(57)【要約】  枠部（１１）と中央部（１２）とをアーム部（２０）〜（２２）によって繋ぐ構成の起歪体（１０）において、歪ゲージ（Ａ１）等が配置されるアーム部（２０）〜（２２）を除く他の部分をマスキングして、ピーニング処理を行うことによって、アーム部（２０）〜（２２）の周面には圧縮残留応力層が形成される。起歪体（１０）が外力による荷重を受けると，アーム部（２０）〜（２２）は弾性変形するが、形成された圧縮残留応力層により、アーム部（２０）〜（２２）は疲労破壊が生じにくくなっている。ピーニング処理として投射材の投射を行えば、アーム部（２０）〜（２２）の表面粗さが大きくなり、歪ゲージの貼付性が向上して検出精度も向上し、安定した測定を確保できる。
2019239938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷重に対し弾性変形することが可能であり、変形に伴う歪に係る検出を行う歪ゲージが配置される起歪体において、
歪ゲージの配置箇所を含んだ歪の発生範囲に係る起歪部分には、負の値となる残留応力を有する残留応力層が形成してあることを特徴とする起歪体。
【請求項２】
前記起歪部分は、表面粗さが他の部分に比べて粗くしてある請求項１に記載の起歪体。
【請求項３】
枠部と、
前記枠部の中で前記枠部と空間を隔てて位置する中央部と、
前記枠部及び前記中央部を繋ぎ、前記起歪部分に含まれるアーム部と
を備え、
前記枠部には、前記アーム部が繋がる箇所に対向して第１貫通部が形成してあり、
前記アーム部の一面には、計４個の第１乃至第４歪ゲージが配置してあり、
第１歪ゲージ及び第２歪ゲージは、前記アーム部の延在方向に沿った前記一面における中心線に線対称で、且つ、前記第１歪ゲージ及び第２歪ゲージの検出方向を前記中心線と平行にして前記中央部の側に配置してあり、
第３歪ゲージ及び第４歪ゲージは、前記中心線に線対称で、且つ、前記第３歪ゲージ及び第４歪ゲージの検出方向を前記中央部の方へ末広がりとなるように中心線に対し斜めにして前記枠部の側に配置してある請求項１又は請求項２に記載の起歪体。
【請求項４】
枠部と、
前記枠部の中で前記枠部と空間を隔てて位置する中央部と、
前記枠部及び前記中央部を繋ぎ、前記起歪部分に含まれるアーム部と
を備え、
前記中央部は、前記アーム部の延在方向に応じた箇所に、位置決孔が形成してあると共に、前記アーム部が繋がる箇所と、前記位置決孔との間に第２貫通部が形成してある請求項１又は請求項２に記載の起歪体。
【請求項５】
荷重に対し弾性変形することが可能であり、変形に伴う歪に係る検出を行う歪ゲージが配置される起歪体の製造方法において、
歪ゲージの配置箇所を含んだ歪の発生範囲に係る起歪部分を除いた他の部分をマスキングするステップと、
マスキングした起歪体に対して投射材を投射する処理を行うステップと
を備え、
前記起歪部分へ投射材を衝突させることにより、前記起歪部分に、負の値となる残留応力を有する残留応力層を形成すると共に、前記起歪部分の表面粗さを他の部分に比べて粗くした起歪体を製造することを特徴とする起歪体の製造方法。
【請求項６】
前記起歪体は、枠部と、前記枠部の中で前記枠部と空間を隔てて位置する中央部と、前記枠部及び前記中央部を繋いで前記起歪部分に含まれるアーム部とを備えたものであり、
前記枠部と前記アーム部とが繋がる箇所の縁における隅部分、又は前記中央部と前記アーム部とが繋がる箇所の縁における隅部分に面取加工を行うステップを備える請求項５に記載の起歪体の製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項の起歪体を備え、荷重に対する前記起歪体の変形に応じた物理量の測定を行うことを特徴とする物理量測定センサ。
【請求項８】
請求項５又は請求項６の起歪体の製造方法によって製造した起歪体を備え、荷重に対する前記起歪体の変形に応じた物理量の測定を行うことを特徴とする物理量測定センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、起歪体、及びその起歪体を備える物理量測定センサに関するものであり、特に、疲労破壊の耐性を高めて長期の安定使用を確保した起歪体、起歪体の製造方法、及び物理量測定センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、物理量測定センサとしては、力覚センサ、トルクセンサ、ロードセル等と云ったものが存在する。物理量測定センサは、外部からの荷重（外力）により生じた弾性変形に伴う歪を複数の歪ゲージによって検出し、その検出結果より、外力及びモーメント等に係る物理量の数値を測定する。このような物理量測定センサは一般に、外力によって弾性変形する金属製の起歪体を含んでおり、この起歪体に複数の歪ゲージを配置して歪を検出する。なお、物理量測定センサの各種具体例は、下記の特許文献１〜５及び非特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本国公開特許公報「特開２０１６−７０６７３号公報」
【特許文献２】日本国公開特許公報「特開２０１１−２０９１７８号公報」
【特許文献３】日本国公開特許公報「特開平１−２６２４３０号公報」
【特許文献４】日本国公開特許公報「特開２００４−４５０４４号公報」
【特許文献５】日本国公開特許公報「特開平７−１２８１６７号公報」
【非特許文献１】岩崎英丈、津村稔、「６軸力覚センサの原理と応用」，第４９回自動制御連合講演会、システム制御情報学会等主催、２００６年１１月２５日〜２６日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
物理量測定センサは上述したように、起歪体が外力によって弾性変形する構造であることから、長期にわたり使用を続ければ、起歪体の弾性変形箇所に金属疲労が蓄積される。そのため、蓄積された金属疲労が臨界点を超えると、起歪体に疲労破壊が生じるという問題がある。なお、起歪体は一般に機械加工（例えば、切削加工）により製作されるが、設計仕様等によっては、鋭利な形状及び角度が小さい隅形状を含む部分が生じる。このような部分は、外力を受けた際に応力集中が生じやすく、このような応力集中箇所では、上述した疲労破壊が顕著になるおそれがある。【０００５】
また、起歪体へ配置される歪ゲージは、接着剤により貼り付けられる場合がある。歪ゲージを貼付によって取り付けた場合、起歪体の弾性変形（圧縮変形又は引っ張り変形等）の度合いによっては、その弾性変形に接着剤の層が追従できず、歪ゲージの貼付箇所と歪ゲージとの間に滑りが生じることがある。このような滑りが生じると、弾性変形に伴う歪を歪ゲージによって正確に検出できなくなくなり、測定精度が低下するという問題が生じる。【０００６】
さらに、特許文献１に開示されている力覚センサに適用される起歪体は、中央部と枠部とを連結する複数のアーム部を含む。当該起歪体は、枠部とアーム部との間に介在する弾性部（フレクシャ）を備えた構成であると共に（特許文献１の段落００１９及び００２０参照）、各アーム部に複数の歪ゲージを配置する（特許文献１の段落００２４、００２５及び図１等参照）。特許文献１の図１〜３、図７〜１０、１２及び１３に示すような歪ゲージの配置の仕方では、アーム部へ特定の方向に外力がかかるときの変形に係る歪を検出しにくいという問題がある。具体的には、特許文献１の図１１の中で示されるＭｚ、Ｆｘ、Ｆｙの方向に外力がかかるときの歪検出精度に問題が生じる。【０００７】
本発明の一態様は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、起歪体の疲労破壊に対する強さ（耐性）を高めた起歪体、起歪体の製造方法、及び物理量測定センサを提供することを目的とする。【０００８】
また、本発明の一態様は、歪ゲージを接着剤等によって貼り付ける場合において、弾性変形に対する歪ゲージの追従性を向上させた起歪体、起歪体の製造方法、及び物理量測定センサを提供することを目的とする。【０００９】
さらに、本発明の一態様は、起歪体が中央部と枠部とをアーム部によって連結すると共に、枠部とアーム部との間に介在する弾性部を備えた構成の場合において、アーム部が上述したような特定の方向等の外力を受けても歪検出の精度を確保できるようにした起歪体、起歪体の製造方法、及び物理量測定センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明の一態様は、荷重に対し弾性変形することが可能であり、変形に伴う歪を検出する歪ゲージが配置される起歪体において、歪ゲージの配置箇所を含んだ歪の発生範囲に係る起歪部分には、負の値となる残留応力を有する残留応力層が形成してあることを特徴とする。【００１１】
本発明の一態様は、荷重に対し弾性変形することが可能であり、変形に伴う歪を検出する歪ゲージが配置される起歪体の製造方法において、歪ゲージの配置箇所を含んだ歪の発生範囲に係る起歪部分を除いた他の部分をマスキングするステップと、マスキングした起歪体に対して投射材を投射する処理を行うステップとを備え、前記起歪部分へ投射材を衝突させることにより、前記起歪部分に、負の値となる残留応力を有する残留応力層を形成すると共に、前記起歪部分の表面粗さを他の部分に比べて粗くした起歪体を製造することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一態様では、起歪部分に、圧縮残留応力を有する残留応力層を形成したので、歪ゲージの検出箇所となる弾性変形する部分の疲労破壊の耐性を向上できる。それにより、本発明の一態様に係る起歪体が適用される物理量測定センサの長期使用の安定化を図れる。【００１３】
また、本発明の一態様では、起歪部分を除いた他の部分をマスキングして、投射材を投射するので、マスキングしていない起歪部分に残留応力層を形成できる。それと共に、それと同時に、起歪部分の表面粗さも大きくできる。そのため、疲労破壊の耐性が高く且つ貼付タイプの歪ゲージの変形追従性を接着剤のアンカー効果により高めた起歪体を効率的に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る力覚センサを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図である。
【図２】第１実施形態に係る力覚センサを示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】第１実施形態に係る力覚センサの図１（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る起歪体の正面図である。
【図５】第１実施形態に係る起歪体の背面図である。
【図６】正面側の起歪体のアーム部の一つにおける歪ゲージの配置の仕方を示す拡大配置図である。
【図７】背面側の起歪体のアーム部の一つにおける歪ゲージの配置の仕方を示す拡大配置図である。
【図８】マスキングした状態の起歪体を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図である。
【図９】歪ゲージの電気的な接続の仕方を示す歪ゲージ回路の回路図である。
【図１０】歪ゲージ回路の出力電圧信号の処理を行う信号処理モジュールの主要な内部構成を示すブロック図である。
【図１１】（ａ）〜（ｆ）は、歪ゲージ回路に含まれる各ブリッジ回路による検出結果を示すテーブルである。
【図１２】第１実施形態の変形例に係る起歪体を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図である。
【図１３】第１実施形態の他の変形例に係る起歪体を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図である。
【図１４】第１実施形態の変形例のマスキングをした状態の起歪体を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図である。
【図１５】第１実施形態の別の変形例のマスキングをした状態の起歪体を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図である。
【図１６】本発明の第２実施形態に係る力覚センサを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図である。
【図１７】第２実施形態に係る力覚センサを示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は図１６（ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図である。
【図１８】（ａ）は第２実施形態に係る力覚センサの図１６（ａ）におけるＤ−Ｄ線断面図、（ｂ）は第２実施形態に係る力覚センサの図１６（ａ）におけるＥ−Ｅ線断面図である。
【図１９】第２実施形態に係る起歪体であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図２０】第２実施形態に係る起歪体の背面図である。
【図２１】マスキングした状態の第２実施形態に係る起歪体を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図である。
【図２２】第２実施形態の変形例のマスキングをした状態の起歪体を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図である。
【図２３】第２実施形態の別の変形例のマスキングをした状態の起歪体を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図である。
【図２４】第３実施形態に係る起歪体を示し、（ａ）は上面図（平面図）、（ｂ）は正面図、（ｃ）は背面図である。
【図２５】マスキングした状態の第３実施形態に係る起歪体を示し、（ａ）は上面図（平面図）、（ｂ）は正面図、（ｃ）は背面図である。
【図２６】第４実施形態に係る起歪体を示し、（ａ）は上面図（平面図）、（ｂ）は正面図である。
【図２７】マスキングした状態の第４実施形態に係る起歪体を示し、（ａ）は上面図（平面図）、（ｂ）は正面図、（ｃ）は下面図である。
【図２８】第５実施形態に係る起歪体を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）におけるＦ−Ｆ線断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＧ−Ｇ線断面図である。
【図２９】マスキングした状態の第５実施形態に係る起歪体を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）におけるＦ−Ｆ線断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＧ−Ｇ線断面図である。
【図３０】第６実施形態に係る起歪体を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。
【図３１】マスキングした状態の第６実施形態に係る起歪体を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。
【図３２】第７実施形態に係る起歪体を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は（ｂ）におけるＨ−Ｈ線断面図である。
【図３３】マスキングした状態の第７実施形態に係る起歪体を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１５】
図１〜３は、本発明の第１実施形態に係る物理量測定センサの具体例である力覚センサ１を示し、図１（ａ）は力覚センサ１の正面図、図１（ｂ）は背面図、図２（ａ）は側面図、図２（ｂ）は断面図、図３は要部断面図になっている。図１等に示す力覚センサ１は、産業用ロボットアームに適用されるものである。力覚センサ１は、図２（ａ）に示すように、円盤状の三つの部材を積層した構造になっている。また、力覚センサ１は、図２（ａ）に示すように、ロボットハンドへの取付側（正面側に相当）になるテーブルブロック２と、ロボットアームへの取付側（背面側に相当）となるベースブロック６とによって、本発明の第１実施形態に係る起歪体１０を挟み込む構成になっている。【００１６】
図１及び２等の中で示すＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸について説明すると、Ｘ軸は、力覚センサ１の水平方向（横方向）に平行な軸である。Ｘ軸に直交するＹ軸は、力覚センサ１の垂直方向（高さ方向）に平行な軸である。Ｘ軸及びＹ軸に直交するＺ軸は、力覚センサ１の厚み方向に平行な軸である（以下、同様）。本実施形態に係る力覚センサ１は、起歪体１０が備える複数の歪ゲージによる歪の検出により、ＸＹＺ軸の各軸に係る外力及び各軸周りに生じるモーメントに係る数値を測定できるようになっている（力覚センサ１は、６軸力覚センサに相当）。【００１７】
図１（ａ）に示すように、テーブルブロック２は、正面側から見ると円形であり、正面側に応じたフラットな表面２ａに多数の穴（孔）を開口している。詳しくは、テーブルブロック２は、円形の中心付近において、高さ方向の中心線Ｙ１に対称となる正三角形の配置でボルト孔３ａ、３ｂ及び３ｃ（ザグリ部を有し、ボルトを通すための貫通孔）を穿設している。それと共に、テーブルブロック２は、中心線Ｙ１に対称となる逆正三角形の配置で位置決穴４ａ、４ｂ及び４ｃ（はめあい公差を有する貫通穴）を形成している。さらに、テーブルブロック２は、外周付近において逆正三角形の配置となるように、ハンド取付ネジ穴５ａ、５ｂ及び５ｃ（雌ネジのある穴）を形成しており、これらハンド取付ネジ穴５ａ、５ｂ及び５ｃは、ロボットハンドへの取付に用いられる。【００１８】
また、テーブルブロック２は上記のような表面２ａの反対側になる裏面２ｂにおいて、上述したボルト孔３ａ〜３ｃ及び位置決穴４ａ〜４ｃを有する中心部２ｄの周囲にドーナツ状の溝部２ｃを形成している（図１及び図２（ｂ）参照）。溝部２ｃの外周輪郭の厚み（Ｚ軸方向に沿った寸法）は、中心部２ｄより少し短くすることによって、中心部２ｄが少し突出した形状になっている。それにより、テーブルブロック２は、力覚センサ１が組み立てられた状態において、中心部２ｄの裏面２ｂが起歪体１０の正面１０ａと接する。【００１９】
一方、ベースブロック６も図１（ｂ）に示すように背面視において円形である。ベースブロック６は、背面側に応じたフラットな表面６ａの外周付近において逆正三角形の配置となるように、アーム取付ネジ穴７ａ、７ｂ及び７ｃ（雌ネジのある穴）を形成している。ベースブロック６は、これらアーム取付ネジ穴７ａ、７ｂ及び７ｃは、ロボットアームへの取付に用いられる。また、表面６ａの反対側となる裏面６ｂは、図２（ｂ）にも示すように、中心付近をくり抜いた空洞部６ｃが形成されている。裏面６ｂは、外周付近には正三角形の配置となるようにネジ穴８ａ、８ｂ及び８ｃ（雌ネジのある穴）を設けている。それと共に、裏面６ｂは、各ネジ穴８ａ〜８ｃに隣り合うように位置決穴９ａ〜９ｃを形成している（図１（ｂ）において破線によって示す各穴参照）。なお、このようなテーブルブロック２及びベースブロック６は、適用される産業用ロボットアームの可搬質量をできるだけ損なわないようにするため、軽量な金属材料（例えば、アルミ系の材料）によって製作される。【００２０】
図４及び５は、本発明の第１実施形態に係る起歪体１０の正面及び背面を示す。起歪体１０は、図２（ａ）に示すように、上述したテーブルブロック２及びベースブロック６に比べて厚み方向の寸法（Ｚ軸方向に沿った寸法）が小さいプレート状の部材であり、正面及び背面から見ると周囲輪郭が円形になっている。起歪体１０は、外周側の枠部１１と、枠部１１の中で空間を隔てて位置する中央部１２と、枠部１１及び中央部１２とを繋ぐ計３本のアーム部２０、２１及び２２を有する。なお、この実施例において、アーム部２０〜２２は、弾性変形に伴う歪の発生範囲に係る起歪部分に含まれる。【００２１】
各アーム部２０〜２２は、起歪体１０の中心から外方へ向けて放射状に延在し、外周が円形である起歪体１０の周方向において１２０度間隔で配置される。このような各アーム部２０〜２２は構成上、枠部１１及び中央部１２に対して剛性が低く、外部からの荷重又はモーメントに対して各アーム部２０〜２２が弾性変形するようになっている。【００２２】
中央部１２は、正六角形的な外周形状であり、その内部に正三角形の配置となるネジ孔１３ａ、１３ｂ及び１３ｃ（雌ネジのある孔）を有すると共に、逆三角形配置の位置決孔１４ａ、１４ｂ及び１４ｃ（はめあい公差を有する貫通孔）を形成している。ネジ孔１３ａ〜１３ｃは、上述したテーブルブロック２のボルト孔３ａ〜３ｃに対応したものであり、位置決孔１４ａ〜１４ｃは、上述したテーブルブロック２の位置決穴４ａ〜４ｃに対応したものである。また、外形が六角形的な中央部１２は、位置決孔１４ａ、１４ｂ及び１４ｃに近接して対応する外周辺部１２ｃ、１２ｄ及び１２ｅの中央箇所においてアーム部２０、２１及び２２と繋がっている。【００２３】
枠部１１は、外周輪郭が円形であり、内周輪郭は上述した中央部１２の輪郭を相似的に拡大した六角形状になっている。また、枠部１１は、その内部に正三角形の配置となるボルト孔１８ａ、１８ｂ及び１８ｃを有すると共に、各ボルト孔１８ａ〜１８ｃに隣り合うように位置決穴１９ａ〜１９ｃを形成している。ボルト孔１８ａ〜１８ｃは、上述したベースブロック６のネジ穴８ａ〜８ｃに対応したものであり、位置決穴１９ａ〜１９ｃは、上述したベースブロック６の位置決穴９ａ〜９ｃに対応したものである。【００２４】
また、枠部１１は、上述した中央部１２の外周辺部１２ｃ、１２ｄ及び１２ｅに対向した内周辺部１１ｃ、１１ｄ及び１１ｅの中央箇所においてアーム部２０、２１及び２２と繋がっている。このようなアーム部２０、２１及び２２の存在により、枠部１１と中央部１２との間の空間は３つに分断されて第１空間部１５、第２空間部１６及び第３空間部１７が生じている。さらに、枠部１１は、各アーム部２０〜２２が繋がった箇所に対向して、計三つの貫通部２５、２６及び２７（第１貫通部に相当）を形成している。これら貫通部２５〜２７は、六角形状の内周における内周辺部１１ｃ、１１ｄ及び１１ｅに沿った直線形状であり、内周辺部１１ｃ、１１ｄ及び１１ｅの辺長さと同等又は少し長めの寸法になっている。幅は、長さ寸法の約１／８〜１／５程度の範囲の中の数値に設定される（本実施形態では約１／６．５に設定）。【００２５】
起歪体１０は、枠部１１に上述した貫通部２５〜２７を形成することによって、アーム部２０〜２２の伸び方向の変形性が抑止され、それにより伸び方向以外のアーム部２０〜２２の弾性変形に伴う歪を検出しやすくしている。【００２６】
弾性変形可能な各アーム部２０〜２２は、図４に示す起歪体１０の正面側に応じたアーム表面２０ａ、２１ａ及び２２ａのそれぞれに、計４個の歪ゲージ（Ｃ１〜Ｃ４、Ｂ１〜Ｂ４及びＡ１〜Ａ４）をセットにして配置する。それと共に、各アーム部２０〜２２は、図５に示す起歪体１０の背面側に応じたアーム裏面２０ｂ、２１ｂ及び２２ｂのそれぞれに、計４個の歪ゲージＣ１′〜Ｃ４′、Ｂ１′〜Ｂ４′及びＡ１′〜Ａ４′をセットにして配置する。【００２７】
このような歪ゲージＡ１〜Ｃ４′は、アーム部２０〜２２の弾性変形に伴う歪に係る検出を行っており、アーム部２０〜２２の変形したときの電気的な抵抗の変化から歪が検出される。歪ゲージＡ１〜Ｃ４′は、アーム部の変形により各歪ゲージの抵抗値が変化するので、後述する図９に示すブリッジ回路における抵抗値の変化に伴う出力電圧の変化により歪を検出する。また、歪ゲージＡ１〜Ｃ４′は、その検出について検出方向を有しており、この検出方向を所要の向きに配置することによって、アーム部２０〜２２の曲げ及びせん断等に係る歪に応じた検出を行う（後述の図６、７の説明参照）。【００２８】
歪ゲージＡ１〜Ｃ４′は、Ｃｕ−Ｎｉを素材として金属薄膜を可撓性のある樹脂フィルム（ポリイミド及びエポキシ系の樹脂）によって配線パターンを含んで被覆したものになっている。なお、歪ゲージＡ１〜Ｃ４′の素材は、上記のものに限定されるものではなく、他に、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｇｅ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｓｉ半導体、Ｃｒ−Ｏ及びＣｒ−Ｎ等を素材として用いることも可能である。また、本実施形態で用いる歪ゲージＡ１〜Ｃ４′は、歪ゲージ用の基材に歪ゲージ素材が成膜されたタイプのものになっている。【００２９】
図６は、起歪体１０の正面側に応じたアーム表面における歪ゲージの配置の仕方を、Ｙ軸方向に平行なアーム部２１を例にして示したものである。アーム部２１は、歪ゲージＢ１〜Ｂ４をアーム表面２１ａ（アーム部の一面に相当）に配置している。アーム部２１は、中央部１２と枠部１１とを繋ぐ方向に応じた延在方向に沿った中心線Ｙ１０（アーム表面２１ａにおいてＹ軸に平行で、起歪体１０の中心を通る線）に線対称となるように、歪ゲージＢ１〜Ｂ４を配置している。【００３０】
具体的には、１つのセットになった計４個の歪ゲージＢ１〜Ｂ４の中の歪ゲージＢ１及びＢ２（第１歪ゲージ及び第２歪ゲージに相当）は、それらの検出方向Ｋ１及びＫ２が中心線Ｙ１０と平行になるように中央部１２の側へ配置されている。なお、図６において、歪ゲージＢ１の左横で上下に配置される四角形のものは、歪ゲージＢ１と電気的な接続を行うための接続部Ｂ１ａ及びＢ１ｂ（プラス及びマイナスの接続部）である。これらの接続部Ｂ１ａ及びＢ１ｂにはリード線（図示せず）が接続される（図６において示される他の歪ゲージＢ２〜Ｂ４の傍の四角形も同様）。【００３１】
また、計４個の歪ゲージＢ１〜Ｂ４の中の歪ゲージＢ３及びＢ４（第３歪ゲージ及び第４歪ゲージに相当）は、それらの検出方向Ｋ３及びＫ４が中央部１２の方へ末広がりとなるように中心線Ｙ１０に対して斜めに枠部１１の側へ配置されている。なお、本実施形態では、検出方向Ｋ３及びＫ４が中心線Ｙ１０に対して４５度の角度になっている。上述した配置の仕方は、アーム部２１のアーム表面２１ａにおける歪ゲージＢ１〜Ｂ４を例にして説明した。ただし、アーム部２０のアーム表面２０ａにおける歪ゲージＣ１〜Ｃ４、及びアーム部２２のアーム表面２２ａにおける歪ゲージＡ１〜Ａ４の配置についても同様である。【００３２】
図７は、起歪体１０の背面側に応じたアーム裏面における歪ゲージの配置の仕方を、図６の場合と同様、Ｙ軸方向に平行なアーム部２１を例にして示したものである。図７に示す配置は、図６に示す配置の仕方を、中心線Ｙ１１（アーム裏面における図６に示す中心線Ｙ１０に対応する中心線）を中心にして反転したものになっている。【００３３】
すなわち、計４個の歪ゲージＢ１′〜Ｂ４′の中の歪ゲージＢ１′及びＢ３′を、線対称となるように中心線Ｙ１１の右側に配置し、歪ゲージＢ２′及びＢ４′を左側に配置している。その上で、歪ゲージＢ１′及びＢ２′（第１歪ゲージ及び第２歪ゲージに相当）は、各検出方向Ｋ１′及びＫ２′が中心線Ｙ１１と平行になるように中央部１２の側へ配置される。それと共に、歪ゲージＢ３′及びＢ４′（第３歪ゲージ及び第４歪ゲージに相当）は、各検出方向Ｋ３′及びＫ４′が中央部１２の方へ末広がりとなるように中心線Ｙ１１に対して斜めに枠部１１の側へ配置されている。なお、斜めの角度は、図６の場合と同様に４５度になっている。【００３４】
なお、図７に示す各歪ゲージＢ１′等の傍に示す四角形のものは、図６に示す場合と同様、電気的な接続部である。また、上述した配置の仕方は、アーム部２１のアーム裏面２１ｂにおける歪ゲージＢ１′〜Ｂ４′を例にして説明した。ただし、残りのアーム部２０のアーム裏面２０ｂにおける歪ゲージＣ１′〜Ｃ４′、及びアーム部２２のアーム裏面２２ｂにおける歪ゲージＡ１′〜Ａ４′の配置も、上記と同様になっている。【００３５】
図８（ａ）〜（ｃ）は、歪ゲージＡ１〜Ｃ４′の配置対象となる起歪体１０を製造プロセス（本発明の第１実施形態に係る起歪体の製造方法に相当）における表面処理工程におけるマスキング状態を示す。起歪体１０自体は、軽量な弾性変形可能な金属材料を素材にしており、例えば、アルミ系の材料（Ａ５０５２等）及びステンレス系の材料（ＳＵＳ３０４等）を機械加工により切削することによって、上述した図４、５等に示す形状に仕上げられる。【００３６】
但し、機械加工（切削加工）を行っただけでは、加工品（完成前の起歪体１０）の周縁等にはバリ等が発生すると共に、形状的に隅となる部分（角部分）は、荷重（外力）が加わったときに応力が集中しやすくなる。そのため、機械加工の行われた加工品に対して面取加工の工程（ステップ）を行い、加工品の周縁における面と面とが交差する辺部及び隅部分等のバリ等を除去する。なお、このような面取加工は、糸面取り、Ｃ面取り及びＲ面取りのいずれで行っても良いが、応力が集中しやすい部分の面取りは、円状のＲ面取りによって行って、角が生じないようにして、できるだけ応力集中の発生を防ぐことが好適である。【００３７】
本実施形態では、図６及び７に示す二点鎖線によって囲まれている範囲に対してＲ面取加工を行うようにしている。すなわち、図４及び５等に示す形状の起歪体１０は、枠部１１及び中央部１２をアーム部２０〜２２によって繋ぐ構造である。枠部１１とアーム部２０〜２２とが繋がる箇所（例えば、図６及び７の符号２１ｄによって示す箇所）の縁における隅部分（例えば、図６及び７の符号２１ｇ及び２１ｈによって示す二点鎖線範囲に応じた隅部分）が応力の集中しやすい部分になる。また、中央部１２とアーム部２０〜２２とが繋がる箇所（例えば、図６、７の符号２１ｃによって示す箇所）の縁における隅部分（例えば、図６及び７の符号２１ｅ及び２１ｆによって示す二点鎖線範囲に応じた隅部分）が応力の集中しやすい部分になる。そのため、このような破線箇所に応じた隅部分の符号２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ及び２１ｈに、Ｒ面取加工を行って、応力集中の緩和を図っている。なお、Ｒ面取加工のＲ値としては、０．１〜０．３ｍｍ程度の範囲が適用でき、起歪体１０及びアーム部２０〜２２の寸法の関係等より、０．２ｍｍ前後の数値が好適である。なお、図６及び７に示す符号２１ｅ〜２１ｈによって示す各隅部分の曲率半径（例えば、図６及び７において符号２１ｅに対して示すＲの寸法）は、１．５〜３．５ｍｍ程度の範囲の数値を適用でき、一つの実施例としては２ｍｍ程度のＲ寸法を適用できる。【００３８】
上述した機械加工及び面取加工を行ってから、表面処理加工を行うことになり、表面処理工程を開始するにあたり、起歪体１０には、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、マスキングが施される。なお、図８（ａ）〜（ｃ）においてクロスハッチングによって示す範囲がマスキングした箇所に該当する。以下、同様にクロスハッチングによって示す範囲がマスキングした箇所に該当する。【００３９】
このマスキング工程のステップでは、歪ゲージＡ１〜Ｃ４′の配置箇所を含んだアーム部２０〜２２を除いた他の部分（枠部１１及び中央部１２）を粘着テープＴによってマスキングする。なお、マスキングは、中央部１２の外周側面、枠部１１の内周側面、及び起歪体１０（枠部１１）の外周側面１０ｃと云った厚み方向の側面にも行われる。そのため、マスキングされていないアーム部２０〜２２は、アーム表面２０ａ〜２２ａにおいて中央部１２と繋がる中央連結箇所２０ｃ〜２２ｃから枠部１１と繋がる外側連結箇所２０ｄ〜２２ｄへと至る範囲が露出する状態となっている。それと共に、アーム裏面２０ｂ〜２２ｂにおいて中央連結箇所２０ｃ〜２２ｃから枠部１１と繋がる外側連結箇所２０ｄ〜２２ｄへと至る範囲が露出する状態となっている。さらに、アーム部２０〜２２の両側面も露出するので、アーム部２０〜２２は全周にわたり露出している状態となっている。【００４０】
次に、マスキングした状態の起歪体１０をショットブラスト加工機（又はショットピーニング加工機）の内部に入れて、投射材を起歪体１０へ向けて投射して衝突させる工程（ステップ）を行う。投射材としては、例えば、砥粒、スチールショット、スチールグリッド、カットワイヤ、ガラスビーズ及び有機物などが挙げられる。この工程では、マスキングされていないアーム部２０〜２２の全周に対してのみ、投射材が直接的に衝突する。そのため、アーム部２０〜２２の周面（表面）は投射材の衝突による塑性変形が起こり、圧縮の残留応力（負の値となる残留応力）を有する残留応力層（硬化表面層となる圧縮残留応力層）が形成される。それと共に、アーム部２０〜２２の周面（表面）の表面粗さはマスキングされている箇所に比べて粗くなる。【００４１】
上記の工程では、マスキングされている箇所にも投射材は衝突するが、マスキングにより衝突の威力は弱められる。そのため、間接的な衝突となり、マスキングされていないアーム部２０〜２２に発生する残留応力は、マスキングされた他の部分に比べて大きくなっている（圧縮残留応力の数値の絶対値での比較）。マスキングに用いる素材は、粘着テープ等といったテープ素材のようなマスキング作業を行いやすいものが好適であるが、起歪体を覆って投射材の衝突力を緩和できるものであれば適用可能である（テープ以外に各種コーティング材なども適用可能）。【００４２】
なお、以下では、起歪体１０としてステンレス系の部材（ＳＵＳ３０４）に対し、投射材に砥粒を用いて投射を行った場合（ショットブラスト処理を行った場合）の一例を説明する。アーム部２０〜２２には−９３８ＭＰａ（負の値の残留応力）の残留応力層が形成される。それと共に、表面粗さは処理前の数値として、Ｒｚ（最大高さ粗さ）＝１．０２０μｍから、処理後の数値として、Ｒｚ＝７．６８２μｍへとなり、処理後の表面粗さは処理前に比べて７倍ほど粗くなった。【００４３】
このような表面処理を行った起歪体１０は、マスキングされていないアーム部２０〜２２には、マスキングした他の部分に比べて絶対値の大きい負の残留応力値を有する残留応力層が形成された。このことから、アーム部２０〜２２の弾性変形に対する疲れ強さが上昇し、疲労寿命が長くなり、それにより、力覚センサ１（物理量測定センサ）の安定した長期使用を確保できる。【００４４】
また、アーム部２０〜２２の表面粗さは、他の部分に比べて粗くなっている。そのため、投射材の投射工程の後に、アーム部２０〜２２のアーム表面２０ａ〜２２ａ及びアーム裏面２０ｂ〜２２ｂへ上述した配置で歪ゲージＡ１〜Ｃ４′を接着剤によって取り付ける場合（貼り付ける場合）、アーム表面２０ａ〜２２ａ及びアーム裏面２０ｂ〜２２ｂの粗さにより、接着した歪ゲージＡ１〜Ｃ４′が良く引っ掛かって接着性が従来に比べて高まる。これにより、アーム部２０〜２２の弾性変形に歪ゲージＡ１〜Ｃ４′が追従しやすくなり、歪ゲージＡ１〜Ｃ４′による検出精度が向上する。【００４５】
次に、上述したテーブルブロック２、ベースブロック６、及び起歪体１０による力覚センサ１の組み立て方について説明していく（図１〜４等参照）。先ず、起歪体１０の背面１０ｂ（枠部１１の背面１１ｂ）が、ベースブロック６の裏面６ｂと対向して接するように、起歪体１０及びベースブロック６を重ね合わる。【００４６】
この際、ベースブロック６の位置決穴９ａ〜９ｃには予め、位置決めピンＰを圧入して嵌め込んでおく。起歪体１０をベースブロック６へ重ね合わせる際、位置決穴９ａ〜９ｃの各位置決めピンＰが、起歪体１０の枠部１１に形成した位置決穴１９ａ〜１９ｃに圧入されるように位置を合わせて、起歪体１０とベースブロック６を重ね合わせる（図３参照）。このように両者の位置を決めて重ね合わせると、起歪体１０の枠部１１に形成したボルト孔１８ａ〜１８ｃが、ベースブロック６のネジ穴８ａ〜８ｃに連通した状態になる。そのため、起歪体１０のボルト孔１８ａ〜１８ｃにボルトＮ（六角穴付ボルト）を通して、ベースブロック６のネジ穴８ａ〜８ｃに締結し、起歪体１０をベースブロック６に重ね合わせた状態で固定する（図２（ｂ）参照）。【００４７】
それから、起歪体１０の正面１０ａ（中央部１２の表面１２ａ）に、テーブルブロック２の裏面２ｂが対向して接するように、起歪体１０及びテーブルブロック２を重ね合わせる。この際、起歪体１０の中央部１２に形成した位置決孔１４ａ〜１４ｃには予め、位置決めピンＰを圧入して嵌め込んでおく。テーブルブロック２を起歪体１０へ重ね合わせる際、位置決孔１４ａ〜１４ｃの各位置決めピンＰが、テーブルブロック２に形成した位置決穴４ａ〜４ｃに圧入されて嵌まるように、テーブルブロック２を起歪体１０へ重ね合わせる。【００４８】
このように両者の位置を決めて重ね合わせると、テーブルブロック２のボルト孔３ａ〜３ｃが、起歪体１０のネジ孔１３ａ〜１３ｃに連通した状態になる。そのため、テーブルブロック２のボルト孔３ａ〜３ｃにボルトＮ（六角穴付ボルト）を通して、起歪体のネジ孔１３ａ〜１３ｃに締結する。テーブルブロック２を起歪体１０に重ね合わせた状態で固定して取り付けることによって、力覚センサ１が完成する。【００４９】
完成した力覚センサ１は全体が、図２（ａ）に示す円筒状のものになっている。一方、テーブルブロック２は、上述したように裏面２ｂにおいて、中心部２ｄが外周部分より突出したものになっている。このことから、テーブルブロック２の外周部分と、起歪体１０の正面１０ａ（枠部１１の正面１１ａ）との間には、隙間Ｓが生じている。【００５０】
そして、完成した力覚センサ１は、ベースブロック６の表面６ａが、産業用ロボットアームのアーム先端の端面に取り付けられると共に、テーブルブロック２の表面２ａが、ロボットハンドのハンド後端面に取り付けられる。そして、産業用ロボットアームが稼働して、ロボットハンドがワーク等の対象物を把持する際、把持に伴う衝撃等による荷重（外力）が、ロボットハンドからテーブルブロック２へ伝わる。テーブルブロック２へ伝わった荷重は、テーブルブロック２の中心部２ｄにおいて接する起歪体１０の中央部１２へ伝わる。【００５１】
起歪体１０の中央部１２は、所定の剛性を有する剛体であり、一方、起歪体１０の枠部１１もベースブロック６へ固定される。このことから、上述したように中央部１２へ伝わった荷重は、剛性が中央部１２及び枠部１１に比べて低いアーム部２０〜２２へと加わることになり、それによって、アーム部２０〜２２が弾性変形する。アーム部２０〜２２の弾性変形の仕方は、起歪体１０の中央部１２へ伝わる荷重の箇所に応じたものとなる。例えば、中央部１２において、アーム部２０が繋がる箇所の付近が押し込まれるような荷重を受けると、アーム部２０は、中央部１２へと繋がる側がベースブロック６の方へ撓むような弾性変形を行う。一方、残りのアーム部２１及び２２は、中央部１２へと繋がる側がテーブルブロック２の方へ撓むような弾性変形をする。【００５２】
本発明の第１実施形態に係る起歪体１０では、アーム部２０〜２２に弾性変形が繰り返し生じても、上述したようにアーム部２０〜２２の周面には残留応力層が形成されている。このことから、起歪体１０では、長期にわたり疲労破壊が生じにくくなっている。また、起歪体１０では、各アーム部２０〜２２に配置される歪ゲージＡ１〜Ｃ４′のアーム部２０〜２２の弾性変形に対する追従性も上述したように向上している。【００５３】
荷重に対し弾性変形が可能になっているアーム部２０〜２２の撓み具合を、アーム部２０〜２２に配置した歪ゲージＡ１〜Ｃ４′によって検出する。これにより、力覚センサ１において、起歪体１０の中央部１２に加わる各方向の力及びモーメント（６軸の力）が測定される。測定される６軸の力の内容としては、中央部１２へ加わるＸ軸方向の力Ｆｘ、Ｙ軸方向の力Ｆｙ、Ｚ軸方向の力Ｆｚ、Ｘ軸方向のモーメントＭｘ、Ｙ軸方向のモーメントＭｙ及びＺ軸方向のモーメントＭｚがある。次に、これらの６軸の力を測定するための電気系統について説明する。【００５４】
図９は、上述したように起歪体１０に配置される計２４個の歪ゲージＡ１〜Ｃ４′の電気的な接続の仕方を示す歪ゲージ回路２９の回路図である。計２４個の歪ゲージＡ１〜Ｃ４′を接続した歪ゲージ回路２９は、計６個のブリッジ回路Ｉ〜ＶＩを含む。第１ブリッジ回路Ｉ〜第３ブリッジ回路ＩＩＩは、各アーム部２０〜２２に配置された歪ゲージの中で、中央部１２の側に配置された歪ゲージによりブリッジ回路を構成したものになっている。第４ブリッジ回路ＩＶ〜第６ブリッジ回路ＶＩは、各アーム部２０〜２２に配置された歪ゲージの中で、枠部１１の側に配置された歪ゲージによりブリッジ回路を構成したものになっている。【００５５】
具体的に、第１ブリッジ回路Ｉは、アーム部２２のアーム表面２２ａにおいて中央部１２の側に配置された歪ゲージＡ１及びＡ２、並びに、アーム裏面２２ｂにおいて中央部１２の側に配置されたＡ１′及びＡ２′によってブリッジ回路を構成する。図９に示す第１ブリッジ回路Ｉでは、歪ゲージＡ１とＡ２とが対向すると共に、歪ゲージＡ１′とＡ２′とが対向する接続の仕方にしている（第２ブリッジ回路ＩＩ及び第３ブリッジ回路ＩＩＩでも同様）。【００５６】
第２ブリッジ回路ＩＩは、アーム部２１のアーム表面２１ａにおいて中央部１２の側に配置された歪ゲージＢ１及びＢ２、並びに、アーム裏面２１ｂにおいて中央部１２の側に配置された歪ゲージＢ１′及びＢ２′によってブリッジ回路を構成する。第３ブリッジ回路ＩＩＩは、アーム部２０のアーム表面２０ａにおいて中央部１２の側に配置された歪ゲージＣ１及びＣ２、並びに、アーム裏面２０ｂにおいて中央部１２の側に配置されたＣ１′及びＣ２′によってブリッジ回路を構成する。【００５７】
また、第４ブリッジ回路ＩＶは、アーム部２２のアーム表面２２ａにおいて枠部１１の側に配置された歪ゲージＡ３及びＡ４、並びに、アーム裏面２２ｂにおいて枠部１１の側に配置されたＡ３′及びＡ４′によってブリッジ回路を構成する。図９に示す第４ブリッジ回路ＩＶでは、歪ゲージＡ３とＡ３′とが対向すると共に、歪ゲージＡ４とＡ４′とが対向する接続の仕方にしている（第２ブリッジ回路ＩＩ及び第３ブリッジ回路ＩＩＩでも同様）。【００５８】
第５ブリッジ回路Ｖは、アーム部２１のアーム表面２１ａにおいて枠部１１の側に配置された歪ゲージＢ３及びＢ４、並びに、アーム裏面２１ｂにおいて枠部１１の側に配置された歪ゲージＢ３′及びＢ４′によってブリッジ回路を構成する。第６ブリッジ回路ＶＩは、アーム部２０のアーム表面２０ａにおいて枠部１１の側に配置された歪ゲージＣ３及びＣ４、並びに、アーム裏面２０ｂにおいて枠部１１の側に配置されたＣ３′及びＣ４′によってブリッジ回路を構成する。【００５９】
上述した歪ゲージ回路２９では、各ブリッジ回路Ｉ〜ＶＩに入力電源電圧Ｅｉｎが印加されるようになっている。そして、この電圧印加時に第１ブリッジ回路Ｉは、その出力端子から出力電圧信号ＣＨ−Ｉを出力する。以下同様に、第２ブリッジ回路ＩＩは出力電圧信号ＣＨ−ＩＩを出力する。第３ブリッジ回路ＩＩＩは出力電圧信号ＣＨ−ＩＩＩを出力する。第４ブリッジ回路ＩＶは出力電圧信号ＣＨ−ＩＶを出力し、第５ブリッジ回路Ｖは出力電圧信号ＣＨ−Ｖを出力する。第６ブリッジ回路ＶＩは出力電圧信号ＣＨ−ＶＩを出力する。【００６０】
図１０は、上述した図９に示す歪ゲージ回路２９から出力される出力電圧信号ＣＨ−Ｉ〜ＶＩの処理を行う信号処理モジュール３０の主要な内部構成を示すブロック図である。信号処理モジュール３０は、アンプ３１、Ａ／Ｄコンバーター３２、プロセッサ３３、メモリ３４、及びＤ／Ａコンバーター３５を含む。アンプ３１は、図９に示す歪ゲージ回路２９の出力端子と電気的に接続されると共に、歪ゲージ回路２９からの各出力電圧信号ＣＨ−Ｉ〜ＶＩを、それぞれ個別に増幅するためのＡＭＰ−Ｉ〜ＶＩを内蔵する。【００６１】
アンプ３１の各ＡＭＰ−Ｉ〜ＶＩによって増幅された増幅信号（アナログ信号）は、Ａ／Ｄコンバーター３２を介して、デジタル信号に変換されてからプロセッサ３３へ入力される。プロセッサ３３は、起歪体１０の中央部１２にかかる上述した６軸の力（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ及びＭｚ）を、力覚センサ１の測定結果として算出する処理を行うものである。プロセッサ３３は、以下に示す数式（１）に基づき、メモリ３４に記憶されている校正行列Ｃを参照して算出処理を行う。
【数１】
2019239938.tif 000003
【００６２】
上記の数式（１）において、Ｆは中央部１２にかかる上述した６軸の力（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ及びＭｚ）を表す以下の数式（２）に示す行列である。Ｃは以下の数式（３）に示す校正行列である。Ｅは歪ゲージ回路２９の出力電圧信号ＣＨ−Ｉ〜ＶＩのＡ／Ｄ変換した値を示す行列（以下の数式（４）参照）である。
【数２】
2019239938.tif 000004
【数３】
2019239938.tif 000005
【数４】
2019239938.tif 000006
【００６３】
なお、上記の数式（３）によって示す校正行列Ｃでは、力覚センサごとに固有の数値（予め算出されたもの）が用いられている。詳しくは、力覚センサへの６軸の力（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ及びＭｚ）が加わる条件、及び、そのときのアーム部２０〜２２の弾性変形に伴う歪ゲージＡ１〜Ｃ４′の検出結果より、校正行列Ｃの具体的な数値の中身を求めることになる。【００６４】
プロセッサ３３は、上記の数式（１）に示すように、数式（３）によって示す校正行列Ｃと、Ａ／Ｄコンバーター３２からの出力電圧信号に基づくＡ／Ｄ変換値の行列Ｅとを乗じて６軸の力（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ及びＭｚ）であるＦを算出する。プロセッサ３３は、その算出結果（荷重に対する起歪体１０の弾性変形に応じた物理量に相当）をデジタル信号として出力可能にする。それと共に、プロセッサ３３は、Ｄ／Ａコンバーター３５を介してアナログ信号によって出力することも可能にしている。このような出力値（デジタル又はアナログの信号による出力値）が、力覚センサ１の測定した物理量になる。【００６５】
なお、図１０に示す信号処理モジュール３０は、力覚センサ１において、ベースブロック６の空洞部６ｃ（図２（ｂ）参照）に配置される。それと共に、信号処理モジュール３０は、プロセッサ３３からの出力信号及びＤ／Ａコンバーター３５の出力信号を流すリード線を、ベースブロック６の周囲側壁６ｄに形成した切欠部６ｅ（図２（ａ）参照）から外部へ取り出すようにしている。【００６６】
図１１（ａ）〜（ｆ）は、上述した力覚センサ１について、ベースブロック６を固定した状態で、テーブルブロック２に対して外力やモーメント（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ及びＭｚ）をかけた場合を、無負荷状態と比較して、歪ゲージＡ１〜Ｃ４′の抵抗値の変化の状況、及びブリッジ回路Ｉ〜ＶＩの出力電圧信号ＣＨ−Ｉ〜ＶＩの電圧値変化の有無、すなわち、非平衡出力の有無を、ブリッジ回路Ｉ〜ＶＩごとに示したテーブルである。【００６７】
力覚センサ１において、枠部１１が固定で、中央部１２にＹ軸方向の外力Ｆｙが加わった場合、アーム部２０及び２２には力が作用して歪むが、アーム部２１は、その外周側に位置する貫通部２６のアーム部２１側の開口周縁が撓むため歪が生じない。また、枠部１１が固定で、中央部１２にＸ軸方向の外力Ｆｘが加わった場合、アーム部２０〜２２に、それぞれ力が作用して歪が生じる。さらに、枠部１１が固定で、中央部１２にＺ軸方向の外力Ｆｚが加わった場合、アーム部２０〜２２は、それぞれ均等に撓む。【００６８】
また、力覚センサ１において、枠部１１が固定で、中央部１２にＹ軸方向のモーメントＭｙが加わった場合、アーム部２１には捻りが生じるだけで撓まず、一方、アーム部２０、２２はモーメントが作用して撓む。そして、枠部１１が固定で、中央部１２にＸ軸方向のモーメントＭｘが加わった場合、アーム部２０〜２２に、それぞれモーメントが作用して撓む。さらに、枠部１１が固定で、中央部１２にＺ軸方向のモーメントＭｚが加わった場合、アーム部２０〜２２は、それぞれ均等に撓む。【００６９】
以上のように、本実施形態に係る力覚センサ１は、起歪体１０のアーム部２０〜２２の表面（周面）に圧縮残留応力層（負の値となる残留応力を有する層）が形成されるので、弾性変形に伴う金属疲労の疲れ強さが向上している。さらに、アーム部２０〜２２が枠部１１及び中央部１２へ繋がる箇所の縁における隅部分での応力集中を緩和しているので、全体的なセンサとしての使用寿命が従来のものに比べて長くなっている。さらに、本実施形態に係る力覚センサ１は、アーム部２０〜２２に配置される歪ゲージＡ１〜Ｃ４′について、アーム部２０〜２２の弾性変形する際の追従性を高めている。そのため、アーム部２０〜２２の弾性変形の際、両者間に滑りが生じにくくなっており、それにより、測定精度も従来に比べて向上している。さらには、各歪ゲージＡ１〜Ｃ４′の配置を工夫することによって（図６及び７の歪ゲージＢ３、Ｂ４、Ｂ３′及びＢ４′等の配置参照）、Ｍｚ、Ｆｘ及びＦｙの方向にモーメント及び外力がかかるときの歪に係る検出測定精度を従来に比べて向上させている。なお、本発明では、上述した第１実施形態の説明内容に限定されるものではなく、様々な変形例が想定できる。【００７０】
例えば、上述した説明では、力覚センサ１を、産業用ロボットアームに組み込む場合について説明したが、これ以外にも、例えば、遠隔操作ロボットの触覚検知に対する用途、及び、風洞実験模型にかかる抵抗外力の検出と云った用途等に適用することも勿論可能である。また、上述した説明では、力覚センサ１のベースブロック６及び起歪体１０の枠部１１を固定側にすると共に、テーブルブロック２及び起歪体１０の中央部１２を外力（荷重）の受ける側にした。ただし、このような状態を反対にして、テーブルブロック２及び起歪体１０の中央部１２を固定側、並びに、ベースブロック６及び起歪体１０の枠部１１を外力の受け側にして、測定対象の用途に適用してもよい。そして中央部１２の外周形状としては、六角形的なもの以外に、他の多角形的な形状又は円形等の形状を適用してもよい。【００７１】
また、歪ゲージＡ１〜Ｃ４′のアーム部２０〜２２への上述した配置の仕方（図６及び７参照）は一例であり、他の配置の仕方にすることも勿論可能である。例えば、枠部１１側に配置する歪ゲージＡ３及びＡ４等は、中央部１２の方へ末広がりに配置する替わりに、枠部１１の方へ末広がりとなるように斜め（中心線Ｙ１０に対して４５度）に配置してもよい（特許文献１の図１〜３及び７〜１０等参照）。また、上記の説明では、歪ゲージ用の基材に歪ゲージ素材が成膜されたタイプの歪ゲージＡ１〜Ｃ４′のアーム部２０〜２２への取付は接着剤による貼付によって行った。ただし、アーム部２０〜２２の表面及び裏面に、直接又は間接的に真空蒸着又はスパッタ方式等により成膜して金属薄膜の歪ゲージを形成するようにしてもよい。【００７２】
さらに、アーム部２０〜２２の周面に残留応力層を形成するのは、投射材を衝突させるショットピーニング処理で行う以外に、レーザ光（レーザビーム）を照射するレーザピーニング処理で行ってもよい。レーザピーニング処理を行う場合も、レーザを遮断するマスキングを図８に示す範囲（クロスハッチングの範囲）に行うことになる。ただし、レーザの照射範囲（照射箇所）を制御可能にした装置を用いる場合は、マスキングが不要になり、アーム部２０〜２２の周面のみにレーザを照射するように制御して、レーザピーニングを行うことになる。【００７３】
また、枠部１１に形成した計三つの貫通部２５、２６及び２７は、アーム部２０〜２２が枠部１１の側で弾性変形しやすい状況であれば、省略することも可能である。アーム部２０〜２２が弾性変形しやすい状況の例としては、起歪体１０の直径寸法、及び、枠部１１と中央部１２との間の第１空間部１５〜第３空間部１７の寸法等に対して、アーム部２０〜２２の延在方向の寸法が長い場合がある。また、延在方向に直交する幅寸法が細い場合、又は厚み寸法が薄い場合などがある。【００７４】
図１２（ａ）及び（ｂ）は、変形例の起歪体１０′を示す。変形例の起歪体１０′は、図４及び５に示す上述した起歪体１０と主要な構成等は共通し、枠部１１′、中央部１２′、及びアーム部２０′〜２２′を有する（歪ゲージはアーム部に配置されている）。相違する点として、変形例の起歪体１０′は、図４及び５に示す枠部１１の貫通部２５、２６及び２７を省略する一方、新たに、中央部１２′に中央側貫通部５０′〜５２′（第２貫通部に相当）を形成したことが特徴になっている。【００７５】
中央側貫通部５０′〜５２′は、中央部１２′において、各アーム部２０′〜２２′の中央部１２′の側への延在方向に応じた箇所に形成した位置決孔１４ａ′〜１４ｃ′と、各アーム部２０′〜２２′が中央部１２′へ繋がる中央連結箇所２０ｃ′〜２２ｃ′との間に形成されている。中央側貫通部５０′〜５２′は、直線状であり、六角形状の中央部１２′の外周輪郭を形成する外周辺部１２ｃ′、１２ｄ′及び１２ｅ′と平行で、且つ、少し短い寸法になっている。【００７６】
変形例の起歪体１０′は、中央部１２′に上述した中央側貫通部５０′〜５２′を形成することによって、アーム部２０′〜２２′の延在方向に応じた伸び方向の変形性が抑止されている。それにより伸び方向の検出精度を確保できる。それと共に、アーム部２０′〜２２′の中央部１２′側の中央連結箇所２０ｃ′〜２２ｃ′の剛性が、図４等に示す起歪体１０の場合より低下し、より、小さな荷重でも敏感に歪を検出することが可能になっている。【００７７】
図１３（ａ）及び（ｂ）は、他の変形例の起歪体１０″を示す。他の変形例の起歪体１０″は、図４及び５に示す上述した起歪体１０と主要な構成等は共通する。それと共に、この起歪体１０の特徴である枠部１１の貫通部２５〜２７に応じた貫通部２５″〜２７″を枠部１１″に形成する。それと共に、図１２（ａ）及び（ｂ）に示す変形例１０の起歪体１０′の特徴である中央部１２′の中央側貫通部５０′〜５２′に応じた中央側貫通部５０″〜５２″を中央部１２″に形成したものになっている。【００７８】
起歪体１０″は、枠部１１″の貫通部２５″〜２７″及び中央部１２″の中央側貫通部５０″〜５２″（位置決孔１４ａ″〜１４ｃ″と、アーム部２０″〜２２″が中央部１２″へ繋がる箇所との間に形成した第２貫通部）を設けている。これにより、上述した起歪体１０の貫通部２５〜２７によるメリット、及び起歪体１０′の中央側貫通部５０′〜５２′によるメリットの両方が得られる。特に、小さな外力に対する測定を行う場合などに好適となる。アーム部２０″〜２２″の延在方向に応じた伸び方向の変形性が更に抑止されると共に、アーム部２０″〜２２″の両端側の剛性は相対的に低下しており、外力（荷重）に対して更に敏感に弾性変形しやすい構成になっているためである。【００７９】
また、図４及び５に示す起歪体１０、図１２に示す起歪体１０′、並びに、図１３に示す起歪体１０″では、中央部１２、１２′及び１２″において、計３つの位置決孔１４ａ〜１４ｃ、１４ａ′〜１４ｃ′及び１４ａ″〜１４ｃ″をそれぞれ形成するようにした。ただし、仕様によっては、位置決孔の数を２つに減らすことも可能である（例えば、各起歪体１０、１０′及び１０″において、位置決孔１４ｃ、１４ｃ′及び１４ｃ″を省略する。後述の図１９及び２０に示す第２実施形態の起歪体１１０における位置決孔１１４ａ及び１１４ｂ参照）。このように位置決孔を２つにすると、加工箇所の削減及び組立工数の削減等を図れる。なお、起歪体（例えば、起歪体１０）の位置決孔の数を削減した場合は、その削減した位置決孔（例えば、位置決孔１４ｃ）に対応するテーブルブロック２の位置決穴（例えば、位置決穴４ｃ）も省略することになる。【００８０】
さらに、上述した説明では、テーブルブロック２にロボットハンドを取り付けるためのハンド取付ネジ穴は計３個にしていたが（ハンド取付ネジ穴５ａ〜５ｃ）。ただし、より強固にロボットハンドを取り付ける必要がある場合は、周方向に９０度間隔で計４個のハンド取付ネジ穴を設けてもよい（後述の図１６に示す第２実施形態の力覚センサ１０１のテーブルブロック１０２におけるハンド取付ネジ穴１０５ａ〜１０５ｄ参照）。同様に、ベースブロック６をロボットアームに取り付けるための計３個のアーム取付ネジ穴７ａ〜７ｃについても、強固にロボットアームへ取り付ける必要がある場合は、周方向に９０度間隔で計４個のアーム取付ネジ穴を設けてもよい。【００８１】
図１４（ａ）〜（ｃ）は、変形例のマスキング状態の起歪体１０を示し、図８（ａ）〜（ｃ）のマスキング状態の起歪体１０に比べて、マスキングをしていない部分を拡張した例を示す。具体的には、各アーム部２０〜２２の中央部１２側の端部となる中央連結箇所２０ｃ〜２２ｃが中央部１２と繋がる外周辺部１２ｃ、１２ｄ及び１２ｅを含む箇所もマスキングを行わないようにしている。当該各アーム部２０〜２２の中央部１２側の端部となる中央連結箇所２０ｃ〜２２ｃが中央部１２と繋がる外周辺部１２ｃ、１２ｄ及び１２ｅを含む箇所は、外周辺部１２ｃ、１２ｄ及び１２ｅに係る辺と平行な直線状の箇所である。また、各アーム部２０〜２２の枠部１１側の端部となる外側連結箇所２０ｄ〜２２ｄが枠部１１と繋がる内周辺部１１ｃ、１１ｄ及び１１ｅを含む箇所（内周辺部１１ｃ、１１ｄ及び１１ｅに係る辺と平行な直線状の箇所）もマスキングを行わないようにしている。【００８２】
すなわち、各アーム部２０〜２２の両端の付け根となる中央連結箇所２０ｃ〜２２ｃ及び外側連結箇所２０ｄ〜２２ｄは応力が集中しやすくなっている。それに伴い、これらの中央連結箇所２０ｃ〜２２ｃ及び２０ｄ〜２２ｄが連結する中央部１２の外周辺部１２ｃ、１２ｄ及び１２ｅの付近、並びに、枠部１１の内周辺部１１ｃ、１１ｄ及び１１ｅ付近も応力集中による負担が大きくなる傾向がある。そのため、図１４（ａ）〜（ｃ）に示すように、外周辺部１２ｃ、１２ｄ及び１２ｅ、並びに、内周辺部１１ｃ、１１ｄ及び１１ｅを含む箇所もマスキングを行わない状態にして、投射材を起歪体１０へ向けて投射する工程を行ってもよい。これにより、これらの各辺部に係る箇所も負の値となる残留応力を有する残留応力層が形成され、弾性変形に対する疲労破壊性に対する強さを一層向上できる。なお、この変形例では、各内周辺部１１ｃ〜１１ｅ及び１２ｃ〜１２ｅに係る辺と平行な直線状の箇所も、各アーム部２０〜２２に加えて起歪部分に含まれる。【００８３】
さらに、図１５（ａ）〜（ｃ）は、別の変形例のマスキング状態の起歪体１０を示し、図１４（ａ）〜（ｃ）によって示した変形例に対して、マスキングをしていない部分を一段と拡張した例になっている。具体的には、中央部１２において、各アーム部２０〜２２の中央連結箇所２０ｃ〜２２ｃが繋がる外周辺部１２ｃ、１２ｄ及び１２ｅの一辺の両端角を含む範囲に至る箇所もマスキングを行わないようにしている。当該各アーム部２０〜２２の中央連結箇所２０ｃ〜２２ｃが繋がる外周辺部１２ｃ、１２ｄ及び１２ｅの一辺の両端角を含む範囲に至る箇所は、外周辺部１２ｃ、１２ｄ及び１２ｅに係る一辺の両端を含む直線状の箇所である。また、枠部１１において、各アーム部２０〜２２の外側連結箇所２０ｄ〜２２ｄが繋がる内周辺部１１ｃ、１１ｄ及び１１ｅの貫通部２５〜２７の長手方向範囲に応じた箇所もマスキングを行わないようにしている。当該各アーム部２０〜２２の外側連結箇所２０ｄ〜２２ｄが繋がる内周辺部１１ｃ、１１ｄ及び１１ｅの貫通部２５〜２７の長手方向範囲に応じた箇所は、内周辺部１１ｃ、１１ｄ及び１１ｅの近傍の貫通部２５〜２７の長手方向の範囲に応じた直線状の箇所である。【００８４】
図１４（ａ）〜（ｃ）のマスキング状態の変形例でも説明したように、中央部１２の外周辺部１２ｃ、１２ｄ及び１２ｅの付近は、構造的に応力集中による負担が大きい。同様に枠部１１の内周辺部１１ｃ、１１ｄ及び１１ｅ付近にいたっては、長穴状の貫通部２５〜２７の存在により、応力集中が生じやすい。そのため、図１５（ａ）〜（ｃ）に示すように、外周辺部１２ｃ、１２ｄ及び１２ｅの一辺両端の角を含む箇所もマスキングを行わない状態にして、投射材を起歪体１０へ向けて投射する工程を行ってもよい。また、内周辺部１１ｃ、１１ｄ及び１１ｅの貫通部２５〜２７の長手方向に応じた範囲を含む箇所もマスキングを行わない状態にして、投射材を起歪体１０へ向けて投射する工程を行ってもよい。これにより、これらの箇所も負の値となる残留応力を有する残留応力層が形成され、弾性変形に対する疲労破壊性に対する強さを一段と向上できる。なお、この変形例では、各内周辺部１１ｃ〜１１ｅ及び１２ｃ〜１２ｅのマスキングを行っていない箇所も、起歪部分に含まれる。
【実施例２】
【００８５】
図１６〜１８は、本発明の第２実施形態に係る物理量測定センサの具体例である力覚センサ１０１を示す。第２実施形態に係る力覚センサ１０１は、図１等に示す第１実施形態に係る力覚センサ１と同様、産業用ロボットアームに適用されるものである。ただし、第２実施形態に係る力覚センサ１０１は、第１実施形態に係る力覚センサ１における起歪体１０とベースブロック６とを一体化した起歪体１１０（図１７〜２０参照）を用いたことが特徴になっている。このような構造を採用することによって、第２実施形態に係る力覚センサ１０１は、第１実施形態の力覚センサ１に比べて、部品点数の削減、組み立て工数の低減、Ｚ軸方向の寸法の小型化、電気系統基板の収納性向上、及び加工工数の低減も達成している。以下、第２実施形態に係る力覚センサ１０１について詳説していく。なお、第２実施形態においても、Ｘ、Ｙ及びＺ軸に係る方向は、第１実施形態の場合と同様である。【００８６】
図１７（ａ）、（ｂ）に示すように、力覚センサ１０１は、ロボットハンドへの取付側（正面側に相当）に位置するテーブルブロック１０２と、ロボットアームへの取付側（背面側に相当）に位置する起歪体１１０とを積層した構成になっている。【００８７】
テーブルブロック１０２は、少し厚みのある円板状の部材によって構成されており、正面側から見ると円形であり（図１６（ａ）参照）、正面側に応じたフラットな正面１０２ａに多数の穴（孔）を開口している。詳しくは、テーブルブロック１０２は、円形の中心付近において、高さ方向の中心線Ｙ２に対称となる正三角形の配置でボルト孔１０３ａ、１０３ｂ及び１０３ｃ（ザグリ部を有し、ボルトを通すための貫通孔）を穿設している。それと共に、テーブルブロック１０２は、ボルト孔１０３ａの左側及び下方に位置決穴１０４ａ及び１０４ｂ（はめあい公差を有する貫通穴）を形成している。【００８８】
また、テーブルブロック１０２は、外周付近において正方形的な配置となるように、ハンド取付ネジ穴１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ及び１０５ｄ（雌ネジのある穴）を形成している。これらハンド取付ネジ穴１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ及び１０５ｄは、ロボットハンドへの取付に用いられる。さらに、テーブルブロック１０２は、高さ方向の中心線Ｙ２と直交する水平線上に、中心線Ｙ２と対象となるようにハンド位置決穴１０４ｄ及び１０４ｅを形成している。これらハンド位置決穴１０４ｄ及び１０４ｅは、ロボットハンドに対する位置決めに用いられる。さらにまた、テーブルブロック１０２は、背面１０２ｄの側について、縁部１０２ｆを残して、内部を刳り抜いた空洞１０２ｃを設けた形状にしている（図１７（ｂ）参照）。【００８９】
一方、起歪体１１０は、図１９及び２０にも示すように、第１実施形態の起歪体１０に比べて厚みのある円板状の部材によって構成されている。起歪体１１０は、第１実施形態の起歪体１０と同様に、正面（図１９（ａ）参照）又は背面（図２０参照）から見ると、外周を円形状にしている。起歪体１１０は、中央部１１２と周囲の枠部１１１とを、計３本のアーム部１２０、１２１及び１２２（起歪部分に相当するもの）によって繋いた構造になっている（図１９（ａ）及び２０参照）。なお、アーム部１２０〜１２２の構成は基本的に第１実施形態と同様であり、外部からの荷重又はモーメントに対して弾性変形する。第２実施形態の起歪体１１０の特徴として、Ｚ軸方向の寸法（厚み寸法）を第１実施形態に比べて厚くすると共に、起歪体１１０の正面１１０ａから中央部１１２を突出している。また、背面１１０ｂの側は、周囲を残した中央箇所に凹状の窪み部１１０ｅを形成していることなどが挙げられる。【００９０】
中央部１１２は、内部に正三角形の配置となるネジ孔１１３ａ、１１３ｂ及び１１３ｃ（雌ネジのある孔）を有すると共に、アーム部１２０及び１２１が繋がる箇所の近傍に位置決孔１１４ａ及び１１４ｂ（はめあい公差を有する貫通孔）を形成する。ネジ孔１１３ａ〜１１３ｃは、上述したテーブルブロック１０２のボルト孔１０３ａ〜１０３ｃに対応し、位置決孔１１４ａ及び１１４ｂは、テーブルブロック１０２の位置決穴１０４ａ及び１０４ｂに対応する。また、外形が六角形的な中央部１１２は、六角形の六辺の中でネジ孔１１３ａ、１１３ｂ及び１１３ｃと対向しない外周辺部１１２ｃ、１１２ｄ及び１１２ｅの中央箇所においてアーム部１２０、１２１及び１２２と繋がっている。【００９１】
枠部１１１は、外周輪郭が円形であり、内周輪郭は上述した中央部１１２の輪郭を相似的に拡大した六角形状になっている。また、枠部１１１は、内部に四角形の配置となるボルト孔１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ及び１１８ｄを有する。また、枠部１１１は、上述した中央部１１２の外周辺部１１２ｃ、１１２ｄ及び１１２ｅに対向した内周辺部１１１ｃ、１１１ｄ及び１１１ｅの中央箇所においてアーム部１２０、１２１及び１２２と繋がっている。枠部１１１は、これらアーム部１２０、１２１、１２２が存在することによって、枠部１１１と中央部１１２との間の空間は３つに分断されて第１空間部１１５、第２空間部１１６及び第３空間部１１７が生じている。【００９２】
さらに、枠部１１１は、各アーム部１２０〜１２２が繋がった箇所に対向して、計三つの貫通部１２５、１２６及び１２７（第１貫通部に相当）を形成している。これら貫通部１２５〜１２７は、第１実施形態の貫通部２５〜２７と同様、六角形状の内周における内周辺部１１１ｃ、１１１ｄ及び１１１ｅに沿った直線形状であり、内周辺部１１１ｃ、１１１ｄ及び１１１ｅの辺長さと同等又は少し長めの寸法になっている。【００９３】
また、図２０に示すように、起歪体１１０は、背面１１０ｂから見ると、中央箇所を大きく円形に刳り抜いた空洞部１１０ｅを形成している。この空洞部１１０ｅは、径方向の寸法として、上述した貫通部１２５〜１２７が含まれる程度の長さを確保している。そのため、起歪体１１０において、アーム部１２０〜１２２及び枠部１１１の貫通部１２５〜１２７を含むリング状の範囲箇所の厚み（Ｚ軸方向の寸法）が最も薄くなっている。当該厚みは、空洞部１１０ｅの底面１１０ｄから起歪体１１０の正面１１０ａまでの厚みである。次に薄いのが中央部１１２の厚みとなり、空洞部１１０ｅの底面１１０ｄから中央部の突出面１１２ａまでの厚みとなっている。最も厚いのが枠部１１１の外周範囲箇所（リング形状の範囲）の厚みとなり、起歪体１１０の正面１１０ａ（枠部表面１１１ａと同じ）から起歪体１１０の背面１１０ｂまでの厚みを有する。【００９４】
第２実施形態の起歪体１１０は、上述したような厚み寸法にしている。これにより、最も厚みの薄い各アーム部１２０〜１２２及び枠部１１１の貫通部１２５〜１２７を含むリング状の範囲箇所について、外部からの荷重又はモーメントに対して弾性変形のしやすさを確保している。また、２番目の厚みを有する中央部１１２は、力覚センサ１０１として、上述したテーブルブロック１０２と組み合わされた際、テーブルブロック１０２からの外力を受ける受力部として機能するのに必要な剛性を確保している。そして、最も厚みのある枠部１１１の外周範囲箇所（リング形状の範囲）は、ロボットアームと直接的に連結される部分となるので、ロボットアームの作動に対する所要の剛性に応じた厚み寸法になっている。【００９５】
なお、起歪体１１０は、図２０に示す背面１１０ｂにおいて、枠部１１１の外周範囲箇所に、ロボットアーム用の位置決穴１１９ａ及び１１９ｂを設けている。それと共に、起歪体１１０は、空洞部１１０ｅに収める電気系統基板の接続用リード線の引出用の凹部１１０ｆ及び溝部１１０ｇを設けている。また、完成した起歪体１１０の空洞部１１０ｅの内部には、電気系の信号処理モジュール（図１０に示す第１実施形態の信号処理モジュール３０参照）を構成する基板を配置している。それと共に、完成した起歪体１１０の空洞部１１０ｅの内部には、基板から延出して外部との接続用のリード線を溝部１１０ｇに収めて配置している。これにより、図１６（ｂ）に示すように、空洞部１１０ｅに円形のカバー１０６を取り付けて空洞部１１０ｅを閉鎖する。また、凹部１１０ｆにも凹部カバー１０７を取り付けて、凹部１１０ｆ及び溝部１１０ｇを閉鎖する。【００９６】
上述した構成の起歪体１１０は、第１実施形態と同様に、弾性変形可能な金属材料の素材を機械加工（切削加工）することによって形成されており、起歪体１１０の周縁、辺部及び隅部分等のバリ除去のための面取加工も行われている。この面取加工は第２実施形態の起歪体１１０においても、第１実施形態と同様に入念な面取加工が行われる。当該面取加工は、例えば、第１実施形態の図６及び７において二点鎖線によって囲まれている範囲に相当する枠部１１１とアーム部１２０〜１２２とが繋がる箇所の縁における隅部分に対して行われる。また、当該面取加工は、中央部１１２とアーム部１２０〜１２２とが繋がる箇所の縁における隅部分に対しても行われる。なお、上述した隅部分を形成する曲率半径の寸法等も第１実施形態の場合と同様である。また、このような機械加工及び面取加工を行うと、第２実施形態においても、マスキングを行ってから表面処理加工（投射材の投射による加工）を行うことになる。【００９７】
図２１は、表面処理加工のために起歪体１１０（完成前の起歪体）をマスキングした状態を示す。マスキングを行うマスキング工程では図２１に示すように、歪ゲージＡ１１〜Ｃ１４′の配置箇所を含んだアーム部１２０〜１２２を除いた他の部分（起歪部分を除いた他の部分に相当。この第２実施例では枠部１１１及び中央部１１２が該当）を粘着テープＴによってマスキングする。なお、マスキングは、中央部１１２の外周側面、枠部１１１の内周側面、及び起歪体１１０（枠部１１１）の外周側面１１０ｃと云った厚み方向の側面にも行われる。そのため、マスキングされていないアーム部１２０〜１２２は、アーム表面１２０ａ〜１２２ａにおいて中央部１１２と繋がる中央連結箇所１２０ｃ〜１２２ｃから枠部１１１と繋がる外側連結箇所１２０ｄ〜１２２ｄへと至る範囲が露出する。それと共に、マスキングされていないアーム部１２０〜１２２は、アーム裏面１２０ｂ〜１２２ｂにおいて中央連結箇所１２０ｃ〜１２２ｃから枠部１１１と繋がる外側連結箇所１２０ｄ〜１２２ｄへと至る範囲が露出する。さらに、マスキングされていないアーム部１２０〜１２２は、アーム部１２０〜１２２の両側面も露出する。そのため、アーム部１２０〜１２２は全周にわたり露出している状態となっている。【００９８】
そして、図２１に示したマスキング状態の起歪体１１０に対して、第１実施形態と同様に、投射材を投射する工程を行って、マスキングを行っていない部分（起歪部分）に、圧縮の残留応力を有する残留応力層を形成する。また、このように残留応力層が形成される起歪部分の表面粗さは、マスキングされていない箇所に比べて粗くなっている。【００９９】
上記のように投射材の投射工程を終了すると、マスキング素材を除去し、それから、各アーム部１２０〜１２２のアーム表面１２０ａ〜１２２ａ及びアーム裏面１２０ｂ〜１２２ｂに歪ゲージＡ１１〜Ｃ１４′を接着剤によって貼り付ける。第２実施形態の歪ゲージＡ１１〜Ｃ１４′は、第１実施形態の歪ゲージＡ１〜Ｃ４′にそれぞれ対応し、歪ゲージＡ１１〜Ｃ１４′の配置、接着の仕方、及び電気的な接続の仕方（図９に示す歪ゲージ回路参照）などは第１実施形態と同様である。また、歪ゲージＡ１１〜Ｃ１４′を接続して構成される歪ゲージ回路からの出力電圧信号の処理を行う信号処理モジュールも、第２実施形態の力覚センサ１０１では、第１実施形態と同様のものを用いている（図１０参照）。【０１００】
このような製造工程を経た起歪体１１０には、上述したように、電気系の信号処理モジュールの基板が空洞部１１０ｅに収められ、基板から延出するリード線も溝部１１０ｇに収められてから、カバー１０６及び凹部カバー１０７によって、空洞部１１０ｅ及び凹部１１０ｆが閉鎖されることになる。次に、起歪体１１０及びテーブルブロック１０２によって構成される力覚センサ１０１を、産業用ロボットアームへ取り付ける手順を、図１７及び１８等に基づき説明する。【０１０１】
まず、図１８（ａ）及び（ｂ）に示すように、起歪体１１０を、産業用ロボットアームのロボットアーム側へ取り付ける。この際、起歪体１１０の背面１１０ｂに形成した位置決穴１１９ａ及び１１９ｂに位置決めピンＰ２を圧入しておく。これら位置決穴１１９ａ及び１１９ｂに対応して設けられたロボットアームの位置決穴に、位置決めピンＰ２の先端を圧入して、起歪体１１０の背面１１０ｂをロボットアームの先端面に重ね合わせる（図１８（ｂ）参照）。それから、起歪体１１０の正面１１０ａに形成した計４個のボルト孔１１８ａ〜１１８ｄにボルトＮ２（六角穴付ボルト）を通して、これらボルト孔１１８ａ〜１１８ｄに対応して形成されているロボットアームのネジ穴に締結する。これにより、起歪体１１０をロボットアームへ固定する（図１８（ａ）参照）。【０１０２】
次に、テーブルブロック１０２を起歪体１１０へ取り付けて力覚センサ１０１を組み上げる。具体的には、テーブルブロック１０２の位置決穴１０４ａ及び１０４ｂに、背面１０２ｄから位置決めピンＰを圧入しておく。これら位置決穴１０４ａ及び１０４ｂに対応して設けられた起歪体１１０の中央部１１２の突出面１１２ａに開口している位置決孔１１４ａ及び１１４ｂに、位置決めピンＰの先端を圧入する。テーブルブロック１０２の背面１０２ｄを、起歪体１１０の中央部１１２の突出面１１２ａに重ね合わせる（図１７（ｂ）参照）。なお、図１７（ｂ）等では、起歪体１１０の空洞部１１０ｅ及び凹部１１０ｆを覆うカバー１０６及び１０７の図示は省略している。【０１０３】
それから、テーブルブロック１０２の正面１０２ａに開口している計３個のボルト孔１０３ａ〜１０３ｃにボルトＮ（六角穴付ボルト）を通す。これらボルト孔１０３ａ〜１０３ｃに対応して形成されている起歪体１１０の中央部１１２の突出面１１２ａに開口しているネジ孔１１３ａ、１１３ｂ及び１１３ｃに締結する。これにより、テーブルブロック１０２を起歪体１１０へ固定し、それにより、第２実施形態の力覚センサ１０１を完成させている。【０１０４】
なお、力覚センサ１０１に、産業用ロボットアームのロボットハンド側を取り付ける手順としては、ロボットハンドに形成した位置決穴に位置決めピンＰ１を圧入しておく。このような位置決めピンＰ１の先端を、テーブルブロック１０２の正面１０２ａに開口しているハンド位置決穴１０４ｄ及び１０４ｅに圧入する。ロボットハンドを、テーブルブロック１０２の正面１０２ａに重ね合わせる（図１８（ｂ）参照）。それから、ロボットハンドに開口している計４個のボルト孔にボルトＮ１（六角穴付ボルト）を通して、テーブルブロック１０２の正面１０２ａに開口している計４個のハンド取付ネジ穴１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ及び１０５ｄに締結する。これにより、ロボットハンドをテーブルブロック１０２へ固定する。【０１０５】
上述した構成の第２実施形態の力覚センサ１０１では、ロボットハンドに対する負荷が、まず、テーブルブロック１０２へかかる。このテーブルブロック１０２へかかった負荷は、外力として、テーブルブロック１０２の背面１０２ｄに突出面１１２ａが接する起歪体１１０の中央部１１２によって受けられる。起歪体１１０は中央部１１２によって外力を受けると、ロボットアームと固定されている枠部１１１とを介したアーム部１２０〜１２２が弾性変形し、このような弾性変形に伴う歪に係る検出を歪ゲージＡ１１〜Ｃ１４′が行うことになる。【０１０６】
そして、第２実施形態の力覚センサ１０１が備える枠部１１１においても、各アーム部１２０〜１２２には圧縮残留応力を有する残留応力層が形成されている。そのため、弾性変形に伴う金属疲労の疲れ強さが向上している。さらに、アーム部１２０〜１２２が枠部１１１及び中央部１１２へ繋がる箇所の縁における隅部分での応力集中を緩和しているので、使用寿命を長くすることができる。さらに、第２実施形態では、このような第１実施形態と共通する効果に加えて、上述した構成の枠部１１１を用いることによって、部品点数の削減、組み立て工数の低減、Ｚ軸方向の寸法の小型化、電気系統基板の収納性向上、及び加工工数の低減も達成している。【０１０７】
なお、第２実施形態においても、アーム部１２０〜１２２に配置される歪ゲージＡ１１〜Ｃ１４′の接着性を高めたので、測定精度も従来に比べて向上している。なお、第２実施形態においても、上述した第１実施形態において説明した各種変形例の適用が可能である。【０１０８】
また、図２２及び２３は、第２実施形態に係る起歪体１１０のマスキング状態の変形例を示す。図２２（ａ）〜（ｃ）は、図１４（ａ）〜（ｃ）を用いて説明した第１実施形態のマスキング変形例に対応したものである。図２３（ａ）〜（ｃ）は、図１５（ａ）〜（ｃ）を用いて説明した第１実施形態の別のマスキング変形例に対応したものである。いずれの変形例も、図２１に示すマスキングしていない箇所を、各アーム部１２０〜１２２の両端から拡張した状態を示している。【０１０９】
すなわち、図２２（ａ）〜（ｃ）に示す変形例のマスキング状態では、各アーム部１２０〜１２２の中央部１１２側の端部となる中央連結箇所１２０ｃ〜１２２ｃが、中央部１１２と繋がる外周辺部１１２ｃ、１１２ｄ及び１１２ｅを含む箇所もマスキングを行わないようにしている。当該各アーム部１２０〜１２２の中央部１１２側の端部となる中央連結箇所１２０ｃ〜１２２ｃが中央部１１２と繋がる外周辺部１１２ｃ、１１２ｄ及び１１２ｅを含む箇所は、外周辺部１１２ｃ、１１２ｄ及び１１２ｅに係る辺と平行な直線状の箇所である。また、各アーム部１２０〜１２２の枠部１１１側の端部となる外側連結箇所１２０ｄ〜１２２ｄが枠部１１１と繋がる内周辺部１１１ｃ、１１１ｄ及び１１１ｅを含む箇所もマスキングを行わないようにしている。当該各アーム部１２０〜１２２の枠部１１１側の端部となる外側連結箇所１２０ｄ〜１２２ｄが枠部１１１と繋がる内周辺部１１１ｃ、１１１ｄ及び１１１ｅを含む箇所は、内周辺部１１１ｃ、１１１ｄ及び１１１ｅに係る辺と平行な直線状の箇所である。【０１１０】
このような各アーム部１２０〜１２２の両端の付け根となる中央連結箇所１２０ｃ〜１２２ｃ及び外側連結箇所１２０ｄ〜１２２ｄは応力が集中しやすくなっている。それに伴い、これらの中央連結箇所１２０ｃ〜１２２ｃ及び１２０ｄ〜１２２ｄが連結する中央部１１２の外周辺部１１２ｃ、１１２ｄ及び１１２ｅの付近、並びに、枠部１１１の内周辺部１１１ｃ、１１１ｄ及び１１１ｅ付近も応力集中による負担が大きくなる傾向がある。そのため、図２２（ａ）〜（ｃ）に示すように、外周辺部１１２ｃ、１１２ｄ及び１１２ｅ、並びに、内周辺部１１１ｃ、１１１ｄ及び１１１ｅを含む箇所もマスキングを行わない状態にして、投射材を起歪体１１０へ向けて投射する工程を行ってもよい。これにより、これらの各辺部に係る箇所も負の値となる残留応力を有する残留応力層が形成され、弾性変形に対する疲労破壊性に対する強さを一層向上できる。なお、この変形例では、各内周辺部１１１ｃ〜１１１ｅ及び１１２ｃ〜１１２ｅに係る辺と平行な直線状の箇所も、各アーム部１２０〜１２２に加えて起歪部分に含まれることになる。【０１１１】
さらに、図２３（ａ）〜（ｃ）に示す別の変形例のマスキング状態では、中央部１１２において、各アーム部１２０〜１２２の中央連結箇所１２０ｃ〜１２２ｃが繋がる外周辺部１１２ｃ、１１２ｄ及び１１２ｅの一辺の両端角を含む範囲に至る箇所もマスキングを行わないようにしている。当該各アーム部１２０〜１２２の中央連結箇所１２０ｃ〜１２２ｃが繋がる外周辺部１１２ｃ、１１２ｄ及び１１２ｅの一辺の両端角を含む範囲に至る箇所は、外周辺部１１２ｃ、１１２ｄ及び１１２ｅに係る一辺の両端を含む直線状の箇所である。枠部１１１において、各アーム部１２０〜１２２の外側連結箇所１２０ｄ〜１２２ｄが繋がる内周辺部１１１ｃ、１１１ｄ及び１１１ｅの貫通部１２５〜１２７の長手方向範囲に応じた箇所もマスキングを行わないようにしている。当該内周辺部１１１ｃ、１１１ｄ及び１１１ｅの貫通部１２５〜１２７の長手方向範囲に応じた箇所は、内周辺部１１１ｃ、１１１ｄ及び１１１ｅの近傍の貫通部１２５〜１２７の長手方向の範囲に応じた直線状の箇所である。【０１１２】
上述したように、中央部１１２の外周辺部１１２ｃ、１１２ｄ及び１１２ｅの付近は、構造的に応力集中による負担が大きい。同様に枠部１１１の内周辺部１１１ｃ、１１１ｄ及び１１１ｅ付近にいたっては、長穴状の貫通部１２５〜１２７の存在により、応力集中が生じやすい。そのため、図２３（ａ）〜（ｃ）に示すように、外周辺部１１２ｃ、１１２ｄ及び１１２ｅの一辺両端の角を含む箇所もマスキングを行わない状態にして、投射材を起歪体１１０へ向けて投射する工程を行ってもよい。また、内周辺部１１１ｃ、１１１ｄ及び１１１ｅの貫通部１２５〜１２７の長手方向に応じた範囲を含む箇所もマスキングを行わない状態にして、投射材を起歪体１１０へ向けて投射する工程を行ってもよい。これにより、これらの箇所も負の値となる残留応力を有する残留応力層が形成され、弾性変形に対する疲労破壊性に対する強さを一段と向上できる。なお、この変形例では、各内周辺部１１１ｃ〜１１１ｅ及び各外周辺部１１２ｃ〜１１２ｅのマスキングを行っていない箇所も、起歪部分に含まれることになる。
【実施例３】
【０１１３】
図２４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３実施形態に係る起歪体５５を示し、物理量測定センサとして、ロードセル（荷重変換器及び力変換器）に適用されるものになっている。第３実施形態の起歪体５５は、円柱状の部材５６によって構成されている。起歪体５５は、Ｘ軸方向（水平方向）と平行な中心線Ｘ５より上方及び下方となる外周の前面５６ａにおいて、Ｙ軸方向（垂直方向）と平行な中心線Ｙ５と交わる箇所である前面上方箇所５６ｃ及び前面下方箇所５６ｄを、歪ゲージの貼付箇所にしている。また、起歪体５５は、Ｘ軸方向と平行な中心線Ｘ５より上方及び下方となる外周の背面５６ｂにおいて、Ｙ軸方向と平行な中心線Ｙ５と交わる箇所である背面上方箇所５６ｅ及び背面下方箇所５６ｆを、歪ゲージの貼付箇所にしている。当該歪ゲージの貼付箇所は、図２４（ｂ）及び（ｃ）にてクロスハッチングによって示す計４箇所の矩形範囲である。【０１１４】
なお、各箇所（前面上方箇所５６ｃ、前面下方箇所５６ｄ、背面上方箇所５６ｅ及び背面下方箇所５６ｆ）は矩形（長方形）であると共に、前面上方箇所５６ｃ及び背面上方箇所５６ｅは長手方向を中心線Ｙ５に合わせる一方、前面下方箇所５６ｄ及び背面下方箇所５６ｆは長手方向を中心線Ｘ５と平行にしている。また、第３実施形態においても、起歪体５５の素材、歪ゲージの仕様及び歪ゲージの配置の仕方等は、第１実施形態と同様である。【０１１５】
図２５（ａ）〜（ｃ）は、第３実施形態における起歪体５５のマスキング状態を示す。第３実施形態の起歪体５５の製造においても、機械加工（面取加工を含む）により、素材から上述した円柱状の部材５６を形成し、それから、図２５（ａ）〜（ｃ）に示すように、部材５６のマスキングを行う。具体的には、歪ゲージの貼付箇所となる前面上方箇所５６ｃ、前面下方箇所５６ｄ、背面上方箇所５６ｅ及び背面下方箇所５６ｆを含む矩形範囲をそれぞれ、前面上方起歪部分５６ｒ、前面下方起歪部分５６ｓ、背面上方起歪部分５６ｔ及び背面下方起歪部分５６ｕとする。これらの荷重に対する弾性変形に伴う歪の発生範囲に係る部分に相当する各起歪部分（前面上方起歪部分５６ｒ、前面下方起歪部分５６ｓ、背面上方起歪部分５６ｔ及び背面下方起歪部分５６ｕ）にはマスキングを行わず、これら各起歪部分（前面上方起歪部分５６ｒ、前面下方起歪部分５６ｓ、背面上方起歪部分５６ｔ及び背面下方起歪部分５６ｕ）を除いた他の部分をマスキングする。なお、マスキングする範囲は、図２５（ａ）〜（ｃ）においてクロスハッチングによって示す範囲である。【０１１６】
マスキングしない各起歪部分（前面上方起歪部分５６ｒ、前面下方起歪部分５６ｓ、背面上方起歪部分５６ｔ及び背面下方起歪部分５６ｕ）は、歪ゲージの配置箇所である前面上方箇所５６ｃ、前面下方箇所５６ｄ、背面上方箇所５６ｅ及び背面下方箇所５６ｆを相似的に約１．５〜４倍程度拡大した範囲となっている。この実施例では約２倍程度の拡大範囲になっている。なお、起歪体５５においてマスキングする箇所は、上述した各起歪部分（前面上方起歪部分５６ｒ、前面下方起歪部分５６ｓ、背面上方起歪部分５６ｔ及び背面下方起歪部分５６ｕ）を除いた部材５６の外周面（側周面）の前面５６ａ及び背面５６ｂ並びに円形の上面５６ｇ及び下面５６ｈとなる。【０１１７】
上述したマスキング状態の起歪体５５に対して、ショットピーニング処理又はレーザピーニング処理を行う。このようなピーニング処理により、各起歪部分（前面上方起歪部分５６ｒ、前面下方起歪部分５６ｓ、背面上方起歪部分５６ｔ及び背面下方起歪部分５６ｕ）には、負の値となる残留応力を有する残留応力層が形成される。それにより、これら前面５６ａ及び背面５６ｂにおける各起歪部分（前面上方起歪部分５６ｒ、前面下方起歪部分５６ｓ、背面上方起歪部分５６ｔ及び背面下方起歪部分５６ｕ）が、外力（荷重）に対し弾性変形しても、金属疲労による疲労破壊に耐え得るものなっている。また、ピーニング処理として投射材を投射するショットピーニング処理を行った場合、各起歪部分（前面上方起歪部分５６ｒ、前面下方起歪部分５６ｓ、背面上方起歪部分５６ｔ及び背面下方起歪部分５６ｕ）の表面粗さは、他の部分に比べて粗くなる。そのため、歪ゲージを接着剤の貼り付けによって配置する場合であっても、歪ゲージの接着性が向上して弾性変形に対する追従性が高まり、歪の検出精度を維持できる。なお、第３実施形態においても、上述した第１実施形態等において説明した各種変形例の中で、適用可能なものは使用してもよい。
【実施例４】
【０１１８】
図２６（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第４実施形態に係る起歪体６０を示し、物理量測定センサとして、上述した第３実施形態と同様、ロードセル（荷重変換器及び力変換器）に適用されるものになっている。第４実施形態の起歪体６０は、立方体の部材６１によって構成されており、正面６１ｂから背面６１ｄへと貫通する空洞が形成されている。この空洞は、図２６（ｂ）に示す正面６１ｂから見た場合で、左右の円形型の左貫通部６２及び右貫通部６３と、これら左貫通部６２と右貫通部６３とを繋ぐ連結貫通部６４により構成されている。このような各貫通部（左貫通部６２、右貫通部６３及び連結貫通部６４）による空洞を形成することによって、立方体の部材６１の上面６１ａ又は下面６１ｃに荷重を受けると、上面６１ａ又は下面６１ｃが弾性変形することになる。このような弾性変形に伴う歪に係る検出を行うために、上面６１ａ及び下面６１ｃに歪ゲージの配置箇所を設けている。【０１１９】
具体的には、部材６１の上面６１ａで、Ｘ軸方向（水平方向）と平行な中心線Ｘ８において左貫通部６２及び右貫通部６３に応じた箇所となる上面左箇所６５ａ及び上面右箇所６５ｂを歪ゲージの貼付箇所にしている。また、下面６１ｃにおいてＸ軸方向と平行な中心線Ｘ８において左貫通部６２及び右貫通部６３に応じた箇所となる下面左箇所６５ｃ及び下面右箇所６５ｄを、歪ゲージの貼付箇所にしている（図２６（ａ）及び（ｂ）にてクロスハッチングによって示す計４箇所の矩形範囲）。なお、各箇所（上面左箇所６５ａ、上面右箇所６５ｂ、下面左箇所６５ｃ及び下面右箇所６５ｄ）は矩形（長方形）であると共に、それぞれの長手方向を中心線Ｘ８に合わせている。また、第４実施形態においても、起歪体６０の素材、歪ゲージの仕様及び歪ゲージの配置の仕方等は、第１実施形態と同様である。【０１２０】
図２７（ａ）〜（ｃ）は、第４実施形態における起歪体６０のマスキング状態を示す。第４実施形態の起歪体６０の製造においても、まず、機械加工（面取加工を含む）により、素材から上述した各貫通部（左貫通部６２、右貫通部６３及び連結貫通部６４）による空洞を形成した立方体の部材６１を形成する。それから、図２７（ａ）〜（ｃ）に示すように、部材６１のマスキングを行う。具体的には、歪ゲージの貼付箇所となる上面左箇所６５ａ、上面右箇所６５ｂ、下面左箇所６５ｃ及び下面右箇所６５ｄを含む矩形範囲を、それぞれ上面左起歪部分６１ｒ、上面右起歪部分６１ｓ、下面左起歪部分６１ｔ及び下面右起歪部分６１ｕとしてマスキングを行わない。また、これら荷重に対する弾性変形に伴う歪の発生範囲に係る部分に相当する各起歪部分（上面左起歪部分６１ｒ、上面右起歪部分６１ｓ、下面左起歪部分６１ｔ及び下面右起歪部分６１ｕ）を除いた他の部分をマスキングする（マスキングする範囲は、図２７（ａ）〜（ｃ）においてクロスハッチングによって示す範囲）。【０１２１】
マスキングしない各起歪部分（上面左起歪部分６１ｒ、上面右起歪部分６１ｓ、下面左起歪部分６１ｔ及び下面右起歪部分６１ｕ）は、歪ゲージの配置箇所である上面左箇所６５ａ、上面右箇所６５ｂ、下面左箇所６５ｃ及び下面右箇所６５ｄを相似的に約１．５〜４倍程度拡大した範囲となっている。この実施例では約２倍程度の拡大範囲になっている。なお、起歪体６０においてマスキングする箇所は、上述した各起歪部分（上面左起歪部分６１ｒ、上面右起歪部分６１ｓ、下面左起歪部分６１ｔ及び下面右起歪部分６１ｕ）を除いた部材６１の外周面となる。当該外周面は、上面６１ａ、正面６１ｂ、下面６１ｃ、背面６１ｄ、左側面６１ｅ、及び右側面６１ｆ、並びに空洞部を構成する各貫通部（左貫通部６２、右貫通部６３及び連結貫通部６４）の内周面となる。【０１２２】
上述したマスキング状態の起歪体６０に対して、ショットピーニング処理又はレーザピーニング処理を行う。このようなピーニング処理により、各起歪部分（上面左起歪部分６１ｒ、上面右起歪部分６１ｓ、下面左起歪部分６１ｔ及び下面右起歪部分６１ｕ）には、負の値となる残留応力を有する残留応力層が形成される。それにより、これら上面６１ａ及び下面６１ｃにおける各起歪部分（上面左起歪部分６１ｒ、上面右起歪部分６１ｓ、下面左起歪部分６１ｔ及び下面右起歪部分６１ｕ）が、外力（荷重）に対し弾性変形しても、金属疲労による疲労破壊に耐え得るものなっている。また、ピーニング処理として、投射材を投射するショットピーニング処理を行った場合、各起歪部分（上面左起歪部分６１ｒ、上面右起歪部分６１ｓ、下面左起歪部分６１ｔ及び下面右起歪部分６１ｕ）の表面粗さは、他の部分に比べて粗くなる。そのため、歪ゲージを接着剤の貼り付けによって配置する場合であっても、歪ゲージの接着性が向上して弾性変形に対する追従性が高まり、歪の検出精度を維持できる。なお、第４実施形態においても、上述した第１実施形態等において説明した各種変形例の中で、適用可能なものは使用してもよい。
【実施例５】
【０１２３】
図２８（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第５実施形態に係る起歪体７０を示し、物理量測定センサとして、トルクセンサに適用されるものになっている。第５実施形態の起歪体７０は、第１実施形態の起歪体１０と同様に、正面から見た場合の外形輪郭が円形の枠部７１の中で、空間部７８ａ〜７８ｄを隔てて位置する中央部７２（正面側から見た外形が円形）を設けている。起歪体７０は、枠部７１と中央部７２とを繋ぐアーム部７３〜７６を、周方向に９０度間隔で配置して４本にしたことが特徴になっている。なお、図２８（ａ）〜（ｃ）では、起歪体７０の要部構成を明確に示すために、図４及び５等では示したボルト穴及び位置決孔等の図示は省略している。【０１２４】
また、上述した第１実施形態に係る起歪体１０では、厚み寸法（Ｚ軸方向に沿った寸法）について、枠部１１、中央部１２、及びアーム部２０〜２２において同等にしていた。ただし、第５実施形態に係る起歪体７０はトルクセンサに適用されること等から、枠部７１及び中央部７２の厚み寸法を厚くしている。それにより、アーム部７３〜７６の厚み寸法は、枠部７１及び中央部７２より薄くなっている（図２８（ｂ）及び（ｃ）参照）。【０１２５】
起歪体７０に配置される歪ゲージの箇所は、Ｙ軸方向に平行に延在するアーム部７３及び７５の両側面７３ａ、７３ｂ、７５ａ及び７５ｂにしている。起歪体７０に配置される歪ゲージの箇所は、詳しくは、図２８（ａ）、（ｂ）の中で、クロスハッチングによって示す範囲が、歪ゲージの配置箇所７３ｅ、７３ｆ、７５ｅ及び７５ｆとなる。なお、第５実施形態において、起歪体７０の素材、歪ゲージの仕様及び歪ゲージの配置の仕方等は第１実施形態と同様である。【０１２６】
図２９（ａ）〜（ｃ）は、第５実施形態における起歪体７０のマスキング状態を示す。第５実施形態の起歪体７０を製造するにおいても、機械加工（面取加工を含む）により、素材から図２９（ａ）〜（ｃ）の形状にした起歪体７０に対して、図２９（ａ）〜（ｃ）においてクロスハッチングによって示す範囲をマスキングする。当該範囲は、Ｙ軸方向に平行に延在するアーム部７３及び７５における上述した歪ゲージの配置箇所７３ｅ、７３ｆ、７５ｅ及び７５ｆを含む両側面７３ａ、７３ｂ、７５ａ及び７５ｂ（歪の発生範囲に係る起歪部分に相当）を除いた他の部分である。【０１２７】
アーム部７３及び７５において、マスキングしない両側面７３ａ、７３ｂ、７５ａ及び７５ｂは、アーム部７３及び７５の延在方向（Ｙ軸に平行な方向）において、枠部７１へ繋がる箇所７３ｃ及び７５ｃから中央部７２へ繋がる箇所７３ｄ及び７５ｄまでの範囲となる。なお、マスキングする箇所は枠部７１、中央部７２の全周、Ｘ軸方向に平行に延在するアーム部７４及び７６の全周、並びに、Ｙ軸方向に平行に延在するアーム部７３及び７５の両側面７３ａ、７３ｂ、７５ａ及び７５ｂを除いた表面となる。【０１２８】
このようなマスキング状態の起歪体７０に対して、第１実施形態において説明したショットピーニング処理又はレーザピーニング処理を行う。このようなピーニング処理により、歪ゲージの配置箇所７３ｅ、７３ｆ、７５ｅ及び７５ｆを含むアーム部７３及び７５の両側面７３ａ、７３ｂ、７５ａ及び７５ｂには、負の値となる残留応力を有する残留応力層が形成される。それにより、アーム部７３、７５の両側面７３ａ、７３ｂ、７５ａ及び７５ｂは、外力（荷重）に対し弾性変形しても、金属疲労による疲労破壊に耐え得るものなっている。【０１２９】
また、ピーニング処理として、投射材を投射するショットピーニング処理を行った場合、アーム部７３及び７５の両側面７３ａ、７３ｂ、７５ａ及び７５ｂの表面粗さは、他の部分に比べて粗くなる。そのため、両側面７３ａ、７３ｂ、７５ａ及び７５ｂに歪ゲージを貼り付けて配置する場合であっても、アーム部７３及び７５の弾性変形に対する追従性が高まり、歪の検出精度を維持できる。【０１３０】
なお、第５実施形態においても各種変形例が想定でき、例えば、用途等によってはアーム部の本数は４本より多くすることも可能である。また、周方向の間隔は等間隔以外に、不等間隔にすることも可能である。さらには、起歪体の輪郭形状は円形以外にも四角形等の多角形にすることも考えられる。なお、第５実施形態においても、上述した第１実施形態において説明した各種変形例の適用が可能である。
【実施例６】
【０１３１】
図３０（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第６実施形態に係る起歪体８０を示し、物理量測定センサとして、ロードセルに適用されるものになっている。第６実施形態の起歪体８０は、正面から見た場合の輪郭が円形（リング状）の枠部８１によって構成されている。起歪体８０は、Ｘ軸方向（水平方向）と平行な中心線Ｘ１０（側面図では水平線Ｈ１０）と交わる外周面８１ｂの外周水平端部８１ｃ及び８１ｄ、並びに、内周面８１ａの内周水平端部８１ｅ及び８１ｆの計４箇所を、歪ゲージの貼付箇所（配置箇所８１ｇ、８１ｈ、８１ｉ及び８１ｊ）にしている。当該歪ゲージの配置箇所８１ｇ、８１ｈ、８１ｉ及び８１ｊは、図３０（ａ）〜（ｃ）にてクロスハッチングによって示す範囲である。なお、第６実施形態においても、起歪体８０の素材、及び歪ゲージの仕様等は第１実施形態と同様である。また、歪ゲージの配置の仕方は第１実施形態において説明した内容（変形例も含む）と同様であり、各歪ゲージの検出方向が、Ｙ軸方向と平行にした配置にすることも可能である。【０１３２】
図３１（ａ）〜（ｃ）は、第６実施形態における起歪体８０のマスキング状態を示す。第６実施形態の起歪体８０を製造するにおいても、機械加工（面取加工を含む）により、素材から図３１（ａ）〜（ｃ）の形状にした起歪体８０に形成する。この起歪体８０では、図３１（ａ）〜（ｃ）においてクロスハッチングによって示す範囲をマスキングする。当該範囲は、中心線Ｘ１０と交わる外周水平端部８１ｃ及び８１ｄ、並びに、内周水平端部８１ｅ及び８１ｆにおける歪ゲージの配置箇所８１ｇ、８１ｈ、８１ｉ及び８１ｊを含む矩形の外周起歪部分８１ｒ及び８１ｓ、並びに、内周起歪部分８１ｔ及び８１ｕを除いた他の部分である。【０１３３】
マスキングしない外周起歪部分８１ｒ及び８１ｓ、並びに、内周起歪部分８１ｔ及び８１ｕ（歪の発生範囲に係る起歪部分に相当）は、歪ゲージの配置箇所８１ｇ、８１ｈ、８１ｉ及び８１ｊを相似的に約１．５〜４倍程度拡大した範囲となっている。この実施例では約２倍程度の拡大範囲になっている。なお、起歪体８０においてマスキングする箇所は、上述した外周起歪部分８１ｒ及び８１ｓ、並びに、内周起歪部分８１ｔ及び８１ｕを除いた枠部８１の全周面となる。【０１３４】
上述したマスキング状態の起歪体８０に対して、ショットピーニング処理又はレーザピーニング処理を行う。このようなピーニング処理により、歪ゲージの配置箇所８１ｇ、８１ｈ、８１ｉ及び８１ｊを含む外周起歪部分８１ｒ及び８１ｓ、並びに、内周起歪部分８１ｔ及び８１ｕには、負の値となる残留応力を有する残留応力層が形成される。それにより、枠部８１の外周起歪部分８１ｒ及び８１ｓ、並びに、内周起歪部分８１ｔ及び８１ｕが、外力（荷重）に対し弾性変形しても、金属疲労による疲労破壊に耐え得るものなっている。【０１３５】
また、ピーニング処理として、投射材を投射するショットピーニング処理を行った場合、枠部８１の外周起歪部分８１ｒ及び８１ｓ、並びに、内周起歪部分８１ｔ及び８１ｕの表面粗さは、他の部分に比べて粗くなる。そのため、歪ゲージを貼り付けて配置する場合であっても、枠部８１の外周起歪部分８１ｒ及び８１ｓ、並びに、内周起歪部分８１ｔ及び８１ｕの弾性変形に対する追従性が高まり、歪の検出精度を維持できる。なお、第６実施形態においても、上述した第１実施形態において説明した各種変形例の適用が可能である。
【実施例７】
【０１３６】
図３２（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第７実施形態に係る起歪体９０を示し、物理量測定センサとして、ロードセルに適用されるものになっている。第７実施形態の起歪体９０は、短円柱状のベース部９１の上面側の端面部９４の中心において、円柱形状に突出した凸部９２を設けている。それと共に、起歪体９０は、端面部９４の反対側からとなる底面側を刳り抜いて、空洞部９３を形成したものとなっている。そして空洞部９３の天面となる端面部９４の内面９５において、内面９５の中心９５ａを通るＸ軸方向中心線Ｘ２０及びＹ軸方向中心線Ｙ２０上で中心９５ａから離れた計４箇所を歪ゲージの配置箇所９６〜９９にしている。当該歪ゲージの配置箇所９６〜９９は、図３２（ａ）〜（ｃ）にてクロスハッチングによって示す範囲である。なお、第７実施形態においても、起歪体９０の素材、歪ゲージの仕様及び歪ゲージの配置の仕方等は、第１実施形態と同様である。【０１３７】
図３３（ａ）及び（ｂ）は、第７実施形態における起歪体９０のマスキング状態を示す。第７実施形態の起歪体９０を製造するにおいても、機械加工（面取加工を含む）により、素材から図３３（ａ）〜（ｃ）の形状にした起歪体９０を形成する。この起歪体では、歪ゲージの配置箇所９６〜９９を含む矩形起歪部分９０ａ〜９０ｄを除いた他の部分をマスキングする（マスキングする範囲は、図３３（ａ）及び（ｂ）においてクロスハッチングによって示す範囲）。【０１３８】
マスキングしない矩形起歪部分９０ａ〜９０ｄ（本発明の一態様に係る起歪部分に相当）は、歪ゲージの配置箇所９６〜９９を相似的に拡大した範囲となっており（約１．５〜４倍程度の拡大）、この実施例では約２倍程度の拡大範囲になっている。なお、起歪体９０においてマスキングする箇所は、上述した矩形起歪部分９０ａ〜９０ｄを除いたベース部９１及び凸部９２の全周面となる。【０１３９】
上述したマスキング状態の起歪体９０に対して、ショットピーニング処理又はレーザピーニング処理を行う。このようなピーニング処理により、歪ゲージの配置箇所９６〜９９を含む矩形起歪部分９０ａ〜９０ｄには、負の値となる残留応力を有する残留応力層が形成される。それにより、ベース部９１の端面部９４及び内面９５が、外力（荷重）に対し弾性変形しても、金属疲労による疲労破壊に耐え得るものなっている。【０１４０】
また、ピーニング処理として、投射材を投射するショットピーニング処理を行った場合、矩形起歪部分９０ａ〜９０ｄの表面粗さは、他の部分に比べて粗くなる。そのため、歪ゲージを貼り付けて配置する場合であっても、ベース部９１の端面部９４及び内面９５の弾性変形に対する追従性が高まり、歪の検出精度を維持できる。なお、第７実施形態においても、上述した第１実施形態において説明した各種変形例の適用が可能である。【０１４１】
〔まとめ〕
本発明の一態様は、荷重に対し弾性変形することが可能であり、変形に伴う歪を検出する歪ゲージが配置される起歪体において、歪ゲージの配置箇所を含んだ歪の発生範囲に係る起歪部分には、負の値となる残留応力を有する残留応力層が形成してあることを特徴とする。【０１４２】
本発明の一態様にあっては、起歪体の弾性変形範囲における歪ゲージの配置箇所を含む部分となる起歪部分に、負の値の残留応力（圧縮残留応力）を有する残留応力層を形成したので、歪ゲージの検出箇所となる弾性変形する部分の疲労破壊に対する強さが高まるようになる。このように疲労破壊の耐性が高まると、起歪体を備える物理量測定センサを長期にわたり安定して使用できるようになる。なお、残留応力層の形成の仕方としては、起歪部分の表面に投射材を衝突させること、及び、レーザを照射することなどが考えられる。【０１４３】
また、本発明の一態様は、前記起歪部分の表面粗さが他の部分に比べて粗くしてあることを特徴とする。【０１４４】
本発明の一態様にあっては、歪ゲージの配置箇所を含む起歪部分の表面粗さを、他の部分より大きくしたので、接着剤が接する起歪部分の表面積が増大し、歪ゲージを接着剤等により起歪体へ貼り付ける場合において、起歪体の表面（起歪部分の表面）への接着力が向上し、歪ゲージが強く密着する。それにより、起歪体が弾性変形しても、起歪体の表面へ接着剤によって強力に密着した歪ゲージが追従しやすくなり、従来に比べて歪検出に係る精度の向上を図れる。【０１４５】
さらに、本発明の一態様は、枠部と、前記枠部の中で前記枠部と空間を隔てて位置する中央部と、前記枠部及び前記中央部を繋ぎ、前記起歪部分に相当するアーム部とを備え、前記枠部には、前記アーム部が繋がる箇所に対向して第１貫通部が形成してあり、前記アーム部の一面には、計４個の第１乃至第４歪ゲージが配置してあり、第１歪ゲージ及び第２歪ゲージは、前記アーム部の延在方向に沿った前記一面における中心線に線対称で、且つ、前記第１歪ゲージ及び第２歪ゲージの検出方向を前記中心線と平行にして前記中央部の側に配置してあり、第３歪ゲージ及び第４歪ゲージは、前記中心線に線対称で、且つ、前記第３歪ゲージ及び第４歪ゲージの検出方向を前記中央部の方へ末広がりとなるように中心線に対し斜めにして前記枠部の側に配置してあることを特徴とする。【０１４６】
本発明の一態様にあっては、起歪体が、枠部と中央部とをアーム部によって繋ぐと共に、枠部にはアーム部に対向して第１貫通部を形成したものにすると共に、アーム部には計４個の第１乃至第４歪ゲージを配置し、その中で、第３歪ゲージ及び第４歪ゲージは、アーム部の延在方向に沿った中心線に対して線対称で、且つ、第３歪ゲージ及び第４歪ゲージの検出方向を中央部の方へ末広がりとなるように中心線に対して斜めにして前記枠部の側に配置したので、起歪体の厚み方向にモーメントが生じる外力がかかった場合に、アーム部へ上述したような特定の方向（上記Ｍｚ、Ｆｘ及びＦｙの方向）に外力がかかったときの変形に係る歪を、中央部の方へ末広がりとなるように斜めに配置した第３歪ゲージ及び第４歪ゲージによって検出しやすくなる。すなわち、第３歪ゲージ及び第４歪ゲージを配置した斜めの方向は、アーム部へ上記の特定の方向に外力がかかるときの変形に伴う歪を顕著に検出する方向となるので、感度の高い測定を確保できるようになる。【０１４７】
さらにまた、本発明の一態様は、枠部と、前記枠部の中で前記枠部と空間を隔てて位置する中央部と、前記枠部及び前記中央部を繋ぎ、前記起歪部分に相当するアーム部とを備え、前記中央部は、前記アーム部の延在方向に応じた箇所に、位置決孔が形成してあると共に、前記アーム部が繋がる箇所と、前記位置決孔との間に第２貫通部が形成してあることを特徴とする。【０１４８】
本発明の一態様にあっては、起歪体が、枠部と中央部とをアーム部によって繋ぐと共に、中央部には位置決孔を形成して、その位置決孔と、アーム部が繋がる箇所との間に第２貫通部を形成したものにしたので、中央部におけるアーム部の根元（中央部がアーム部と繋がる箇所）に応じた範囲において、位置決孔の付近はリジッドに剛性が向上する一方、第２貫通部の周辺は相対的に剛性が低く撓みやすい。それにより、アーム部の中央部へ繋がる側が弾性変形しやすい構成になって、歪ゲージによる歪の検出が行いやすくなり、結果として、外力及びモーメント等に係る物理量の数値の測定精度が向上するようになる。【０１４９】
本発明の一態様にあっては、起歪部分を除いた他の部分をマスキングして、投射材を投射するので、投射材は起歪部分へ直接的に衝突することになり、この直接的な衝突により、負の値となる残留応力を有する残留応力層が起歪部分に形成されるようになると共に、起歪部分の表面粗さは他の部分に比べて粗くなる。上記の残留応力層により、疲労破壊に対する強さが高くなり、このような起歪体を備える物理量測定センサを長期にわたり安定して使用できるようになる。また、投射材は起歪部分へ直接的に衝突することによって、起歪部分の表面粗さは他の部分に比べて粗くなることから、起歪部分に配置した歪ゲージの追従性が接着剤のアンカー効果により高まり、歪検出精度が向上するようになる。【０１５０】
また、本発明の一態様は、前記起歪体が、枠部と、前記枠部の中で前記枠部と空間を隔てて位置する中央部と、前記枠部及び前記中央部を繋いで前記起歪部分に相当するアーム部とを備えたものであり、前記枠部と前記アーム部とが繋がる箇所の縁における隅部分、又は前記中央部と前記アーム部とが繋がる箇所の縁における隅部分に面取加工を行うステップを備えることを特徴とする。【０１５１】
本発明の一態様にあっては、枠部と中央部とをアーム部によって繋ぐ構成の起歪体における枠部とアーム部とが繋がる隅箇所、又は、中央部とアーム部とが繋がる隅箇所に面取加工を行うので、これらの隅箇所に生じやすい応力集中が緩和されることになり、それにより、疲労破壊の耐性を更に高められるようになる。【０１５２】
本発明の一態様に係る物理量測定センサは、上述したような起歪体を備え、荷重に対する前記起歪体の変形に応じた物理量の測定を行うことを特徴とする。【０１５３】
本発明の一態様にあっては、上述した起歪体を備える物理量測定センサにより、荷重に対する起歪体の変形に応じた物理量を測定するので、長期に亘り安定した精度の高い測定を維持する物理量測定センサを提供できるようになる。【０１５４】
本発明の一態様では、起歪部分に、圧縮残留応力を有する残留応力層を形成したので、歪ゲージの検出箇所となる弾性変形する部分の疲労破壊の耐性を向上でき、それにより、本発明の一態様に係る起歪体が適用される物理量測定センサの長期使用の安定化を図れる。【０１５５】
また、本発明の一態様では、歪ゲージの貼付箇所の表面粗さを大きくしたので、起歪体の弾性変形に対する歪ゲージの追従性を接着剤のアンカー効果により高めることができ、それにより、本発明の一態様に係る起歪体が適用される物理量測定センサの測定精度の安定化を図れる。【０１５６】
さらに、本発明の一態様では、枠部と中央部とをアーム部によって繋ぐと共に、枠部にはアーム部に対向して第１貫通部を形成した起歪体において、アーム部に配置する第３歪ゲージ及び第４歪ゲージを中央部の方へ末広がりとなるように斜めに配置したので、アーム部へ上述した特定の方向（上記Ｍｚ、Ｆｘ及びＦｙの方向）に外力がかかったときの弾性変形に係る歪の検出精度を向上できる。【０１５７】
さらにまた、本発明の一態様では、枠部と中央部とをアーム部によって繋いだ起歪体において、中央部のアーム部が繋がる箇所に応じて位置決孔及び第２貫通孔を形成したので、アーム部の中央部の側を荷重に対して弾性変形しやすい構造にでき、それにより、本発明の一態様に係る起歪体が適用される物理量測定センサの測定精度を高められる。【０１５８】
また、本発明の一態様では、起歪部分を除いた他の部分をマスキングして、投射材を投射するので、マスキングしていない起歪部分に残留応力層を形成できると共に、それと同時に、起歪部分の表面粗さも大きくできるので、疲労破壊の耐性が高く且つ貼付タイプの歪ゲージの変形追従性を接着剤のアンカー効果により高めた起歪体を効率的に製造できる。【０１５９】
さらに、本発明の一態様では、枠部と中央部とをアーム部によって繋ぐ構成の起歪体における枠部とアーム部とが繋がる隅箇所、又は、中央部とアーム部とが繋がる隅箇所に面取加工を行ったので、これらの隅箇所に生じやすい応力集中が緩和でき、それにより、疲労破壊の耐性の更なる向上を図れる。【０１６０】
さらにまた、本発明の一態様では、上述したような起歪体を備える物理量測定センサによって、荷重に対する起歪体の変形に応じた物理量を測定することから、長期に亘り安定した精度の高い測定を行える状況を確保できる。
【産業上の利用可能性】
【０１６１】
本発明は、弾性変形する起歪体を備える物理量測定センサが、疲労破壊の耐性を高めて長期の安定使用を確保することに対して好適に利用可能である。
【符号の説明】
【０１６２】
１、１０１  力覚センサ
２、１０２  テーブルブロック
６  ベースブロック
１０、１０′、１０″、５５、６０、７０、８０、９０、１１０  起歪体
１１、１１′、１１″、７１、１１１  枠部
１２、１２′、１２″、７２、１１２  中央部
１４ａ〜１４ｃ、１１４ａ、１１４ｂ  位置決孔
２０〜２２、２０′〜２２′、２０″〜２２″、７３〜７６、１２０〜１２２  アーム部
２５〜２７、２５″〜２７″、１２５〜１２７  貫通部
２９  歪ゲージ回路
３０  信号処理モジュール
３１  アンプ
３２  Ａ／Ｄコンバーター
３３  プロセッサ
３４  メモリ
３５  Ｄ／Ａコンバーター
５０′〜５２′、５０″〜５２″  中央側貫通部
Ａ１〜Ｃ４′、Ａ１１〜Ｃ１４′  歪ゲージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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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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【国際調査報告】
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