特許 7421255 力覚センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-16

(45)【発行日】2024-01-24

(54)【発明の名称】力覚センサ

(51)【国際特許分類】

   G01L 5/165 20200101AFI20240117BHJP

【ＦＩ】

G01L5/165

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2023570314

(86)(22)【出願日】2023-09-07

(86)【国際出願番号】 JP2023032688

【審査請求日】2023-11-13

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】511071234

【氏名又は名称】株式会社トライフォース・マネジメント

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100150717

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 和也

(72)【発明者】

【氏名】佐野 弘尚

(72)【発明者】

【氏名】岡田 和廣

【審査官】公文代 康祐

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－１３５１０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１３５１０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０２９８６６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－０５０８８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－３１２６５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０３３１７８７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｌ ５／１６－５／１７３

Ｇ０１Ｌ １／１４

Ｇ０１Ｌ ３／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

検出対象となる力またはモーメントの作用を受ける第１センサ体と、
第１方向において前記第１センサ体と異なる位置に配置された第２センサ体と、
前記第１センサ体と前記第２センサ体とを接続し、前記第１センサ体が受けた力またはモーメントの作用により弾性変形する起歪体と、
前記起歪体の弾性変形により生じた変位を検出する検出素子と、
前記検出素子の検出結果に基づいて、前記第１センサ体に作用した力またはモーメントを示す電気信号を出力する検出回路と、
を備え、
前記第１方向に直交する方向を第２方向とし、前記第１方向に直交するとともに前記第２方向に直交する方向を第３方向とし、
前記起歪体は、前記第１センサ体に接続された第１端部から、前記第１端部とは反対側に位置する第２端部まで前記第１方向に延びる第１接続部と、前記第１接続部の前記第２端部を前記第２センサ体に接続する第２センサ体側接続部と、を含み、
前記第２センサ体側接続部は、前記第２センサ体に接続された一対の台座であって、前記第２方向において前記第２端部の両側に位置する一対の台座と、前記第３方向で見たときに前記第２端部から一方の前記台座まで前記第２方向に延びる第２接続部と、前記第３方向で見たときに前記第２端部から他方の前記台座まで前記第２方向に延びる第３接続部と、前記第１方向で見たときに前記第２方向に交差する方向に前記第２端部から延びる変位部と、を含み、
前記検出素子は、前記変位部の先端部の変位により静電容量値の変化を検出する、
力覚センサ。

【請求項2】

前記起歪体は、前記第１接続部の前記第１端部を前記第１センサ体に接続する第１センサ体側接続部を含み、
前記第１センサ体側接続部は、前記第２方向および前記第３方向に沿って形成された薄肉部であって、前記第１接続部の前記第１端部に接続された薄肉部を含む、
請求項１に記載の力覚センサ。

【請求項3】

前記検出素子は、前記第２センサ体に設けられた固定電極基板と、前記変位部の先端部に設けられた、前記固定電極基板に対向する変位電極基板と、を含む、
請求項１に記載の力覚センサ。

【請求項4】

前記固定電極基板は、前記起歪体の中心軸線に対して一方の前記台座の側に位置する第１固定電極基板と、前記起歪体の中心軸線に対して他方の前記台座の側に位置する第２固定電極基板と、を含む、
請求項３に記載の力覚センサ。

【請求項5】

前記変位電極基板は、前記起歪体の中心軸線に対して一方の前記台座の側に位置する第１変位電極基板と、前記起歪体の中心軸線に対して他方の前記台座の側に位置する第２変位電極基板と、を含む、
請求項３に記載の力覚センサ。

【請求項6】

前記変位部は、前記第１接続部の前記第２端部から前記第３方向に延びている、
請求項１に記載の力覚センサ。

【請求項7】

前記第１方向で見たときに、前記第２センサ体側接続部は、前記第２方向に沿って直線状に形成されている、
請求項１に記載の力覚センサ。

【請求項8】

前記第１方向で見たときに、前記第１センサ体および前記第２センサ体は、円形状に形成され、
前記第１方向で見たときに、前記第２センサ体側接続部は、前記第１センサ体の周縁および前記第２センサ体の周縁の少なくとも一方に沿うように円弧状に形成されている、
請求項１に記載の力覚センサ。

【請求項9】

前記第1センサ体と前記第2センサ体とは、４つの前記起歪体で接続され、
４つの前記起歪体は、第1起歪体と、第2起歪体と、第3起歪体と、第4起歪体と、を含み、
前記第1方向をＸＹＺ三次元座標系におけるＺ軸方向とし、
前記第１センサ体の中心に対してＹ軸方向正側に前記第１起歪体が配置され、前記第１センサ体の中心に対してＸ軸方向負側に前記第２起歪体が配置され、前記第１センサ体の中心に対してＹ軸方向負側に前記第３起歪体が配置され、前記第１センサ体の中心に対してＸ軸方向正側に前記第４起歪体が配置されている、
請求項１に記載の力覚センサ。

【請求項10】

前記変位部は、対応する前記第１接続部の前記第２端部から、前記第1センサ体の中心に向かって延びている、
請求項９に記載の力覚センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、力覚センサに関する。

【背景技術】

【0002】

所定の軸方向に作用した力および所定の回転軸周りに作用したモーメント（トルク）を電気信号として出力する力覚センサが知られている。力覚センサは、産業用ロボットを初めとして、協働ロボット、生活支援ロボット、医療用ロボットおよびサービスロボット等、各種ロボットの力制御等に幅広く利用されている。

【0003】

力覚センサは、ロボットアームとエンドエフェクター（グリッパー等）の間に配置され、ワークに作用した力を検出する。検出された力は、ロボットの制御に用いられる。例えば、ロボットアームが人に接触した場合には、その接触を力覚センサが検出する。このことにより、ロボットアームの動作を緊急停止することができる。

【0004】

このような力覚センサには、検出感度の向上が求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０２１－１３５１０３公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、検出感度を向上させることができる力覚センサを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

［１］本開示は、
検出対象となる力またはモーメントの作用を受ける第１センサ体と、
第１方向において前記第１センサ体と異なる位置に配置された第２センサ体と、
前記第１センサ体と前記第２センサ体とを接続し、前記第１センサ体が受けた力またはモーメントの作用により弾性変形する起歪体と、
前記起歪体の弾性変形により生じた変位を検出する検出素子と、
前記検出素子の検出結果に基づいて、前記第１センサ体に作用した力またはモーメントを示す電気信号を出力する検出回路と、
を備え、
前記第１方向に直交する方向を第２方向とし、前記第１方向に直交するとともに前記第２方向に直交する方向を第３方向とし、
前記起歪体は、前記第１センサ体に接続された第１端部から、前記第１端部とは反対側に位置する第２端部まで前記第１方向に延びる第１接続部と、前記第１接続部の前記第２端部を前記第２センサ体に接続する第２センサ体側接続部と、を含み、
前記第２センサ体側接続部は、前記第２センサ体に接続された一対の台座であって、前記第２方向において前記第２端部の両側に位置する一対の台座と、前記第３方向で見たときに前記第２端部から一方の前記台座まで前記第２方向に延びる第２接続部と、前記第３方向で見たときに前記第２端部から他方の前記台座まで前記第２方向に延びる第３接続部と、前記第１方向で見たときに前記第２方向に交差する方向に前記第２端部から延びる変位部と、を含み、
前記検出素子は、前記変位部の先端部の変位により静電容量値の変化を検出する、
力覚センサであってもよい。

【0008】

［２］本開示は、
前記起歪体は、前記第１接続部の前記第１端部を前記第１センサ体に接続する第１センサ体側接続部を含み、
前記第１センサ体側接続部は、前記第２方向および前記第３方向に沿って形成された薄肉部であって、前記第１接続部の前記第１端部に接続された薄肉部を含む、
［１］に記載の力覚センサであってもよい。

【0009】

［３］本開示は、
前記検出素子は、前記第２センサ体に設けられた固定電極基板と、前記変位部の先端部に設けられた、前記固定電極基板に対向する変位電極基板と、を含む、
［１］または［２］に記載の力覚センサであってもよい。

【0010】

［４］本開示は、
前記固定電極基板は、前記起歪体の中心軸線に対して一方の前記台座の側に位置する第１固定電極基板と、前記起歪体の中心軸線に対して他方の前記台座の側に位置する第２固定電極基板と、を含む、
［３］に記載の力覚センサであってもよい。

【0011】

［５］本開示は、
前記変位電極基板は、前記起歪体の中心軸線に対して一方の前記台座の側に位置する第１変位電極基板と、前記起歪体の中心軸線に対して他方の前記台座の側に位置する第２変位電極基板と、を含む、
［３］または［４］に記載の力覚センサであってもよい。

【0012】

［６］本開示は、
前記変位部は、前記第１接続部の前記第２端部から前記第３方向に延びている、
［１］～［５］のいずれかに記載の力覚センサであってもよい。

【0013】

［７］本開示は、
前記第１方向で見たときに、前記第２センサ体側接続部は、前記第２方向に沿って直線状に形成されている、
［１］～［６］のいずれかに記載の力覚センサであってもよい。

【0014】

［８］本開示は、
前記第１方向で見たときに、前記第１センサ体および前記第２センサ体は、円形状に形成され、
前記第１方向で見たときに、前記第２センサ体側接続部は、前記第１センサ体の周縁および前記第２センサ体の周縁の少なくとも一方に沿うように円弧状に形成されている、
［１］～［７］のいずれかに記載の力覚センサであってもよい。

【0015】

［９］本開示は、
前記第1センサ体と前記第2センサ体とは、４つの前記起歪体で接続され、
４つの前記起歪体は、第1起歪体と、第2起歪体と、第3起歪体と、第4起歪体と、を含み、
前記第1方向をＸＹＺ三次元座標系におけるＺ軸方向とし、
前記第１センサ体の中心に対してＹ軸方向正側に前記第１起歪体が配置され、前記第１センサ体の中心に対してＸ軸方向負側に前記第２起歪体が配置され、前記第１センサ体の中心に対してＹ軸方向負側に前記第３起歪体が配置され、前記第１センサ体の中心に対してＸ軸方向正側に前記第４起歪体が配置されている、
［１］～［８］のいずれかに記載の力覚センサであってもよい。

【0016】

［１０］本開示は、
前記変位部は、対応する前記第１接続部の前記第２端部から、前記第1センサ体の中心に向かって延びている、
［９］に記載の力覚センサであってもよい。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、検出感度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、第１の実施の形態による力覚センサを適用したロボットの一例を示す斜視図である。

【図2】図２は、第１の実施の形態による力覚センサを示す断面図であって、後述する図３のＡ－Ａ線断面に相当する図である。

【図3】図３は、図２の力覚センサを、受力体を省略して示す平面図である。

【図4】図４は、図２の第１起歪体を示す正面図である。

【図5】図５は、図４の第１起歪体を示す平面図である。

【図6】図６は、図４の第１起歪体を示す側面図である。

【図7】図７は、図３に示す力覚センサの起歪体を平面展開した図である。

【図8】図８は、図４の第１起歪体がＸ軸方向正側の力を受けた場合の第１起歪体の変形状態を模式的に示す正面図である。

【図9A】図９Ａは、図４の第１起歪体がＹ軸方向正側の力を受けた場合の第１起歪体の変形状態を模式的に示す側面図である。

【図9B】図９Ｂは、図４の第１起歪体がＹ軸方向負側の力を受けた場合の第１起歪体の変形状態を模式的に示す側面図である。

【図10A】図１０Ａは、図４の第１起歪体がＺ軸方向正側の力を受けた場合の第１起歪体の変形状態を模式的に示す正面図である。

【図10B】図１０Ｂは、図４の第１起歪体がＺ軸方向負側の力を受けた場合の第１起歪体の変形状態を模式的に示す正面図である。

【図11】図１１は、図４の起歪体における各容量素子の静電容量値の変化を示す表である。

【図12】図１２は、図７の力覚センサにおける各容量素子の静電容量値の変化を示す表である。

【図13】図１３は、図４の検出素子の変形例を示す第１起歪体の正面図である。

【図14】図１４は、第２の実施の形態による力覚センサを、受力体を省略して示す平面図である。

【図15】図１５は、図１４に示す第１起歪体を示す正面図である。

【図16】図１６は、図１５の第１起歪体を示す平面図である。

【図17】図１７は、図１５の第１起歪体を示す側面図である。

【図18】図１８は、図１５の検出素子の変形例を示す第１起歪体の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、本明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺及び縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。

【0020】

本明細書において用いる、幾何学的条件と、物理的特性と、幾何学的条件または物理的特性の程度を特定する用語と、幾何学的条件または物理的特性を示す数値等については、厳密な意味に縛られることなく解釈してもよい。そして、これらの幾何学的条件、物理的特性、用語、および数値などについては、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈してもよい。幾何学的条件を特定する用語の例としては、「長さ」、「角度」、「形状」、「平行」、「直交」および「同一」等が挙げられる。

【0021】

（第１の実施の形態）
図１～図１３を用いて、本発明の第１の実施の形態による力覚センサについて説明する。

【0022】

まず、本実施の形態によるロボット１について、図１を参照して説明する。図１は、本実施の形態によるロボット１の一例を示す斜視図である。ロボット１には、本実施の形態等による力覚センサ１０が取り付けられる。ロボット１の例としては、産業用ロボット、協働ロボット、生活支援ロボット、医療用ロボットおよびサービスロボット等の各種ロボットが挙げられる。以下では、便宜上、力覚センサ１０が取り付けられる産業用ロボットを例にとって説明する。

【0023】

図１に示すように、産業用ロボット１は、ロボット本体２と、ツール３と、力覚センサ１０と、コントローラ５と、を備えている。ロボット本体２は、ロボットアーム４を含んでいる。ロボットアーム４は、多関節アーム構造を有している。

【0024】

ロボットアーム４の先端に、力覚センサ１０が取り付けられている。より具体的には、ロボットアーム４とツール３との間に、力覚センサ１０が取り付けられている。力覚センサ１０は、図示しない電気ケーブルを介して、コントローラ５に電気的に接続されている。ツール３の例としては、エンドエフェクター（グリッパー等）およびツールチェンジャー（いずれも図示せず）等が挙げられる。

【0025】

コントローラ５は、力覚センサ１０から出力された電気信号に基づいて、ロボット１の力制御を行う。このことにより、ロボット本体２およびツール３の動作が制御される。

【0026】

以下、図２～図５を参照して本発明の実施の形態による力覚センサ１０について説明する。図２は、本実施の形態による力覚センサを示す断面図であって、図３のＡ－Ａ線断面に相当する図である。図３は、図２の力覚センサを、受力体を省略して示す平面図である。図４は、図２の第１起歪体を示す正面図である。図５は、図４の第１起歪体を示す平面図であり、図６は、図４の第１起歪体を示す側面図である。図７は、図３に示す力覚センサの各起歪体を平面展開した図である。

【0027】

以下の説明では、ＸＹＺ三次元座標系を定義し、Ｚ軸方向（第１方向）を上下方向とし、受力体２０が上側に配置され、固定体２５が下側に配置されるように力覚センサ１０を配置した状態で説明を行う。このため、本実施の形態による力覚センサ１０は、Ｚ軸方向を上下方向とした姿勢で使用されることに限られることはない。また、受力体２０と固定体２５のいずれかを上側または下側に配置するかは任意である。

【0028】

力覚センサ１０は、所定の軸方向に作用した力および所定の回転軸まわりに作用したモーメントを電気信号として出力する機能を有している。しかしながら、このことに限られることはなく、力およびモーメントの一方のみを電気信号として出力するように構成されていてもよく、更には、力またはモーメントの少なくとも１つの軸成分を電気信号として出力するように構成されていてもよい。

【0029】

力覚センサ１０は、図２および図３に示すように、受力体２０と、固定体２５と、起歪体３０Ａ～３０Ｄと、検出素子７０と、検出回路７５と、外装体８０と、を備えている。以下、各構成要素についてより詳細に説明する。なお、図２は、図３のＡ－Ａ線断面図であるが、便宜上、第２起歪体３０Ｂおよび第４起歪体３０Ｄの概略を示している。

【0030】

受力体２０は、第１センサ体の一例である。受力体２０は、検出対象となる力またはモーメントの作用を受ける。この作用を受けることにより、受力体２０は固定体２５に対して相対移動する。上述した図１の例で言えば、受力体２０はツール３にボルト等で固定されており、ツール３から力またはモーメントを受ける。受力体２０には、起歪体３０Ａ～３０Ｄが接続されている。

【0031】

図３に示すように、本実施の形態では、受力体２０の平面形状は円形である。しかしながら、受力体２０の平面形状は円形に限られることはなく、矩形であってもよく、任意である。受力体２０は、平板状に形成されていてもよい。

【0032】

図２に示すように、固定体２５は、第２センサ体の一例である。固定体２５は、受力体２０を支持している。固定体２５は、Ｚ軸方向において、受力体２０と異なる位置に配置されている。より具体的には、固定体２５は、Ｚ軸方向において受力体２０の負側に配置されている。受力体２０と固定体２５は、Ｚ軸方向において互いに異なる位置に配置されており、固定体２５は、受力体２０に離間している。図１の例で言えば、固定体２５はロボットアーム４の先端にボルト等で固定されており、ロボット本体２に支持される。固定体２５には、起歪体３０Ａ～３０Ｄが接続されている。

【0033】

図３に示すように、本実施の形態では、固定体２５の平面形状は、受力体２０と同様に円形である。Ｚ軸方向で見たときに、固定体２５は、受力体２０に重なっている。しかしながら、固定体２５の平面形状は円形に限られることはなく、矩形であってもよく、任意である。固定体２５は、平板状に形成されていてもよい。なお、受力体２０の平面形状および固定体２５の平面形状のうちの少なくとも一方は、円形であってもよい。この場合、受力体２０の平面形状および固定体２５の平面形状のうちの一方が円形で、他方が円形以外の形状であってもよい。

【0034】

図２および図３に示すように、起歪体３０Ａ～３０Ｄは、受力体２０と固定体２５とを接続している。より具体的には、起歪体３０Ａ～３０Ｄは、受力体２０と固定体２５との間に配置されており、起歪体３０Ａ～３０Ｄは、受力体２０に接続されるとともに固定体２５に接続されている。これらの起歪体３０Ａ～３０Ｄを介して受力体２０は固定体２５に支持されている。

【0035】

本実施の形態においては、受力体２０と固定体２５とは、４つの起歪体３０Ａ～３０Ｄで接続されていてもよい。４つの起歪体３０Ａ～３０Ｄは、第１起歪体３０Ａと、第２起歪体３０Ｂと、第３起歪体３０Ｃと、第４起歪体３０Ｄと、を含んでいてもよい。

【0036】

図３に示すように、Ｚ軸方向で見たときに、受力体２０の中心Ｏに対してＹ軸方向正側に第１起歪体３０Ａが配置されていてもよい。同様にＺ軸方向で見たときに、受力体２０の中心Ｏに対してＸ軸方向負側に第２起歪体３０Ｂが配置されていてもよい。受力体２０の中心Ｏに対してＹ軸方向負側に第３起歪体３０Ｃが配置されていてもよい。受力体２０の中心Ｏに対してＸ軸方向正側に第４起歪体３０Ｄが配置されていてもよい。この場合、第１起歪体３０Ａと第３起歪体３０Ｃとの間に、受力体２０の中心Ｏが配置され、第２起歪体３０Ｂと第４起歪体３０Ｄとの間に、受力体２０の中心Ｏが配置されている。

【0037】

なお、受力体２０と固定体２５とを接続する起歪体の個数は、４つに限られることはなく、２つまたは３つでもよく、５つ以上でもよく、任意である。また、受力体２０と固定体２５とは、１つだけの起歪体で接続されていてもよく、この場合、検出素子７０を図４に示すように２つの容量素子で構成すると、後述するように力の２軸成分を検出することができる。検出素子７０が、１つだけの容量素子で構成されて、力の１軸成分を検出するようにしてもよい。

【0038】

図３に示すように、本実施の形態による４つの起歪体３０Ａ～３０Ｄは、環状配置されている。すなわち、上述したように、受力体２０および固定体２５がＺ軸方向で見たときに円形状に形成されており、４つの起歪体３０Ａ～３０Ｄが、矩形の環状をなすように配置されている。各起歪体３０Ａ～３０Ｄは、Ｚ軸方向で見たときに、第２方向に沿って直線状に形成されている。すなわち、第１起歪体３０Ａの第２方向および第３起歪体３０Ｃの第２方向は、Ｘ軸方向に相当している。第１起歪体３０Ａおよび第３起歪体３０Ｃは、Ｘ軸方向に沿って直線状に形成されている。第２起歪体３０Ｂの第２方向および第４起歪体３０Ｄの第２方向は、Ｙ軸方向に相当している。第２起歪体３０Ｂおよび第４起歪体３０Ｄは、Ｙ軸方向に沿って直線状に形成されている。なお、各起歪体３０Ａ～３０Ｄの第２方向は、図３に示す例に限られることはなく、任意である。また、各起歪体３０Ａ～３０Ｄの第２方向は、Ｘ軸方向にもＹ軸方向にも沿っていなくてもよい。例えば、４つの起歪体３０Ａ～３０Ｄの配置は、環状配置であることに限られることはなく、それぞれを任意の位置で不規則に配置してもよい。

【0039】

次に、本実施の形態による起歪体３０Ａ～３０Ｄについてより具体的に説明する。

【0040】

本実施の形態による起歪体３０Ａ～３０Ｄは、受力体２０が受けた力またはモーメントの作用により弾性変形して歪みを生じさせ、変位するように構成されている。ここでは、上述した４つの起歪体３０Ａ～３０Ｄのうち、Ｘ軸方向を第２方向とする第１起歪体３０Ａを例にとって説明する。Ｙ軸方向は第３方向に相当する。第３方向は、第１方向に直交するとともに第２方向に直交する方向である。第２起歪体３０Ｂ、第３起歪体３０Ｃおよび第４起歪体３０Ｄについては、同様の構成を有しているため、共通する構成についての詳細な説明は省略する。

【0041】

図２および図４に示すように、第１起歪体３０Ａは、第１接続部３１と、固定体側接続部３２と、を含んでいてもよい。

【0042】

第１接続部３１は、受力体２０に接続された第１端部３１ａと、第１端部３１ａとは反対側に位置する第２端部３１ｂと、を含んでいる。第１接続部３１は、第１端部３１ａから第２端部３１ｂまでＺ軸方向に延びている。第１端部３１ａは、後述する薄肉部４０の固定体２５の側の面（図４における下面）に接続されている。第２端部３１ｂは、後述する変位部３６に接続されており、第２接続部３４と第３接続部３５との間に位置している。第１接続部３１は、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のそれぞれに沿って直線状に形成されていてもよい。図４に示すように、第１接続部３１は、第１起歪体３０Ａの中心軸線ＣＬに沿って形成されていてもよい。第１起歪体３０Ａの中心軸線ＣＬは、Ｘ軸方向における第１起歪体３０Ａの中心を通るＺ軸方向に沿った線である。第１端部３１ａは、受力体２０に、後述する受力体側接続部３８を介して接続されている。第１接続部３１は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれの力の作用により弾性変形可能であってもよい。

【0043】

固定体側接続部３２は、第２センサ体側接続部の一例である。固定体側接続部３２は、第１接続部３１の第２端部３１ｂを固定体２５に接続する。固定体側接続部３２は、一対の固定体側台座３３と、第２接続部３４と、第３接続部３５と、変位部３６と、を含んでいる。

【0044】

本実施の形態による固定体側台座３３は、固定体２５に接続されていてもよい。固定体側台座３３は、固定体２５から受力体２０に向かってＺ軸方向に延びている。固定体側台座３３は、Ｘ軸方向において第１接続部３１の第２端部３１ｂの両側であって、中心軸線ＣＬの両側に位置している。一方の固定体側台座３３は、第２端部３１ｂよりもＸ軸方向正側に位置している。他方の固定体側台座３３は、第２端部３１ｂよりもＸ軸方向負側に位置している。

【0045】

固定体側台座３３は、固定体２５に当接して、図示しないボルト等を用いて固定体２５に取り付けられる。固定体側台座３３の固定体２５の側の面（図４における下面）には、ねじ孔（図示せず）が形成されていてもよい。固定体側台座３３には、１つのねじ孔が形成されていてもよく、複数のねじ孔が形成されていてもよい。

【0046】

第２接続部３４は、Ｘ軸方向に延びている。第２接続部３４は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿って平板状に形成されていてもよい。第２接続部３４は、Ｙ軸方向で見たときに、第１接続部３１の第２端部３１ｂから一方の固定体側台座３３まで直線状に延びている。図４に示す例では、第２接続部３４は、第２端部３１ｂよりもＸ軸方向正側に位置する固定体側台座３３に接続されて支持されている。第２接続部３４は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のそれぞれの力の作用により弾性変形可能であってもよい。

【0047】

第３接続部３５は、Ｘ軸方向に延びている。第３接続部３５は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿って平板状に形成されていてもよい。第３接続部３５は、Ｙ軸方向で見たときに、第１接続部３１の第２端部３１ｂから他方の固定体側台座３３まで直線状に延びている。図４に示す例では、第３接続部３５は、第２端部３１ｂよりもＸ軸方向負側に位置する固定体側台座３３に接続されて支持されている。第３接続部３５は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のそれぞれの力の作用により弾性変形可能であってもよい。

【0048】

図４～図６に示すように、変位部３６は、Ｚ軸方向で見たときのＸ軸方向に交差する方向に、第１接続部３１の第２端部３１ｂから延びている。変位部３６は、第２端部３１ｂからＹ軸方向に延びていてもよく、Ｙ軸方向に沿って直線状に形成されていてもよい。図４および図６に示すように、変位部３６は、第２端部３１ｂの固定体２５の側の面から延びている。第２端部３１ｂの固定体２５の側の面は、第２端部３１ｂのＺ軸方向負側の面であって、図４に示す下面に相当する。しかしながら、変位部３６は、第２端部３１ｂのＹ軸方向負側の面（図４に示す正面）から延びていてもよい。

【0049】

図３に示すように、第１起歪体３０Ａの変位部３６は、Ｚ軸方向で見たときに、第１起歪体３０Ａの第１接続部３１の第２端部３１ｂから受力体２０の中心Ｏに向かって延びている。第１起歪体３０Ａの変位部３６は、第２端部３１ｂからＹ軸方向負側に延びている。第１起歪体３０Ａの変位部３６は、Ｘ軸方向において第１起歪体３０Ａの中心に位置していてもよく、Ｙ軸方向で見たときに第１起歪体３０Ａの中心軸線ＣＬ（図４、図７参照）に重なっていてもよい。

【0050】

図３に示すように、第２起歪体３０Ｂの変位部３６は、Ｚ軸方向で見たときに、第２起歪体３０Ｂの第１接続部３１の第２端部３１ｂから受力体２０の中心Ｏに向かって延びている。第２起歪体３０Ｂの変位部３６は、第２端部３１ｂからＸ軸方向正側に延びている。第２起歪体３０Ｂの変位部３６は、Ｙ軸方向において第２起歪体３０Ｂの中心に位置していてもよく、Ｘ軸方向で見たときに第２起歪体３０Ｂの中心軸線ＣＬ（図４、図７参照）に重なっていてもよい。

【0051】

図３に示すように、第３起歪体３０Ｃの変位部３６は、Ｚ軸方向で見たときに、第３起歪体３０Ｃの第１接続部３１の第２端部３１ｂから受力体２０の中心Ｏに向かって延びている。第３起歪体３０Ｃの変位部３６は、第２端部３１ｂからＹ軸方向正側に延びている。第３起歪体３０Ｃの変位部３６は、Ｘ軸方向において第３起歪体３０Ｃの中心に位置していてもよく、Ｙ軸方向で見たときに第３起歪体３０Ｃの中心軸線ＣＬ（図４、図７参照）に重なっていてもよい。

【0052】

図３に示すように、第４起歪体３０Ｄの変位部３６は、Ｚ軸方向で見たときに、第４起歪体３０Ｄの第１接続部３１の第２端部３１ｂから受力体２０の中心Ｏに向かって延びている。第４起歪体３０Ｄの変位部３６は、第２端部３１ｂからＸ軸方向負側に延びている。第４起歪体３０Ｄの変位部３６は、Ｙ軸方向において第４起歪体３０Ｄの中心に位置していてもよく、Ｘ軸方向で見たときに、第４起歪体３０Ｄの中心軸線ＣＬ（図４、図７参照）に重なっていてもよい。

【0053】

図４～図６に示すように、第１起歪体３０Ａは、受力体側接続部３８を更に含んでいてもよい。受力体側接続部３８は、第１センサ体側接続部の一例である。受力体側接続部３８は、第１接続部３１の第１端部３１ａを受力体２０に接続する。受力体側接続部３８は、第１接続部３１の第１端部３１ａと受力体２０との間に介在されている。受力体側接続部３８は、一対の受力体側台座３９と、薄肉部４０と、を含んでいてもよい。

【0054】

受力体側台座３９は、受力体２０に接続されていてもよい。受力体側台座３９は、受力体２０から固定体２５に向かってＺ軸方向に延びている。受力体側台座３９は、Ｘ軸方向において第１接続部３１の第１端部３１ａの両側であって、中心軸線ＣＬの両側に位置している。一方の受力体側台座３９は、第１端部３１ａよりもＸ軸方向正側に位置している。他方の受力体側台座３９は、第１端部３１ａよりもＸ軸方向負側に位置している。

【0055】

受力体側台座３９は、受力体２０に当接して、図示しないボルト等を用いて受力体２０に取り付けられる。図３および図５に示すように、受力体側台座３９の受力体２０の側の面（図４における上面）には、ねじ孔４１が形成されていてもよい。受力体側台座３９のそれぞれには、１つのねじ孔４１が形成されていてもよく、複数のねじ孔４１が形成されていてもよい。

【0056】

薄肉部４０は、一対の受力体側台座３９の間に位置しており、各受力体側台座３９に接続されている。薄肉部４０は、受力体側台座３９と第１接続部３１とを接続している。薄肉部４０の固定体２５の側の面（図４における下面）に、第１接続部３１の第１端部３１ａが接続されている。薄肉部４０は、Ｘ軸方向に延びている。薄肉部４０は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿って平板状に形成されていてもよい。図４に示すように、薄肉部４０の厚さｔ１（Ｚ軸方向寸法）は、受力体側台座３９の厚さｔ２（Ｚ軸方向寸法）よりも薄くなっている。薄肉部４０は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のそれぞれの力の作用により弾性変形可能であってもよい。

【0057】

薄肉部４０は、受力体側台座３９のうちの固定体２５の側の部分に接続されている。このことにより、薄肉部４０の受力体２０の側に、第１凹部４２が形成されている。図４に示すように、第１凹部４２は、Ｙ軸方向で見たときに、矩形状に形成されていてもよい。薄肉部４０と第１接続部３１が別体に形成されている場合、薄肉部４０と第１接続部３１とを固定するためのボルト（図示せず）の頭部を第１凹部４２に配置することができる。このことにより、ボルトの頭部が受力体側接続部３８から突出することを防止でき、力覚センサ１０の高さを低くすることができる。

【0058】

図４および図５に示すように、上述した固定体側接続部３２は、Ｚ軸方向で見たときに、Ｘ軸方向に沿って直線状に形成されていてもよい。上述した受力体側接続部３８も同様に、Ｘ軸方向に沿って直線状に形成されていてもよい。Ｚ軸方向で見たときに、図５に示すように、受力体側接続部３８は、固定体側接続部３２に重なっていてもよい。

【0059】

上述のように構成された第１起歪体３０Ａは、連続する材料で一体に形成されていてもよい。第１起歪体３０Ａは、１つのブロック材から機械加工（例えば、切削加工）で作製されていてもよく、または鋳造加工で作製されていてもよい。第１起歪体３０Ａは、アルミ合金または鉄合金などの金属材料で作製されていてもよい。

【0060】

検出素子７０は、上述した第１起歪体３０Ａの弾性変形により生じた変位を検出するように構成されている。本実施の形態による検出素子７０は、上述した変位部３６の先端部３６ａの変位により静電容量値の変化を検出する素子として構成されている。

【0061】

図４および図５に示すように、検出素子７０は、第１容量素子Ｃ１と、第２容量素子Ｃ２と、を含んでいる。第１容量素子Ｃ１および第２容量素子Ｃ２はそれぞれ、第１起歪体３０Ａの変位部３６の先端部３６ａの変位により静電容量値の変化を検出する。第１容量素子Ｃ１および第２容量素子Ｃ２は、図４に示す第１起歪体３０Ａ用の容量素子である。

【0062】

図４および図５に示す例においては、第１容量素子Ｃ１は、固定体２５に設けられた第１固定電極基板Ｅｆ１と、変位部３６の先端部３６ａに設けられた第１変位電極基板Ｅｄ１と、を含んでいる。第２容量素子Ｃ２は、固定体２５に設けられた第２固定電極基板Ｅｆ２と、変位部３６の先端部３６ａに設けられた第２変位電極基板Ｅｄ２と、を含んでいる。第１容量素子Ｃ１は、第１起歪体３０Ａの中心軸線ＣＬに対してＸ軸方向正側に配置されている。第２容量素子Ｃ２は、第１起歪体３０Ａの中心軸線ＣＬに対してＸ軸方向負側に配置されている。

【0063】

図４に示すように、第１固定電極基板Ｅｆ１は、第１起歪体３０Ａの中心軸線ＣＬに対して一方の固定体側台座３３の側に位置している。より具体的には、第１固定電極基板Ｅｆ１は、第１起歪体３０Ａの中心軸線ＣＬに対してＸ軸方向正側に位置している。第２固定電極基板Ｅｆ２は、第１起歪体３０Ａの中心軸線ＣＬに対して他方の固定体側台座３３の側に位置している。第２固定電極基板Ｅｆ２は、第１起歪体３０Ａの中心軸線ＣＬに対してＸ軸方向負側に位置している。

【0064】

図４～図６に示すように、第１固定電極基板Ｅｆ１および第２固定電極基板Ｅｆ２は、一体化されていてもよい。より具体的には、第１固定電極基板Ｅｆ１および第２固定電極基板Ｅｆ２はそれぞれ、固定電極Ｅｆ（図１３参照）と、絶縁体と、を含んでいる。絶縁体は、固定電極Ｅｆと固定体２５との間に介在されている。第１固定電極基板Ｅｆ１の固定電極Ｅｆと、第２固定電極基板Ｅｆ２の固定電極Ｅｆが一体化されて共通固定電極Ｅｆｃが形成されている。第１固定電極基板Ｅｆ１の絶縁体と、第２固定電極基板Ｅｆ２の絶縁体が一体化されて共通絶縁体ＩＢｆｃが形成されている。共通絶縁体ＩＢｆｃが、接着材等で固定体２５に接合されていてもよく、またはボルト等で固定されていてもよい。共通絶縁体ＩＢｆｃの全体が固定体２５に接合されていてもよい。

【0065】

図４および図５に示すように、第１変位電極基板Ｅｄ１は、第１起歪体３０Ａの中心軸線ＣＬに対して一方の固定体側台座３３の側に位置している。より具体的には、第１変位電極基板Ｅｄ１は、第１起歪体３０Ａの中心軸線ＣＬに対してＸ軸方向正側に位置しており、上述した第１固定電極基板Ｅｆ１に対向している。第２変位電極基板Ｅｄ２は、他方の固定体側台座３３の側に位置している。より具体的には、第２変位電極基板Ｅｄ２は、第１起歪体３０Ａの中心軸線ＣＬに対してＸ軸方向負側に位置しており、上述した第２固定電極基板Ｅｆ２に対向している。

【0066】

第１変位電極基板Ｅｄ１および第２変位電極基板Ｅｄ２はそれぞれ、変位電極Ｅｄと、絶縁体と、を含んでいる。第１変位電極基板Ｅｄ１の変位電極Ｅｄは、第１固定電極基板Ｅｆ１の固定電極Ｅｆに対向し、第２変位電極基板Ｅｄ２の変位電極Ｅｄは、第２固定電極基板Ｅｆ２の固定電極Ｅｆに対向している。第１変位電極基板Ｅｄ１の変位電極Ｅｄと第２変位電極基板Ｅｄ２の変位電極Ｅｄは、別体に形成されて互いに離間していてもよい。絶縁体は、変位電極Ｅｄと変位部３６との間に介在されている。第１変位電極基板Ｅｄ１の絶縁体と第２変位電極基板Ｅｄ２の絶縁体は、一体化されて共通絶縁体ＩＢｄｃが形成されていてもよい。共通絶縁体ＩＢｄｃが、変位部３６に、接着材等で接合されていてもよく、またはボルト等で固定されていてもよい。共通絶縁体ＩＢｄｃの一部が、変位部３６に接合されていてもよい。

【0067】

第１容量素子Ｃ１および第２容量素子Ｃ２は、Ｙ軸方向において同じ位置に配置されている。すなわち、図３、図５および図６に示すように、第１変位電極基板Ｅｄ１の変位電極Ｅｄおよび第２変位電極基板Ｅｄ２の変位電極Ｅｄは、Ｙ軸方向において同じ位置に配置されている。第１容量素子Ｃ１および第２容量素子Ｃ２は、第１接続部３１に対してＹ軸方向負側に配置されている。

【0068】

本実施の形態では、固定電極基板Ｅｆ１、Ｅｆ２の固定電極Ｅｆを一体化した共通固定電極Ｅｆｃの平面形状は、矩形になっている。変位電極基板Ｅｄ１、Ｅｄ２の変位電極Ｅｄの平面形状も、矩形になっている。しかしながら、共通固定電極Ｅｆｃおよび変位電極Ｅｄの平面形状は、矩形に限られることはなく、円形、多角形、楕円形等の他の形状であってもよい。

【0069】

Ｚ軸方向で見たときに、第１変位電極基板Ｅｄ１の変位電極Ｅｄの平面形状は、共通固定電極Ｅｆｃの平面形状よりも小さくなっていてもよい。そして、受力体２０が力またはモーメントを受けて第１変位電極基板Ｅｄ１が変位した場合であっても、Ｚ軸方向で見たときに第１変位電極基板Ｅｄ１の変位電極Ｅｄが全体として共通固定電極Ｅｆｃに重なるように、変位電極Ｅｄの大きさと共通固定電極Ｅｆｃの大きさが設定されていてもよい。このことにより、変位電極Ｅｄと共通固定電極Ｅｆｃの対向面積が変化することを防止することができ、静電容量値の変化に、対向面積の変化が影響を及ぼすことを防止することができる。このため、変位電極Ｅｄと共通固定電極Ｅｆｃとの距離の変化に応じて静電容量値を変化させることができる。ここで、対向面積とは、Ｚ軸方向で見たときに変位電極Ｅｄと共通固定電極Ｅｆｃとが重なる面積を言う。変位部３６が傾斜した場合には、共通固定電極Ｅｆｃよりも小さい変位電極Ｅｄが傾斜して対向面積が変動し得るが、この場合の変位電極Ｅｄの傾斜角度は小さい。このことにより、静電容量値の変化には、変位電極Ｅｄと共通固定電極Ｅｆｃとの距離が支配的となる。このため、本明細書では、変位電極Ｅｄの傾斜による対向面積の変動は考慮せず、静電容量値の変化は、変位電極Ｅｄと共通固定電極Ｅｆｃとの距離の変化に起因すると考える。なお、後述する図８等では、図面を明瞭にするために、変位部３６の傾斜を誇張している。

【0070】

同様に、Ｚ軸方向で見たときに、第２変位電極基板Ｅｄ２の変位電極Ｅｄの平面形状は、共通固定電極Ｅｆｃよりも小さくなっていてもよい。第２変位電極基板Ｅｄ２の変位電極Ｅｄの平面形状は、第１変位電極基板Ｅｄ１の変位電極Ｅｄの平面形状と同一であってもよい。

【0071】

第１固定電極基板Ｅｆ１および第２固定電極基板Ｅｆ２の共通固定電極Ｅｆｃの平面形状は、第１固定電極基板Ｅｆ１および第２固定電極基板Ｅｆ２の共通絶縁体ＩＢｆｃの平面形状と同一の大きさであってもよい。しかしながら、共通固定電極Ｅｆｃの平面形状は、共通絶縁体ＩＢｆｃの平面形状よりも小さくてもよい。第１変位電極基板Ｅｄ１の変位電極Ｅｄの平面形状および第２変位電極基板Ｅｄ２の変位電極Ｅｄの平面形状はそれぞれ、第１変位電極基板Ｅｄ１および第２変位電極基板Ｅｄ２の共通絶縁体ＩＢｄｃの平面形状よりも小さくてもよい。

【0072】

絶縁体は、ガラスエポキシ樹脂またはセラミックなどの絶縁性を有する材料で形成されていてもよい。あるいは、固定電極基板Ｅｆ１、Ｅｆ２は、ＦＰＣ基板（フレキシブルプリント回路基板）で構成されていてもよい。ＦＰＣ基板は、薄いフィルム状に形成されており、フレキシブル性を有しているプリント基板である。ＦＰＣ基板は、ポリイミドフィルムの上面に、電極および配線を構成する金属薄膜が形成されている。ＦＰＣ基板のうち固定電極基板Ｅｆ１、Ｅｆ２に相当する部分が固定体２５に固定されていてもよい。ＦＰＣ基板は、固定電極Ｅｆを検出回路７５に接続する配線を含んでいてもよい。絶縁体がＦＰＣ基板で構成されている場合には、変位電極基板Ｅｄ１、Ｅｄ２に相当する部分が変位部３６に固定されていてもよい。ＦＰＣ基板は、変位電極Ｅｄを検出回路７５に接続する配線を含んでいてもよい。

【0073】

上述した第１起歪体３０Ａとこれに対応する検出素子７０の構成は、第２起歪体３０Ｂ、第３起歪体３０Ｃおよび第４起歪体３０Ｄにも同様に適用できる。

【0074】

すなわち、図３に示すように、検出素子７０は、第３容量素子Ｃ３と、第４容量素子Ｃ４と、を更に含んでいる。第３容量素子Ｃ３および第４容量素子Ｃ４はそれぞれ、第２起歪体３０Ｂの変位部３６の先端部３６ａの変位により静電容量値の変化を検出する。第３容量素子Ｃ３および第４容量素子Ｃ４は、第２起歪体３０Ｂ用の容量素子である。

【0075】

図７に示すように、第３容量素子Ｃ３は、固定体２５に設けられた第３固定電極基板Ｅｆ３と、変位部３６の先端部３６ａに設けられた第３変位電極基板Ｅｄ３と、を含んでいる。第４容量素子Ｃ４は、固定体２５に設けられた第４固定電極基板Ｅｆ４と、変位部３６の先端部３６ａに設けられた第４変位電極基板Ｅｄ４と、を含んでいる。

【0076】

第３固定電極基板Ｅｆ３は、第２起歪体３０Ｂの中心軸線ＣＬに対してＹ軸方向正側に位置している。第４固定電極基板Ｅｆ４は、第２起歪体３０Ｂの中心軸線ＣＬに対してＹ軸方向負側に位置している。本実施の形態においては、第３固定電極基板Ｅｆ３および第４固定電極基板Ｅｆ４は、一体化されており、上述した固定電極基板Ｅｆ１、Ｅｆ２と同様に構成されている。

【0077】

第３変位電極基板Ｅｄ３は、第２起歪体３０Ｂの中心軸線ＣＬに対してＹ軸方向正側に位置している。第３変位電極基板Ｅｄ３は、上述した第３固定電極基板Ｅｆ３に対向している。第４変位電極基板Ｅｄ４は、第２起歪体３０Ｂの中心軸線ＣＬに対してＹ軸方向負側に位置している。第４変位電極基板Ｅｄ４は、上述した第４固定電極基板Ｅｆ４に対向している。変位電極基板Ｅｄ３、Ｅｄ４は、上述した変位電極基板Ｅｄ１、Ｅｄ２と同様に構成されている。

【0078】

第３容量素子Ｃ３および第４容量素子Ｃ４は、Ｘ軸方向において同じ位置に配置されている。すなわち、図３に示すように、第３変位電極基板Ｅｄ３の変位電極Ｅｄおよび第４変位電極基板Ｅｄ４の変位電極Ｅｄは、Ｘ軸方向において同じ位置に配置されている。第３容量素子Ｃ３および第４容量素子Ｃ４は、第１接続部３１に対してＸ軸方向正側に配置されている。

【0079】

また、図３に示すように、検出素子７０は、第５容量素子Ｃ５と、第６容量素子Ｃ６と、を更に含んでいる。第５容量素子Ｃ５および第６容量素子Ｃ６はそれぞれ、第３起歪体３０Ｃの変位部３６の先端部３６ａの変位により静電容量値の変化を検出する。第５容量素子Ｃ５および第６容量素子Ｃ６は、第３起歪体３０Ｃ用の容量素子である。

【0080】

図７に示すように、第５容量素子Ｃ５は、固定体２５に設けられた第５固定電極基板Ｅｆ５と、変位部３６の先端部３６ａに設けられた第５変位電極基板Ｅｄ５と、を含んでいる。第６容量素子Ｃ６は、固定体２５に設けられた第６固定電極基板Ｅｆ６と、変位部３６の先端部３６ａに設けられた第６変位電極基板Ｅｄ６と、を含んでいる。

【0081】

第５固定電極基板Ｅｆ５は、第３起歪体３０Ｃの中心軸線ＣＬに対してＸ軸方向負側に位置している。第６固定電極基板Ｅｆ６は、第３起歪体３０Ｃの中心軸線ＣＬに対してＸ軸方向正側に位置している。本実施の形態においては、第５固定電極基板Ｅｆ５および第６固定電極基板Ｅｆ６は、一体化されており、上述した固定電極基板Ｅｆ１、Ｅｆ２と同様に構成されている。

【0082】

第５変位電極基板Ｅｄ５は、第３起歪体３０Ｃの中心軸線ＣＬに対してＸ軸方向負側に位置している。第５変位電極基板Ｅｄ５は、上述した第５固定電極基板Ｅｆ５に対向している。第６変位電極基板Ｅｄ６は、第３起歪体３０Ｃの中心軸線ＣＬに対してＸ軸方向正側に位置している。第６変位電極基板Ｅｄ６は、上述した第６固定電極基板Ｅｆ６に対向している。変位電極基板Ｅｄ５、Ｅｄ６は、上述した変位電極基板Ｅｄ１、Ｅｄ２と同様に構成されている。

【0083】

第５容量素子Ｃ５および第６容量素子Ｃ６は、Ｙ軸方向において同じ位置に配置されている。すなわち、図３に示すように、第５変位電極基板Ｅｄ５の変位電極Ｅｄおよび第６変位電極基板Ｅｄ６の変位電極Ｅｄは、Ｙ軸方向において同じ位置に配置されている。第５容量素子Ｃ５および第６容量素子Ｃ６は、第１接続部３１に対してＹ軸方向正側に配置されている。

【0084】

また、図３に示すように、検出素子７０は、第７容量素子Ｃ７と、第８容量素子Ｃ８と、を更に含んでいる。第７容量素子Ｃ７および第８容量素子Ｃ８はそれぞれ、第４起歪体３０Ｄの変位部３６の先端部３６ａの変位により静電容量値の変化を検出する。第７容量素子Ｃ７および第８容量素子Ｃ８は、第４起歪体３０Ｄ用の容量素子である。

【0085】

図７に示すように、第７容量素子Ｃ７は、固定体２５に設けられた第７固定電極基板Ｅｆ７と、変位部３６の先端部３６ａに設けられた第７変位電極基板Ｅｄ７と、を含んでいる。第８容量素子Ｃ８は、固定体２５に設けられた第８固定電極基板Ｅｆ８と、変位部３６の先端部３６ａに設けられた第８変位電極基板Ｅｄ８と、を含んでいる。

【0086】

第７固定電極基板Ｅｆ７は、第４起歪体３０Ｄの中心軸線ＣＬに対してＹ軸方向負側に位置している。第８固定電極基板Ｅｆ８は、第４起歪体３０Ｄの中心軸線ＣＬに対してＹ軸方向正側に位置している。本実施の形態においては、第７固定電極基板Ｅｆ７および第８固定電極基板Ｅｆ８は、一体化されており、上述した固定電極基板Ｅｆ１、Ｅｆ２と同様に構成されている。

【0087】

第７変位電極基板Ｅｄ７は、第４起歪体３０Ｄの中心軸線ＣＬに対してＹ軸方向負側に位置している。第７変位電極基板Ｅｄ７は、上述した第７固定電極基板Ｅｆ７に対向している。第８変位電極基板Ｅｄ８は、第４起歪体３０Ｄの中心軸線ＣＬに対してＹ軸方向正側に位置している。第８変位電極基板Ｅｄ８は、上述した第８固定電極基板Ｅｆ８に対向している。変位電極基板Ｅｄ７、Ｅｄ８は、上述した変位電極基板Ｅｄ１、Ｅｄ２と同様に構成されている。

【0088】

第７容量素子Ｃ７および第８容量素子Ｃ８は、Ｘ軸方向において同じ位置に配置されている。すなわち、図３に示すように、第７変位電極基板Ｅｄ７の変位電極Ｅｄおよび第８変位電極基板Ｅｄ８の変位電極Ｅｄは、Ｘ軸方向において同じ位置に配置されている。第７容量素子Ｃ７および第８容量素子Ｃ８は、第１接続部３１に対してＸ軸方向負側に配置されている。

【0089】

図２に示すように、検出回路７５は、検出素子７０の検出結果に基づいて、起歪体３０Ａ～３０Ｄに作用した力またはモーメントを示す電気信号を出力する。この検出回路７５は、例えばマイクロプロセッサにより構成された演算機能を有していてもよい。また、検出回路７５は、上述した検出素子７０から受信したアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換機能や、信号を増幅する機能を有してもよい。検出回路７５は、電気信号を出力する端子を含んでいてもよく、この端子から図示しない電気ケーブルを介して上述したコントローラ５に電気信号が送信される。

【0090】

図２および図３に示すように、外装体８０は、Ｚ軸方向で見たときに、４つの起歪体３０Ａ～３０Ｄを外側から覆うように構成されている。外装体８０は、力覚センサ１０を構成する筒状の筐体である。起歪体３０Ａ～３０Ｄは、外装体８０に収容されている。本実施の形態では外装体８０の平面断面形状（ＸＹ平面に沿う断面における形状）は円形枠形状になっている。受力体２０と外装体８０との間の隙間に、緩衝部材８１が介在されていてもよい。緩衝部材８１は、例えば、ゴムまたはスポンジなどの弾性変形可能な柔軟な材料で形成されていてもよい。

【0091】

次に、このような構成からなる本実施の形態による力覚センサ１０に力またはモーメントが作用して、その力またはモーメントを検出する方法について図８～図１０Ｂを参照して説明する。図８は、図４の第１起歪体がＸ軸方向正側の力Ｆｘを受けた場合の第１起歪体３０Ａの変形状態を模式的に示す正面図であり、図９Ａは、図４の第１起歪体がＹ軸方向正側の力Ｆｙを受けた場合の第１起歪体３０Ａの変形状態を模式的に示す側面図である。図９Ｂは、図４の第１起歪体がＹ軸方向負側の力Ｆｙを受けた場合の第１起歪体３０Ａの変形状態を模式的に示す側面図である。図１０Ａは、図４の第１起歪体３０ＡがＺ軸方向正側の力Ｆｚを受けた場合の第１起歪体３０Ａの変形状態を模式的に示す正面図である。図１０Ｂは、図４の第１起歪体３０ＡがＺ軸方向負側の力を受けた場合の第１起歪体３０Ａの変形状態を模式的に示す正面図である。

【0092】

受力体２０が力またはモーメントの作用を受けると、その力またはモーメントが、第１起歪体３０Ａ～第４起歪体３０Ｄに伝わる。より具体的には、その力またはモーメントが薄肉部４０、第１接続部３１、第２接続部３４および第３接続部３５に伝わり、薄肉部４０および各接続部３１、３４、３５に弾性変形が生じる。このことにより、変位部３６に変位が生じる。このため、検出素子７０の各固定電極基板Ｅｆ１～Ｅｆ８と対応する変位電極基板Ｅｄ１～Ｅｄ８との間の距離が変化し、各容量素子Ｃ１～Ｃ８の静電容量値が変化する。この静電容量値の変化が、起歪体３０Ａ～３０Ｄに生じた変位として検出素子７０で検出される。この場合、各容量素子Ｃ１～Ｃ８の静電容量値の変化が異なり得る。このため、検出回路７５は、検出素子７０で検出された各容量素子Ｃ１～Ｃ８の静電容量値の変化に基づいて、受力体２０に作用した力またはモーメントの向きと大きさを検出することができる。

【0093】

ここでは、まず、第１起歪体３０Ａを例にとって、Ｘ軸方向の力Ｆｘ、Ｙ軸方向の力Ｆｙ、Ｚ軸方向の力Ｆｚが作用した場合の第１容量素子Ｃ１および第２容量素子Ｃ２の静電容量値の変化について説明する。

【0094】

（＋Ｆｘが作用した場合）
第１起歪体３０ＡにＸ軸方向正側に力Ｆｘが作用した場合には、図８に示すように、第１起歪体３０Ａの薄肉部４０、第１接続部３１、第２接続部３４および第３接続部３５が弾性変形しながら、第１接続部３１の第１端部３１ａがＸ軸方向正側に変位する。このことにより、第１接続部３１がＸ軸方向正側に倒れるように傾斜する。言い換えると、第１接続部３１は、Ｙ軸方向正側に向かって見たときに（図８の紙面に向かって見たときに）、時計回りに回動する。第１接続部３１と連動して、変位部３６は時計回りに回動し、傾斜する。

【0095】

第１変位電極基板Ｅｄ１は、第１固定電極基板Ｅｆ１に近づき、第１変位電極基板Ｅｄ１と第１固定電極基板Ｅｆ１との電極間距離（Ｚ軸方向の距離）が減少する。このため、第１容量素子Ｃ１の静電容量値が増大する。一方、第２変位電極基板Ｅｄ２は、第２固定電極基板Ｅｆ２から遠ざかり、第２変位電極基板Ｅｄ２と第２固定電極基板Ｅｆ２との電極間距離（Ｚ軸方向の距離）が増大する。このため、第２容量素子Ｃ２の静電容量値が減少する。

【0096】

（－Ｆｘが作用した場合）
第１起歪体３０ＡにＸ軸方向負側に力Ｆｘが作用した場合には、図示しないが、図８に示す場合と逆の現象が生じる。すなわち、第１容量素子Ｃ１の静電容量値が減少し、第２容量素子Ｃ２の静電容量値が増大する。

【0097】

（＋Ｆｙが作用した場合）
第１起歪体３０ＡにＹ軸方向正側に力Ｆｙが作用した場合には、図９Ａに示すように、薄肉部４０、第１接続部３１、第２接続部３４および第３接続部３５が弾性変形しながら、第１接続部３１の第１端部３１ａがＹ軸方向正側に変位する。このことにより、第１接続部３１がＹ軸方向正側に倒れるように傾斜する。言い換えると、第１接続部３１は、Ｘ軸方向正側に向かって見たときに（図９Ａの紙面に向かって見たときに）、反時計回りに回動する。第１接続部３１と連動して、変位部３６は反時計回りに回動して、傾斜する。この場合、変位部３６の先端部３６ａは、固定体２５から遠ざかる方向に変位する。

【0098】

第１変位電極基板Ｅｄ１は、第１固定電極基板Ｅｆ１から遠ざかり、第１変位電極基板Ｅｄ１と第１固定電極基板Ｅｆ１との電極間距離（Ｚ軸方向の距離）が増大する。このため、第１容量素子Ｃ１の静電容量値が減少する。同様に、第２変位電極基板Ｅｄ２は、第２固定電極基板Ｅｆ２から遠ざかり、第２変位電極基板Ｅｄ２と第２固定電極基板Ｅｆ２との電極間距離（Ｚ軸方向の距離）が増大する。このため、第２容量素子Ｃ２の静電容量値が減少する。

【0099】

（－Ｆｙが作用した場合）
第１起歪体３０ＡにＹ軸方向負側に力Ｆｙが作用した場合には、図９Ｂに示すように、図９Ａに示す場合と逆の現象が生じる。

【0100】

第１起歪体３０ＡにＹ軸方向負側に力Ｆｙが作用した場合には、図９Ｂに示すように、薄肉部４０、第１接続部３１、第２接続部３４および第３接続部３５が弾性変形しながら、第１接続部３１の第１端部３１ａがＹ軸方向負側に変位する。このことにより、第１接続部３１がＹ軸方向負側に倒れるように傾斜する。言い換えると、第１接続部３１は、Ｘ軸方向正側に向かって見たときに（図９Ｂの紙面に向かって見たときに）、時計回りに回動する。第１接続部３１と連動して、変位部３６は時計回りに回動して、傾斜する。この場合、変位部３６の先端部３６ａは、固定体２５に近づく方向に変位する。

【0101】

第１変位電極基板Ｅｄ１は、第１固定電極基板Ｅｆ１に近づき、第１変位電極基板Ｅｄ１と第１固定電極基板Ｅｆ１との電極間距離（Ｚ軸方向の距離）が減少する。このため、第１容量素子Ｃ１の静電容量値が増大する。同様に、第２変位電極基板Ｅｄ２は、第２固定電極基板Ｅｆ２に近づき、第２変位電極基板Ｅｄ２と第２固定電極基板Ｅｆ２との電極間距離（Ｚ軸方向の距離）が減少する。このため、第２容量素子Ｃ２の静電容量値が増大する。

【0102】

（＋Ｆｚが作用した場合）
第１起歪体３０ＡにＺ軸方向正側に力Ｆｚが作用した場合には、図１０Ａに示すように、薄肉部４０、第２接続部３４および第３接続部３５が弾性変形しながら、第１接続部３１がＺ軸方向正側に変位する。第１接続部３１と連動して、変位部３６はＺ軸方向正側に変位する。

【0103】

第１変位電極基板Ｅｄ１は、第１固定電極基板Ｅｆ１から遠ざかり、第１変位電極基板Ｅｄ１と第１固定電極基板Ｅｆ１との電極間距離（Ｚ軸方向の距離）が増大する。このため、第１容量素子Ｃ１の静電容量値が減少する。同様に、第２変位電極基板Ｅｄ２は、第２固定電極基板Ｅｆ２から遠ざかり、第２変位電極基板Ｅｄ２と第２固定電極基板Ｅｆ２との電極間距離（Ｚ軸方向の距離）が増大する。このため、第２容量素子Ｃ２の静電容量値が減少する。

【0104】

（－Ｆｚが作用した場合）
第１起歪体３０ＡにＺ軸方向負側に力Ｆｚが作用した場合には、図１０Ｂに示すように、図１０Ａに示す場合と逆の現象が生じる。

【0105】

第１起歪体３０ＡにＺ軸方向負側に力Ｆｚが作用した場合には、図１０Ｂに示すように、薄肉部４０、第２接続部３４および第３接続部３５が弾性変形しながら、第１接続部３１がＺ軸方向負側に変位する。第１接続部３１と連動して、変位部３６はＺ軸方向負側に変位する。

【0106】

第１変位電極基板Ｅｄ１は、第１固定電極基板Ｅｆ１に近づき、第１変位電極基板Ｅｄ１と第１固定電極基板Ｅｆ１との電極間距離（Ｚ軸方向の距離）が減少する。このため、第１容量素子Ｃ１の静電容量値が増大する。同様に、第２変位電極基板Ｅｄ２は、第２固定電極基板Ｅｆ２に近づき、第２変位電極基板Ｅｄ２と第２固定電極基板Ｅｆ２との電極間距離（Ｚ軸方向の距離）が減少する。このため、第２容量素子Ｃ２の静電容量値が増大する。

【0107】

ここで、図４に示す第１起歪体３０Ａに設けられた各容量素子Ｃ１、Ｃ２の静電容量値の変化を、図１１に示す。図１１は、図４の第１起歪体３０Ａにおける各容量素子Ｃ１、Ｃ２の静電容量値の変化を示す表である。

【0108】

図１１においては、Ｘ軸方向の力ＦｘとＹ軸方向の力ＦｙとＺ軸方向の力Ｆｚについての容量素子Ｃ１、Ｃ２の静電容量値の変化を示している。静電容量値が減少した場合を「－（マイナス）」で示し、静電容量値が増大した場合を「＋（プラス）」で示している。例えば、図１１に示す表中のＦｘの行のＣ１に「＋」が示されているが、これは、上述したように＋Ｆｘの力が作用した場合には第１容量素子Ｃ１の静電容量値が増大することを示している。一方、図１１に示す表中のＦｘの行のＣ２に「－」が示されているが、これは、上述したように＋Ｆｘの力が作用した場合には第２容量素子Ｃ２の静電容量値が減少することを示している。上述したように、力Ｆｚが作用した場合には、第１容量素子Ｃ１の静電容量値の変化量と、第２容量素子Ｃ２の静電容量値の変化量が異なっている。しかしながら、簡略化のため、図１１では、静電容量値の変化を単に符号で表している。

【0109】

図１１に示す表から、受力体２０と固定体２５とが第１起歪体３０Ａだけで接続されている力覚センサ１０において、受力体２０に作用した力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚは、以下の式で算出することができる。なお、以下の式では、便宜上、力またはモーメントと静電容量値の変化量とを「＝」で結んでいる。しかしながら、力またはモーメントと、静電容量値とは互いに異なる物理量であるため、実際には、静電容量値の変化量を変換することにより、力が算出される。以下の式中のＣ１、Ｃ２は、各容量素子における静電容量値の変化量を示す。

【数1】

【数2】

【数3】

【0110】

図１１に示すように、受力体２０と固定体２５とが第１起歪体３０Ａだけで接続されている力覚センサ１０においては、Ｘ軸方向の力Ｆｘは、第１容量素子Ｃ１の静電容量値と第２容量素子Ｃ２の静電容量値との差で検出することができる。すなわち、上述の式（１）に示されているように、第１容量素子Ｃ１の静電容量値の変化量と第２容量素子Ｃ２の静電容量値の変化量との差分によって力Ｆｘの出力値を算出することができる。第１容量素子Ｃ１の静電容量値および第２容量素子Ｃ２の静電容量値のそれぞれに、ノイズまたは周囲温度等の外乱による影響が含まれていたとしても、その影響は、上述の式（１）の差分によって相殺することができる。このため、力Ｆｘの出力値が、外乱の影響を受けることを防止でき、力覚センサ１０の高性能化を図ることができる。

【0111】

なお、上述の式（２）および式（３）に示されているように、ＦｙとＦｚでは、数式が同じであるため、検出された力がＦｙおよびＦｚのいずれであるかを判別することが困難になる。このため、１つの第１起歪体３０Ａだけを用いた力覚センサ１０は、力Ｆｙおよび力Ｆｚのいずれか一方と、力Ｆｘが作用する場合に用いることができる。この場合の力覚センサ１０は、２軸成分を検出可能な力覚センサである。

【0112】

図４に示す第１起歪体３０Ａの変位部３６は、第１接続部３１の第２端部３１ｂからＹ軸方向負側に延びている。第１変位電極基板Ｅｄ１および第２変位電極基板Ｅｄ２は、変位部３６の先端部３６ａに位置している。このことにより、力Ｆｙが作用した場合の変位部３６の先端部３６ａの変位を大きくすることができ、静電容量値の変化を大きくすることができる。このため、力Ｆｙの検出感度を高めることができる。例えば、変位部３６の長さを調節することにより、力Ｆｙの検出感度を調節することができる。力Ｆｙの検出感度を、力Ｆｘの検出感度および力Ｆｚの検出感度よりも高くしてもよい。

【0113】

例えば、第１変位電極基板Ｅｄ１の変位電極Ｅｄおよび第２変位電極基板Ｅｄ２の変位電極ＥｄのＹ軸方向における中心位置（図５および図６に示すＰＹ）が、第２接続部３４および第３接続部３５よりもＹ軸方向負側に位置していてもよい。このことにより、力Ｆｙが作用した場合に第１容量素子Ｃ１および第２容量素子Ｃ２の静電容量値を変化させることができる。この場合、Ｚ軸方向で見たときに、第1変位電極基板Ｅｄ１の一部が第２接続部３４に重なっていてもよく、第２変位電極基板Ｅｄ２の一部が第３接続部３５に重なっていてもよい。

【0114】

例えば、第１変位電極基板Ｅｄ１の変位電極Ｅｄおよび第２変位電極基板Ｅｄ２の変位電極Ｅｄは、Ｙ軸方向において、第２接続部３４および第３接続部３５から離間していてもよい。このことにより、力Ｆｙが作用した場合に第１容量素子Ｃ１および第２容量素子Ｃ２の静電容量値をより一層変化させることができる。

【0115】

一方、変位電極基板Ｅｄ１、Ｅｄ２は、他の変位電極基板Ｅｄ３～Ｅｄ８と干渉しないように変位部３６の長さが設定されていてもよい。

【0116】

次に、図７に示す力覚センサ１０において、Ｘ軸方向の力Ｆｘ、Ｙ軸方向の力Ｆｙ、Ｚ軸方向の力Ｆｚ、Ｘ軸周りのモーメントＭｘ、Ｙ軸周りのモーメントＭｙ、Ｚ軸周りのモーメントＭｚが作用した場合の各容量素子Ｃ１～Ｃ８の静電容量値の変化について図１２を参照して説明する。図１２は、図７の力覚センサにおける各容量素子の静電容量値の変化を示す表である。

【0117】

（＋Ｆｘが作用した場合）
まず、図７に示す受力体２０にＸ軸方向正側に力Ｆｘが作用した場合について説明する。

【0118】

この場合、第１起歪体３０Ａは、図８に示す第１起歪体３０Ａと同様に弾性変形し、第１容量素子Ｃ１の静電容量値が増大するとともに第２容量素子Ｃ２の静電容量値が減少する。

【0119】

第２起歪体３０Ｂは、図９Ｂに示す第１起歪体３０Ａと同様に弾性変形し、第３容量素子Ｃ３の静電容量値が増大するとともに第４容量素子Ｃ４の静電容量値が増大する。上述したように、第２起歪体３０Ｂの変位部３６が第１接続部３１の第２端部３１ｂからＸ軸方向正側に延びているため、第３容量素子Ｃ３の静電容量値の増大量は比較的大きい。このため、図１２に示す表中のＦｘの行のＣ３は、「＋＋」としている。第４容量素子Ｃ４の静電容量値の増大量も同様に比較的大きいため、図１２に示す表中のＦｘの行のＣ４は、「＋＋」としている。

【0120】

第３起歪体３０Ｃは、図８に示す第１起歪体３０Ａとは反対方向に弾性変形し、第５容量素子Ｃ５の静電容量値が減少するとともに第６容量素子Ｃ６の静電容量値が増大する。

【0121】

第４起歪体３０Ｄは、図９Ａに示す第１起歪体３０Ａと同様に弾性変形し、第７容量素子Ｃ７の静電容量値が減少するとともに第８容量素子Ｃ８の静電容量値が減少する。上述したように、第４起歪体３０Ｄの変位部３６が第１接続部３１の第２端部３１ｂからＸ軸方向負側に延びているため、第７容量素子Ｃ７の静電容量値の増大量は比較的大きい。このため、図１２に示す表中のＦｘの行のＣ７は、「－－」としている。第８容量素子Ｃ８の静電容量値の減少量も同様に比較的大きいため、図１２に示す表中のＦｘの行のＣ８は、「－－」としている。

【0122】

（＋Ｆｙが作用した場合）
次に、受力体２０にＹ軸方向正側に力Ｆｙが作用した場合について説明する。以下の説明においても、静電容量値の変化に応じて、上述したように図１２の表中の符号が定められる。

【0123】

第１起歪体３０Ａは、図９Ａに示す第１起歪体３０Ａと同様に弾性変形し、第１容量素子Ｃ１の静電容量値が減少するとともに第２容量素子Ｃ２の静電容量値が減少する。第１起歪体３０Ａの変位部３６が第１接続部３１の第２端部３１ｂからＹ軸方向負側に延びているため、第１容量素子Ｃ１の静電容量値の増大量は比較的大きい。このため、図１２に示す表中のＦｙの行のＣ１は、「－－」としている。第２容量素子Ｃ２の静電容量値の増大量も同様に比較的大きいため、図１２に示す表中のＦｙの行のＣ２は、「－－」としている。

【0124】

第２起歪体３０Ｂは、図８に示す第１起歪体３０Ａと同様に弾性変形し、第３容量素子Ｃ３の静電容量値が増大するとともに第４容量素子Ｃ４の静電容量値が減少する。

【0125】

第３起歪体３０Ｃは、図９Ｂに示す第１起歪体３０Ａと同様に弾性変形し、第５容量素子Ｃ５の静電容量値が増大するとともに第６容量素子Ｃ６の静電容量値が増大する。第３起歪体３０Ｃの変位部３６が第１接続部３１の第２端部３１ｂからＹ軸方向正側に延びているため、第５容量素子Ｃ５の静電容量値の増大量は比較的大きい。このため、図１２に示す表中のＦｙの行のＣ５は、「＋＋」としている。第６容量素子Ｃ６の静電容量値の増大量も同様に比較的大きいため、図１２に示す表中のＦｙの行のＣ６は、「＋＋」としている。

【0126】

第４起歪体３０Ｄは、図８に示す第１起歪体３０Ａとは反対方向に弾性変形し、第７容量素子Ｃ７の静電容量値が減少するとともに第８容量素子Ｃ８の静電容量値が増大する。

【0127】

（＋Ｆｚが作用した場合）
次に、受力体２０にＺ軸方向正側に力Ｆｚが作用した場合について説明する。以下の説明においても、静電容量値の変化に応じて、上述したように図１２の表中の符号が定められる。

【0128】

この場合、第１起歪体３０Ａは、図１０Ａに示す第１起歪体３０Ａと同様に弾性変形し、第１容量素子Ｃ１の静電容量値が減少するとともに第２容量素子Ｃ２の静電容量値が減少する。同様に、第３容量素子Ｃ３～第８容量素子Ｃ８もそれぞれ減少する。

【0129】

（＋Ｍｘが作用した場合）
次に、受力体２０にＸ軸周り、すなわちＸ軸方向正側に向かって時計回りのモーメントＭｘ（図７参照）が作用した場合について説明する。以下の説明においても、静電容量値の変化に応じて、上述したように図１２の表中の符号が定められる。

【0130】

この場合、第１起歪体３０Ａは、図１０Ａに示すようにＺ軸方向正側を向く力Ｆｚが作用した第１起歪体３０Ａと同様に弾性変形し、第１容量素子Ｃ１の静電容量値が減少するとともに第２容量素子Ｃ２の静電容量値が減少する。

【0131】

第２起歪体３０Ｂにおいては、中心軸線ＣＬが、Ｙ軸方向において受力体２０の中心Ｏに位置しているため、第２起歪体３０Ｂの弾性変形は、第１起歪体３０Ａおよび第３起歪体３０Ｃに比べて小さい。ここでは、説明を簡略化するために、第２起歪体３０Ｂは弾性変形しないとみなす。このため、第３容量素子Ｃ３の静電容量値が変化せず、第４容量素子Ｃ４の静電容量値も変化しない。図１２に示す表中のＭｘの行のＣ３およびＣ４は、「０（ゼロ）」としている。

【0132】

第３起歪体３０Ｃは、図１０Ｂに示すようにＺ軸方向負側を向く力Ｆｚが作用した第１起歪体３０Ａと同様に弾性変形し、第５容量素子Ｃ５の静電容量値が増大するとともに第６容量素子Ｃ６の静電容量値が増大する。

【0133】

第４起歪体３０Ｄにおいては、中心軸線ＣＬが、Ｙ軸方向において受力体２０の中心Ｏに位置しているため、第４起歪体３０Ｄの弾性変形は、第１起歪体３０Ａおよび第３起歪体３０Ｃに比べて小さい。ここでは、説明を簡略化するために、第４起歪体３０Ｄは弾性変形しないとみなす。このため、第７容量素子Ｃ７の静電容量値が変化せず、第８容量素子Ｃ８の静電容量値も変化しない。図１２に示す表中のＭｘの行のＣ７およびＣ８は、「０（ゼロ）」としている。

【0134】

（＋Ｍｙが作用した場合）
次に、受力体２０にＹ軸周り、すなわちＹ軸方向正側に向かって時計回りのモーメントＭｙ（図７参照）が作用した場合について説明する。以下の説明においても、静電容量値の変化に応じて、上述したように図１２の表中の符号が定められる。

【0135】

この場合、第１起歪体３０Ａにおいては、中心軸線ＣＬが、Ｘ軸方向において受力体２０の中心Ｏに位置しているため、第１起歪体３０Ａの弾性変形は、第２起歪体３０Ｂおよび第４起歪体３０Ｄに比べて小さい。ここでは、説明を簡略化するために、第１起歪体３０Ａは弾性変形しないとみなす。このため、第１容量素子Ｃ１の静電容量値が変化せず、第２容量素子Ｃ２の静電容量値も変化しない。図１２に示す表中のＭｙの行のＣ１およびＣ２は、「０（ゼロ）」としている。

【0136】

第２起歪体３０Ｂは、図１０Ａに示すようにＺ軸方向正側を向く力Ｆｚが作用した第１起歪体３０Ａと同様に弾性変形し、第３容量素子Ｃ３の静電容量値が減少するとともに第４容量素子Ｃ４の静電容量値が減少する。

【0137】

第３起歪体３０Ｃにおいては、中心軸線ＣＬが、Ｘ軸方向において受力体２０の中心Ｏに位置しているため、第３起歪体３０Ｃの弾性変形は、第２起歪体３０Ｂおよび第４起歪体３０Ｄに比べて小さい。ここでは、説明を簡略化するために、第３起歪体３０Ｃは弾性変形しないとみなす。このため、第５容量素子Ｃ５の静電容量値が変化せず、第６容量素子Ｃ６の静電容量値も変化しない。図１２に示す表中のＭｙの行のＣ５およびＣ６は、「０（ゼロ）」としている。

【0138】

第４起歪体３０Ｄは、図１０Ｂに示すようにＺ軸方向負側を向く力Ｆｚが作用した第１起歪体３０Ａと同様に弾性変形し、第７容量素子Ｃ７の静電容量値が増大するとともに第８容量素子Ｃ８の静電容量値が増大する。

【0139】

（＋Ｍｚが作用した場合）
次に、受力体２０に、Ｚ軸周り、すなわちＺ軸方向正側に向かって時計回りのモーメントＭｚ（図７参照）が作用した場合について説明する。以下の説明においても、静電容量値の変化に応じて、上述したように図１２の表中の符号が定められる。

【0140】

この場合、第１起歪体３０Ａは、図８に示す第１起歪体３０Ａとは反対方向に弾性変形し、第１容量素子Ｃ１の静電容量値が減少するとともに第２容量素子Ｃ２の静電容量値が増大する。

【0141】

第２起歪体３０Ｂは、図８に示す第１起歪体３０Ａとは反対方向に弾性変形し、第３容量素子Ｃ３の静電容量値が減少するとともに第４容量素子Ｃ４の静電容量値が増大する。

【0142】

第３起歪体３０Ｃは、図８に示す第１起歪体３０Ａとは反対方向に弾性変形し、第５容量素子Ｃ５の静電容量値が減少するとともに第６容量素子Ｃ６の静電容量値が増大する。

【0143】

第４起歪体３０Ｄは、図８に示す第１起歪体３０Ａとは反対方向に弾性変形し、第７容量素子Ｃ７の静電容量値が減少するとともに第８容量素子Ｃ８の静電容量値が増大する。

【0144】

このようにして、各容量素子Ｃ１～Ｃ８の静電容量値の変化が検出されると、受力体２０に作用した力またはモーメントの向きと大きさが検出される。そして、図１２に示すように、各容量素子Ｃ１～Ｃ８の静電容量値が変化する。

【0145】

図１２に示す表から、受力体２０に作用した力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、およびモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚは、以下の式で算出することができる。これにより、力の６軸成分を検出することができる。なお、以下の式では、便宜上、力またはモーメントと静電容量値の変化量とを「＝」で結んでいる。しかしながら、力またはモーメントと、静電容量値とは互いに異なる物理量であるため、実際には、静電容量値の変化量を変換することにより、力またはモーメントが算出される。以下の式中のＣ１～Ｃ８は、各容量素子における静電容量値の変化量を示す。

【数4】

【数5】

【数6】

【数7】

【数8】

【数9】

【0146】

上述したように、図７に示す力覚センサ１０は、上述した式（４）～式（９）で示したように、力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、およびモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚを検出することができるため、力の６軸成分を検出することが可能になっている。しかしながら、力覚センサ１０が検出することが可能な力の軸成分は６つであることに限られることはなく、起歪体の個数や構造、形状に応じて、検出可能な軸成分は任意である。上述した式（４）～式（９）に含まれる係数ａ１～ａ３２は、静電容量値の変化量（増大量または減少量）が比較的小さいことを示す係数である。係数ａ１～ａ３２は、互いに異なり得る。

【0147】

上述した式（４）～式（９）に係数ａ１～ａ３２が含まれていることにより、各軸成分に他軸感度が発生している。しかしながら、他軸感度が発生した場合であっても、他軸感度のマトリックスの逆行列を求め、この逆行列を力覚センサの出力（特性行列）に乗じることによって補正演算を行うことができる。この結果、他軸感度を低減することができ、他軸感度の発生を無視できる程度に他軸感度を低減することができる。

【0148】

上述したように、各起歪体３０Ａ～３０Ｄの変位部３６は、対応する第１接続部３１の第２端部３１ｂからＸ軸方向またはＹ軸方向に延びている。各変位電極基板Ｅｄ１～Ｅｄ８は、対応する変位部３６の先端部３６ａに位置している。このことにより、受力体２０に力またはモーメントが作用した場合における変位部３６の先端部３６ａのＺ軸方向の変位を大きくすることができる。このため、静電容量値の変化を大きくすることができ、検出感度を高めることができる。とりわけ、図１２に示すように、受力体２０に力Ｆｘが作用した場合に、第３容量素子Ｃ３、第４容量素子Ｃ４、第７容量素子Ｃ７および第８容量素子Ｃ８の静電容量値の変化を大きくすることができ、力Ｆｘの検出感度を高めることができる。同様に、受力体２０に力Ｆｙが作用した場合に、第１容量素子Ｃ１、第２容量素子Ｃ２、第５容量素子Ｃ５および第６容量素子Ｃ６の静電容量値の変化を大きくすることができ、力Ｆｙの検出感度を高めることができる。

【0149】

このように本実施の形態によれば、第１起歪体３０Ａの変位部３６は、Ｚ軸方向で見たときのＸ軸方向に交差する方向に、第１接続部３１の第２端部３１ｂから延びている。検出素子７０は、変位部３６の先端部３６ａの変位により静電容量値の変化を検出する。このことにより、力Ｆｙが作用した場合に、変位部３６の先端部３６ａのＺ軸方向の変位を大きくすることができる。このため、静電容量値の変化を大きくすることができ、力覚センサ１０の検出感度を向上させることができる。

【0150】

また、本実施の形態によれば、第１起歪体３０Ａは、第１接続部３１の第１端部３１ａを受力体２０に接続する受力体側接続部３８を含んでおり、受力体側接続部３８は、薄肉部４０を含んでいる。薄肉部４０は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿って形成されており、第１接続部３１に接続されている。このことにより、薄肉部４０は、受力体２０に力またはモーメントが作用した場合に、弾性変形することができ、変位部３６の先端部３６ａのＺ軸方向の変位をより一層大きくすることができる。このため、力覚センサ１０の検出感度をより一層向上させることができる。

【0151】

また、本実施の形態によれば、検出素子７０は、固定体２５に設けられた固定電極基板Ｅｆ１、Ｅｆ２と、変位部３６の先端部３６ａに設けられた、固定電極基板Ｅｆ１、Ｅｆ２に対向する変位電極基板Ｅｄ１、Ｅｄ２と、を含んでいる。このことにより、検出素子７０は、変位部３６の先端部３６ａの変位により静電容量値の変化を検出することができる。このため、検出感度を向上させた力覚センサ１０を得ることができる。

【0152】

また、本実施の形態によれば、固定電極基板Ｅｆ１、Ｅｆ２は、第１起歪体３０Ａの中心軸線ＣＬに対して一方の固定体側台座３３の側に位置する第１固定電極基板Ｅｆ１と、第１起歪体３０Ａの中心軸線ＣＬに対して他方の固定体側台座３３の側に位置する第２固定電極基板Ｅｆ２と、を含んでいる。このことにより、Ｘ軸方向の力Ｆｘが作用した場合、第１容量素子Ｃ１の静電容量値および第２容量素子Ｃ２の静電容量値のいずれか一方を増大させることができるとともに他方を減少させることができる。このため、力Ｆｘの作用時の出力値を、第１容量素子Ｃ１の静電容量値の変化量と第２容量素子Ｃ２の静電容量値の変化量との差分によって算出することができる。この場合、上述した外乱による影響を相殺することができる。このため、力Ｆｘの出力値が、外乱の影響を受けることを防止でき、力覚センサ１０の高性能化を図ることができる。また、図７に示すような４つの起歪体３０Ａ～３０Ｄで受力体２０と固定体２５とを接続した場合に、検出可能な軸成分数を増やすことができ、６軸成分を検出することができる。

【0153】

また、本実施の形態によれば、変位電極基板Ｅｄ１、Ｅｄ２は、第１起歪体３０Ａの中心軸線ＣＬに対して一方の固定体側台座３３の側に位置する第１変位電極基板Ｅｄ１と、第１起歪体３０Ａの中心軸線ＣＬに対して他方の固定体側台座３３の側に位置する第２変位電極基板Ｅｄ２と、を含んでいる。このことにより、Ｘ軸方向の力Ｆｘが作用した場合、第１容量素子Ｃ１の静電容量値および第２容量素子Ｃ２の静電容量値のいずれか一方を増大させることができるとともに他方を減少させることができる。このため、力Ｆｘの作用時の出力値を、第１容量素子Ｃ１の静電容量値の変化量と第２容量素子Ｃ２の静電容量値の変化量との差分によって算出することができる。この場合、上述した外乱による影響を相殺することができる。このため、力Ｆｘの出力値が、外乱の影響を受けることを防止でき、力覚センサ１０の高性能化を図ることができる。また、図７に示すような４つの起歪体３０Ａ～３０Ｄで受力体２０と固定体２５とを接続した場合に、検出可能な軸成分数を増やすことができ、６軸成分を検出することができる。

【0154】

また、本実施の形態によれば、第１起歪体３０Ａの変位部３６は、第１起歪体３０Ａの第１接続部３１の第２端部３１ｂからＹ軸方向に延びている。このことにより、受力体２０にＹ軸方向の力Ｆｙが作用した場合に、変位部３６の先端部３６ａのＺ軸方向の変位をより一層大きくすることができる。このため、力Ｆｙの検出感度をより一層向上させることができ、力覚センサ１０の検出感度をより一層向上させることができる。

【0155】

また、本実施の形態によれば、Ｚ軸方向で見たときに、第２接続部３４および第３接続部３５は、Ｘ軸方向に沿って直線状に形成されている。このことにより、第１起歪体３０Ａの作製を容易化させることができ、力覚センサ１０のコストを低減することができる。例えば、第１起歪体３０Ａを、１つのブロック材から機械加工で作製する場合、第１起歪体３０Ａを効率よく作製することができ、力覚センサ１０のコスト低減に効果的に貢献することができる。

【0156】

また、本実施の形態によれば、受力体２０の中心Ｏに対してＹ軸方向正側に第１起歪体３０Ａが配置され、Ｘ軸方向負側に第２起歪体３０Ｂが配置され、Ｙ軸方向負側に第３起歪体３０Ｃが配置され、Ｘ軸方向正側に第４起歪体３０Ｄが配置されている。このことにより、Ｚ軸方向で見たときに、第１起歪体３０Ａ～第４起歪体３０Ｄを、受力体２０の中心Ｏに対して環状に配置することができる。このため、任意の方向の力またはモーメントの検出精度を向上させることができ、力またはモーメントの検出精度が、力の方向またはモーメントの方向によって低下することを抑制することができる。

【0157】

また、本実施の形態によれば、各起歪体３０Ａ～３０Ｄの変位部３６は、対応する第１接続部３１の第２端部３１ｂから、受力体２０の中心に向かって延びている。このことにより、各起歪体３０Ａ～３０Ｄのスペース効率を向上させることができ、力覚センサ１０の小型化を図ることができる。

【0158】

（変形例１）
なお、上述した本実施の形態においては、第１起歪体３０Ａの変位部３６は、第１起歪体３０Ａの第１接続部３１の第２端部３１ｂからＹ軸方向に延びている例について説明した。しかしながら、本実施の形態は、このことに限られることはない。例えば、変位部３６は、Ｘ軸方向に交差する方向であれば、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向でない方向に延びていてもよい。例えば、変位部３６は、Ｚ軸方向で見たときに、Ｘ軸方向に傾斜する方向に延びていてもよい。この場合においても、力Ｆｙが作用した場合に、変位部３６の先端部３６ａのＺ軸方向の変位を大きくすることができる。

【0159】

（変形例２）
また、上述した本実施の形態においては、第１固定電極基板Ｅｆ１の固定電極Ｅｆと第２固定電極基板Ｅｆ２の固定電極Ｅｆが一体化されて共通固定電極Ｅｆｃが形成されている例について説明した。しかしながら、本実施の形態は、このことに限られることはない。例えば、図１３に示すように、第１固定電極基板Ｅｆ１の固定電極Ｅｆと第２固定電極基板Ｅｆ２の固定電極Ｅｆは、別体に形成されて互いに離間していてもよい。この場合、第１変位電極基板Ｅｄ１の変位電極Ｅｄと第２変位電極基板Ｅｄ２の変位電極Ｅｄが一体化されて共通変位電極Ｅｄｃが形成されていてもよい。固定電極基板Ｅｆ１、Ｅｆ２の固定電極Ｅｆの平面形状は、共通変位電極Ｅｄｃの平面形状よりも小さくてもよい。第３固定電極基板Ｅｆ３～第８固定電極基板Ｅｆ８および第３変位電極基板Ｅｄ３～第８変位電極基板Ｅｄ８についても同様である。図１３は、図４の検出素子の変形例を示す第１起歪体３０Ａの正面図である。

【0160】

図１３に示す例では、第１固定電極基板Ｅｆ１の絶縁体と第２固定電極基板Ｅｆ２の絶縁体は一体化されて共通絶縁体ＩＢｆｃが形成されていてもよい。しかしながら、第１固定電極基板Ｅｆ１の絶縁体と第２固定電極基板Ｅｆ２の絶縁体は、別体に形成されて互いに離間していてもよい。第３固定電極基板Ｅｆ３～第８固定電極基板Ｅｆ８についても同様である。

【0161】

（第２の実施の形態）
次に、図１４～図１８を用いて、本発明の第２の実施の形態による力覚センサについて説明する。

【0162】

図１４～図１８に示す第２の実施の形態においては、Ｚ軸方向で見たときに、固定体側接続部が円弧状に形成されている点が主に異なる。他の構成は、図１～図１３に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図１４～図１８において、図１～図１３に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。図１４は、第２の実施の形態による力覚センサを、受力体を省略して示す平面図である。図１５は、図１４に示す第１起歪体を示す正面図である。図１６は、図１５の第１起歪体を示す平面図である。図１７は、図１５の第１起歪体を示す側面図である。図１８は、図１５の検出素子の変形例を示す第１起歪体の平面図である。

【0163】

図１４に示すように、本実施の形態による第１起歪体３０Ａは、Ｚ軸方向で見たときに、円弧状に形成されている。図１４～図１７に示すように、変位部３６は、第１接続部３１の第２端部３１ｂから、第２接続部３４および第３接続部３５の内側、すなわち半径方向内側に向かって延びている。

【0164】

図３に示す受力体２０と同様に、図１４に示す受力体２０の平面形状も円形になっている。同様に、固定体２５の平面形状も円形になっている。第１起歪体３０Ａの固定体側接続部３２は、Ｚ軸方向で見たときに、受力体２０の周縁および固定体２５の周縁の少なくとも一方に沿うように円弧状に形成されていてもよい。本実施の形態においては、固定体側台座３３、第２接続部３４および第３接続部３５は、受力体２０の周縁および固定体２５の周縁の両方に沿うように円弧状に形成されている。第１起歪体３０Ａの固定体側接続部３２は、受力体２０の外縁と同心状に形成されている。

【0165】

図１４および図１６に示すように、第１起歪体３０Ａの受力体側接続部３８も同様に、Ｚ軸方向で見たときに、円弧状に形成されている。受力体側接続部３８は、Ｚ軸方向で見たときに、第２接続部３４および第３接続部３５に重なっていてもよい。受力体側台座３９および薄肉部４０も受力体２０の周縁および固定体２５の周縁の少なくとも一方に沿うように円弧状に形成されていてもよい。

【0166】

図１５に示すように、第１起歪体３０Ａの受力体側接続部３８の受力体側台座３９は、固定体側台座３３よりも中心軸線ＣＬの側に位置していてもよい。より具体的には、図１５に示すように、Ｘ軸方向正側に位置している受力体側台座３９は、Ｘ軸方向正側に位置している固定体側台座３３よりもＸ軸方向負側に位置している。Ｘ軸方向負側に位置している受力体側台座３９は、Ｘ軸方向負側に位置している固定体側台座３３よりもＸ軸方向正側に位置している。

【0167】

図１５に示すように、受力体側接続部３８の薄肉部４０に、第２凹部４３が形成されていてもよい。第２凹部４３は、薄肉部４０の固定体２５の側の面に形成されていてもよい。第２凹部４３は、Ｙ軸方向で見たときに、円弧状に形成されていてもよい。この場合、薄肉部４０は、受力体２０に力またはモーメントが作用した場合に、より一層弾性変形することができる。このため、変位部３６の先端部３６ａのＺ軸方向の変位をより一層大きくすることができる。

【0168】

第２起歪体３０Ｂ～第４起歪体３０Ｄの固定体側接続部３２も、第１起歪体３０Ａと同様に形成されている。第２起歪体３０Ｂ～第４起歪体３０Ｄの受力体側接続部３８も、第１起歪体３０Ａの受力体側接続部３８と同様に形成されている。

【0169】

本実施の形態では、図１６に示すように、第１変位電極基板Ｅｄ１の絶縁体と第２変位電極基板Ｅｄ２の絶縁体は一体化されて共通絶縁体ＩＢｄｃが形成されている。共通絶縁体ＩＢｄｃの平面形状は、円形になっている。第１変位電極基板Ｅｄ１の変位電極Ｅｄと第２変位電極基板Ｅｄ２の変位電極Ｅｄは、別体に形成されて互いに離間している。変位電極Ｅｄの平面形状はそれぞれ、略半円形状に形成されていてもよい。Ｚ軸方向で見たときに、変位電極Ｅｄの円弧状の外縁は、共通絶縁体ＩＢｄｃの外縁と同心状に形成されていてもよい。しかしながら、共通絶縁体ＩＢｄｃの平面形状および変位電極Ｅｄの平面形状は、任意である。

【0170】

固定電極基板Ｅｆ１、Ｅｆ２の絶縁体を一体化した共通絶縁体ＩＢｆｃ（図１７参照）の平面形状は、変位電極基板Ｅｄ１、Ｅｄ２の共通絶縁体ＩＢｄｃの平面形状と同様に、円形になっていてもよい。固定電極基板Ｅｆ１、Ｅｆ２の固定電極Ｅｆを一体化した共通固定電極Ｅｆｃ（図１７参照）の平面形状も、円形になっていてもよい。しかしながら、共通絶縁体ＩＢｆｃの平面形状および共通固定電極Ｅｆｃの平面形状は、任意である。

【0171】

本実施の形態による力覚センサ１０において、受力体２０に力またはモーメントが作用した場合における各容量素子Ｃ１～Ｃ８の静電容量値の変化は、図１２に示す変化と同様である。このため、詳細な説明は省略する。

【0172】

このように本実施の形態によれば、第１起歪体３０Ａの変位部３６が、Ｚ軸方向で見たときのＸ軸方向に交差する方向に、第１接続部３１の第２端部３１ｂから延びている。このことにより、Ｚ軸方向で見たときに第２接続部３４および第３接続部３５が円弧状に形成されている場合であっても、力Ｆｙの作用時における変位部３６の先端部３６ａのＺ軸方向の変位を大きくすることができる。このため、静電容量値の変化を大きくすることができ、力覚センサ１０の検出感度を向上させることができる。

【0173】

また、本実施の形態によれば、第１接続部３１の第１端部３１ａが薄肉部４０を介して受力体２０に接続されている。このことにより、Ｚ軸方向で見たときに第２接続部３４および第３接続部３５が円弧状に形成されている場合であっても、薄肉部４０は弾性変形することができる。このため、変位部３６の先端部３６ａのＺ軸方向の変位をより一層大きくすることができ、力覚センサ１０の検出感度をより一層向上させることができる。

【0174】

また、本実施の形態によれば、Ｚ軸方向で見たときに、受力体２０および固定体２５が円形状に形成され、第２接続部３４および第３接続部３５は、受力体２０の周縁および固定体２５の周縁の少なくとも一方に沿うように円弧状に形成されている。このことにより、各起歪体３０Ａ～３０Ｄのスペース効率を向上させることができ、力覚センサ１０の小型化を図ることができる。また、力覚センサ１０の耐荷重を向上させることができ、力覚センサ１０の信頼性を向上させることができる。

【0175】

また、本実施の形態によれば、各起歪体３０Ａ～３０Ｄの変位部３６は、対応する第１接続部３１の第２端部３１ｂから、受力体２０の中心に向かって延びている。このことにより、各起歪体３０Ａ～３０Ｄのスペース効率を向上させることができ、力覚センサ１０の小型化を図ることができる。

【0176】

（変形例３）
なお、上述した本実施の形態においては、第１変位電極基板Ｅｄ１の変位電極Ｅｄと第２変位電極基板Ｅｄ２の変位電極Ｅｄが、別体に形成されて互いに離間している例について説明した。しかしながら、本実施の形態は、このことに限られることはない。例えば、図１８に示すように、第１変位電極基板Ｅｄ１の変位電極Ｅｄと第２変位電極基板Ｅｄ２の変位電極Ｅｄは一体化されて共通変位電極Ｅｄｃが形成されていてもよい。この場合、共通変位電極Ｅｄｃの平面形状は円形であってもよい。固定電極基板Ｅｆ１、Ｅｆ２の固定電極Ｅｆは、別体に形成されていてもよい。この場合、固定電極は、図１６に示す変位電極Ｅｄと同様な平面形状を有していてもよい。第３変位電極基板Ｅｄ３～第８変位電極基板Ｅｄ８および第３固定電極基板Ｅｆ３～第８固定電極基板Ｅｆ８についても同様である。図１８は、図１５の検出素子７０の変形例を示す第１起歪体３０Ａの平面図である。

【0177】

本発明は上記実施の形態および変形例そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施の形態および変形例に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。実施の形態および変形例に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態および変形例にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

【要約】

起歪体は、第１接続部と、第２センサ体側接続部と、を含んでいる。第２センサ体側接続部は、第２センサ体に接続された一対の台座であって、第２方向において第２端部の両側に位置する一対の台座と、第３方向で見たときに第２端部から一方の台座まで第２方向に延びる第２接続部と、第３方向で見たときに第２端部から他方の台座まで第２方向に延びる第３接続部と、を含んでいる。第１方向で見たときに第２方向に交差する方向に第２端部から変位部が延びている。検出素子は、変位部の先端部の変位により静電容量値の変化を検出する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図10A】

【図10B】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】