御壁２６０は、受力体１００の上面の周囲を枠状に取り囲む壁である。このような構造体では、受力体１００の下面と中間体２００の上面との間に寸法ｄ１の空隙部が形成され、受力体１００の上面と制御壁２６０との間に寸法ｄ２の空隙部が形成され、受力体１００の側面と制御壁２５０との間に寸法ｄ３の空隙部が形成される。したがって、受力体１００に対して過度の力が加わったとしても、受力体１００の下方、上方、側方への変位は、それぞれｄ１，ｄ２，ｄ３に制限されることになり、各柱状部Ｔ１〜Ｔ４等の構造部分が破損するのを防ぐことができる。
【０１０７】
＜＜＜  §５．  具体的な実施形態の動作原理  ＞＞＞
続いて、§４で述べた力検出装置の基本的な動作原理を、図１７〜図２１を用いて説明する。§２で説明したとおり、この装置は、受力体１００に作用した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という力の６成分を独立して検出する機能を有している。
【０１０８】
いま、図１５に示す２０枚の固定電極Ｅ１１〜Ｅ１５，Ｅ２１〜Ｅ２５，Ｅ３１〜Ｅ３５，Ｅ４１〜Ｅ４５と、これに対向する共通変位電極（下端側肉薄部２１５，２２５，２３５，２４５）と、によって構成される２０組の容量素子を、それぞれＣ１１〜Ｃ１５，Ｃ２１〜Ｃ２５，Ｃ３１〜Ｃ３５，Ｃ４１〜Ｃ４５と呼ぶことにする。図１５に括弧で示したＣ１１〜Ｃ４５は、各固定電極によって構成される個々の容量素子を示している。§３で述べた力センサの原理によれば、これら各容量素子Ｃ１１〜Ｃ４５は、次のような機能をもっていることになる。
【０１０９】
＜容量素子Ｃ１１＞
第１の柱状体Ｔ１がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第１の柱状体Ｔ１がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第１の柱状体Ｔ１がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第１の柱状体Ｔ１がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しない。
【０１１０】
＜容量素子Ｃ１２＞
第１の柱状体Ｔ１がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第１の柱状体Ｔ１がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第１の柱状体Ｔ１がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第１の柱状体Ｔ１がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しない。
【０１１１】
＜容量素子Ｃ１３＞
第１の柱状体Ｔ１がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第１の柱状体Ｔ１がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第１の柱状体Ｔ１がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第１の柱状体Ｔ１がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少する。
【０１１２】
＜容量素子Ｃ１４＞
第１の柱状体Ｔ１がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第１の柱状体Ｔ１がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第１の柱状体Ｔ１がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第１の柱状体Ｔ１がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加する。
【０１１３】
＜容量素子Ｃ１５＞
第１の柱状体Ｔ１がＺ軸正方向に変位したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第１の柱状体Ｔ１がＺ軸負方向に変位したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第１の柱状体Ｔ１がＸ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向、もしくはＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しない。
【０１１４】
＜容量素子Ｃ２１＞
第２の柱状体Ｔ２がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第２の柱状体Ｔ２がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第２の柱状体Ｔ２がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第２の柱状体Ｔ２がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しない。
【０１１５】
＜容量素子Ｃ２２＞
第２の柱状体Ｔ２がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第２の柱状体Ｔ２がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第２の柱状体Ｔ２がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第２の柱状体Ｔ２がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しない。
【０１１６】
＜容量素子Ｃ２３＞
第２の柱状体Ｔ２がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第２の柱状体Ｔ２がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第２の柱状体Ｔ２がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第２の柱状体Ｔ２がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少する。
【０１１７】
＜容量素子Ｃ２４＞
第２の柱状体Ｔ２がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第２の柱状体Ｔ２がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第２の柱状体Ｔ２がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第２の柱状体Ｔ２がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加する。
【０１１８】
＜容量素子Ｃ２５＞
第２の柱状体Ｔ２がＺ軸正方向に変位したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第２の柱状体Ｔ２がＺ軸負方向に変位したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第２の柱状体Ｔ２がＸ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向、もしくはＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しない。
【０１１９】
＜容量素子Ｃ３１＞
第３の柱状体Ｔ３がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第３の柱状体Ｔ３がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第３の柱状体Ｔ３がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第３の柱状体Ｔ３がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しない。
【０１２０】
＜容量素子Ｃ３２＞
第３の柱状体Ｔ３がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第３の柱状体Ｔ３がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第３の柱状体Ｔ３がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第３の柱状体Ｔ３がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しない。
【０１２１】
＜容量素子Ｃ３３＞
第３の柱状体Ｔ３がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第３の柱状体Ｔ３がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第３の柱状体Ｔ３がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第３の柱状体Ｔ３がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少する。
【０１２２】
＜容量素子Ｃ３４＞
第３の柱状体Ｔ３がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第３の柱状体Ｔ３がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第３の柱状体Ｔ３がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第３の柱状体Ｔ３がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加する。
【０１２３】
＜容量素子Ｃ３５＞
第３の柱状体Ｔ３がＺ軸正方向に変位したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第３の柱状体Ｔ３がＺ軸負方向に変位したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第３の柱状体Ｔ３がＸ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向、もしくはＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しない。
【０１２４】
＜容量素子Ｃ４１＞
第４の柱状体Ｔ４がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第４の柱状体Ｔ４がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第４の柱状体Ｔ４がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第４の柱状体Ｔ４がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しない。
【０１２５】
＜容量素子Ｃ４２＞
第４の柱状体Ｔ４がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第４の柱状体Ｔ４がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第４の柱状体Ｔ４がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第４の柱状体Ｔ４がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しない。
【０１２６】
＜容量素子Ｃ４３＞
第４の柱状体Ｔ４がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第４の柱状体Ｔ４がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第４の柱状体Ｔ４がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第４の柱状体Ｔ４がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少する。
【０１２７】
＜容量素子Ｃ４４＞
第４の柱状体Ｔ４がＸ軸正方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第４の柱状体Ｔ４がＸ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化せず、第４の柱状体Ｔ４がＹ軸正方向に傾斜したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第４の柱状体Ｔ４がＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加する。
【０１２８】
＜容量素子Ｃ４５＞
第４の柱状体Ｔ４がＺ軸正方向に変位したときには電極間隔が広がることにより静電容量値が減少し、第４の柱状体Ｔ４がＺ軸負方向に変位したときには電極間隔が狭まることにより静電容量値が増加し、第４の柱状体Ｔ４がＸ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向、もしくはＹ軸負方向に傾斜したときには電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がることにより静電容量値が変化しない。
【０１２９】
ここで、図１０，図１１に示す位置に原点ＯをとったＸＹＺ三次元座標系において、受力体１００に対して、Ｘ軸正方向の力＋Ｆｘ，Ｙ軸正方向の力＋Ｆｙ，Ｚ軸正方向の力＋Ｆｚ，Ｘ軸まわりの正方向のモーメント＋Ｍｘ，Ｙ軸まわりの正方向のモーメント＋Ｍｙ，Ｚ軸まわりの正方向のモーメント＋Ｍｚがそれぞれ作用した場合に、上述した機能をもった２０組の各容量素子Ｃ１１〜Ｃ４５の静電容量値の変化を考えてみる。
【０１３０】
図１７は、図１６に示す力検出装置において、受力体１００にＸ軸正方向の力＋Ｆｘが作用したときの構造体の変形態様を示す側断面図である。同様に、図１８は、Ｚ軸正方向の力＋Ｆｚが作用したときの変形態様を示し、図１９は、Ｙ軸まわりの正方向のモーメント＋Ｍｙが作用したときの変形態様を示している。
【０１３１】
一方、図２０は、このときの各容量素子Ｃ１１〜Ｃ４５の静電容量値の変化の態様を示すテーブルであり、「０」は変化なし、「＋Δ」は増加、「−Δ」は減少を示している。なお、このテーブルにおける各欄のΔの絶対値は、たとえ作用する力の絶対値が同一であっても、必ずしもすべてが同一の値をとるわけではなく、それぞれ各容量素子の形状や配置によって決定される所定の固有値になる。
【０１３２】
より具体的に言えば、形状や配置に対称性が確保された容量素子についての同一行の欄に記載されたΔの絶対値は互いに等しくなるが、すべての欄についてのΔの絶対値が互いに等しいわけではない。たとえば、第３行目（＋Ｆｚの行）におけるＣ１１〜Ｃ１４，Ｃ２１〜Ｃ２４，Ｃ３１〜Ｃ３４，Ｃ４１〜Ｃ４４の各欄に示すΔの絶対値は、これらの容量素子の形状や配置に対称性が確保されているため互いに等しくなるが、同じ第３行目であっても、Ｃ１１の欄のΔとＣ１５の欄のΔとは、互いに絶対値が異なることになる。また、同じＣ１１の欄のΔであっても、たとえば、第１行目と第３行目とでは、互いに絶対値が異なることになる。
【０１３３】
各容量素子の静電容量値が、このテーブルのように変化する理由は、図１７〜図１９に示す構造体の各変化態様と、図６〜図８に示す多軸力センサの変形態様を見れば理解できよう。
【０１３４】
たとえば、受力体１００に対して、Ｘ軸正方向の力＋Ｆｘが作用すると、図１７に示されているように、各柱状体Ｔ１〜Ｔ４は、いずれも図の右方向（Ｘ軸正方向）に傾斜することになるので、図１５の平面図を参照すれば、容量素子Ｃ１１，Ｃ２１，Ｃ３１，Ｃ４１の電極間隔は狭まり、静電容量値が増加するのに対して、容量素子Ｃ１２，Ｃ２２，Ｃ３２，Ｃ４２の電極間隔は広がり、静電容量値が減少することがわかる。他の容量素子については、電極間隔は一部は広がり、一部は狭まるため、トータルでは静電容量値の変化は生じない。図２０(a) ，(b) のテーブルの第１行目（＋Ｆｘの行）は、各容量素子Ｃ１１〜Ｃ４５についてのこのような静電容量値の変化を示している。
【０１３５】
逆に、Ｘ軸負方向の力−Ｆｘが作用すると、各柱状体Ｔ１〜Ｔ４は、いずれも図１７に示す例とは反対の左方向（Ｘ軸負方向）に傾斜することになるので、静電容量値の増減変化の関係が逆転し、図２０(a) ，(b) のテーブルの第１行目（＋Ｆｘの行）とは「＋」と「−」とが逆転した結果が得られることになる。
【０１３６】
一方、受力体１００に対して、Ｙ軸正方向の力＋Ｆｙが作用した場合は、上述した力＋Ｆｘが作用した場合の変化態様を、上面からみて９０°回転させた現象が起こることになる。すなわち、図１５の平面図を参照すれば、容量素子Ｃ１３，Ｃ２３，Ｃ３３，Ｃ４３の電極間隔は狭まり、静電容量値が増加するのに対して、容量素子Ｃ１４，Ｃ２４，Ｃ３４，Ｃ４４の電極間隔は広がり、静電容量値が減少することがわかる。他の容量素子については、電極間隔は一部は広がり、一部は狭まるため、トータルでは静電容量値の変化は生じない。図２０(a) ，(b) のテーブルの第２行目（＋Ｆｙの行）は、各容量素子Ｃ１１〜Ｃ４５についてのこのような静電容量値の変化を示している。逆に、Ｙ軸負方向の力−Ｆｙが作用した場合は、静電容量値の増減変化の関係が逆転し、「＋」と「−」とが逆転した結果が得られることになる。
【０１３７】
また、受力体１００に対して、Ｚ軸正方向の力＋Ｆｚが作用すると、図１８に示されているように、各柱状体Ｔ１〜Ｔ４は、いずれも支持基板３００の上面に対して引っ張り力を作用させることになるので、全容量素子Ｃ１１〜Ｃ４５の電極間隔は広がり、静電容量値は減少する。図２０(a) ，(b) のテーブルの第３行目（＋Ｆｚの行）は、このような変化を示している。逆に、受力体１００に対して、Ｚ軸負方向の力−Ｆｚが作用すると、各柱状体Ｔ１〜Ｔ４は、いずれも支持基板３００の上面に対して押圧力を作用させることになるので、全容量素子Ｃ１１〜Ｃ４５の電極間隔は狭まり、静電容量値は増加する。したがって、図２０(a) ，(b) のテーブルの第３行目（＋Ｆｚの行）に示された結果に対して、「＋」と「−」とが逆転した結果が得られることになる。
【０１３８】
次に、受力体１００に対して、モーメントが作用した場合を考えてみよう。図１９には、受力体１００にＹ軸まわりの正方向のモーメント＋Ｍｙが作用した場合の変化態様が示されている。すなわち、柱状体Ｔ１から支持基板３００に対しては下方への押圧力−ｆｚが加わり、柱状体Ｔ２から支持基板３００に対しては上方への引っ張り力＋ｆｚが加わっている。したがって、図１５の平面図を参照すれば、容量素子Ｃ１１〜Ｃ１５の電極間隔は狭まり、静電容量値は増加する。一方、容量素子Ｃ２１〜Ｃ２５の電極間隔は広がり、静電容量値は減少する。図２０(a) ，(b) のテーブルの第５行目（＋Ｍｙの行）は、各容量素子Ｃ１１〜Ｃ４５についてのこのような静電容量値の変化を示している。逆に、Ｙ軸まわりの負方向のモーメント−Ｍｙが作用すると、静電容量値の増減変化の関係が逆転し、「＋」と「−」とが逆転した結果が得られることになる。
【０１３９】
また、受力体１００にＸ軸まわりの正方向のモーメント＋Ｍｘが作用した場合は、上述したモーメント＋Ｍｙが作用した場合の変化態様を、上面からみて９０°回転させた現象が起こることになる。すなわち、柱状体Ｔ４から支持基板３００に対しては下方への押圧力−ｆｚが加わり、柱状体Ｔ３から支持基板３００に対しては上方への引っ張り力＋ｆｚが加わっている。したがって、容量素子Ｃ４１〜Ｃ４５の電極間隔は狭まり、静電容量値は増加する。一方、容量素子Ｃ３１〜Ｃ３５の電極間隔は広がり、静電容量値は減少する。図２０(a) ，(b) のテーブルの第４行目（＋Ｍｘの行）は、各容量素子Ｃ１１〜Ｃ４５についてのこのような静電容量値の変化を示している。逆に、Ｘ軸まわりの負方向のモーメント−Ｍｘが作用すると、静電容量値の増減変化の関係が逆転し、「＋」と「−」とが逆転した結果が得られることになる。
【０１４０】
最後に、受力体１００に対して、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚが作用した場合を考えてみる。まず、図１５を参照しながら、受力体１００にＺ軸まわりの正方向のモーメント＋Ｍｚ（図１５の平面図上では、反時計まわりのモーメントになる）が加わった場合、４本の柱状体Ｔ１〜Ｔ４がどの方向に傾斜するかを考えてみよう。
【０１４１】
この場合、第１の柱状体Ｔ１（図の固定電極Ｅ１５の上に配置されている）は、図１５における上方に傾斜し、容量素子Ｃ１３の電極間隔が狭まり静電容量値が増加し、容量素子Ｃ１４の電極間隔が広まり静電容量値が減少する。容量素子Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１５の静電容量値は変化しない。第２の柱状体Ｔ２（図の固定電極Ｅ２５の上に配置されている）は、図１５における下方に傾斜し、容量素子Ｃ２４の電極間隔が狭まり静電容量値が増加し、容量素子Ｃ２３の電極間隔が広まり静電容量値が減少する。容量素子Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ２５の静電容量値は変化しない。第３の柱状体Ｔ３（図の固定電極Ｅ３５の上に配置されている）は、図１５における左方に傾斜し、容量素子Ｃ３２の電極間隔が狭まり静電容量値が増加し、容量素子Ｃ３１の電極間隔が広まり静電容量値が減少する。容量素子Ｃ３３，Ｃ３４，Ｃ３５の静電容量値は変化しない。第４の柱状体Ｔ４（図の固定電極Ｅ４５の上に配置されている）は、図１５における右方に傾斜し、容量素子Ｃ４１の電極間隔が狭まり静電容量値が増加し、容量素子Ｃ４２の電極間隔が広まり静電容量値が減少する。容量素子Ｃ４３，Ｃ４４，Ｃ４５の静電容量値は変化しない。
【０１４２】
結局、受力体１００にＺ軸まわりの正方向のモーメント＋Ｍｚが作用した場合は、図２０の第６行目に示すような増減結果が得られることになる。また、受力体１００にＺ軸まわりの負方向のモーメント−Ｍｚが作用した場合は、静電容量値の増減変化の関係が逆転し、「＋」と「−」とが逆転した結果が得られることになる。
【０１４３】
この図２０(a) ，(b) のテーブルに示すような結果が得られることを踏まえると、検出回路３０として、２０組の容量素子Ｃ１１〜Ｃ４５の静電容量値（ここでは、静電容量の値自身も、同じ符号Ｃ１１〜Ｃ４５で示すことにする）に基づいて、図２１に示す式に基づく演算を行う回路を用意しておけば、Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚの６成分を得ることができる。
【０１４４】
たとえば、図２１に示すＦｘ＝（Ｃ１１−Ｃ１２）＋（Ｃ２１−Ｃ２２）＋（Ｃ３１−Ｃ３２）＋（Ｃ４１−Ｃ４２）なる式は、図２０(a) ，(b) のテーブルの第１行目（＋Ｆｘの行）の結果を踏まえたものであり、第１〜第４のセンサＳ１〜Ｓ４によって検知された各柱状体Ｔ１〜Ｔ４のＸ軸方向に関する傾斜度の和に基づいて、受力体１００に作用した力のＸ軸方向成分Ｆｘが検出できることを意味している。これは、図２(b) に示す検出原理に基づくものである。
【０１４５】
また、図２１に示すＦｙ＝（Ｃ１３−Ｃ１４）＋（Ｃ２３−Ｃ２４）＋（Ｃ３３−Ｃ３４）＋（Ｃ４３−Ｃ４４）なる式は、図２０(a) ，(b) のテーブルの第２行目（＋Ｆｙの行）の結果を踏まえたものであり、第１〜第４のセンサＳ１〜Ｓ４によって検知された各柱状体Ｔ１〜Ｔ４のＹ軸方向に関する傾斜度の和に基づいて、受力体１００に作用した力のＹ軸方向成分Ｆｙが検出できることを意味している。これも、図２(b) に示す検出原理に基づくものである。
【０１４６】
更に、図２１に示すＦｚ＝−（Ｃ１５＋Ｃ２５＋Ｃ３５＋Ｃ４５）なる式は、図２０(a) ，(b) のテーブルの第３行目（＋Ｆｚの行）の結果を踏まえたものであり、第１〜第４のセンサＳ１〜Ｓ４によって検知された各柱状体Ｔ１〜Ｔ４のＺ軸方向に関する力の和に基づいて、受力体１００に作用した力のＺ軸方向成分Ｆｚが検出できることを意味している。先頭のマイナス符号は、Ｚ軸方向のとり方によるものである。
【０１４７】
一方、図２１に示すＭｘ＝（Ｃ４１＋Ｃ４２＋Ｃ４３＋Ｃ４４＋Ｃ４５）−（Ｃ３１＋Ｃ３２＋Ｃ３３＋Ｃ３４＋Ｃ３５）なる式は、図２０(a) ，(b) のテーブルの第４行目（＋Ｍｘの行）の結果を踏まえたものであり、第４のセンサＳ４によって検知された第４の柱状体Ｔ４のＺ軸方向に関する力の和と、第３のセンサＳ３によって検知された第３の柱状体Ｔ３のＺ軸方向に関する力の和と、の差に基づいて、受力体１００に作用した力のＸ軸まわりのモーメントＭｘが検出できることを意味している。これは、図２(c) に示す検出原理に基づくものである。
【０１４８】
また、図２１に示すＭｙ＝（Ｃ１１＋Ｃ１２＋Ｃ１３＋Ｃ１４＋Ｃ１５）−（Ｃ２１＋Ｃ２２＋Ｃ２３＋Ｃ２４＋Ｃ２５）なる式は、図２０(a) ，(b) のテーブルの第５行目（＋Ｍｙの行）の結果を踏まえたものであり、第１のセンサＳ１によって検知された第１の柱状体Ｔ１のＺ軸方向に関する力の和と、第２のセンサＳ２によって検知された第２の柱状体Ｔ２のＺ軸方向に関する力の和と、の差に基づいて、受力体１００に作用した力のＹ軸まわりのモーメントＭｙが検出できることを意味している。これは、図２(c) に示す検出原理に基づくものである。
【０１４９】
最後に、図１５に示すＭｚ＝（（Ｃ１３−Ｃ１４）＋（Ｃ４１−Ｃ４２））−（（Ｃ２３−Ｃ２４）＋（Ｃ３１−Ｃ３２））なる式は、図２０(a) ，(b) のテーブルの第６行目（＋Ｍｚの行）の結果を踏まえたものであり、第１のセンサＳ１によって検知された第１の柱状体Ｔ１のＹ軸方向に関する傾斜度と、第４のセンサＳ４によって検知された第４の柱状体Ｔ４のＸ軸方向に関する傾斜度と、の和と、第２のセンサＳ２によって検知された第２の柱状体Ｔ２のＹ軸方向に関する傾斜度と、第３のセンサＳ３によって検知された第３の柱状体Ｔ３のＸ軸方向に関する傾斜度と、の和と、の差に基づいて、受力体１００に作用した力のＺ軸まわりのモーメントＭｚが検出できることを意味している。
【０１５０】
なお、Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚの６成分を得るための式は、図２１に示す式に限定されるものではなく、後述するように、それぞれいくつかのバリエーションが存在する。たとえば、図２１に示す第３の式（Ｆｚの式）では、第１のセンサＳ１によって検知された第１の柱状体Ｔ１のＺ軸方向に関する力として、Ｃ１５なる１つの容量素子の静電容量値を用いているのに対し、第５の式（Ｍｙの式）では、同じく、第１のセンサＳ１によって検知された第１の柱状体Ｔ１のＺ軸方向に関する力として、（Ｃ１１＋Ｃ１２＋Ｃ１３＋Ｃ１４＋Ｃ１５）なる５つの容量素子の静電容量値の総和を用いている。これは、§３で述べたとおり、図３に示すタイプの多軸力センサを用いて、Ｚ軸方向に関する力を求める方法に複数通りのバリエーションがあるためである。
【０１５１】
したがって、たとえば、図２１の第３の式は、Ｆｚ＝−（（Ｃ１１＋Ｃ１２＋Ｃ１３＋Ｃ１４＋Ｃ１５）＋（Ｃ２１＋Ｃ２２＋Ｃ２３＋Ｃ２４＋Ｃ２５）＋（Ｃ３１＋Ｃ３２＋Ｃ３３＋Ｃ３４＋Ｃ３５）＋（Ｃ４１＋Ｃ４２＋Ｃ４３＋Ｃ４４＋Ｃ４５））としてもかまわない。同様に、第５の式は、Ｍｙ＝（Ｃ１５−Ｃ２５）としてもかまわない。これらのバリエーションについては、後に一覧表として提示して説明する。
【０１５２】
このように、１つの力検出装置でありながら、Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚの６成分を得ることができる装置は、産業上、極めて有用である。ロボットや産業機械の動作制御などへの用途では、力とモーメントとをはっきり区別して検出することが可能な力検出装置の需要が決して少なくない。ここに示す力検出装置は、正に、このような用途に適した装置ということができる。たとえば、図１６に示す力検出装置を、ロボットの腕と手首との関節部分として利用するのであれば、支持基板３００を腕側に取り付け、受力体１００を手首側に取り付ければよい。そうすれば、腕に対して手首側に加えられた力およびモーメントを検出することが可能である。
【０１５３】
＜＜＜  §６．  高精度の検出を行う上での問題点  ＞＞＞
さて、§５では、§４で説明した具体的な構造をもつ実施形態について、Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚの６成分を得るための動作原理を述べた。この動作原理は、これら６成分の力が単独で作用した場合に、各容量素子Ｃ１１〜Ｃ４５の静電容量値の変化の態様が、図２０(a) ，(b) のテーブルに示すようになる、という前提に立つものである。そして、この前提が成り立つ限り、６成分の検出値は他の成分の干渉を受けることがないので、６成分の検出値をそれぞれ独立して得ることができる。
【０１５４】
しかしながら、実際には、§４で説明した具体的な構造をもつ実施形態の場合、他軸成分の干渉を完全に排除した状態で、必要な成分のみの正確な測定値を得ることはできない。もちろん、測定値に含まれる他軸干渉成分の割合が、許容誤差範囲内であれば、図２０(a) ，(b) に示すテーブルを前提として、§５で説明した動作原理に基づく検出を行っても支障はない。ただ、最近は、様々な利用分野において、より測定精度の高い力検出装置が望まれており、他軸成分の干渉をより低減する工夫が求められている。本発明は、このような要求に応じてなされたものであり、他軸成分の干渉を排除したより正確な検出値を得るための新技術を提案するものである。
【０１５５】
本願発明者が、§４で述べた実施形態に係る装置を、§５で述べた原理で動作させたときに得られる６成分の検出値を詳細に解析したところ、モーメント成分が所定軸方向の力成分の一部として検出されている事実が確認できた。具体的には、§５で述べた動作原理では、Ｙ軸まわりのモーメント成分Ｍｙが、力のＸ軸方向成分Ｆｘの検出結果に干渉し、Ｘ軸まわりのモーメント成分Ｍｘが、力のＹ軸方向成分Ｆｙの検出結果に干渉していることが確認できた。このような他軸干渉が生じる原因は、次のような理由で説明できる。
【０１５６】
まず、図２を再び参照しながら、力ＦｘとモーメントＭｙの検出原理の相違を考えてみよう。この図２を用いた説明では、図２(b) に示すように、受力体１０に力＋Ｆｘが作用すると、２本の柱状体１１，１２がＸ軸正方向に傾斜するので、この傾斜度をセンサで検知すれば、力＋Ｆｘの値が得られると述べた。また、図２(c) に示すように、受力体１０にモーメント＋Ｍｙが作用すると、支持基板２０に対して、第１の柱状体１１からは押圧力−ｆｚが加わり、第２の柱状体１２からは引っ張り力＋ｆｚが加わるので、このＺ軸方向に関する力をセンサで検知すれば、モーメント＋Ｍｙの値が得られると述べた。
【０１５７】
この説明は、受力体１０にモーメント＋Ｍｙが作用した場合、２本の柱状体１１，１２は傾斜しないという前提に立つものであり、実際、図２(c) には、２本の柱状体１１，１２が全く傾斜していない状態が示されている。しかしながら、§４に示すような具体的な構造をもつ実施形態では、受力体１０にモーメント＋Ｍｙが作用した場合、２本の柱状体１１，１２に傾斜が生じることは避けられない。もちろん、モーメントＭｙが作用した場合に生じる傾斜の程度は、力Ｆｘが作用した場合に生じる傾斜の程度に比べれば小さいので、それが許容誤差範囲内であれば、図２(c) に示すように、生じる傾斜を無視しても支障はない。しかしながら、より厳密な精度が要求される場合は、このような傾斜を無視することはできない。
【０１５８】
もちろん、モーメントＭｙが作用した場合に、２本の柱状体１１，１２の傾斜度をできるだけ小さくするように、構造を工夫を施すことも可能である。たとえば、柱状体１１，１２と受力体１０との間の接続部分に、リンク機構やカム構造など、機械的な構造体を組み込むようにすれば、図２(c) に示すような理想的な状態に近づけることができるかもしれない。しかしながら、そのような機械的な構造体を組み込めば、それだけ構造が複雑になり、コストも高騰することになるので、商業的な観点からは好ましくない。構造をできるだけ単純化して、コストを低減する、という産業界の要望に応えるためには、肉薄部などの可撓性部材を介して、柱状体１１，１２を受力体１０に接続するのが最良である。ところが、このような可撓性部材を介して両者を接続する構造をとれば、モーメントＭｙが作用した場合に、２本の柱状体１１，１２が傾斜を生じることは避けられない。
【０１５９】
§５の動作原理の説明で用いた図１９には、受力体１００にモーメント＋Ｍｙが作用した場合、支持基板３００に対して、第１の柱状体Ｔ１から下方への押圧力−ｆｚが作用し、第２の柱状体Ｔ２から上方への引っ張り力＋ｆｚが作用する様子が示されている。ここで、図示された第１の柱状体Ｔ１および第２の柱状体Ｔ２には、全く傾斜が生じていない。これは、図２(c) の原理図に対応させたものであり、第１の柱状体Ｔ１および第２の柱状体Ｔ２に生じる傾斜を無視した状態が描かれている。
【０１６０】
しかしながら、第１の柱状体Ｔ１および第２の柱状体Ｔ２を、可撓性をもった肉薄部を介して受力体１００に接続する構造を採る限り、受力体１００にモーメント＋Ｍｙが作用すると、第１の柱状体Ｔ１および第２の柱状体Ｔ２がＸ軸正方向に傾斜することは避けられない。すなわち、モーメント＋Ｍｙが作用した場合の変形態様は、実際には、図１９ではなく、図２２に示すような形態になる。
【０１６１】
この図２２に示す変形態様が生じた場合も、支持基板３００に対して、第１の柱状体Ｔ１から下方への押圧力−ｆｚが作用し、第２の柱状体Ｔ２から上方への引っ張り力＋ｆｚが作用する点に変わりはなく、このような力の作用が主たる現象であることに変わりはない。しかしながら、第１の柱状体Ｔ１および第２の柱状体Ｔ２には、Ｘ軸正方向への傾斜も若干加わるため、図２０(a) の第５行目（＋Ｍｙの行）の結果は、厳密には不正確なものになる。
【０１６２】
すなわち、図２０(a) の第５行目（＋Ｍｙの行）を見ると、Ｃ１１〜Ｃ１５の変化態様はいずれも「＋Δ」となっており、Ｃ２１〜Ｃ２５の変化態様はいずれも「−Δ」となっている。これは、図１９に示すような変形態様が生じたために、容量素子Ｃ１１〜Ｃ１５の電極間隔が一様に狭まり、容量素子Ｃ２１〜Ｃ２５の電極間隔が一様に広まる、という現象が生じることを前提とした結果を示すものであり、このような前提では、形状および配置に対称性をもったＣ１１〜Ｃ１４およびＣ２１〜Ｃ２４の欄のΔの絶対値は互いに等しくなる。
【０１６３】
しかしながら、実際には、図２２に示すとおり、第１のセンサＳ１を構成する容量素子Ｃ１１〜Ｃ１５の電極間隔は一様に狭まるわけではない。もちろん、全体的な傾向としては、何の力も作用していない状態に比べて、容量素子Ｃ１１〜Ｃ１５の電極間隔はいずれも狭まるが、第１の柱状体Ｔ１がＸ軸正方向へ傾斜するため、容量素子Ｃ１１の狭まり方はより顕著になり、容量素子Ｃ１２の狭まり方は緩慢になる。同様に、第２のセンサＳ２を構成する容量素子Ｃ２１〜Ｃ２５の電極間隔も一様に広がるわけではない。もちろん、全体的な傾向としては、何の力も作用していない状態に比べて、容量素子Ｃ２１〜Ｃ２５の電極間隔はいずれも広がるが、第２の柱状体Ｔ２がＸ軸正方向へ傾斜するため、容量素子Ｃ２２の広がり方はより顕著になり、容量素子Ｃ２１の広がり方は緩慢になる。
【０１６４】
したがって、受力体１００にモーメントＭｙが作用したときに、第１の柱状体Ｔ１および第２の柱状体Ｔ２の傾斜を無視した場合に生じる静電容量値の変化分をΔとし、第１の柱状体Ｔ１および第２の柱状体Ｔ２の傾斜によって生じる静電容量値の変化分をδとすれば、図２０(a) の第５行目（＋Ｍｙの行）のＣ１１の欄は実際には「＋Δ＋δ」となり、Ｃ１２の欄は実際には「＋Δ−δ」となる。Ｃ１３〜Ｃ１５の欄については、第１の柱状体Ｔ１の傾斜の影響は部分部分で相殺されると考えられるので、「＋Δ」のままでよい。同様に、図２０(a) の第５行目（＋Ｍｙの行）のＣ２１の欄は実際には「−Δ＋δ」となり、Ｃ２２の欄は実際には「−Δ−δ」となる。Ｃ２３〜Ｃ２５の欄については、第１の柱状体Ｔ１の傾斜の影響は部分部分で相殺されると考えられるので、「−Δ」のままでよい。
【０１６５】
全く同様の現象が、第３の柱状体Ｔ３および第４の柱状体Ｔ４に関しても生じることになる。すなわち、図２０(b) の第５行目（＋Ｍｙの行）の行の各欄はいずれも「０」となっており、モーメントＭｙが作用したときに、容量素子Ｃ３１〜Ｃ３５，Ｃ４１〜Ｃ４５については、静電容量値に変化は生じない、という結果が示されているが、これはモーメントＭｙが作用しても、第３の柱状体Ｔ３および第４の柱状体Ｔ４は傾斜しない、という前提に基づく結果である。しかしながら、実際には、モーメントＭｙの作用により、第３の柱状体Ｔ３および第４の柱状体Ｔ４はＸ軸正方向への傾斜を生じることになる。
【０１６６】
したがって、受力体１００にモーメントＭｙが作用したときに、第３の柱状体Ｔ３および第４の柱状体Ｔ４の傾斜によって生じる静電容量値の変化分をδとすれば、図２０(b) の第５行目（＋Ｍｙの行）のＣ３１の欄は実際には「０＋δ」となり、Ｃ３２の欄は実際には「０−δ」となる。Ｃ３３〜Ｃ３５の欄については、第３の柱状体Ｔ３の傾斜の影響は部分部分で相殺されると考えられるので、「０」のままでよい。同様に、図２０(b) の第５行目（＋Ｍｙの行）のＣ４１の欄は実際には「０＋δ」となり、Ｃ４２の欄は実際には「０−δ」となる。Ｃ４３〜Ｃ４５の欄については、第４の柱状体Ｔ４の傾斜の影響は部分部分で相殺されると考えられるので、「０」のままでよい。
【０１６７】
以上、受力体１００にモーメントＭｙが作用したときの厳密な取り扱いを述べたが、受力体１００にモーメントＭｘが作用したときの厳密な取り扱いも全く同様であり、図２０(a) ，(b) に示すテーブルにおける第４行目（＋Ｍｘの行）の各欄のうち、各柱状体Ｔ１〜Ｔ４の傾斜が影響する欄については、傾斜によって生じる静電容量値の変化分δを修正項として付加する必要がある。
【０１６８】
図２３(a) ，(b) に示すテーブルは、図２０(a) ，(b) に示すテーブルに、このような変化分δの修正項を付加したものである。枠を太線で囲った欄が、変化分δの修正項が付加された欄である。結局、§４で説明した具体的な構造をもった実施形態の場合、６成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚが作用した場合の各容量素子Ｃ１１〜Ｃ４５の静電容量値の本来の変化態様は、図２３(a) ，(b) のテーブルに示すようなものになり、このような変化態様を前提として、６成分の検出値を得る必要がある。ただ、変化分δが許容誤差範囲内であれば、図２３(a) ，(b) のテーブルにおいて、δ＝０としても支障はなく、図２０(a) ，(b) のテーブルを代用しても問題は生じないことになる。
【０１６９】
逆に言えば、変化分δを許容誤差範囲として取り扱うことができない高精度な測定が必要になる場合には、図２３(a) ，(b) のテーブルを前提とした取り扱いが必要になる。そこで、図２０(a) ，(b) のテーブルに代わりに、図２３(a) ，(b) のテーブルを用いた場合、§５で述べた６成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚの検出原理にどのような影響が及ぶかを考えてみよう。
【０１７０】
図２３(a) ，(b) のテーブルにおいて、変化分δの修正項が記載されている欄に対応する容量素子Ｃ１１〜Ｃ１４、Ｃ２１〜Ｃ２４、Ｃ３１〜Ｃ３４、Ｃ４１〜Ｃ４４は、いずれも形状および配置に対称性が確保されている素子であるので、このテーブルに記載されているδの絶対値はすべて等しいと考えてよい。そうすると、このような修正項が付加されたとしても、＋δおよび−δを含めた演算によって、変化分δが相殺されてしまうような演算式は、修正項の付加による影響を全く受けない。
【０１７１】
このような観点から、図２１に示す６成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚの演算式をチェックすれば、修正項の付加によって影響を受ける演算式は、Ｆｘ，Ｆｙを算出する演算式のみであることがわかる。図２４は、変化分δの修正項を考慮して、図１２に示す６成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚの演算式を新たに書き直したものである。図２４の第１の式は、図２１の第１の式における左辺ＦｘをＦｘ＊に置き換えたものであり、図２４の第２の式は、図２１の第２の式における左辺ＦｙをＦｙ＊に置き換えたものである（各式の右辺の内容には変わりはない）。また、図２４の第３〜第６の式は、図２１の第３〜第６の式と全く同一の式である。
【０１７２】
図２４の第１の式の左辺がＦｘ＊になっているのは、この式の右辺の値が正しい力Ｆｘを示すものにはなっていないためである。たとえば、この力検出装置の受力体に、６成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚのすべてを含む合成力が作用した場合を考えてみる。この場合、各容量素子Ｃ１１〜Ｃ４５には、図２３(a) ，(b) の各欄に示す静電容量値の変化が生じることになる。図２４の第１の式の右辺は、図２３(a) ，(b) の第１行目（＋Ｆｘの行）の各欄に示す静電容量値の変化に基づいて、Ｘ軸方向の力成分Ｆｘを検出することを意図した式になっている。この例の場合、第１行目（＋Ｆｘの行）の各欄に示す静電容量値を考慮して右辺を演算すると、右辺の演算値＝８Δになるので、この値８Δが、本来意図した検出値として出力されるべき値になる。
【０１７３】
この場合、他軸成分の干渉が全く生じなければ、力Ｆｘの検出値は、他の５成分Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚの影響を全く受けないはずである。実際、図２４の第１の式の右辺の値は、他の４成分Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｚには左右されない。すなわち、図２３(a) ，(b) の第２行目（＋Ｆｙの行）の各欄に示す静電容量値の変化に基づいて図２４の第１の式の右辺を演算した結果は０になり、図２３(a) ，(b) の第３行目（＋Ｆｚの行）の各欄、第４行目（＋Ｍｘの行）の各欄、もしくは第６行目（＋Ｍｚの行）の各欄に示す静電容量値の変化に基づいて図２４の第１の式の右辺を演算した結果も０になる。ところが、第５行目（＋Ｍｙの行）の各欄に示す静電容量値の変化に基づいて図２４の第１の式の右辺を演算した結果は８δとなってしまう。
【０１７４】
結局、図２４の第１の式の右辺の演算値＝８Δ＋８δとなり、本来得られるべきＦｘ＝８Δに対して、誤差８δを生じる結果となる。図２４の第１の式の左辺を、Ｆｘ＊としたのは、この値が正確なＦｘの値ではなく、誤差を含んだＦｘ＋８δなる値になっているためである。このような誤差が生じるのは、図２４の第１の式の右辺各項の下方に「＋δ」，「−δ」という吹き出しで示したように、各静電容量値の変化分に、本来のΔだけでなく、モーメントＭｙの作用で生じる柱状体のＸ軸方向に関する傾斜に起因する変化分δが含まれているためである。
【０１７５】
全く同様の理由により、図２４の第２の式の右辺の演算値＝８Δ−８δとなり、本来得られるべきＦｙ＝８Δに対して、誤差８δを生じる結果となる。図２４の第２の式の左辺を、Ｆｙ＊としたのは、この値が正確なＦｙの値ではなく、誤差を含んだＦｙ−８δなる値になっているためである。このような誤差が生じるのは、図２４の第２の式の右辺各項の下方に「＋δ」，「−δ」という吹き出しで示したように、各静電容量値の変化分に、本来のΔだけでなく、モーメントＭｘの作用で生じる柱状体のＹ軸方向に関する傾斜に起因する変化分δが含まれているためである。
【０１７６】
このように、検出対象となる力の６成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚのうち、Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚについては、図２４の第３〜第６の式に基づく演算を行うことにより、他軸干渉のない正確な値を得ることができるが、Ｆｘ，Ｆｙについては、図２４の第１の式で示されている近似値Ｆｘ＊、第２の式で示されている近似値Ｆｙ＊しか得ることができない。誤差となる値８δが許容範囲内であれば、近似的にＦｘ＝Ｆｘ＊、Ｆｙ＝Ｆｙ＊とする取り扱いを行うことができるが、高精度な測定が必要になる場合には、このような誤差を排除する工夫が必要になる。
【０１７７】
＜＜＜  §７．  本発明に係る各力成分の検出処理  ＞＞＞
さて、§６では、図２４に示す各式によって、６成分Ｆｘ＊，Ｆｙ＊，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚを算出できることを述べた。ここで、Ｆｘ＊，Ｆｙ＊は、他軸干渉成分を含むＦｘ，Ｆｙの不正確な値である。§６で述べたとおり、Ｆｘ＊に含まれる他軸成分は、モーメント成分Ｍｙであり、Ｆｙ＊に含まれる他軸成分は、モーメント成分Ｍｘである。本発明の基本的な考え方は、このＦｘ＊，Ｆｙ＊に含まれている他軸成分Ｍｙ，Ｍｘを、別な方法で求めたモーメント成分Ｍｙ，Ｍｘに基づいて補正する、というものである。
【０１７８】
そこで、まず、この図２４に示す６成分Ｆｘ＊，Ｆｙ＊，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚを算出する式のバリエーションの一覧を図２５に示しておく。この図２５に示す各式は、§４で述べた具体的な実施形態で用いられている２０組の容量素子Ｃ１１〜Ｃ４５（図１５に示す２０枚の固定電極Ｅ１１〜Ｅ４５と、これらに対向する導電性をもった下端側肉薄部とによって構成される容量素子）の静電容量値Ｃ１１〜Ｃ４５によって、６成分Ｆｘ＊，Ｆｙ＊，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚを算出する演算を示すものである。
【０１７９】
ここで、容量素子Ｃ１１〜Ｃ１５は、第１の柱状体Ｔ１についての検出を行う第１のセンサＳ１を構成し、容量素子Ｃ２１〜Ｃ２５は、第２の柱状体Ｔ２についての検出を行う第２のセンサＳ２を構成し、容量素子Ｃ３１〜Ｃ３５は、第３の柱状体Ｔ３についての検出を行う第３のセンサＳ３を構成し、容量素子Ｃ４１〜Ｃ４５は、第４の柱状体Ｔ４についての検出を行う第４のセンサＳ４を構成する。
【０１８０】
より具体的に説明すれば、第１のセンサＳ１は、第１の柱状体Ｔ１の下端側肉薄部２１５とこれに対向する支持基板３００の上面とによって挟まれた空間内に形成された複数の容量素子Ｃ１１〜Ｃ１５によって構成されている。これらの容量素子は、一方の電極が下端側肉薄部２１５の下面に形成され、他方の電極Ｅ１１〜Ｅ１５が支持基板３００の上面に形成されている。
【０１８１】
第２のセンサＳ２は、第２の柱状体Ｔ２の下端側肉薄部２２５とこれに対向する支持基板３００の上面とによって挟まれた空間内に形成された複数の容量素子Ｃ２１〜Ｃ２５によって構成されている。これらの容量素子は、一方の電極が下端側肉薄部２２５の下面に形成され、他方の電極Ｅ２１〜Ｅ２５が支持基板３００の上面に形成されている。
【０１８２】
第３のセンサＳ３は、第３の柱状体Ｔ３の下端側肉薄部２３５とこれに対向する支持基板３００の上面とによって挟まれた空間内に形成された複数の容量素子Ｃ３１〜Ｃ３５によって構成されている。これらの容量素子は、一方の電極が下端側肉薄部２３５の下面に形成され、他方の電極Ｅ３１〜Ｅ３５が支持基板３００の上面に形成されている。
【０１８３】
第４のセンサＳ４は、第４の柱状体Ｔ４の下端側肉薄部２４５とこれに対向する支持基板３００の上面とによって挟まれた空間内に形成された複数の容量素子Ｃ４１〜Ｃ４５によって構成されている。これらの容量素子は、一方の電極が下端側肉薄部２４５の下面に形成され、他方の電極Ｅ４１〜Ｅ４５が支持基板３００の上面に形成されている。
【０１８４】
なお、各下端側肉薄部が導電性材料によって構成されている場合は、この下端側肉薄部自身を単一の共通電極として機能させることができるので、下端側肉薄部の下面に別体の電極を形成する必要はない。前述した具体的な実施形態の場合、下端側肉薄部２１５，２２５，２３５，２４５が導電性材料から構成されているため、これら肉薄部自身が共通電極として機能することになる。
【０１８５】
もちろん、ここに示す実施形態とは逆に、下端側肉薄部を絶縁性材料によって構成し、下端側肉薄部の下面に個別の電極を形成し、支持基板の上面側に形成される固定電極を物理的に単一の共通電極としてもかまわない。
【０１８６】
図２５には、各センサＳ１〜Ｓ４を構成する２０個の容量素子Ｃ１１〜Ｃ４５の静電容量値Ｃ１１〜Ｃ４５（各容量素子と同じ符号を用いて示す）によって、６成分Ｆｘ＊，Ｆｙ＊，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚを算出する演算として、それぞれ３とおりのバリエーションが示されている。
【０１８７】
まず、Ｆｘ＊を求める式として、Ｆｘ１＊＝（Ｃ１１−Ｃ１２）＋（Ｃ２１−Ｃ２２）＋（Ｃ３１−Ｃ３２）＋（Ｃ４１−Ｃ４２）、Ｆｘ２＊＝（Ｃ１１−Ｃ１２）＋（Ｃ２１−Ｃ２２）、Ｆｘ３＊＝（Ｃ３１−Ｃ３２）＋（Ｃ４１−Ｃ４２）なる３通りの式が定義されている。図２４に示されているＦｘ＊の式は、上記Ｆｘ１＊の式に対応するものであり、４本の柱状体Ｔ１〜Ｔ４すべてのＸ軸傾斜度の和を求めるものである。これに対して、上記Ｆｘ２＊の式は、２本の柱状体Ｔ１，Ｔ２のＸ軸傾斜度の和を求めるものであり、上記Ｆｘ３＊の式は、２本の柱状体Ｔ３，Ｔ４のＸ軸傾斜度の和を求めるものである。
【０１８８】
また、Ｆｙ＊を求める式として、Ｆｙ１＊＝（Ｃ１３−Ｃ１４）＋（Ｃ２３−Ｃ２４）＋（Ｃ３３−Ｃ３４）＋（Ｃ４３−Ｃ４４）、Ｆｙ２＊＝（Ｃ１３−Ｃ１４）＋（Ｃ２３−Ｃ２４）、Ｆｙ３＊＝（Ｃ３３−Ｃ３４）＋（Ｃ４３−Ｃ４４）なる３通りの式が定義されている。図２４に示されているＦｙ＊の式は、上記Ｆｙ１＊の式に対応するものであり、４本の柱状体Ｔ１〜Ｔ４すべてのＹ軸傾斜度の和を求めるものである。これに対して、上記Ｆｙ２＊の式は、２本の柱状体Ｔ１，Ｔ２のＹ軸傾斜度の和を求めるものであり、上記Ｆｙ３＊の式は、２本の柱状体Ｔ３，Ｔ４のＹ軸傾斜度の和を求めるものである。
【０１８９】
次に、Ｆｚを求める式として、Ｆｚ１＝−（（Ｃ１１＋Ｃ１２＋Ｃ１３＋Ｃ１４＋Ｃ１５）＋（Ｃ２１＋Ｃ２２＋Ｃ２３＋Ｃ２４＋Ｃ２５）＋（Ｃ３１＋Ｃ３２＋Ｃ３３＋Ｃ３４＋Ｃ３５）＋（Ｃ４１＋Ｃ４２＋Ｃ４３＋Ｃ４４＋Ｃ４５））、Ｆｚ２＝−（（Ｃ１１＋Ｃ１２＋Ｃ１３＋Ｃ１４）＋（Ｃ２１＋Ｃ２２＋Ｃ２３＋Ｃ２４）＋（Ｃ３１＋Ｃ３２＋Ｃ３３＋Ｃ３４）＋（Ｃ４１＋Ｃ４２＋Ｃ４３＋Ｃ４４））、Ｆｚ３＝−（Ｃ１５＋Ｃ２５＋Ｃ３５＋Ｃ４５）なる３通りの式が定義されている。図２４に示されているＦｚの式は、上記Ｆｚ３の式に対応するものである。上記Ｆｚ１の式は、各センサを構成する５組の容量素子すべてを利用してＺ軸方向に関する力を検出する式である。これに対して、上記Ｆｚ２の式は、各センサを構成する４組の容量素子を利用してＺ軸方向に関する力を検出する式であり、上記Ｆｚ３の式は、各センサを構成する中央の１組の容量素子を利用してＺ軸方向に関する力を検出する式である。
【０１９０】
なお、Ｆｚを求める別な式として、２本の柱状体のみを利用して、たとえば、Ｆｚ１′＝−（（Ｃ１１＋Ｃ１２＋Ｃ１３＋Ｃ１４＋Ｃ１５）＋（Ｃ２１＋Ｃ２２＋Ｃ２３＋Ｃ２４＋Ｃ２５））、Ｆｚ２′＝−（（Ｃ１１＋Ｃ１２＋Ｃ１３＋Ｃ１４）＋（Ｃ２１＋Ｃ２２＋Ｃ２３＋Ｃ２４））、Ｆｚ３′＝−（Ｃ１５＋Ｃ２５）なる式を用いることも可能であるが、実用上は、安定した検出を行うために、上述したＦｚ１，Ｆｚ２，Ｆｚ３の式を用いるのが好ましい。
【０１９１】
一方、Ｍｘを求める式として、Ｍｘ１＝（Ｃ４１＋Ｃ４２＋Ｃ４３＋Ｃ４４＋Ｃ４５）−（Ｃ３１＋Ｃ３２＋Ｃ３３＋Ｃ３４＋Ｃ３５）、Ｍｘ２＝（Ｃ４１＋Ｃ４２＋Ｃ４３＋Ｃ４４）−（Ｃ３１＋Ｃ３２＋Ｃ３３＋Ｃ３４）、Ｍｘ３＝（Ｃ４５−Ｃ３５）なる３通りの式が定義されている。図２４に示されているＭｘの式は、上記Ｍｘ１の式に対応するものであり、センサＳ３，Ｓ４のそれぞれを構成する５組の容量素子すべてを利用してＺ軸方向に関する力を検出する式である。これに対して、上記Ｍｘ２の式は、センサＳ３，Ｓ４のそれぞれを構成する４組の容量素子を利用してＺ軸方向に関する力を検出する式であり、上記Ｍｘ３の式は、各センサＳ３，Ｓ４のそれぞれを構成する中央の１組の容量素子を利用してＺ軸方向に関する力を検出する式である。
【０１９２】
また、Ｍｙを求める式として、Ｍｙ１＝（Ｃ１１＋Ｃ１２＋Ｃ１３＋Ｃ１４＋Ｃ１５）−（Ｃ２１＋Ｃ２２＋Ｃ２３＋Ｃ２４＋Ｃ２５）、Ｍｙ２＝（Ｃ１１＋Ｃ１２＋Ｃ１３＋Ｃ１４）−（Ｃ２１＋Ｃ２２＋Ｃ２３＋Ｃ２４）、Ｍｙ３＝（Ｃ１５−Ｃ２５）なる３通りの式が定義されている。図２４に示されているＭｙの式は、上記Ｍｙ１の式に対応するものであり、センサＳ１，Ｓ２のそれぞれを構成する５組の容量素子すべてを利用してＺ軸方向に関する力を検出する式である。これに対して、上記Ｍｙ２の式は、センサＳ１，Ｓ２のそれぞれを構成する４組の容量素子を利用してＺ軸方向に関する力を検出する式であり、上記Ｍｙ３の式は、各センサＳ１，Ｓ２のそれぞれを構成する中央の１組の容量素子を利用してＺ軸方向に関する力を検出する式である。
【０１９３】
更に、Ｍｚを求める式として、Ｍｚ１＝（（Ｃ１３−Ｃ１４）＋（Ｃ４１−Ｃ４２））−（（Ｃ２３−Ｃ２４）＋（Ｃ３１−Ｃ３２））、Ｍｚ２＝（Ｃ１３−Ｃ１４）−（Ｃ２３−Ｃ２４）、Ｍｚ３＝（Ｃ４１−Ｃ４２）−（Ｃ３１−Ｃ３２）なる３通りの式が定義されている。図２４に示されているＭｚの式は、上記Ｍｚ１の式に対応するものであり、４本の柱状体Ｔ１〜Ｔ４すべてのＸ軸もしくはＹ軸傾斜度を考慮した式になっている。これに対して、上記Ｍｚ２の式は、２本の柱状体Ｔ１，Ｔ２のＸ軸もしくはＹ軸傾斜度のみを考慮した式になっており、上記Ｍｚ３の式は、２本の柱状体Ｔ３，Ｔ４のＸ軸もしくはＹ軸傾斜度のみを考慮した式になっている。
【０１９４】
さて、静電容量値Ｃ１１〜Ｃ４５によって、６成分Ｆｘ＊，Ｆｙ＊，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚを算出する演算式は、図２５に示すようなバリエーションがあるので、必要に応じて、これらのバリエーションの中から任意の演算式を選択することにより、所望の成分を算出することができる。図２４に示す式は、図２５に示すバリエーションの中から、Ｆｘ１＊，Ｆｙ１＊，Ｆｚ３，Ｍｘ１，Ｍｙ１，Ｍｚ１なる特定の式を選択して組み合わせたものである。もちろん、本発明を実施する上では、この他にも様々な組み合わせが可能である。
【０１９５】
また、６成分すべてを求める必要がない場合には、必要な式のみを選択して組み合わせればよい。たとえば、モーメントＭｘ，Ｍｙの２成分のみを検出すれば足りる場合には、Ｍｘ３＝（Ｃ４５−Ｃ３５）なる式と、Ｍｙ３＝（Ｃ１５−Ｃ２５）なる式と、を組み合わせるだけで、要件が満たされることになる。この場合、２０組の静電容量素子Ｃ１１〜Ｃ４５をすべて実際に設ける必要はなく、４つの容量素子Ｃ１５，Ｃ２５，Ｃ３５，Ｃ４５を設けるだけで足りる。
【０１９６】
ただ、誤差を含まない力成分Ｆｘを検出する必要がある場合には、モーメント成分Ｍｙの他軸干渉の影響を排除する補正が必要になるので、成分Ｆｘ＊とともに成分Ｍｙを検出する必要がある。同様に、誤差を含まない力成分Ｆｙを検出する必要がある場合には、モーメント成分Ｍｘの他軸干渉の影響を排除する補正が必要になるので、成分Ｆｙ＊とともに成分Ｍｘを検出する必要がある。この場合、成分Ｆｘ＊や成分Ｍｙの検出、あるいは成分Ｆｙ＊や成分Ｍｘの検出にも、図２５に示すバリエーションの中から、特定の式を選択して組み合わせることができる。
【０１９７】
誤差の補正は、基本的には、誤差成分を除外する減算によって行うことができる。たとえば、図２４の第１の式Ｆｘ＊の右辺の値は、前述したとおり、「８Δ＋８δ」となるので、誤差「８δ」を除外する演算を行えば、誤差を含まない正確な値Ｆｘ（＝８Δ）を求めることができる。したがって、誤差補正に必要な演算は、「Ｆｘ＝Ｆｘ＊−８δ」ということになる。ここで、δは、Ｙ軸まわりのモーメントＭｙに起因して生じた誤差であるので、成分Ｍｙの検出値に所定の係数を生じることにより求めることができる。したがって、誤差補正に必要な演算式は「Ｆｘ＝Ｆｘ＊−α・Ｍｙ」で与えられる。
【０１９８】
ここで、係数αは、成分Ｆｘ＊や成分Ｍｙを求めるために用いた式や、実際の容量素子を構成する電極の面積などに依存した量になる。図２５に示すように、同一の成分を求める演算式にはいくつかのバリエーションが存在し、これらバリエーションから選択したいずれの式を採用しても、正しい値を得ることが可能であるが、ここで言う「正しい値」とは、物理量の単位まで規定した絶対値を意味するものではない。したがって、いずれの式を採用したとしても、最終的には、それぞれ固有のスケーリングを行う必要がある。上記誤差補正の演算式「Ｆｘ＝Ｆｘ＊−α・Ｍｙ」は、成分Ｆｘ＊と成分Ｍｙとの差をとる式であるので、両者のスケーリングが正しく行われていないと意味がない。係数αは、このスケーリングの整合性をとるための比例係数ということになる。
【０１９９】
一方、図２４の第２の式Ｆｙ＊の右辺の値は、前述したとおり、「８Δ−８δ」となるので、誤差「８δ」を補填する演算を行えば、誤差を含まない正確な値Ｆｙ（＝８Δ）を求めることができる。したがって、誤差補正に必要な演算は、「Ｆｙ＝Ｆｙ＊＋８δ」ということになる。ここで、δは、Ｘ軸まわりのモーメントＭｘに起因して生じた誤差であるので、成分Ｍｘの検出値に所定の係数を生じることにより求めることができる。したがって、誤差補正に必要な演算式は「Ｆｙ＝Ｆｙ＊−β・Ｍｘ」で与えられる。ここで、係数βは、成分Ｆｙ＊や成分Ｍｘを求めるために用いた式や、実際の容量素子を構成する電極の面積などに依存した量になり、やはりスケーリングの整合性をとるための比例係数である。
【０２００】
結局、誤差補正に必要な演算式は、図２６に示すように、力のＸ軸方向成分Ｆｘについては「Ｆｘ＝Ｆｘｉ＊−αｉｊ・Ｍｙｊ」となり、力のＹ軸方向成分Ｆｙについては「Ｆｙ＝Ｆｙｉ＊−βｉｊ・Ｍｘｊ」となる。ここで、ｉは、成分Ｆｘ＊もしくはＦｙ＊を算出するために、図２５に示す３通りのバリエーションのうちの何番目の式を選択したかを示すパラメータ（ｉ＝１〜３）であり、ｊは、成分ＭｙもしくはＭｘを算出するために、図２５に示す３通りのバリエーションのうちの何番目の式を選択したかを示すパラメータ（ｊ＝１〜３）である。また、係数αｉｊは、成分Ｆｘ＊を算出するために第ｉ番目の式を選択し、成分Ｍｙを算出するために第ｊ番目の式を選択した場合に、算出値Ｆｘｉ＊と算出値Ｍｙｊとのスケーリングの整合性を確保するための比例定数である。同様に、係数βｉｊは、成分Ｆｙ＊を算出するために第ｉ番目の式を選択し、成分Ｍｘを算出するために第ｊ番目の式を選択した場合に、算出値Ｆｙｉ＊と算出値Ｍｘｊとのスケーリングの整合性を確保するための比例定数である。
【０２０１】
このように、力のＸ軸方向成分Ｆｘを求めるには、まず、図２５に示すＦｘｉ＊のいずれかの式を選択して（ｉの値を１〜３のいずれかに決定して）、中間段階の値Ｆｘｉ＊を求め、図２５に示すＭｙｊのいずれかの式を選択して（ｊの値を１〜３のいずれかに決定して）、Ｍｙｊの値を求め、最後にｉ，ｊに応じた係数αｉｊを用いて、「Ｆｘ＝Ｆｘｉ＊−αｉｊ・Ｍｙｊ」なる演算を行えばよい。同様に、力のＹ軸方向成分Ｆｙを求めるには、まず、図２５に示すＦｙｉ＊のいずれかの式を選択して（ｉの値を１〜３のいずれかに決定して）、中間段階の値Ｆｙｉ＊を求め、図２５に示すＭｘｊのいずれかの式を選択して（ｊの値を１〜３のいずれかに決定して）、Ｍｘｊの値を求め、最後にｉ，ｊに応じた係数βｉｊを用いて、「Ｆｙ＝Ｆｙｉ＊−βｉｊ・Ｍｘｊ」なる演算を行えばよい。
【０２０２】
結局、力の６成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚすべてを検出するには、図１６に示すような具体的な構造をもった力検出装置の本体を用意し、図２５に示すバリエーションの中から、Ｆｘ＊，Ｆｙ＊，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚを算出する演算式を任意に選択し、用意した構造体に含まれる全２０組の容量素子Ｃ１１〜Ｃ４５の静電容量値を電気的に検出し、得られた各検出値を、選択された各演算式に代入することにより、Ｆｘ＊，Ｆｙ＊，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚを算出すればよい。ここで、算出されたＦｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚは、そのまま各成分として出力することができるが、Ｆｘ＊，Ｆｙ＊については、係数αｉｊ，βｉｊを用いた上記式に基づく補正を施した後に、Ｆｘ，Ｆｙの成分として出力することになる。
【０２０３】
もちろん、６成分すべてを求める必要がない場合には、必要な式のみを選択すればよい。この場合、２０組の容量素子Ｃ１１〜Ｃ４５をすべて実際に設ける必要はなく、選択された演算式に必要な素子のみを設ければ足りる。
【０２０４】
結局、本発明に係る力検出装置を設計する際には、まず第１段階のプロセスとして、図２５および図２６に示す各式を「演算式の候補」として定義し、この「演算式の候補」の中から所望の力成分の検出に必要になる演算式を選択する作業を行うことになる。たとえば、６成分すべてを求める機能をもった力検出装置を設計するのであれば、（１）Ｆｘ＝Ｆｘｉ＊−αｉｊ・Ｍｙｊ、（２）Ｆｙ＝Ｆｙｉ＊＋βｉｊ・Ｍｘｊ、（３）Ｆｚ＝Ｆｚｉ、（４）Ｍｘ＝Ｍｘｉ、（５）Ｍｙ＝Ｍｙｉ、（６）Ｍｚ＝Ｍｚｉ、という６つの演算式の選択を行うことになる。ここで、ｉ，ｊは、１〜３のうちのいずれかのパラメータであり、６つの演算式ごとに、それぞれ所望のパラメータ値を決定すればよい。なお、これら演算式における係数αｉｊ，βｉｊの実際の値の求め方については、§８で詳述する。
【０２０５】
続いて、第２段階のプロセスとして、図１５に示す２０組の容量素子Ｃ１１〜Ｃ４５を「容量素子の候補」として定義し、第１段階のプロセスで選択した演算式に基づく演算を行うために必要な容量素子を、この「容量素子の候補」の中から選択する作業を行うことになる。
【０２０６】
たとえば、図２４に示すような演算式の選択が行われた場合には、図１５に示す２０組の容量素子Ｃ１１〜Ｃ４５のすべてを選択する必要があるが、別な演算式の選択が行われた場合には、場合によっては、この２０組の容量素子Ｃ１１〜Ｃ４５のすべてを選択する必要はなくなる。実際の力検出装置には、このような選択によって必要となった静電容量素子のみを設けておけば十分である。
【０２０７】
図１に示す検出回路３０は、選択された容量素子の静電容量値に基づいて、選択された演算式に基づく演算を行い、所望とされる各力成分を出力する機能をもった回路である。たとえば、６成分すべてを求める機能をもった力検出装置に用いられる検出回路３０には、次のような各演算機能を設けておけばよい。
【０２０８】
＜Ｆｘ＊演算機能＞
「第１の柱状体Ｔ１のＸ軸方向に関する傾斜度と第２の柱状体Ｔ２のＸ軸方向に関する傾斜度と第３の柱状体Ｔ３のＸ軸方向に関する傾斜度と第４の柱状体Ｔ４のＸ軸方向に関する傾斜度との和Ｆｘ１＊」もしくは「第１の柱状体Ｔ１のＸ軸方向に関する傾斜度と第２の柱状体Ｔ２のＸ軸方向に関する傾斜度との和Ｆｘ２＊」もしくは「第３の柱状体Ｔ３のＸ軸方向に関する傾斜度と第４の柱状体Ｔ４のＸ軸方向に関する傾斜度との和Ｆｘ３＊」のいずれかを和Ｆｘ＊として求める演算機能。
【０２０９】
＜Ｆｙ＊演算機能＞
「第１の柱状体Ｔ１のＹ軸方向に関する傾斜度と第２の柱状体Ｔ２のＹ軸方向に関する傾斜度と第３の柱状体Ｔ３のＹ軸方向に関する傾斜度と第４の柱状体Ｔ４のＹ軸方向に関する傾斜度との和Ｆｙ１＊」もしくは「第１の柱状体Ｔ１のＹ軸方向に関する傾斜度と第２の柱状体Ｔ２のＹ軸方向に関する傾斜度との和Ｆｙ２＊」もしくは「第３の柱状体Ｔ３のＹ軸方向に関する傾斜度と第４の柱状体Ｔ４のＹ軸方向に関する傾斜度との和Ｆｙ３＊」のいずれかを和Ｆｙ＊として求める演算機能。
【０２１０】
＜Ｆｚ演算機能＞
第１の柱状体Ｔ１によって加えられたＺ軸方向に関する力と第２の柱状体Ｔ２によって加えられたＺ軸方向に関する力と第３の柱状体Ｔ３によって加えられたＺ軸方向に関する力と第４の柱状体Ｔ４によって加えられたＺ軸方向に関する力との和Ｆｚを求める演算機能（なお、若干、安定性は劣るが、第１の柱状体Ｔ１によって加えられたＺ軸方向に関する力と第２の柱状体Ｔ２によって加えられたＺ軸方向に関する力との和をＦｚとしたり、第３の柱状体Ｔ３によって加えられたＺ軸方向に関する力と第４の柱状体Ｔ４によって加えられたＺ軸方向に関する力との和をＦｚとしたりすることも可能である。）。
【０２１１】
＜Ｍｘ演算機能＞
第３の柱状体Ｔ３によって加えられたＺ軸方向に関する力と第４の柱状体Ｔ４によって加えられたＺ軸方向に関する力との差Ｍｘを求める演算機能。
【０２１２】
＜Ｍｙ演算機能＞
第１の柱状体Ｔ１によって加えられたＺ軸方向に関する力と第２の柱状体Ｔ２によって加えられたＺ軸方向に関する力との差Ｍｙを求める演算機能。
【０２１３】
＜Ｍｚ演算機能＞
「第１の柱状体Ｔ１のＹ軸方向に関する傾斜度と第４の柱状体Ｔ４のＸ軸方向に関する傾斜度との和と、第２の柱状体Ｔ２のＹ軸方向に関する傾斜度と第３の柱状体Ｔ３のＸ軸方向に関する傾斜度との和と、の差Ｍｚ１」もしくは「第１の柱状体Ｔ１のＹ軸方向に関する傾斜度と第２の柱状体Ｔ２のＹ軸方向に関する傾斜度との差Ｍｚ２」もしくは「第４の柱状体Ｔ４のＸ軸方向に関する傾斜度と第３の柱状体Ｔ３のＸ軸方向に関する傾斜度との差Ｍｚ３」のいずれかを差Ｍｚとして求める演算機能。
【０２１４】
＜Ｆｘ演算機能＞
所定の係数αを用いた演算式「Ｆｘ＝Ｆｘ＊−α・Ｍｙ」に基づく補正演算機能。
【０２１５】
＜Ｆｙ演算機能＞
所定の係数βを用いた演算式「Ｆｙ＝Ｆｙ＊＋β・Ｍｘ」に基づく補正演算機能。
【０２１６】
なお、個々の容量素子についての静電容量値を電気的に検出するための具体的な回路や、各演算式に基づく演算を行うための具体的な回路は、既に公知の技術によって実現できる回路であるため、ここでは詳しい説明は省略する。
【０２１７】
＜＜＜  §８．  係数αｉｊ，βｉｊの決定方法  ＞＞＞
§７で述べたとおり、係数αｉｊおよびβｉｊは、スケーリングファクターとして機能する定数であるので、実際の装置の具体的な構造が定まらないと決定できない。すなわち、図１６に示すような装置の各部の形状、大きさ、寸法、材質、特に、各容量素子Ｃ１１〜Ｃ４５を構成する電極Ｅ１１〜Ｅ４５の形状、大きさ、位置、そして対向電極間の距離などが、係数αｉｊおよびβｉｊの値を定める重要な要素となる。
【０２１８】
したがって、係数αｉｊおよびβｉｊの値を定める最も実用的な方法は、実際に力検出装置の試作品を製造し、この試作品を用いた実測に基づいて定める方法である。以下、この試作品を用いた実測により、係数αｉｊおよびβｉｊの値を定める具体的な方法の一例を説明する。
【０２１９】
図２７は、図２６に示す係数αｉｊ，βｉｊを決定するための実験方法の一例を示す側断面図である。図示されている装置は、試作品として実際に製造した図１６に示す装置本体に、測定用治具４００を取り付けたものである。この測定用治具４００は、図示のとおり、接続部４１０、上蓋部４２０、側壁部４３０、フランジ部４４０からなり、装置本体の上半分をそっくりと覆うカバーを構成している。このような測定用治具４００を取り付けて実験を行うのは、受力体１００に対して、正確な力を作用させるためである。
【０２２０】
既に述べたとおり、ここで述べる実施形態の場合、ＸＹＺ三次元座標系は、ＸＹ平面が、支持基板３００の上面近傍に、支持基板３００の上面に対して平行となるように位置し、上方を正とし下方を負とするＺ軸が支持基板３００の上面のほぼ中心位置を通るように定義される。より正確に言えば、ＸＹ平面が、４枚の下端側肉薄部２１５，２２５，２３５，２４５と支持基板３００の上面との間に挟まれるように、ＸＹＺ三次元座標系の定義が行われている。これは、§４で述べたとおり、本願発明者は、ＸＹＺ三次元座標系のＸＹ平面の位置を、容量素子を構成する一対の電極間の中心位置に設定するのが最も好ましいと考えているためである。このため、以下に示す実験も、このような位置に原点Ｏが定義されているという前提で行う場合を例にとって説明する。
【０２２１】
もっとも、既に述べたとおり、原点Ｏは概念的な位置であり、必ずしも厳密な定義を行う必要はない。実際は、支持基板３００の中央付近の上面近傍の所定点に定義しておけば、実用上、本発明の効果は十分に得られる。したがって、たとえば、支持基板３００の上面をＸＹ平面とするＸＹＺ三次元座標系を定義してもかまわない。この場合、得られた力検出装置は、そのようなＸＹＺ三次元座標系における各座標軸に関する６成分の力を正確に検出する機能をもった装置ということになる。
【０２２２】
さて、図２７に示すような測定用治具４００を用いると、受力体１００に対して、ＸＹＺ三次元座標系の各軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚおよび各軸まわりのモーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚを正確に作用させる実験が可能になる。たとえば、図のフランジ部４４０の右端の作用点Ｐ１にワイヤを取り付け、図の右方向に水平に引っ張れば、力成分＋Ｆｘを作用させることができる。逆に、フランジ部４４０の左端の作用点Ｐ２にワイヤを取り付け、図の左方向に水平に引っ張れば、力成分−Ｆｘを作用させることができる。一方、Ｙ軸方向の力成分＋Ｆｙ，−Ｆｙを作用させる場合は、図示されていないフランジ部４４０の手前側もしくは奥側の作用点を利用すればよい。これらの作用点は、ＸＹ平面上の位置にとられているので、作用させた各力成分は、Ｘ軸もしくはＹ軸方向の正確な力成分になる。
【０２２３】
また、上蓋部４２０の中心に位置する作用点Ｐ３にワイヤを取り付け、図の垂直上方に引っ張れば、力成分＋Ｆｚを作用させることができ、逆に、作用点Ｐ３の部分を、何らかの器具で図の垂直下方に押し込むようにすれば、力成分−Ｆｚを作用させることができる。もちろん、複数の作用点を利用して、力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを作用させることも可能である。この場合、座標軸に関して対称性を有する位置に複数の作用点を設定すればよい。
【０２２４】
一方、受力体１００に対して、各軸まわりのモーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚを作用させるには、座標軸に関して対称性を有する２つの作用点に相補的な力（偶力）を加えればよい。たとえば、Ｙ軸まわりの正方向のモーメント＋Ｍｙを作用させるには、作用点Ｐ１に取り付けたワイヤーを図の垂直下方に引っ張り、作用点Ｐ２に取り付けたワイヤーを図の垂直上方に引っ張るようにし、両ワイヤーを引く力の絶対値を等しくすればよい。もちろん、この場合、図示の寸法ｒ１，ｒ２（原点Ｏから作用点Ｐ１，Ｐ２までの距離）が互いに等しくなるようにしておく必要がある。ワイヤーを引く向きを左右で入れ換えれば、Ｙ軸まわりの負方向のモーメント−Ｍｙを作用させることができる。
【０２２５】
同様に、Ｘ軸まわりのモーメント＋Ｍｘ，−Ｍｘを作用させる場合は、図示されていないフランジ部４４０の手前側もしくは奥側の作用点を利用し、一方を上方、他方を下方に引く相補的な力を加えればよい。また、Ｚ軸まわりの正方向のモーメント＋Ｍｚを作用させる場合は、作用点Ｐ１に取り付けたワイヤーをＸＹ平面に沿って図の奥方向に引っ張り、作用点Ｐ２に取り付けたワイヤーをＸＹ平面に沿って図の手前方向に引っ張るようにすればよいし、Ｚ軸まわりの負方向のモーメント−Ｍｚを作用させる場合は、ワイヤーを引く向きを左右で入れ換えればよい。
【０２２６】
このような実験を行えば、実際にワイヤーに作用させた力の絶対値と、図２５に示す各演算式を用いて得られる各力成分の値とを比較することにより、各力成分の出力値のスケーリングを行うことが可能である。なお、モーメント成分についてのスケーリングを行うには、図示の寸法ｒ１，ｒ２の絶対値も必要になる。
【０２２７】
さて、この§８の本題は、係数αｉｊ，βｉｊを決定することである。まず、係数αｉｊの決定方法を説明する。係数αｉｊは、「Ｆｘ＝Ｆｘｉ＊−αｉｊ・Ｍｙｊ」なる補正演算に用いる比例定数であり、Ｙ軸まわりのモーメント成分の検出値Ｍｙｊ（図２５のＭｙに関する第ｊ番目の演算式によって算出した値）によって、不正確なＸ軸方向の力成分Ｆｘｉ＊（図２５のＦｘ＊に関する第ｉ番目の演算式によって算出した値）に含まれる誤差を相殺するための係数である。
【０２２８】
そこで、図２７に示すような測定用治具４００付きの力検出装置の試作品を用意し、支持基板３００を固定した状態で、受力体１００にＹ軸まわりのモーメント成分Ｍｙのみを作用させる。上述した方法によれば、力成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚや、モーメント成分Ｍｘ，Ｍｚが作用するのを排除し、モーメント成分Ｍｙのみを作用させることが可能である。このような環境において、検出回路３０によって算出される演算値Ｆｘｉ＊およびＭｙｊを測定する実験を行う。
【０２２９】
ここでは、このように、モーメント成分Ｍｙのみを作用させたときに得られるＦｘｉ＊およびＭｙｊの値を、それぞれＦｘｉ＊（０）およびＭｙｊ（０）と記すことにする。図２８の上段に示すグラフは、このような実験によって得られたＦｘｉ＊（０）およびＭｙｊ（０）を示している。グラフの横軸は、測定用治具４００を介して加えられたＹ軸まわりのモーメントＭｙの大きさを示しており、グラフの縦軸は、得られたＦｘｉ＊（０）およびＭｙｊ（０）の実測値（検出回路３０による算出値）を示している。
【０２３０】
いずれのグラフも、加えられたモーメントＭｙの大きさを示すものであり、得られたＦｘｉ＊（０）およびＭｙｊ（０）の実測値は、実用的な精度において、Ｍｙの大きさに比例した値になる。したがって、両グラフは図示のとおり線形になる。ただ、同じＭｙに対応する実測値であっても、得られるＦｘｉ＊（０）の値とＭｙｊ（０）の値とは相違する。たとえば、図のグラフの場合、Ｍｙ＝Ｍｙｋの場合の実測値は、Ｆｘｉ＊（０）＝αｉであるのに対して、Ｍｙｊ（０）＝αｊとなっている。これは、演算式Ｆｘｉ＊によるモーメントＭｙの測定感度と、演算式ＭｙｊによるモーメントＭｙの測定感度とが異なるためであり、グラフの傾きを示すαｉ，αｊは、この感度を示していることになる。
【０２３１】
この感度は、主として、演算式に関与する容量素子の電極面積、電極間距離、およびその配置に基づいて決定される。すなわち、電極面積が大きくなればなるほど感度は大きくなり、電極間距離が小さくなればなるほど感度は大きくなる（もっとも本願実施形態では、電極間距離は全容量素子について一定である）。また、柱状体の傾斜度を検出するための容量素子の場合、ローカル原点から遠い位置に配置されている容量素子ほど感度は大きくなる。
【０２３２】
そこで、いま、係数αｉｊを、図２８の中段に示すように、αｉｊ＝Ｆｘｉ＊（０）／Ｍｙｊ（０）＝αｉ／αｊに設定してみる。要するに、演算式Ｆｘｉ＊によるＭｙ検出感度と演算式ＭｙｊによるＭｙ検出感度との比が、係数αｉｊとして設定されたことになる。そうすると、Ｆｘｉ＊（０）＝αｉｊ・Ｍｙｊ（０）が成り立つ。ここで、図２６の補正演算式「Ｆｘ＝Ｆｘｉ＊−αｉｊ・Ｍｙｊ」を、モーメント成分Ｍｙのみが作用している環境下の式「Ｆｘ（０）＝Ｆｘｉ＊（０）−αｉｊ・Ｍｙｊ（０）」に書き直し、右辺第２項の「αｉｊ・Ｍｙｊ（０）」を「Ｆｘｉ＊（０）」に置き換えれば、「Ｆｘ（０）＝Ｆｘｉ＊（０）−Ｆｘｉ＊（０）＝０」となり、モーメント成分Ｍｙのみが作用している環境下での補正後の力成分Ｆｘ（０）は０になることがわかる。
【０２３３】
結局、係数αｉｊ＝αｉ／αｊに設定し、補正演算式「Ｆｘ＝Ｆｘｉ＊−αｉｊ・Ｍｙｊ」によって成分Ｆｘを求めれば、得られたＦｘの値には、モーメントＭｙに起因する誤差成分は全く含まれていないことになる。かくして、上記補正演算式によって、誤差成分を含まない正確な力成分Ｆｘが得られることになる。なお、図２８の上段のグラフには、正方向のモーメント＋Ｍｙを加えたときの実測値しか示されていないが、実際には、負方向のモーメント−Ｍｙを加えたときの実測値も求めるようにして、両者の結果から、各グラフの傾斜αｉ，αｊを決定するのが好ましい。
【０２３４】
図２８の下段には、ｉ＝３，ｊ＝３を選択した場合の具体例が示されている。この場合、図２５に示す各演算式の中から、Ｆｘｉ＊の演算式として、「Ｆｘ３＊＝（Ｃ３１−Ｃ３２）＋（Ｃ４１−Ｃ４２）」が選択され、Ｍｙｊの演算式として、「Ｍｙ３＝（Ｃ１５−Ｃ２５）」が選択されることになり、具体的な補正演算式は、図示のとおり、「Ｆｘ＝Ｆｘ３＊−α３３・Ｍｙ３＝（（Ｃ３１−Ｃ３２）＋（Ｃ４１−Ｃ４２））−α３３・（Ｃ１５−Ｃ２５）」ということになる。ここで、係数α３３は、上述したように、モーメント成分Ｍｙのみを作用させる実験によって得られたＦｘ３＊の実測値のグラフの傾きと、Ｍｙ３の実測値のグラフの傾きとの比として求められることになる。
【０２３５】
続いて、係数βｉｊの決定方法を説明する。係数βｉｊは、「Ｆｙ＝Ｆｙｉ＊＋βｉｊ・Ｍｘｊ」なる補正演算に用いる比例定数であり、Ｘ軸まわりのモーメント成分の検出値Ｍｘｊ（図２５のＭｘに関する第ｊ番目の演算式によって算出した値）によって、不正確なＹ軸方向の力成分Ｆｙｉ＊（図２５のＦｙ＊に関する第ｉ番目の演算式によって算出した値）に含まれる誤差を相殺するための係数である。
【０２３６】
そこで、やはり図２７に示すような測定用治具４００付きの力検出装置の試作品を用意し、支持基板３００を固定した状態で、受力体１００にＸ軸まわりのモーメント成分Ｍｘのみを作用させる。上述した方法によれば、力成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚや、モーメント成分Ｍｙ，Ｍｚが作用するのを排除し、モーメント成分Ｍｘのみを作用させることが可能である。このような環境において、検出回路３０によって算出される演算値Ｆｙｉ＊およびＭｘｊを測定する実験を行う。
【０２３７】
ここでは、このように、モーメント成分Ｍｘのみを作用させたときに得られるＦｙｉ＊およびＭｘｊの値を、それぞれＦｙｉ＊（０）およびＭｘｊ（０）と記すことにする。図２９の上段に示すグラフは、このような実験によって得られた−Ｆｙｉ＊（０）およびＭｘｊ（０）を示している。本願の説明では、所定の座標軸の正方向に右ネジを進める場合の当該右ネジの回転方向を、当該座標軸まわりの正のモーメントと定義することにしているため、モーメント成分Ｍｘは、Ｆｙｉ＊の演算式において負の誤差成分として現れる。グラフの−Ｆｙｉ＊にマイナス符号が付されているのはこのためである。このグラフの横軸は、測定用治具４００を介して加えられたＸ軸まわりのモーメントＭｘの大きさを示しており、グラフの縦軸は、得られた−Ｆｙｉ＊（０）およびＭｘｊ（０）の実測値（検出回路３０による算出値）を示している。
【０２３８】
いずれのグラフも、加えられたモーメントＭｘの大きさを示すものであり、得られた−Ｆｙｉ＊（０）およびＭｘｊ（０）の実測値は、実用的な精度において、Ｍｘの大きさに比例した値になる。したがって、両グラフは図示のとおり線形になる。ただ、同じＭｘに対応する実測値であっても、得られる−Ｆｙｉ＊（０）の値とＭｘｊ（０）の値とは相違する。たとえば、図のグラフの場合、Ｍｘ＝Ｍｘｋの場合の実測値は、−Ｆｙｉ＊（０）＝βｉであるのに対して、Ｍｘｊ（０）＝βｊとなっている。これは、演算式−Ｆｙｉ＊によるモーメントＭｘの測定感度と、演算式ＭｘｊによるモーメントＭｘの測定感度とが異なるためであり、グラフの傾きを示すβｉ，βｊは、この感度を示していることになる。前述したとおり、この感度は、主として、演算式に関与する容量素子の電極面積、電極間距離、およびその配置に基づいて決定される。
【０２３９】
そこで、いま、係数βｉｊを、図２９の中段に示すように、βｉｊ＝−Ｆｙｉ＊（０）／Ｍｘｊ（０）＝βｉ／βｊに設定してみる。要するに、演算式Ｆｙｉ＊によるＭｘ検出感度と演算式ＭｘｊによるＭｘ検出感度との比が、係数βｉｊとして設定されたことになる。そうすると、−Ｆｙｉ＊（０）＝βｉｊ・Ｍｘｊ（０）が成り立つ。ここで、図２６の補正演算式「Ｆｙ＝Ｆｙｉ＊＋βｉｊ・Ｍｘｊ」を、モーメント成分Ｍｘのみが作用している環境下の式「Ｆｙ（０）＝Ｆｙｉ＊（０）＋βｉｊ・Ｍｘｊ（０）」に書き直し、右辺第２項の「βｉｊ・Ｍｘｊ（０）」を「−Ｆｙｉ＊（０）」に置き換えれば、「Ｆｘ（０）＝Ｆｘｉ＊（０）−Ｆｘｉ＊（０）＝０」となり、モーメント成分Ｍｘのみが作用している環境下での補正後の力成分Ｆｙ（０）は０になることがわかる。
【０２４０】
結局、係数βｉｊ＝βｉ／βｊに設定し、補正演算式「Ｆｙ＝Ｆｙｉ＊＋βｉｊ・Ｍｘｊ」によって成分Ｆｙを求めれば、得られたＦｙの値には、モーメントＭｘに起因する誤差成分は全く含まれていないことになる。かくして、上記補正演算式によって、誤差成分を含まない正確な力成分Ｆｙが得られることになる。なお、図２９の上段のグラフには、正方向のモーメント＋Ｍｘを加えたときの実測値しか示されていないが、実際には、負方向のモーメント−Ｍｘを加えたときの実測値も求めるようにして、両者の結果から、各グラフの傾斜βｉ，βｊを決定するのが好ましい。
【０２４１】
図２９の下段には、ｉ＝３，ｊ＝３を選択した場合の具体例が示されている。この場合、図２５に示す各演算式の中から、Ｆｙｉ＊の演算式として、「Ｆｙ３＊＝（Ｃ３３−Ｃ３４）＋（Ｃ４３−Ｃ４４）」が選択され、Ｍｘｊの演算式として、「Ｍｘ３＝（Ｃ４５−Ｃ３５）」が選択されることになり、具体的な補正演算式は、図示のとおり、「Ｆｙ＝Ｆｙ３＊＋β３３・Ｍｘ３＝（（Ｃ３３−Ｃ３４）＋（Ｃ４３−Ｃ４４））＋β３３・（Ｃ４５−Ｃ３５）」ということになる。ここで、係数β３３は、上述したように、モーメント成分Ｍｘのみを作用させる実験によって得られた−Ｆｙ３＊の実測値のグラフの傾きと、Ｍｘ３の実測値のグラフの傾きとの比として求められることになる。
【０２４２】
以上、試作品を用いた実測により、係数αｉｊ，βｉｊを求める方法を説明したが、もちろん、コンピュータによって、試作品を用いた実測値と同等の力学現象をシミュレートすることができるなら、実測の代わりに、コンピュータシミュレーションによって、係数αｉｊ，βｉｊを求めることも可能である。
【０２４３】
＜＜＜  §９．  検出回路の単純化  ＞＞＞
本発明に用いる検出回路３０は、図２５および図２６に示す演算式に基づく演算を行うことにより、所望の力成分の値を求める機能を有している。ここで、図２５の各演算式を見ると、複数の静電容量値の和を算出する演算が随所に含まれていることがわかる。このような数値の和を求める演算は、アナログ加算器を用いて行うこともできるし、デジタル演算器を用いて行うこともできるが、「静電容量値の和」という物理的性質に着目すると、「電気的な並列接続」という単純な方法により、特別な演算器を用いることなしに、和を求めることができる。
【０２４４】
たとえば、２つの容量素子Ｃａ，Ｃｂについての静電容量値の和「Ｃsum＝Ｃａ＋Ｃｂ」を求める必要がある場合、個々の静電容量値Ｃａ，Ｃｂを電気的にアナログ値もしくはデジタル値として検出し、アナログ加算器やデジタル演算器を用いた演算により、Ｃsumを得ることができる。しかしながら、２つの容量素子Ｃａ，Ｃｂの一方の電極同士を配線で接続し、他方の電極同士も配線で接続して、両者を並列接続した形にすれば、この並列接続された容量素子Ｃａｂについての静電容量値は、個々の静電容量値Ｃａ，Ｃｂの和「Ｃsum＝Ｃａ＋Ｃｂ」に等しくなる。
【０２４５】
このような方針に基づき、静電容量値の和を算出する対象となる複数の容量素子については、互いに電気的な並列接続がなされるような配線を施すことにより、検出回路３０における和を算出する演算を省略することが可能になる。
【０２４６】
図３０の上段は、力Ｆｘの検出を行うために、ｉ＝１，ｊ＝３というパラメータ設定を行った場合の支持基板３００上の配線を示す上面図である。この場合、図の下段に示すとおり、用いる演算式は「Ｆｘ＝Ｆｘ１＊−α１３・Ｍｙ３」ということになり、具体的な静電容量値についての式は、「Ｆｘ＝（Ｃ１１−Ｃ１２）＋（Ｃ２１−Ｃ２２）＋（Ｃ３１−Ｃ３２）＋（Ｃ４１−Ｃ４２）−α１３・（Ｃ１５−Ｃ２５）」になる。この式を書き直すと、「Ｆｘ＝（Ｃ１１＋Ｃ２１＋Ｃ３１＋Ｃ４１）−（Ｃ１２＋Ｃ２２＋Ｃ３２＋Ｃ４２）−α１３・（Ｃ１５−Ｃ２５）」になる。この式において、右辺第１項の「Ｃ１１＋Ｃ２１＋Ｃ３１＋Ｃ４１」は、予め４つの容量素子Ｃ１１，Ｃ２１，Ｃ３１，Ｃ４１を並列接続するように配線しておけば、特別な演算器を用いることなしに、この並列接続された容量素子の全体の静電容量値として得ることができる。同様に、右辺第２項の「Ｃ１２＋Ｃ２２＋Ｃ３２＋Ｃ４２」も、予め４つの容量素子Ｃ１２，Ｃ２２，Ｃ３２，Ｃ４２を並列接続するように配線しておけば、特別な演算器を用いることなしに、この並列接続された容量素子の全体の静電容量値として得ることができる。
【０２４７】
ここで、仮に、係数α１３＝１であったとすると、この演算はより単純になる。すなわち、係数α１３＝１であれば、上式は「Ｆｘ＝（Ｃ１１＋Ｃ２１＋Ｃ３１＋Ｃ４１＋Ｃ２５）−（Ｃ１２＋Ｃ２２＋Ｃ３２＋Ｃ４２＋Ｃ１５）」になるので、予め５つの容量素子Ｃ１１，Ｃ２１，Ｃ３１，Ｃ４１，Ｃ２５を並列接続するように配線し、予め５つの容量素子Ｃ１２，Ｃ２２，Ｃ３２，Ｃ４２，Ｃ１５を並列接続するように配線しておけばよい。
【０２４８】
図３０の上段は、このような配線を示すものである。すなわち、支持基板３００側の固定電極について、Ｅ１１，Ｅ２１，Ｅ３１，Ｅ４１，Ｅ２５を端子Ｔｆｘ１に接続し、Ｅ１２，Ｅ２２，Ｅ３２，Ｅ４２，Ｅ１５を端子Ｔｆｘ２に接続している。図３０には示されていないが、これら各固定電極に対する対向電極として、導電性をもった下端側肉薄部２１５，２２５，２３５，２４５が設けられており、これらは導電性をもった中間体２００に接続されているので、中間体２００と端子Ｔｆｘ１との間の静電容量値は「Ｃ１１＋Ｃ２１＋Ｃ３１＋Ｃ４１＋Ｃ２５」の合計に対応するものになり、中間体２００と端子Ｔｆｘ２との間の静電容量値は「Ｃ１２＋Ｃ２２＋Ｃ３２＋Ｃ４２＋Ｃ１５」の合計に対応するものになる。
【０２４９】
ここで、中間体２００を接地端子に接続しておけば（実用上は、このように中間体２００の電位を接地電位に固定するのが好ましい）、結局、端子Ｔｆｘ１と接地端子との間の静電容量値と、端子Ｔｆｘ２と接地端子との間の静電容量値と、の差を求めるだけで、力Ｆｘの検出値を得ることができ、検出回路３０の演算負担は大幅に軽減される。すなわち、演算式に含まれる静電容量値の和を求める演算は、容量素子の並列接続によって省略することができ、演算式に含まれる係数α１３との乗算は、係数α１３＝１に設定することによって省略することができる。
【０２５０】
ところで、係数α１３は、前述したとおり、固定電極の面積と配置、および対向電極との間の距離に基づいて決定される定数である。したがって、これらのファクターを調整することにより、係数α１３＝１に設定することができる。ここで述べる実施形態の場合、対向電極との距離は一定であるので、実質的には、固定電極の面積もしくは配置を調整することにより、係数α１３＝１なる設定を実現することができる。具体的には、図３０において、円板状の固定電極Ｅ１５，Ｅ２５の個々の面積をＡ１とし、扇形の固定電極Ｅ１１，Ｅ１２，Ｅ２１，Ｅ２２，Ｅ３１，Ｅ３２，Ｅ４１，Ｅ４２の個々の面積をＡ２とすれば、Ａ１を大きくすればするほど、係数α１３は小さくなり（図２８の上段のグラフにおけるαｊが大きくなるので、αｉｊは小さくなる）、Ａ１を小さくすればするほど、係数α１３は大きくなる。
【０２５１】
係数α１３＝１にするための面積Ａ１，Ａ２は、試作品を用いた試行錯誤によって決定することができる。たとえば、ある試作品で実測を行った結果、図２８の上段のグラフに示すような結果が得られたものとし、αｉｊ＝１／３という結果が得られたものとしよう。この場合、面積Ａ１を現在の１／３倍に変更するか、面積Ａ２を現在の３倍に修正すればよいことになる。したがって、たとえば、円板状の固定電極Ｅ１５，Ｅ２５の直径を１／√３に設計変更すれば、係数α１３＝１という設定が可能になる。
【０２５２】
もちろん、実際には、そのような設計変更を行っても、種々の要因で係数α１３＝１という正確な結果が得られない場合もあるが、実用上は、数回程度の試行錯誤を繰り返すことにより、測定に必要な精度で係数α１３＝１を満たす設計が可能である。あるいは、前述したように、コンピュータシミュレーションを併用すれば、試行錯誤の回数を減らすことも可能である。
【０２５３】
図３１の上段は、力Ｆｙの検出を行うために、ｉ＝１，ｊ＝３というパラメータ設定を行った場合の支持基板３００上の配線を示す上面図である。この場合、図の下段に示すとおり、用いる演算式は「Ｆｙ＝Ｆｙ１＊＋β１３・Ｍｘ３」ということになり、具体的な静電容量値についての式は、「Ｆｙ＝（Ｃ１３−Ｃ１４）＋（Ｃ２３−Ｃ２４）＋（Ｃ３３−Ｃ３４）＋（Ｃ４３−Ｃ４４）＋β１３・（Ｃ４５−Ｃ３５）」になる。  ここでも、係数β１３＝１に設定することができれば、この演算はより単純になる。すなわち、係数β１３＝１であれば、上式は「Ｆｙ＝（Ｃ１３＋Ｃ２３＋Ｃ３３＋Ｃ４３＋Ｃ４５）−（Ｃ１４＋Ｃ２４＋Ｃ３４＋Ｃ４４＋Ｃ３５）」になるので、予め５つの容量素子Ｃ１３，Ｃ２３，Ｃ３３，Ｃ４３，Ｃ４５を並列接続するように配線し、予め５つの容量素子Ｃ１４，Ｃ２４，Ｃ３４，Ｃ４４，Ｃ３５を並列接続するように配線しておけばよい。
【０２５４】
図３１の上段は、このような配線を示すものである。すなわち、支持基板３００側の固定電極について、Ｅ１３，Ｅ２３，Ｅ３３，Ｅ４３，Ｅ４５を端子Ｔｆｙ１に接続し、Ｅ１４，Ｅ２４，Ｅ３４，Ｅ４４，Ｅ３５を端子Ｔｆｘ２に接続している。前述したとおり、これら各固定電極に対する対向電極となる下端側肉薄部２１５，２２５，２３５，２４５を中間体２００を介して接地しておけば、結局、端子Ｔｆｙ１と接地端子との間の静電容量値と、端子Ｔｆｙ２と接地端子との間の静電容量値と、の差を求めるだけで、力Ｆｙの検出値を得ることができ、検出回路３０の演算負担は大幅に軽減される。
【０２５５】
なお、係数β１３＝１にするための各容量素子の設定方法は、係数α１３＝１にするための設定方法と全く同様である。具体的には、図３１において、円板状の固定電極Ｅ３５，Ｅ４５の個々の面積をＡ１とし、扇形の固定電極Ｅ１３，Ｅ１４，Ｅ２３，Ｅ２４，Ｅ３３，Ｅ３４，Ｅ４３，Ｅ４４の個々の面積をＡ２とすれば、Ａ１を大きくすればするほど、係数β１３は小さくなり（図２９の上段にグラフにおけるβｊが大きくなるので、βｉｊは小さくなる）、Ａ１を小さくすればするほど、係数β１３は大きくなる。
【０２５６】
図３２は、力Ｆｚの検出を行うために、ｉ＝３というパラメータ設定を行った場合の支持基板３００上の配線を示す上面図である。この場合、図の下段に示すとおり、用いる演算式は「Ｆｚ＝−（Ｃ１５＋Ｃ２５＋Ｃ３５＋Ｃ４５）」ということになる。そこで、予め５つの容量素子Ｃ１５，Ｃ２５，Ｃ３５，Ｃ４５を並列接続するように配線しておけば、検出回路３０による加算処理を省略することができる。
【０２５７】
図３２は、このような配線を示すものである。すなわち、支持基板３００側の固定電極について、Ｅ１５，Ｅ２５，Ｅ３５，Ｅ４５を端子Ｔｆｚに接続している。前述したとおり、これら各固定電極に対する対向電極となる下端側肉薄部２１５，２２５，２３５，２４５を中間体２００を介して接地しておけば、結局、端子Ｔｆｚと接地端子との間の静電容量値を求めるだけで、力Ｆｚの検出値を得ることができ、検出回路３０の演算負担は大幅に軽減される。
【０２５８】
図３３は、モーメントＭｘの検出を行うために、ｉ＝２というパラメータ設定を行った場合の支持基板３００上の配線を示す上面図である。この場合、図の下段に示すとおり、用いる演算式は「Ｍｘ＝（Ｃ４１＋Ｃ４２＋Ｃ４３＋Ｃ４４）−（Ｃ３１＋Ｃ３２＋Ｃ３３＋Ｃ３４）」ということになる。そこで、予め４つの容量素子Ｃ４１，Ｃ４２，Ｃ４３，Ｃ４４を並列接続するように配線し、予め４つの容量素子Ｃ３１，Ｃ３２，Ｃ３３，Ｃ３４を並列接続するように配線しておけば、検出回路３０による加算処理を省略することができる。
【０２５９】
図３３は、このような配線を示すものである。すなわち、支持基板３００側の固定電極について、Ｅ３１，Ｅ３２，Ｅ３３，Ｅ３４を端子Ｔｍｘ１に接続し、Ｅ４１，Ｅ４２，Ｅ４３，Ｅ４４を端子Ｔｍｘ２に接続している。前述したとおり、これら各固定電極に対する対向電極となる下端側肉薄部２３５，２４５を中間体２００を介して接地しておけば、結局、端子Ｔｍｘ１と接地端子との間の静電容量値と、端子Ｔｍｘ２と接地端子との間の静電容量値と、の差を求めるだけで、モーメントＭｘの検出値を得ることができ、検出回路３０の演算負担は大幅に軽減される。
【０２６０】
図３４は、モーメントＭｙの検出を行うために、ｉ＝３というパラメータ設定を行った場合の支持基板３００上の配線を示す上面図である。この場合、図の下段に示すとおり、用いる演算式は「Ｍｙ＝Ｃ１５−Ｃ２５」ということになる。この場合、加算演算は不要であるから、図示のとおり、Ｅ１５を端子Ｔｍｙ１に接続し、Ｅ２５を端子Ｔｍｙ２に接続すればよい。これら各固定電極に対する対向電極となる下端側肉薄部２１５，２２５を中間体２００を介して接地しておけば、端子Ｔｍｙ１と接地端子との間の静電容量値と、端子Ｔｍｙ２と接地端子との間の静電容量値と、の差を求めることにより、モーメントＭｙの検出値を得ることができる。
【０２６１】
図３５は、モーメントＭｚの検出を行うために、ｉ＝１というパラメータ設定を行った場合の支持基板３００上の配線を示す上面図である。この場合、図の下段に示すとおり、用いる演算式は「Ｍｚ＝（Ｃ１３＋Ｃ２４＋Ｃ３２＋Ｃ４１）−（Ｃ１４＋Ｃ２３＋Ｃ３１＋Ｃ４２）」ということになる。そこで、予め４つの容量素子Ｃ１３，Ｃ２４，Ｃ３２，Ｃ４１を並列接続するように配線し、予め４つの容量素子Ｃ１４，Ｃ２３，Ｃ３１，Ｃ４２を並列接続するように配線しておけば、検出回路３０による加算処理を省略することができる。
【０２６２】
図３５は、このような配線を示すものである。すなわち、支持基板３００側の固定電極について、Ｅ１３，Ｅ２４，Ｅ３２，Ｅ４１を端子Ｔｍｚ１に接続し、Ｅ１４，Ｅ２３，Ｅ３１，Ｅ４２を端子Ｔｍｚ２に接続している。前述したとおり、これら各固定電極に対する対向電極となる下端側肉薄部２１５，２２５，２３５，２４５を中間体２００を介して接地しておけば、結局、端子Ｔｍｚ１と接地端子との間の静電容量値と、端子Ｔｍｚ２と接地端子との間の静電容量値と、の差を求めるだけで、モーメントＭｚの検出値を得ることができ、検出回路３０の演算負担は大幅に軽減される。
【０２６３】
このように、実際に形成されている容量素子のうち、用いる演算式において静電容量値の和を算出する対象となる複数の容量素子については、互いに電気的な並列接続がなされるような配線が施すことにより、検出回路３０における加算を省略することが可能になる。また、Ｙ軸まわりのモーメントのみが作用した環境下で得られるＦｘｉ＊の値Ｆｘｉ＊（０）およびＭｙｊの値Ｍｙｊ（０）について、Ｆｘｉ＊（０）＝Ｍｙｊ（０）が成り立つように、Ｆｘｉ＊の算出に用いられる容量素子と、Ｍｙｊの算出に用いられる容量素子とを設定すれば、係数αｉｊ＝１とすることができ、検出回路３０における乗算を省略することが可能になる。同様に、Ｘ軸まわりのモーメントのみが作用した環境下で得られるＦｙｉ＊の値Ｆｙｉ＊（０）およびＭｘｊの値Ｍｘｊ（０）について、−Ｆｙｉ＊（０）＝Ｍｘｊ（０）が成り立つように、Ｆｙｉ＊の算出に用いられる容量素子と、Ｍｘｊの算出に用いられる容量素子とを設定すれば、係数βｉｊ＝１とすることができ、検出回路３０における乗算を省略することが可能になる。
【０２６４】
＜＜＜  §１０．  実際の電極構成  ＞＞＞
ところで、図３０〜図３５には、６つの力成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚを求めるための配線をそれぞれ別個に示したが、この６成分すべてを検出する機能をもつ力検出装置の場合、同一の電極に、複数とおりの配線を行うことはできない。たとえば、図３１に示す電極Ｅ１３は端子Ｔｆｙ１に接続されており、図３５に示す電極Ｅ１３は端子Ｔｍｚ１に接続されているが、同一の電極Ｅ１３に対して、これら２通りの配線を同時に行ってしまうと、端子Ｔｆｙ１と端子Ｔｍｚ１とが電極Ｅ１３を仲介して短絡してしまうことになり、正しい検出結果を得ることはできない。
【０２６５】
したがって、§９で述べた方法により、複数の容量素子を配線で並列接続する場合、同一符号の静電容量値が、異なる複数の式で用いられている場合には、物理的に別体の容量素子を設ける必要がある。上述の例の場合、電極Ｅ１３として機能する２つの独立した電極を設け、一方は端子Ｔｆｙ１に接続し、他方は端子Ｔｍｚ１に接続すればよい。
【０２６６】
図３６は、これまで述べてきた基本的な実施形態に係るセンサ構成用の電極配置の基本例を示す平面図である。図示のとおり、中心位置には、ｘｙローカル座標系の原点Ｏが定義されており、ｘ軸およびｙ軸上に、扇形状の固定電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４が配置され、原点Ｏの位置に円板状の固定電極Ｅ５が配置されている。なお、図３６〜図４０，図４２におけるハッチングは、各電極の形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すものではない。
【０２６７】
既に§３で述べたとおり、固定電極Ｅ１は、柱状体のｘ軸方向の傾斜度の検出に利用されるｘ軸正側電極であり、ローカル座標系におけるｘ座標値が正となる領域に形成されている。また、固定電極Ｅ２は、柱状体のｘ軸方向の傾斜度の検出に利用されるｘ軸負側電極であり、ローカル座標系におけるｘ座標値が負となる領域に形成されている。ここで、電極Ｅ１，Ｅ２それ自身は、いずれもｘ軸に関して線対称となる形状をなしている。しかも、電極Ｅ１と電極Ｅ２とからなる電極群に注目すると、当該電極群は、ｙ軸に関して線対称となる形状をなしている。
【０２６８】
同様に、固定電極Ｅ３は、柱状体のｙ軸方向の傾斜度の検出に利用されるｙ軸正側電極であり、ローカル座標系におけるｙ座標値が正となる領域に形成されている。また、固定電極Ｅ４は、柱状体のｙ軸方向の傾斜度の検出に利用されるｙ軸負側電極であり、ローカル座標系におけるｙ座標値が負となる領域に形成されている。ここで、電極Ｅ３，Ｅ４それ自身は、いずれもｙ軸に関して線対称となる形状をなしている。しかも、電極Ｅ３と電極Ｅ４とからなる電極群に注目すると、当該電極群は、ｘ軸に関して線対称となる形状をなしている。
【０２６９】
一方、固定電極Ｅ５は、柱状体全体から支持基板に対して加えられるＺ軸方向に関する力の検出に利用されるＺ軸変位検出用電極である。この電極Ｅ５自身はｘ軸およびｙ軸の双方に関して線対称となる形状をなしている。
【０２７０】
各電極のこのような座標軸対称性は、既に述べたとおり、他軸干渉を防ぐ意味で重要である。このような座標軸対称性が確保されていなくても、理論上は、本発明のセンサを構成する検出子としての機能を果たさせることは可能であるが、検出値に係数を乗じるような複雑な処理が必要になるため、実用上は好ましくない。換言すれば、このような座標軸対称性を有していれば、各電極の形状および配置は、図３６に例示するものに限定されるものではない。
【０２７１】
図３７は、センサ構成用の電極配置の第１の変形例を示す平面図である。ここで、電極Ｅ１ａおよびＥ１ｂは、図３６の電極Ｅ１と同等の機能を果たし、電極Ｅ２ａおよびＥ２ｂは、図３６の電極Ｅ２と同等の機能を果たす。但し、柱状体のｘ軸方向の傾斜度を検出する検出子を構成する組み合わせは、電極Ｅ１ａとＥ２ａにするか、電極Ｅ１ｂとＥ２ｂにする（組み合わせによって構成される電極群はｙ軸に関して線対称となる）。もちろん、Ｅ１ａとＥ２ｂという組み合わせや、電極Ｅ１ｂとＥ２ａという組み合わせによって、柱状体のｘ軸方向の傾斜度の検出子を構成することも理論上は可能であるが、対称性が確保されていないため、検出された静電容量値に個々の電極の面積に応じた係数を乗じるなどの処理が必要になり、実用上は好ましくない。
【０２７２】
同様に、電極Ｅ３ａおよびＥ３ｂは、図３６の電極Ｅ３と同等の機能を果たし、電極Ｅ４ａおよびＥ４ｂは、図３６の電極Ｅ４と同等の機能を果たす。ここでも、柱状体のｙ軸方向の傾斜度を検出する検出子を構成する組み合わせは、検出子を構成する電極群がｘ軸に関して線対称となるようにするために、実用上は、電極Ｅ３ａとＥ４ａにするか、電極Ｅ３ｂとＥ４ｂにする。
【０２７３】
また、電極Ｅ５ａおよびＥ５ｂは、図３６の電極Ｅ５と同等の機能を果たす。すなわち、柱状体全体から支持基板に対して加えられるＺ軸方向に関する力の検出を行う検出子を構成する。電極Ｅ５ａおよびＥ５ｂは、いずれもｘ軸およびｙ軸の双方に関して線対称となる形状という条件を満たしている。
【０２７４】
結局、図３７に示す電極構成を採用すれば、図３６に示す電極Ｅ１〜Ｅ５と同等の機能を果たす電極が、それぞれ２組ずつ得られることになる。もちろん、３組以上の電極を得る構成も可能である。このように、同一の機能を果たす電極は、必要に応じて複数組設けることができるので、複数の容量素子を配線で並列接続する場合、同一符号の静電容量値が、異なる複数の式で用いられている場合には、物理的に別体の容量素子を設けることが可能になり、これら別体の容量素子を構成する個々の電極に対して、それぞれ独立した配線を施すことが可能になる。
【０２７５】
たとえば、図３１に示す配線を行うために、電極Ｅ１３を端子Ｔｆｙ１に接続するとともに、図３５に示す配線を行うために、同一の電極Ｅ１３を端子Ｔｍｚ１に接続する必要がある場合、図３７に示す電極Ｅ３ａを端子Ｔｆｙ１に接続し、図３７に示す電極Ｅ３ｂを端子Ｔｍｚ１に接続すれば、端子Ｔｆｙ１と端子Ｔｍｚ１とが短絡することはない。もちろん、この場合、図３７に示す電極Ｅ４ａを端子Ｔｆｙ２に接続し、図３７に示す電極Ｅ４ｂを端子Ｔｍｚ２に接続し、ｘ軸に関する対称性が確保できるようにする。
【０２７６】
以上、図３６に示す個々の電極Ｅ１〜Ｅ５と同等の機能を果たす電極を複数組設ける例を示したが、これとは逆に、１つの電極を複数の部分電極の集合体として構成することもできる。たとえば、図３８は、センサ構成用の電極配置の第２の変形例を示す平面図である。ここにも、図３６に類似した電極構成が示されているが、これらの電極構成は、たとえば、次のようにして、図３６に示す電極Ｅ１〜Ｅ５と対応づけることができる。
【０２７７】
すなわち、図３８に示されている一対の部分電極Ｅ１−１およびＥ１−２の集合体を、図３６に示す電極Ｅ１として取り扱い、図３８に示されている一対の部分電極Ｅ２−１およびＥ２−２の集合体を、図３６に示す電極Ｅ２として取り扱い、図３８に示されている一対の部分電極Ｅ３−１およびＥ３−２の集合体を、図３６に示す電極Ｅ３として取り扱い、図３８に示されている一対の部分電極Ｅ４−１およびＥ４−２の集合体を、図３６に示す電極Ｅ４として取り扱い、図３８に示されている一対の部分電極Ｅ５−１およびＥ５−２の集合体もしくは、一対の部分電極Ｅ５−３およびＥ５−４の集合体を、図３６に示す電極Ｅ５として取り扱うのである。
【０２７８】
これらの部分電極は、単独では、座標軸に関する対称性を維持していないが、複数の集合体としては、座標軸に関する対称性を維持することになる。たとえば、電極Ｅ１−１は、単独では、ｘ軸について対称性をもった図形ではないが、一対の部分電極Ｅ１−１およびＥ１−２の集合体は、ｘ軸について対称性をもった図形になる。同様に、部分電極Ｅ５−１は、単独では、ｘ軸についての対称性を有するものの、ｙ軸についての対称性は有していない。しかし、一対の部分電極Ｅ５−１およびＥ５−２の集合体は、ｘ軸およびｙ軸の双方に関して対称性を有している。
【０２７９】
もちろん、上記の対応づけは、ほんの一例を示すものであり、この他にも様々な対応づけが可能である。たとえば、８枚の部分電極Ｅ１−１，Ｅ１−２，Ｅ２−１，Ｅ２−２，Ｅ３−１，Ｅ３−２，Ｅ４−１，Ｅ４−２からなる集合体は、ｘ軸およびｙ軸の双方に関して対称性を有しているので、これを図３６に示す電極Ｅ５として取り扱うことも可能である。
【０２８０】
同様のことは、図３７に示す電極構成にも言える。たとえば、図３７における電極Ｅ１ａは、単独では、図３６に示す電極Ｅ１として取り扱うことができ、図３７における電極Ｅ２ａは、単独では、図３６に示す電極Ｅ２として取り扱うことができるが、図３７における電極Ｅ１ａ，Ｅ２ａの集合体は、ｘ軸およびｙ軸の双方に関して対称性を有しているので、これを図３６に示す電極Ｅ５として取り扱うことも可能である。
【０２８１】
要するに、特定の一容量素子を構成する一方の電極を、離隔して配置された複数の部分電極の集合体により構成することが可能であり、このような部分電極によって、必要な容量素子の電極を構成するようにすれば、電極構成パターンの自由度は極めて広範なものになる。
【０２８２】
なお、これまで例示した電極は、いずれも円を基調とした図形をしていたが、もちろん、電極の形状は必ずしも円を基調としたものに限定されるわけではない。図３９は、センサ構成用の電極配置の第３の変形例を示す平面図である。この変形例は、図３７に示す各電極Ｅ１ａ〜Ｅ５ｂの形状を、円を基調とした図形から矩形を基調とした図形に変更したものである。このように矩形を基調とした図形からなる電極構成をとった場合でも、座標軸に関する対称性はそのまま維持されている。
【０２８３】
最後に、このような電極構成パターンの自由度を利用して、力の６成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚすべての検出が可能な力検出装置に最適と思われる電極構成の例を述べておく。実際、このような電極構成パターンにより、成分Ｆｘ，Ｆｙの算出に必要な係数α３３およびβ２３を１に設定することができる。
【０２８４】
図４０は、このような電極構成の第１の例を示す支持基板３００の上面図であり、図４１は、この電極構成における個々の電極の配線方法を示す図である。各電極に付した符号は、図１５に示す電極Ｅ１１〜Ｅ４５との対応関係を示すものであり、後続する括弧付きの英文字（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）は、当該電極が、力の６成分のいずれの検出に利用されるかを示している。また、各電極のハッチングは、この６成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚに対応したハッチングパターンとなっている。すなわち、ドットによるハッチングが施された電極は、力成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚの検出に利用される電極であり（粗い点はＦｘ，細かい点はＦｙ，太点はＦｚを示す）、斜線によるハッチングが施された電極は、モーメント成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚの検出に利用される電極である（右上左下方向の斜線はＭｘ，左上右下方向の斜線はＭｙ，網目斜線はＭｚを示す）。視覚的な理解を助けるため、図４１にも、対応するハッチングパターンを示してある。
【０２８５】
図４１には、これら各電極の配線とともに、各成分の検出に利用される演算式（図２５に示す演算式の中からパラメータｉ，ｊで選択された特定の演算式）が示されている。
【０２８６】
まず、成分Ｆｘについては、ｉ＝３，ｊ＝３に設定し、「Ｆｘ＝Ｆｘ３＊−α３３・Ｍｙ３」なる演算式が選択されている。ここで、図４０に示す電極パターンでは、α３３＝１になるので、実際の静電容量値を用いた式は、「Ｆｘ＝（Ｃ３１＋Ｃ４１＋Ｃ２５）−（Ｃ３２＋Ｃ４２＋Ｃ１５）」となる。したがって、図示のとおり、電極Ｅ３１（Ｆｘ），Ｅ４１（Ｆｘ），Ｅ２５（Ｆｘ）を端子Ｔｆｘ１に配線し、電極Ｅ３２（Ｆｘ），Ｅ４２（Ｆｘ），Ｅ１５（Ｆｘ）を端子Ｔｆｘ２に配線すれば、両端子に生じる電気信号の差によって、成分Ｆｘを得ることができる。
【０２８７】
このような方法によって、成分Ｆｘが得られるのは、一対の電極Ｅ３１（Ｆｘ），Ｅ３２（Ｆｘ）に生じる信号の差によって、第３の柱状体Ｔ３のＸ軸方向の傾斜度を検出し、一対の電極Ｅ４１（Ｆｘ），Ｅ４２（Ｆｘ）に生じる信号の差によって、第４の柱状体Ｔ４のＸ軸方向の傾斜度を検出し、これら傾斜度の和によって誤差を含んだ成分Ｆｘ＊を求め、当該誤差（成分Ｍｙの他軸干渉）を、一対の電極Ｅ１５（Ｆｘ），Ｅ２５（Ｆｘ）に生じる信号の差によって相殺しているためである。
【０２８８】
成分Ｆｙについては、ｉ＝２，ｊ＝３に設定し、「Ｆｙ＝Ｆｙ２＊＋β２３・Ｍｘ３」なる演算式が選択されている。やはり、図４０に示す電極パターンでは、β２３＝１になるので、実際の静電容量値を用いた式は、「Ｆｙ＝（Ｃ１３＋Ｃ２３＋Ｃ４５）−（Ｃ１４＋Ｃ２４＋Ｃ３５）」となる。したがって、図示のとおり、電極Ｅ１３（Ｆｙ），Ｅ２３（Ｆｙ），Ｅ４５（Ｆｙ）を端子Ｔｆｙ１に配線し、電極Ｅ１４（Ｆｙ），Ｅ２４（Ｆｙ），Ｅ３５（Ｆｙ）を端子Ｔｆｙ２に配線すれば、両端子に生じる電気信号の差によって、成分Ｆｙを得ることができる。
【０２８９】
このような方法によって、成分Ｆｙが得られるのは、一対の電極Ｅ１３（Ｆｙ），Ｅ１４（Ｆｙ）に生じる信号の差によって、第１の柱状体Ｔ１のＹ軸方向の傾斜度を検出し、一対の電極Ｅ２３（Ｆｙ），Ｅ２４（Ｆｙ）に生じる信号の差によって、第２の柱状体Ｔ２のＹ軸方向の傾斜度を検出し、これら傾斜度の和によって誤差を含んだ成分Ｆｙ＊を求め、当該誤差（成分Ｍｘの他軸干渉）を、一対の電極Ｅ３５（Ｆｙ），Ｅ４５（Ｆｙ）に生じる信号の差によって相殺しているためである。
【０２９０】
成分Ｆｚについては、ｉ＝３に設定し、「Ｆｚ＝Ｆｚ３」なる演算式が選択されており、実際の静電容量値を用いた式は、「Ｆｚ＝−（Ｃ１５＋Ｃ２５＋Ｃ３５＋Ｃ４５）」となる。したがって、図示のとおり、電極Ｅ１５（Ｆｚ），Ｅ２５（Ｆｚ），Ｅ３５（Ｆｚ），Ｅ４５（Ｆｚ）を端子Ｔｆｚ（−）に配線すれば、端子Ｔｆｚ（−）に生じる電気信号の符号を逆転することによって、成分Ｆｚを得ることができる。
【０２９１】
成分Ｍｘについては、ｉ＝３に設定し、「Ｍｘ＝Ｍｘ３」なる演算式が選択されており、実際の静電容量値を用いた式は、「Ｍｘ＝Ｃ４５−Ｃ３５」となる。したがって、図示のとおり、電極Ｅ３５（Ｍｘ）を端子Ｔｍｘ１に配線し、電極Ｅ４５（Ｍｘ）を端子Ｔｍｘ２に配線すれば、両端子に生じる電気信号の差によって、成分Ｍｘを得ることができる。
【０２９２】
成分Ｍｙについては、ｉ＝３に設定し、「Ｍｙ＝Ｍｙ３」なる演算式が選択されており、実際の静電容量値を用いた式は、「Ｍｙ＝Ｃ１５−Ｃ２５」となる。したがって、図示のとおり、電極Ｅ１５（Ｍｙ）を端子Ｔｍｙ１に配線し、電極Ｅ２５（Ｍｙ）を端子Ｔｍｙ２に配線すれば、両端子に生じる電気信号の差によって、成分Ｍｙを得ることができる。
【０２９３】
成分Ｍｚについては、ｉ＝１に設定し、「Ｍｚ＝Ｍｚ１」なる演算式が選択されており、実際の静電容量値を用いた式は、「Ｍｚ＝（Ｃ１３＋Ｃ２４＋Ｃ３２＋Ｃ４１）−（Ｃ１４＋Ｃ２３＋Ｃ３１＋Ｃ４２）」となる。したがって、図示のとおり、電極Ｅ１３（Ｍｚ），Ｅ２４（Ｍｚ），Ｅ３２（Ｍｚ），Ｅ４１（Ｍｚ）を端子Ｔｍｚ１に配線し、電極Ｅ１４（Ｍｚ），Ｅ２３（Ｍｚ），Ｅ３１（Ｍｚ），Ｅ４２（Ｍｚ）を端子Ｔｍｚ２に配線すれば、両端子に生じる電気信号の差によって、成分Ｍｚを得ることができる。
【０２９４】
図４２は、力の６成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚすべての検出が可能な力検出装置に最適と思われる電極構成の第２の例を示す支持基板３００の上面図であり、図４３は、この電極構成における個々の電極の配線方法を示す図である。やはり各電極に付した符号は、図１５に示す電極Ｅ１１〜Ｅ４５との対応関係を示すものであり、後続する括弧付きの英文字（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）は、当該電極が、力の６成分のいずれの検出に利用されるかを示している。また、各電極のハッチングの意味も、前述した第１の例と同様である。視覚的な理解を助けるため、図４３にも、対応するハッチングパターンを示してある。
【０２９５】
まず、成分Ｆｘについては、ｉ＝３，ｊ＝３に設定し、「Ｆｘ＝Ｆｘ３＊−α３３・Ｍｙ３」なる演算式が選択されている。ここで、図４２に示す電極パターンでは、α３３＝１になるので、実際の静電容量値を用いた式は、「Ｆｘ＝（Ｃ３１＋Ｃ４１＋Ｃ２５）−（Ｃ３２＋Ｃ４２＋Ｃ１５）」となる。したがって、図示のとおり、電極Ｅ３１（Ｆｘ），Ｅ４１（Ｆｘ），Ｅ２５−１（Ｆｘ），Ｅ２５−２（Ｆｘ）を端子Ｔｆｘ１に配線し、電極Ｅ３２（Ｆｘ），Ｅ４２（Ｆｘ），Ｅ１５−１（Ｆｘ），Ｅ１５−２（Ｆｘ）を端子Ｔｆｘ２に配線すれば、両端子に生じる電気信号の差によって、成分Ｆｘを得ることができる。
【０２９６】
ここで、電極Ｅ１５−１（Ｆｘ），Ｅ１５−２（Ｆｘ）は、それぞれ部分電極であり、両者の集合体が、電極Ｅ１５（Ｆｘ）として機能する。同様に、電極Ｅ２５−１（Ｆｘ），Ｅ２５−２（Ｆｘ）は、それぞれ部分電極であり、両者の集合体が、電極Ｅ２５（Ｆｘ）として機能する。
【０２９７】
このような方法によって、成分Ｆｘが得られるのは、一対の電極Ｅ３１（Ｆｘ），Ｅ３２（Ｆｘ）に生じる信号の差によって、第３の柱状体Ｔ３のＸ軸方向の傾斜度を検出し、一対の電極Ｅ４１（Ｆｘ），Ｅ４２（Ｆｘ）に生じる信号の差によって、第４の柱状体Ｔ４のＸ軸方向の傾斜度を検出し、これら傾斜度の和によって誤差を含んだ成分Ｆｘ＊を求め、当該誤差（成分Ｍｙの他軸干渉）を、電極Ｅ１５（Ｆｘ）［実際には、部分電極Ｅ１５−１（Ｆｘ）とＥ１５−２（Ｆｘ）との集合体］と、電極Ｅ２５（Ｆｘ）［実際には、部分電極Ｅ２５−１（Ｆｘ）とＥ２５−２（Ｆｘ）との集合体］と、に生じる信号の差によって相殺しているためである。
【０２９８】
成分Ｆｙについては、ｉ＝２，ｊ＝３に設定し、「Ｆｙ＝Ｆｙ２＊＋β２３・Ｍｘ３」なる演算式が選択されている。やはり、図４２に示す電極パターンでは、β２３＝１になるので、実際の静電容量値を用いた式は、「Ｆｙ＝（Ｃ１３＋Ｃ２３＋Ｃ４５）−（Ｃ１４＋Ｃ２４＋Ｃ３５）」となる。したがって、図示のとおり、電極Ｅ１３（Ｆｙ），Ｅ２３（Ｆｙ），Ｅ４５−１（Ｆｙ），Ｅ４５−２（Ｆｙ）を端子Ｔｆｙ１に配線し、電極Ｅ１４（Ｆｙ），Ｅ２４（Ｆｙ），Ｅ３５−１（Ｆｙ），Ｅ３５−２（Ｆｙ）を端子Ｔｆｙ２に配線すれば、両端子に生じる電気信号の差によって、成分Ｆｙを得ることができる。
【０２９９】
ここで、電極Ｅ３５−１（Ｆｙ），Ｅ３５−２（Ｆｙ）は、それぞれ部分電極であり、両者の集合体が、電極Ｅ３５（Ｆｙ）として機能する。同様に、電極Ｅ４５−１（Ｆｙ），Ｅ４５−２（Ｆｙ）は、それぞれ部分電極であり、両者の集合体が、電極Ｅ４５（Ｆｙ）として機能する。
【０３００】
このような方法によって、成分Ｆｙが得られるのは、一対の電極Ｅ１３（Ｆｙ），Ｅ１４（Ｆｙ）に生じる信号の差によって、第１の柱状体Ｔ１のＹ軸方向の傾斜度を検出し、一対の電極Ｅ２３（Ｆｙ），Ｅ２４（Ｆｙ）に生じる信号の差によって、第２の柱状体Ｔ２のＹ軸方向の傾斜度を検出し、これら傾斜度の和によって誤差を含んだ成分Ｆｙ＊を求め、当該誤差（成分Ｍｘの他軸干渉）を、電極Ｅ３５（Ｆｙ）［実際には、部分電極Ｅ３５−１（Ｆｙ）とＥ３５−２（Ｆｙ）との集合体］と、電極Ｅ４５（Ｆｙ）［実際には、部分電極Ｅ４５−１（Ｆｙ）とＥ４５−２（Ｆｙ）との集合体］と、に生じる信号の差によって相殺しているためである。
【０３０１】
成分Ｆｚについては、ｉ＝３に設定し、「Ｆｚ＝Ｆｚ３」なる演算式が選択されており、実際の静電容量値を用いた式は、「Ｆｚ＝−（Ｃ１５＋Ｃ２５＋Ｃ３５＋Ｃ４５）」となる。したがって、図示のとおり、電極Ｅ１５（Ｆｚ），Ｅ２５（Ｆｚ），Ｅ３５（Ｆｚ），Ｅ４５（Ｆｚ）を端子Ｔｆｚ（−）に配線すれば、端子Ｔｆｚ（−）に生じる電気信号の符号を逆転することによって、成分Ｆｚを得ることができる。
【０３０２】
成分Ｍｘについては、ｉ＝３に設定し、「Ｍｘ＝Ｍｘ３」なる演算式が選択されており、実際の静電容量値を用いた式は、「Ｍｘ＝Ｃ４５−Ｃ３５」となる。したがって、図示のとおり、電極Ｅ３５−１（Ｍｘ），Ｅ３５−２（Ｍｘ）を端子Ｔｍｘ１に配線し、電極Ｅ４５−１（Ｍｘ），Ｅ４５−２（Ｍｘ）を端子Ｔｍｘ２に配線すれば、両端子に生じる電気信号の差によって、成分Ｍｘを得ることができる。ここで、電極Ｅ３５−１（Ｍｘ），Ｅ３５−２（Ｍｘ）は、それぞれ部分電極であり、両者の集合体が、電極Ｅ３５（Ｍｘ）として機能する。同様に、電極Ｅ４５−１（Ｍｘ），Ｅ４５−２（Ｍｘ）は、それぞれ部分電極であり、両者の集合体が、電極Ｅ４５（Ｍｘ）として機能する。
【０３０３】
成分Ｍｙについては、ｉ＝３に設定し、「Ｍｙ＝Ｍｙ３」なる演算式が選択されており、実際の静電容量値を用いた式は、「Ｍｙ＝Ｃ１５−Ｃ２５」となる。したがって、図示のとおり、電極Ｅ１５−１（Ｍｙ），Ｅ１５−２（Ｍｙ）を端子Ｔｍｙ１に配線し、電極Ｅ２５−１（Ｍｙ），Ｅ２５−２（Ｍｙ）を端子Ｔｍｙ２に配線すれば、両端子に生じる電気信号の差によって、成分Ｍｙを得ることができる。ここで、電極Ｅ１５−１（Ｍｙ），Ｅ１５−２（Ｍｙ）は、それぞれ部分電極であり、両者の集合体が、電極Ｅ１５（Ｍｙ）として機能する。同様に、電極Ｅ２５−１（Ｍｙ），Ｅ２５−２（Ｍｙ）は、それぞれ部分電極であり、両者の集合体が、電極Ｅ２５（Ｍｙ）として機能する。
【０３０４】
成分Ｍｚについては、ｉ＝１に設定し、「Ｍｚ＝Ｍｚ１」なる演算式が選択されており、実際の静電容量値を用いた式は、「Ｍｚ＝（Ｃ１３＋Ｃ２４＋Ｃ３２＋Ｃ４１）−（Ｃ１４＋Ｃ２３＋Ｃ３１＋Ｃ４２）」となる。したがって、図示のとおり、電極Ｅ１３（Ｍｚ），Ｅ２４（Ｍｚ），Ｅ３２（Ｍｚ），Ｅ４１（Ｍｚ）を端子Ｔｍｚ１に配線し、電極Ｅ１４（Ｍｚ），Ｅ２３（Ｍｚ），Ｅ３１（Ｍｚ），Ｅ４２（Ｍｚ）を端子Ｔｍｚ２に配線すれば、両端子に生じる電気信号の差によって、成分Ｍｚを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０３０５】
【図１】本発明に係る力検出装置の基本構成を示す斜視図（一部はブロック図）である。
【図２】図１に示す力検出装置の基本的な動作原理を示す正面図である。
【図３】図１に示す力検出装置における第１のセンサ２１〜第４のセンサ２４として利用するのに適した多軸力センサの一例を示す側断面図（ｘｚ平面で切った断面図）である。
【図４】図３に示す多軸力センサの上面図である。
【図５】図３に示す多軸力センサにおける支持基板４０の上面図である（破線は、椀状接続部材の位置を示している）。
【図６】図３に示す多軸力センサに、ｘ軸正方向の力＋ｆｘが加えられたときの状態を示す側断面図である。
【図７】図３に示す多軸力センサに、ｘ軸負方向の力−ｆｘが加えられたときの状態を示す側断面図である。
【図８】図３に示す多軸力センサに、ｚ軸負方向の力−ｆｚが加えられたときの状態を示す側断面図である。
【図９】本発明の基本的な実施形態に係る力検出装置の上面図である。
【図１０】本発明の基本的な実施形態に係る力検出装置の第１の側断面図であり、図９に示す装置をＸＺ平面に沿って切断した断面が示されている。
【図１１】本発明の基本的な実施形態に係る力検出装置の第２の側断面図であり、図９に示す装置をＹＺ平面に沿って切断した断面が示されている。
【図１２】図１０，図１１に示す力検出装置の受力体１００を、Ｘ′Ｙ′平面に沿って切断した状態を示す横断面図である。
【図１３】図１０，図１１に示す力検出装置の中間体２００を、切断線１３−１３に沿って切断した状態を示す横断面図である。
【図１４】図１０，図１１に示す力検出装置の中間体２００を、ＸＹ平面に沿って切断した状態を示す横断面図である。
【図１５】図１０，図１１に示す力検出装置の支持基板３００の上面図である。
【図１６】本発明の実用的な実施形態に係る力検出装置のＸＺ側断面図である。
【図１７】図１６に示す力検出装置にＸ軸正方向の力＋Ｆｘが作用したときの構造体の変形態様を示す側断面図である。
【図１８】図１６に示す力検出装置にＺ軸正方向の力＋Ｆｚが作用したときの構造体の変形態様を示す側断面図である。
【図１９】図１６に示す力検出装置にＹ軸まわりのモーメント＋Ｍｙが作用したときの構造体の仮想的な変形態様を示す側断面図である。
【図２０】図１６に示す力検出装置による各力成分の検出原理を示すテーブルであり、受力体に各力成分が作用したときの各容量素子の静電容量値の変化の態様を示している（モーメントの作用に関しては、図１９に示す仮想的な変形態様を前提としている）。
【図２１】図２０に示すテーブルに基づいて各力成分を検出する原理を数式を用いて示す図である。
【図２２】図１６に示す力検出装置にＹ軸まわりのモーメント＋Ｍｙが作用したときの構造体の実際の変形態様を示す側断面図である。
【図２３】図１６に示す力検出装置による各力成分の検出原理を示すテーブルであり、受力体に各力成分が作用したときの各容量素子の静電容量値の変化の態様を示している（モーメントの作用に関しては、図２２に示す実際の変形態様を前提としている）。
【図２４】図２３に示すテーブルに基づいて各力成分を検出する原理を数式を用いて示す図である。
【図２５】図２４に示す検出原理のバリエーションを数式を用いて示す図である。
【図２６】本発明において、他軸干渉を補正する数式を示す図である。
【図２７】図２６に示す係数αｉｊ，βｉｊを決定するための実験方法の一例を示す側断面図である。
【図２８】本発明において、Ｙ軸まわりのモーメントＭｙによるＸ軸方向の力Ｆｘへの他軸干渉を相殺する原理を示す図である。
【図２９】本発明において、Ｘ軸まわりのモーメントＭｘによるＹ軸方向の力成分Ｆｙへの他軸干渉を相殺する原理を示す図である。
【図３０】本発明の基本的な実施形態に係る力検出装置によりＸ軸方向の力Ｆｘを検出するための配線を示す支持基板３００の上面図である。
【図３１】本発明の基本的な実施形態に係る力検出装置によりＹ軸方向の力Ｆｙを検出するための配線を示す支持基板３００の上面図である。
【図３２】本発明の基本的な実施形態に係る力検出装置によりＺ軸方向の力Ｆｚを検出するための配線を示す支持基板３００の上面図である。
【図３３】本発明の基本的な実施形態に係る力検出装置によりＸ軸まわりのモーメントＭｘを検出するための配線を示す支持基板３００の上面図である。
【図３４】本発明の基本的な実施形態に係る力検出装置によりＹ軸まわりのモーメントＭｙを検出するための配線を示す支持基板３００の上面図である。
【図３５】本発明の基本的な実施形態に係る力検出装置によりＺ軸まわりのモーメントＭｚを検出するための配線を示す支持基板３００の上面図である。
【図３６】本発明の基本的な実施形態に係る力検出装置におけるセンサ構成用の電極配置の基本例を示す平面図である（ハッチングは、各電極の形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すものではない）。
【図３７】本発明の基本的な実施形態に係る力検出装置におけるセンサ構成用の電極配置の第１の変形例を示す平面図である（ハッチングは、各電極の形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すものではない）。
【図３８】本発明の基本的な実施形態に係る力検出装置におけるセンサ構成用の電極配置の第２の変形例を示す平面図である（ハッチングは、各電極の形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すものではない）。
【図３９】本発明の基本的な実施形態に係る力検出装置におけるセンサ構成用の電極配置の第３の変形例を示す平面図である（ハッチングは、各電極の形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すものではない）。
【図４０】６つの力成分のすべてを検出する機能をもった本発明の実用的な実施形態の電極構成を示す支持基板３００の上面図である（ハッチングは、各電極の形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すものではない）。
【図４１】図４０に示されている個々の電極についての配線方法を示す図である。
【図４２】図４０の変形例を示す支持基板３００の上面図である（ハッチングは、各電極の形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すものではない）。
【図４３】図４２に示されている個々の電極についての配線方法を示す図である。
【符号の説明】
【０３０６】
１０：受力体
１１：第１の柱状体
１２：第２の柱状体
１３：第３の柱状体
１４：第４の柱状体
２０：支持基板
２１：第１のセンサ
２２：第２のセンサ
２３：第３のセンサ
２４：第４のセンサ
３０：検出回路
４０：支持基板
５０：椀状接続部材
５１：肉薄部（共通変位電極）
５２：側壁部
５３：固定部
６０：柱状体
１００：受力体
１１０：円柱突起部
１１５：上端側肉薄部
１２０：円柱突起部
１２５：上端側肉薄部
１３０：円柱突起部
１３５：上端側肉薄部
１４０：円柱突起部
１４５：上端側肉薄部
２００：中間体
２１０：円柱突起部
２１５：下端側肉薄部
２２０：円柱突起部
２２５：下端側肉薄部
２３０：円柱突起部
２３５：下端側肉薄部
２４０：円柱突起部
２４５：下端側肉薄部
２５０：制御壁
２６０：制御壁
３００：支持基板
４００：測定用治具
４１０：接続部
４２０：上蓋部
４３０：側壁部
４４０：フランジ部
Ｃ１１〜Ｃ４５：容量素子／容量素子の静電容量値
ｄ１〜ｄ３：空隙寸法
Ｅ１〜Ｅ５，Ｅ１ａ〜Ｅ５ｂ：固定電極
Ｅ１１〜Ｅ１５：第１のセンサ用の個々の固定電極
Ｅ２１〜Ｅ２５：第２のセンサ用の個々の固定電極
Ｅ３１〜Ｅ３５：第３のセンサ用の個々の固定電極
Ｅ４１〜Ｅ４５：第４のセンサ用の個々の固定電極
Ｆｘ：Ｘ軸方向の力
ｆｘ，：ｘ軸方向の力
Ｆｘ＊，Ｆｘ１＊〜Ｆｘ３＊，Ｆｘｉ＊：Ｆｘを算出する中間段階の値
Ｆｙ：Ｙ軸方向の力
Ｆｙ＊，Ｆｙ１＊〜Ｆｙ３＊，Ｆｙｉ＊：Ｆｙを算出する中間段階の値
Ｆｚ，Ｆｚ１〜Ｆｚ３：Ｚ軸方向の力
ｆｚ：支持基板に対して作用する引っ張り力／押圧力
Ｇ１１〜Ｇ３４：溝部
Ｍｘ，Ｍｘ１〜Ｍｘ３，Ｍｘｊ：Ｘ軸まわりのモーメント
Ｍｙ，Ｍｙ１〜Ｍｙ３，Ｍｙｊ：Ｙ軸まわりのモーメント
Ｍｚ，Ｍｚ１〜Ｍｚ３：Ｚ軸まわりのモーメント
Ｏ：座標系の原点
Ｏ′：補助座標系の原点
Ｐ１〜Ｐ３：作用点
ｒ１，ｒ２：原点から作用点までの長さ
Ｓ１〜Ｓ４：多軸力センサ
Ｔ１〜Ｔ４：柱状体
Ｔｆｘ１，Ｔｆｘ２：力Ｆｘ検出用の端子
Ｔｆｙ１，Ｔｆｙ２：力Ｆｙ検出用の端子
Ｔｆｚ：力Ｆｚ検出用の端子
Ｔｍｘ１，Ｔｍｘ２：モーメントＭｘ検出用の端子
Ｔｍｙ１，Ｔｍｙ２：モーメントＭｙ検出用の端子
Ｔｍｚ１，Ｔｍｚ２：モーメントＭｚ検出用の端子
ＸＹＺ：検出対象となる力を定義するための三次元座標系
Ｘ′Ｙ′Ｚ′：受力体の中心位置に原点をもつ補助座標系
ｘｙｚ：支持基板の上面に定義されたローカル座標系
αｉ，αｊ：演算値
α，αｉｊ：補正係数
βｉ，βｊ：演算値
β，βｉｊ：補正係数
θ１，θ２：柱状体１１，１２の傾斜角
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図９】
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【図１５】
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【図２０】
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【図２１】
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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３】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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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１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２２】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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