JP2004325367A - 力検出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】単純な構造により、力とモーメントとを区別して検出する。
【解決手段】検出対象となる力を受ける受力体１０の下方に支持体２０を配置し、両者間に４本の柱状力伝達体１１〜１４を接続する。各柱状力伝達体１１〜１４の上下両端には、可撓性をもった接続部材を介挿し、受力体１０が力を受けて変位したときに、柱状力伝達体１１〜１４が傾斜できるようにする。各柱状力伝達体１１〜１４と支持体２０との接続部分には、それぞれ容量素子を備えたセンサ２１〜２４を配置し、各柱状力伝達体１１〜１４から支持体２０へ伝達される力を検出する。センサ２１〜２４の検出値に基づいて、検出回路３０が、受力体１０に作用した力とモーメントとを区別して検出する。力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚと、モーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚのすべてが検出できる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
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】
現在、一般に利用されている多軸力検出装置は、三次元構造体に作用した力の特定の方向成分を、特定の部分に生じた変位として検出するタイプのものと、特定の部分に生じた機械的な歪みとして検出するタイプのものに分類される。前者の変位検出タイプの代表格は、静電容量素子式の力検出装置であり、一対の電極により容量素子を構成しておき、作用した力によって一方の電極に生じた変位を、容量素子の静電容量値に基づいて検出するものである。たとえば、下記の特許文献１には、この静電容量式の力検出装置が開示されている。一方、後者の歪み検出タイプの代表格は、歪みゲージ式の力検出装置であり、作用した力によって生じた機械的な歪みを、ゲージ抵抗などの電気抵抗の変化として検出するものである。たとえば、下記の特許文献２には、この歪みゲージ式の力検出装置が開示されている。
【特許文献１】
特開平５−２１５６２７号公報
【特許文献２】
特開昭６１−２９２０２９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
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。しかしながら、これらの各成分をそれぞれ独立して検出するためには、従来は、変位検出タイプのものであれ、歪み検出タイプのものであれ、かなり複雑な三次元構造体をもった力検出装置を用いる必要があった。
【０００５】
そこで本発明は、できるたけ単純な構造により、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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１） 本発明の第１の態様は、力検出装置において、
検出対象となる力を受ける受力体と、
この受力体の下方に配置された支持体と、
上端が受力体に接続され、下端が支持体に可撓性をもった接続部材を介して接続された第１の力伝達体と、
上端が受力体に接続され、下端が支持体に可撓性をもった接続部材を介して接続された第２の力伝達体と、
上端が受力体に接続され、下端が支持体に可撓性をもった接続部材を介して接続された第３の力伝達体と、
上端が受力体に接続され、下端が支持体に可撓性をもった接続部材を介して接続された第４の力伝達体と、
支持体に固定された固定電極と、第１の力伝達体の下部の変位に応じて変位する変位面に形成された変位電極と、によって構成される容量素子を有する第１のセンサと、
支持体に固定された固定電極と、第２の力伝達体の下部の変位に応じて変位する変位面に形成された変位電極と、によって構成される容量素子を有する第２のセンサと、
支持体に固定された固定電極と、第３の力伝達体の下部の変位に応じて変位する変位面に形成された変位電極と、によって構成される容量素子を有する第３のセンサと、
支持体に固定された固定電極と、第４の力伝達体の下部の変位に応じて変位する変位面に形成された変位電極と、によって構成される容量素子を有する第４のセンサと、
第１〜第４のセンサを構成する各容量素子を複数のグループに分け、同一グループに所属する複数の容量素子を互いに並列接続する配線と、
１つのグループに所属する容量素子群の全体の静電容量値と、別のグループに所属する容量素子群の全体の静電容量値と、の差に基づいて、受力体に作用した力もしくはモーメントを検出する検出回路と、
を設けるようにしたものである。
【０００７】
（２） 本発明の第２の態様は、上述の第１の態様に係る力検出装置において、
ＸＹＺ三次元座標系を定義したときに、
第１〜第４の力伝達体が、それぞれＺ軸に平行な方向を長手方向とする構造体によって構成されており、
固定電極の形成面がＸＹ平面に平行な平面となっており、
第１のセンサが、「第１の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第１のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、「第１の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第２のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、を有し、
第２のセンサが、「第２の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第１のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、「第２の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第２のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、を有し、
第３のセンサが、「第３の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第１のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、「第３の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第２のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、を有し、
第４のセンサが、「第４の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第１のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、「第４の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第２のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、を有し、
検出回路が、第１のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子群の全体の静電容量値と、第２のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子群の全体の静電容量値と、の差により、受力体に作用したＸ軸方向への力Ｆｘを検出する機能を有するようにしたものである。
【０００８】
（３） 本発明の第３の態様は、上述した第２の態様に係る力検出装置において、
第１のセンサに、「第１の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第３のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、「第１の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第４のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、を更に設け、
第２のセンサに、「第２の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第３のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、「第２の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第４のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、を更に設け、
第３のセンサに、「第３の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第３のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、「第３の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第４のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、を更に設け、
第４のセンサに、「第４の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第３のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、「第４の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第４のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、を更に設け、
検出回路が、第３のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子群の全体の静電容量値と、第４のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子群の全体の静電容量値と、の差により、受力体に作用したＹ軸方向への力Ｆｙを検出する機能を更に有するようにしたものである。
【０００９】
（４） 本発明の第４の態様は、上述の第２または第３の態様に係る力検出装置において、
第１のセンサに、「第１の力伝達体がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子」を更に設け、
第２のセンサに、「第２の力伝達体がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、第２の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子」を更に設け、
第３のセンサに、「第３の力伝達体がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、第３の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子」を更に設け、
第４のセンサに、「第４の力伝達体がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、第４の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子」を更に設け、
第１〜第４のセンサのＺ軸変位検出用容量素子を配線により互いに並列接続し、
検出回路が、この並列接続された容量素子群の全体の静電容量値により、受力体に作用したＺ軸方向への力Ｆｚを検出する機能を更に有するようにしたものである。
【００１０】
（５） 本発明の第５の態様は、上述の第１の態様に係る力検出装置において、
ＸＹＺ三次元座標系を定義したときに、
第１〜第４の力伝達体が、それぞれＺ軸に平行な方向を長手方向とする構造体によって構成されており、
固定電極の形成面がＸＹ平面に平行な平面となっており、
第１のセンサが、「第１の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第１のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第１の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第２のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を有し、
第２のセンサが、「第２の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第１のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第２の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第２の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第２のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を有し、
第３のセンサが、「第３の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第３の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第１のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第３の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第３の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第２のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を有し、
第４のセンサが、「第４の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第４の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第１のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第４の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第４の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第２のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を有し、
検出回路が、第１のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、第２のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、の差により、受力体に作用したＺ軸方向への力Ｆｚを検出する機能を有するようにしたものである。
【００１１】
（６） 本発明の第６の態様は、上述の第１の態様に係る力検出装置において、
ＸＹＺ三次元座標系を定義したときに、
第１〜第４の力伝達体が、それぞれＺ軸に平行な方向を長手方向とする構造体によって構成されており、
固定電極の形成面がＸＹ平面に平行な平面となっており、
第１の力伝達体は、その長手方向軸がＸＹ平面の第１象限にくるように配置され、第２の力伝達体は、その長手方向軸がＸＹ平面の第２象限にくるように配置され、第３の力伝達体は、その長手方向軸がＸＹ平面の第３象限にくるように配置され、第４の力伝達体は、その長手方向軸がＸＹ平面の第４象限にくるように配置されているようにしたものである。
【００１２】
（７） 本発明の第７の態様は、上述の第６の態様に係る力検出装置において、
第１のセンサが、「第１の力伝達体がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第１のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」を有し、
第２のセンサが、「第２の力伝達体がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、第２の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第１のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」を有し、
第３のセンサが、「第３の力伝達体がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、第３の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第２のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」を有し、
第４のセンサが、「第４の力伝達体がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、第４の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第２のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」を有し、
検出回路が、第１のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、第２のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、の差により、受力体に作用したＸ軸まわりのモーメントＭｘを検出する機能を有するようにしたものである。
【００１３】
（８） 本発明の第８の態様は、上述の第７の態様に係る力検出装置において、
第１のセンサに、「第１の力伝達体がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第３のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」を更に設け、
第２のセンサに、「第２の力伝達体がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、第２の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第４のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」を更に設け、
第３のセンサに、「第３の力伝達体がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、第３の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第４のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」を更に設け、
第４のセンサに、「第４の力伝達体がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、第４の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第３のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」を更に設け、
検出回路が、第３のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、第４のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、の差により、受力体に作用したＹ軸まわりのモーメントＭｙを検出する機能を更に有するようにしたものである。
【００１４】
（９） 本発明の第９の態様は、上述の第７または第８の態様に係る力検出装置において、
第１のセンサに、「第１の力伝達体がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第５のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」を更に設け、
第２のセンサに、「第２の力伝達体がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、第２の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第５のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」を更に設け、
第３のセンサに、「第３の力伝達体がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、第３の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第５のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」を更に設け、
第４のセンサに、「第４の力伝達体がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、第４の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第５のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」を更に設け、
検出回路が、第５のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値により、受力体に作用したＺ軸方向への力Ｆｚを検出する機能を有するようにしたものである。
【００１５】
（１０） 本発明の第１０の態様は、上述の第６の態様に係る力検出装置において、
第１のセンサが、「第１の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第１のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第１の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第２のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を有し、
第２のセンサが、「第２の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第１のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第２の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第２の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第２のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を有し、
第３のセンサが、「第３の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第３の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第２のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第３の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第３の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第１のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を有し、
第４のセンサが、「第４の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第４の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第２のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第４の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第４の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第１のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を有し、
検出回路が、第１のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、第２のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、の差により、受力体に作用したＸ軸まわりのモーメントＭｘを検出する機能を有するようにしたものである。
【００１６】
（１１） 本発明の第１１の態様は、上述の第１０の態様に係る力検出装置において、
第１のセンサに、「第１の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第３のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第１の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第４のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を更に設け、
第２のセンサに、「第２の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第４のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第２の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第２の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第３のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を更に設け、
第３のセンサが、「第３の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第３の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第４のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第３の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第３の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第３のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を更に設け、
第４のセンサが、「第４の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第４の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第３のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第４の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第４の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第４のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を更に設け、
検出回路が、第３のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、第４のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、の差により、受力体に作用したＹ軸まわりのモーメントＭｙを検出する機能を更に有するようにしたものである。
【００１７】
（１２） 本発明の第１２の態様は、上述の第１０または第１１の態様に係る力検出装置において、
第１のセンサに、「第１の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第５のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第１の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第６のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を更に設け、
第２のセンサに、「第２の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第５のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第２の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第２の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第６のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を更に設け、
第３のセンサに、「第３の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第３の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第５のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第３の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第３の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第６のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を更に設け、
第４のセンサに、「第４の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第４の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第５のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第４の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第４の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第６のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を更に設け、
検出回路が、第５のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、第６のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、の差により、受力体に作用したＺ軸方向の力Ｆｚを検出する機能を更に有するようにしたものである。
【００１８】
（１３） 本発明の第１３の態様は、上述の第６の態様に係る力検出装置において、
第１のセンサが、「第１の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第１のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、「第１の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第２のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、「第１の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第２のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、「第１の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第１のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、を有し、
第２のセンサが、「第２の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第１のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、「第２の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第２のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、「第２の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第１のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、「第２の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第２のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、を有し、
第３のセンサが、「第３の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第２のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、「第３の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第１のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、「第３の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第１のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、「第３の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第２のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、を有し、
第４のセンサが、「第４の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第２のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、「第４の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第１のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、「第４の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第２のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、「第４の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第１のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、を有し、
検出回路が、第１のグループに所属する容量素子群の全体の静電容量値と、第２のグループに所属する容量素子群の全体の静電容量値と、の差により、受力体に作用したＺ軸まわりのモーメントＭｚを検出する機能を有するようにしたものである。
【００１９】
（１４） 本発明の第１４の態様は、上述の第１３の態様に係る力検出装置において、
第１のセンサを構成する第１のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子と、第１のセンサを構成する第１のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子と、が物理的に単一の容量素子によって構成されており、第１のセンサを構成する第２のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子と、第１のセンサを構成する第２のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子と、が物理的に単一の容量素子によって構成されており、
第２のセンサを構成する第１のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子と、第２のセンサを構成する第１のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子と、が物理的に単一の容量素子によって構成されており、第２のセンサを構成する第２のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子と、第２のセンサを構成する第２のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子と、が物理的に単一の容量素子によって構成されており、
第３のセンサを構成する第１のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子と、第３のセンサを構成する第１のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子と、が物理的に単一の容量素子によって構成されており、第３のセンサを構成する第２のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子と、第３のセンサを構成する第２のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子と、が物理的に単一の容量素子によって構成されており、
第４のセンサを構成する第１のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子と、第４のセンサを構成する第１のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子と、が物理的に単一の容量素子によって構成されており、第４のセンサを構成する第２のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子と、第４のセンサを構成する第２のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子と、が物理的に単一の容量素子によって構成されているようにしたものである。
【００２０】
（１５） 本発明の第１５の態様は、上述の第１の態様に係る力検出装置において、
ＸＹＺ三次元座標系を定義したときに、
第１〜第４の力伝達体が、それぞれＺ軸に平行な方向を長手方向とする構造体によって構成されており、
固定電極の形成面がＸＹ平面に平行な平面となっており、
第１の力伝達体は、その長手方向軸がＸ軸の正の部分と交差する位置に配置され、第２の力伝達体は、その長手方向軸がＸ軸の負の部分と交差する位置に配置され、第３の力伝達体は、その長手方向軸がＹ軸の正の部分と交差する位置に配置され、第４の力伝達体は、その長手方向軸がＹ軸の負の部分と交差する位置に配置されているようにしたものである。
【００２１】
（１６） 本発明の第１６の態様は、上述の第１５の態様に係る力検出装置において、
第１のセンサが、「第１の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第１のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第１の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第２のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を有し、
第２のセンサが、「第２の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第２のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第２の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第２の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第１のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を有し、
第３のセンサが、「第３の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第３の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第３のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第３の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第３の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第４のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を有し、
第４のセンサが、「第４の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第４の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第４のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第４の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第４の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第３のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を有し、
検出回路が、第１のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、第２のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、の差により、受力体に作用したＹ軸まわりのモーメントＭｙを検出する機能を有し、第３のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、第４のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、の差により、受力体に作用したＸ軸まわりのモーメントＭｘを検出する機能を有するようにしたものである。
【００２２】
（１７） 本発明の第１７の態様は、上述の第１６の態様に係る力検出装置において、
第１のセンサに、「第１の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第５のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第１の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第６のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を更に設け、
第２のセンサに、「第２の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第５のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第２の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第２の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第６のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を更に設け、
第３のセンサに、「第３の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第３の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第５のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第３の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第３の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第６のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を更に設け、
第４のセンサに、「第４の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第４の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第５のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第４の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第４の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第６のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を更に設け、
検出回路が、第５のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、第６のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、の差により、受力体に作用したＺ軸方向の力Ｆｚを検出する機能を更に有するようにしたものである。
【００２３】
（１８） 本発明の第１８の態様は、上述の第１５の態様に係る力検出装置において、
第１のセンサが、「第１の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第１のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、「第１の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第２のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、を有し、
第２のセンサが、「第２の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第２のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、「第２の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第１のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、を有し、
第３のセンサが、「第３の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第２のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、「第３の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第１のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、を有し、
第４のセンサが、「第４の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第１のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、「第４の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第２のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、を有し、
検出回路が、第１のグループに所属する容量素子群の全体の静電容量値と、第２のグループに所属する容量素子群の全体の静電容量値と、の差により、受力体に作用したＺ軸まわりのモーメントＭｚを検出する機能を有するようにしたものである。
【００２４】
（１９） 本発明の第１９の態様は、上述の第２、第１３、第１８の態様に係る力検出装置において、
特定の力伝達体についてのＸ軸傾斜検出用容量素子が、当該力伝達体の長手方向軸上に原点を有し、Ｘ軸に平行なｘ軸およびＹ軸に平行なｙ軸をもつｘｙ二次元座標系を定義したときに、ｘ軸の正の部分および負の部分にそれぞれ配置された電極を有する一対の容量素子によって構成されているようにしたものである。
【００２５】
（２０） 本発明の第２０の態様は、上述の第３、第１３、第１８の態様に係る力検出装置において、
特定の力伝達体についてのＹ軸傾斜検出用容量素子が、当該力伝達体の長手方向軸上に原点を有し、Ｘ軸に平行なｘ軸およびＹ軸に平行なｙ軸をもつｘｙ二次元座標系を定義したときに、ｙ軸の正の部分および負の部分にそれぞれ配置された電極を有する一対の容量素子によって構成されているようにしたものである。
【００２６】
（２１） 本発明の第２１の態様は、上述の第４、第５、第７〜１２、第１６、第１７の態様に係る力検出装置において、
特定の力伝達体についてのＺ軸変位検出用容量素子が、当該力伝達体の長手方向軸を中心に配置された円もしくは円環状の電極を有する容量素子によって構成されているようにしたものである。
【００２７】
（２２） 本発明の第２２の態様は、上述の第２１の態様に係る力検出装置において、
同一平面上に同心配置された円もしくは円環状からなる複数の電極により、複数のＺ軸変位検出用容量素子が形成されているようにしたものである。
【００２８】
（２３） 本発明の第２３の態様は、上述の第１〜第２２の態様に係る力検出装置において、
各力伝達体の上端を、受力体に対して可撓性をもった接続部材を介して接続するようにしたものである。
【００２９】
（２４） 本発明の第２４の態様は、上述の第２３の態様に係る力検出装置において、
受力体を板状の部材により構成し、各力伝達体を柱状の部材により構成し、受力体と各力伝達体とを接続する接続部材を、板状の受力体の肉薄部によって構成したものである。
【００３０】
（２５） 本発明の第２５の態様は、上述の第１〜第２４の態様に係る力検出装置において、
各力伝達体を柱状の部材により構成し、接続部材として機能するダイアフラムの中央に力伝達体の下面を接合し、ダイアフラムの周囲を支持体に固定することにより、力伝達体を支持体に接続するようにしたものである。
【００３１】
（２６） 本発明の第２６の態様は、上述の第２５の態様に係る力検出装置において、
可撓性および導電性を有するダイアフラムを接続部材として用い、このダイアフラムの中央に力伝達体の下面を接合し、ダイアフラムの周囲を支持体に固定することにより、力伝達体を支持体に接続するようにし、ダイアフラム自身を変位電極として用いるようにしたものである。
【００３２】
（２７） 本発明の第２７の態様は、上述の第２５または第２６の態様に係る力検出装置において、
複数の固定電極のうちの少なくとも一部を支持体の上面に形成し、少なくとも一部の容量素子がダイアフラムの下方に形成されるようにしたものである。
【００３３】
（２８） 本発明の第２８の態様は、上述の第２５〜第２７の態様に係る力検出装置において、
力伝達体を挿通するための開口を有する補助基板を、ダイアフラムの上方に配置されるように支持体に固定し、複数の固定電極のうちの少なくとも一部を補助基板の下面に形成し、少なくとも一部の容量素子がダイアフラムの上方に形成されるようにしたものである。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。
【００３５】
＜＜＜ §１． 基本概念 ＞＞＞
はじめに、本発明に係る力検出装置の基本概念を説明する。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の力伝達体１１、第２の力伝達体１２、第３の力伝達体１３、第４の力伝達体１４、支持体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。
【００３６】
受力体１０は、検出対象となる力を受ける構成要素であり、ここでは説明の便宜上、この受力体１０の中心位置に原点Ｏを定義し、図示のとおり、ＸＹＺ三次元座標系を定義している。図示の例では、受力体１０および支持体２０を板状部材で構成しているが、これらは必ずしも板状にする必要はなく、任意の形状でかまわない。受力体１０に作用する力の成分は、この座標系における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である。
【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】
支持体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、受力体１０や支持体２０は、必ずしも板状の形態をとる必要はない。ただ、後述するように、第１のセンサ２１〜第４のセンサ２４によって、各座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに関する力の検出を行う上では、前述したＸＹＺ三次元座標系におけるＸＹ平面に平行な上面を有する支持体２０を用いるのが好ましく、実用上は、受力体１０や支持体２０は、いずれも板状形態にするのが好ましい。ここでは、説明の便宜上、支持体２０の上面に、ｘｙ平面を定義することにする。この小文字で示すｘｙ平面は、大文字で示すＸＹ平面に平行な平面となっており、ｘ軸とＸ軸とは平行、ｙ軸とＹ軸とは平行である。
【００３９】
第１の力伝達体１１〜第４の力伝達体１４は、受力体１０と支持体２０とを接続する部材であり、Ｚ軸に沿って配置された構造体であり、しかもこの４本は、ｘｙ平面上で互いに所定間隔をおいて配置されている。図示の例では、これら力伝達体１１〜１４は、いずれも柱状の構造体となっており、その長手方向がＺ軸に平行な方向を向いて配置されているが、原理的には任意の形状をもった構造体で構成してかまわない。ただ、実用上は、図示のような柱状の構造体にするのが、単純な構造を実現する上で好ましい。また、実用上は、第１の力伝達体１１〜第４の力伝達体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。
【００４０】
ここで重要な点は、各力伝達体１１〜１４の上端が、受力体１０に対して、可撓性をもった接続部材（図には示されていない）を介して接続されており、各力伝達体１１〜１４の下端が、支持体２０に対して、可撓性をもった接続部材（図には示されていない）を介して接続されている点である。要するに、第１の力伝達体１１〜第４の力伝達体１４は、受力体１０に対しても、支持体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は支持体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と支持体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。
【００４１】
結局、図１に示す例の場合、柱状の第１の力伝達体１１〜第４の力伝達体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の力伝達体１１〜第４の力伝達体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の力伝達体１１〜第４の力伝達体１４は、受力体１０や支持体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、接続部材が伸び、受力体１０と支持体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、接続部材が縮み、受力体１０と支持体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。
【００４２】
第１のセンサ２１〜第４のセンサ２４は、それぞれ第１の力伝達体１１〜第４の力伝達体１４から、支持体２０に向かって加えられる力を検出する力センサであり、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、各力伝達体１１〜１４を介して、支持体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を検出する機能を有しており、より具体的には、後に詳述するように、力伝達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、力伝達体の傾斜度を検知する機能と、力伝達体全体が、支持体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。
【００４３】
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、上述した力伝達体の傾斜度や、支持体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。その具体的な方法については後述する。
【００４４】
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の力伝達体１１および第２の力伝達体１２に関連する動作のみを示すが、第３の力伝達体１３および第４の力伝達体１４に関連する動作も同様である。
【００４５】
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、支持体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などの重量が支持体２０上に加わっているので、支持体２０は、第１の力伝達体１１や第２の力伝達体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は、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。
【００４６】
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の力伝達体１１および第２の力伝達体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の力伝達体１１の傾斜度をθ１、第２の力伝達体１２の傾斜度をθ２と呼ぶことにする。また、このようにＸＺ平面に平行な平面内における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平面に平行な平面内における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本の力伝達体１１，１２は、ｘ軸に沿って並んで配置されているので、Ｙ軸方向の傾斜度は０である。
【００４７】
なお、各力伝達体１１，１２が傾斜すると、受力体１０と支持体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。
【００４８】
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全体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。さて、この場合、図示のとおり、第１の力伝達体１１については縮小力が作用し、第２の力伝達体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の力伝達体１１から支持体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の力伝達体１２から支持体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。
【００４９】
このように、本発明に係る力検出装置では、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本の力伝達体１１，１２を介して支持体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。
【００５０】
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本の力伝達体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体２０へと伝達される。ここで、第１の力伝達体１１および第２の力伝達体１２と、これらを支持体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Ｚ軸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。
【００５１】
もっとも、本発明では、後述するように、第１の力伝達体１１および第２の力伝達体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、支持体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、各力伝達体から支持体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の力伝達体１１と支持体２０との接続部分に生じる応力を考えてみると、第１の力伝達体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の力伝達体１１は右側に傾斜しているので、第１の力伝達体１１の底部の右側部分については押圧力が生じ、支持体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、支持体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の力伝達体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の力伝達体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、§２で詳述する。
【００５２】
結局、本発明に係る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の力伝達体１１の支持体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の力伝達体１２の支持体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の力伝達体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の力伝達体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。
【００５３】
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本の力伝達体１１，１２から支持体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、力伝達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） に示すように力伝達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の力伝達体１１全体により押圧力−ｆｚが加えられ、第２の力伝達体１２全体により引っ張り力＋ｆｚが加えられることになる。
【００５４】
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の力伝達体１１および第２の力伝達体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の力伝達体１１および第２の力伝達体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。
【００５５】
要するに、本発明に係る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の力伝達体１１全体から支持体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の力伝達体１２全体から支持体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の力伝達体１１全体から支持体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の力伝達体１２全体から支持体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。
【００５６】
以上、図２を参照しながら、第１の力伝達体１１および第２の力伝達体１２に関連する動作のみを説明したが、第３の力伝達体１３および第４の力伝達体１４に関連する動作も同様であり、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Ｘ軸方向の力ＦｘおよびＹ軸まわりのモーメントＭｙを検出することも可能である。また、図１に示す力検出装置を、Ｚ軸を回転軸として９０°回転させ、第１の力伝達体１１および第４の力伝達体１４に関連する動作を考えてみれば、第１のセンサ２１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になることも理解できよう。同様に、第２の力伝達体１２および第３の力伝達体１３に関連する動作により、第２のセンサ２２および第３のセンサ２３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になる。
【００５７】
＜＜＜ §２． 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の力伝達体１１〜第４の力伝達体１４より、支持体２０に対して加えられる力を検出する力センサであるが、図２で説明した原理に基づいて、力Ｆｘ、Ｆｙ、モーメントＭｘ、Ｍｙを検出するためには、各力伝達体１１〜１４の傾斜により生じる力と、各力伝達体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。
【００５８】
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基本構造を示す側断面図である。この多軸力センサ自身は、既に公知のセンサであり、種々の分野で実用されているものであるが、ここでは便宜上、この多軸力センサの基本構造および動作を簡単に説明しておく。
【００５９】
図３の側断面図に示すとおり、この多軸力センサは、板状の支持体４０と、その上に配置された椀状接続部材５０と、力伝達体６０と、支持体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。ここでは、説明の便宜上、支持体４０の上面中心部に原点Ｏ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。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ダイアフラム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を支持体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、ダイアフラム５１の上面中央部には、円柱状の力伝達体６０が接続されている。この円柱状の力伝達体６０の軸芯の延長線と支持体４０の上面との交点位置に原点Ｏが定義されていることになる。
【００６０】
ここで、この例の場合、支持体４０および力伝達体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、支持体４０および力伝達体６０は絶縁体材料によって構成されている。
【００６１】
図５の上面図に示されているとおり、板状の支持体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は原点Ｏの位置に配置された円形の電極である。図５に破線で示すのは、この支持体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、ダイアフラム５１は、各固定電極Ｅ１〜Ｅ５のすべてに対向するように、支持体４０の上方に配置されることになる。前述したとおり、ダイアフラム５１を金属板などの導電性材料で構成しておけば、ダイアフラム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ダイアフラム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。
【００６２】
続いて、力伝達体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。
【００６３】
まず、図６に示すように、力伝達体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。この場合、力伝達体６０を右側へと傾斜させる力が働くことになり、可撓性をもった椀状接続部材５０は、図のように変形し、ダイアフラム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とダイアフラム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とダイアフラム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。
【００６４】
なお、このような変形は、力伝達体６０の下部に、ｘ軸正方向への力＋ｆｘ′が加えられた場合も同様である。もっとも、てこの原理により、＋ｆｘの大きさと＋ｆｘ′の大きさとが等しい場合であっても、前者の方がより大きな変形を生じさせることになる。
【００６５】
一方、図７に示すように、力伝達体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。この場合、力伝達体６０を左側へと傾斜させる力が働くことになり、可撓性をもった椀状接続部材５０は、図のように変形し、ダイアフラム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。
【００６６】
結局、力伝達体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、力伝達体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。
【００６７】
ところで、こうして求めた力ｆｘは、柱状の力伝達体６０のｘ軸方向に関する傾斜度を示すものであり、力ｆｙは、柱状の力伝達体６０のｙ軸方向に関する傾斜度を示すものに他ならない。結局、力伝達体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、力伝達体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、力伝達体６０の下端の第１の部分から加えられる力と、力伝達体の下端の第２の部分から加えられる力と、の差に基づいて、力伝達体６０の支持体４０に対する傾斜度を検知することができる。
【００６８】
続いて、図８に示すように、力伝達体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、力伝達体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、力伝達体６０は傾斜することなしに、力伝達体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、力伝達体６０を上方へと引き上げる力＋ｆｚが加えられた場合は、力伝達体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。
【００６９】
結局、力伝達体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。
【００７０】
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。したがって、原理的には、固定電極Ｅ５（容量素子Ｃ５）は、必ずしも設ける必要はない。
【００７１】
以上述べたとおり、図３に示す多軸力センサを用いれば、力伝達体６０のｘ軸方向に関する傾斜度（力ｆｘ）と、力伝達体６０のｙ軸方向に関する傾斜度（力ｆｙ）と、力伝達体６０全体から支持体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。
【００７２】
＜＜＜ §３． 第１の実施形態の構造および原理 ＞＞＞
続いて、本発明の第１の実施形態に係る力検出装置の主たる構造部分を、図９〜図１３を用いて説明し、この装置の動作原理を、図１４，図１５を用いて説明し、この動作原理による検出を行うための配線を、図１６〜図２１を用いて説明し、６つの力成分のすべてを検出するのに適した電極構成を、図２２〜図２６を用いて説明する。
【００７３】
図９は、この第１の実施形態に係る力検出装置の上面図である。この上面図における切断線１０−１０に沿った側断面図が図１０に示されており、切断線１１−１１に沿った側断面図が図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、支持体３００であり、いずれも上面が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り、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。
【００７４】
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ＸＹ平面で切断した状態を示す横断面図である。ここでは、説明の便宜上、この受力体１００の中心部に、図示のとおり原点Ｏを定義し、図の右方向にＸ軸、上方向にＹ軸、紙面に対して垂直上方向にＺ軸をとり、ＸＹＺ三次元座標系を定義することにする。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、支持体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。
【００７５】
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、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。ここで、各円柱突起部の配置を、より詳細に説明すれば、「原点を中心とする位置に配置され、受力体１００の輪郭より小さく、縦横がＸ軸およびＹ軸に平行な正方形」の４頂点の位置に、それぞれ中心軸の位置がくるように、各円柱突起部１１０，１２０，１３０，１４０が配置されていることになる。
【００７６】
一方、支持体３００は、図１３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。この支持体３００の上面に接合された中間体２００は、基本的には、上面が正方形状をした板状部材であるが、図１０，図１１に示すように、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。図１０に示すとおり、溝部Ｇ２１とＧ３１との間には、ダイアフラム２１５が境界壁として存在し、溝部Ｇ２２とＧ３２との間には、ダイアフラム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、ダイアフラム２３５が境界壁として存在し、溝部Ｇ２４とＧ３４との間には、ダイアフラム２４５が境界壁として存在する
【００７７】
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の力伝達体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の力伝達体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の力伝達体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の力伝達体Ｔ４と呼ぶことにする。図９の上面図を見ればわかるように、ＸＹ二次元座標系における４本の力伝達体Ｔ１〜Ｔ４の配置を考えると、第１の力伝達体Ｔ１は第１象限に、第２の力伝達体Ｔ２は第２象限に、第３の力伝達体Ｔ３は第３象限に、第４の力伝達体Ｔ４は第４象限に、それぞれ配置されており、いずれもＺ軸に平行な方向を長手方向とする円柱状の構造体となっている。
【００７８】
また、図１０に示すとおり、第１の力伝達体Ｔ１の上端は、可撓性をもった肉薄部１１５を接続部材として受力体１００に接続されており、第２の力伝達体Ｔ２の上端は、可撓性をもった肉薄部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の力伝達体Ｔ３の上端は、可撓性をもった肉薄部１３５を接続部材として受力体１００に接続されており、第４の力伝達体Ｔ４の上端は、可撓性をもった肉薄部１４５を接続部材として受力体１００に接続されていることになる。
【００７９】
一方、図１０に示すとおり、第１の力伝達体Ｔ１の下面は、接続部材として機能するダイアフラム２１５の中央に接合されており、ダイアフラム２１５の周囲は、中間体２００を介して支持体３００に接続されており、第２の力伝達体Ｔ２の下面は、接続部材として機能するダイアフラム２２５の中央に接合されており、ダイアフラム２２５の周囲は、中間体２００を介して支持体３００に接続されている。同様に、図１１に示すとおり、第３の力伝達体Ｔ３の下面は、接続部材として機能するダイアフラム２３５の中央に接合されており、ダイアフラム２３５の周囲は、中間体２００を介して支持体３００に接続されており、第４の力伝達体Ｔ４の下面は、接続部材として機能するダイアフラム２４５の中央に接合されており、ダイアフラム２４５の周囲は、中間体２００を介して支持体３００に接続されている。
【００８０】
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）、支持体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。肉薄部１１５，１２５，１３５，１４５やダイアフラム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。
【００８１】
この実施形態では、ダイアフラム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。すなわち、図１３に示す支持体３００の上面に定義されたｘｙ二次元座標系における第１象限に示されている固定電極Ｅ１１〜Ｅ１５、第２象限に示されている固定電極Ｅ２１〜Ｅ２５、第３象限に示されている固定電極Ｅ３１〜Ｅ３５、第４象限に示されている固定電極Ｅ４１〜Ｅ４５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り、図１０に示すダイアフラム２１５，２２５、および図１１に示すダイアフラム２３５，２４５は、いずれも図３に示されているダイアフラム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。
【００８２】
ここで、センサＳ１は、第１の力伝達体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の力伝達体Ｔ１全体から支持体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の力伝達体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の力伝達体Ｔ２全体から支持体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の力伝達体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の力伝達体Ｔ３全体から支持体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の力伝達体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の力伝達体Ｔ４全体から支持体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。
【００８３】
こうしてみると、結局、図９〜図１３に示す第１の実施形態に係る力検出装置は、図１に示す力検出装置とほぼ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、板状の支持体３００は支持体２０に対応し、各力伝達体Ｔ１〜Ｔ４は各力伝達体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１３に示す構造体に、検出回路３０として機能する配線および回路（後述する）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。
【００８４】
続いて、この第１の実施形態に係る力検出装置により、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原理を説明する。
【００８５】
いま、図１３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（ダイアフラム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１３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。また、図１２に示す受力体１００内の所定位置に原点Ｏをとり、図示のとおり、ＸＹＺ三次元座標系を定義する。そして、この受力体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、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。
【００８６】
図１４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、「＋」は増加、「−」は減少を示している。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２に示す各力伝達体の変化態様と、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。
【００８７】
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２（ｂ） に示されているように、各力伝達体Ｔ１〜Ｔ４は、いずれも図１０および図１１の右方向（Ｘ軸正方向）に傾斜することになるので、図１３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１４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。
【００８８】
逆に、Ｘ軸負方向の力−Ｆｘが作用すると、各力伝達体Ｔ１〜Ｔ４は、いずれも図１０および図１１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１４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。
【００８９】
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１３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１４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−Ｆｘ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。
【００９０】
また、受力体１００に対して、Ｚ軸正方向の力＋Ｆｚが作用すると、各力伝達体Ｔ１〜Ｔ４は、いずれも支持体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１４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、各力伝達体Ｔ１〜Ｔ４は、いずれも支持体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１４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。
【００９１】
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２（ｃ） には、受力体１０にＹ軸まわりのモーメントＭｙが作用した場合の、各力伝達体１１，１２の変化態様が示されている。すなわち、力伝達体１１から支持体２０に対しては下方への押圧力−ｆｚが加わり、力伝達体１２から支持体２０に対しては上方への引っ張り力＋ｆｚが加わっている。このような変化態様が生じることを踏まえれば、受力体１００に対して、Ｘ軸まわりの正方向のモーメント＋Ｍｘが作用すると、図９の上面図において、点Ｐ３に対しては紙面垂直上方への力＋ｆｚが作用し、点Ｐ４に対しては紙面垂直下方への力−ｆｚが作用することになる。
【００９２】
したがって、図１０に示す第１の力伝達体Ｔ１と第２の力伝達体Ｔ２には、図の上方への力＋ｆｚが加わり、容量素子Ｃ１１〜Ｃ２５の電極間隔は広がり、静電容量値は減少する。また、図１１に示す第３の力伝達体Ｔ３と第４の力伝達体Ｔ４には、図の下方への力−ｆｚが加わり、容量素子Ｃ３１〜Ｃ４５の電極間隔は狭まり、静電容量値は増加する。図１４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。
【００９３】
一方、Ｙ軸まわりの正方向のモーメント＋Ｍｙが作用すると、図９の上面図において、点Ｐ１に対しては紙面垂直下方への力−ｆｚが作用し、点Ｐ２に対しては紙面垂直上方への力＋ｆｚが作用することになる。したがって、図１０に示す第１の力伝達体Ｔ１と図１１に示す第４の力伝達体Ｔ４には、図の下方への力−ｆｚが加わり、容量素子Ｃ１１〜Ｃ１５およびＣ４１〜Ｃ４５の電極間隔は狭まり、静電容量値は増加する。また、図１０に示す第２の力伝達体Ｔ２と図１１に示す第３の力伝達体Ｔ３には、図の上方への力＋ｆｚが加わり、容量素子Ｃ２１〜Ｃ２５およびＣ３１〜Ｃ３５の電極間隔は広がり、静電容量値は減少する。図１４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。
【００９４】
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１３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１３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本の力伝達体Ｔ１〜Ｔ４がどの方向に傾斜するかを考えてみよう。
【００９５】
はじめに、第１象限に配置された第１の力伝達体Ｔ１（図の固定電極Ｅ１５の上に配置されている）は、この図１３における左上方向に傾斜することになり、容量素子Ｃ１２，Ｃ１３の電極間隔が狭まり静電容量値が増加し、容量素子Ｃ１１，Ｃ１４の電極間隔が広まり静電容量値が減少する。また、第２象限に配置された第２の力伝達体Ｔ２（図の固定電極Ｅ２５の上に配置されている）は、この図１３における左下方向に傾斜することになり、容量素子Ｃ２２，Ｃ２４の電極間隔が狭まり静電容量値が増加し、容量素子Ｃ２１，Ｃ２３の電極間隔が広まり静電容量値が減少する。更に、第３象限に配置された第３の力伝達体Ｔ３（図の固定電極Ｅ３５の上に配置されている）は、この図１３における右下方向に傾斜することになり、容量素子Ｃ３１，Ｃ３４の電極間隔が狭まり静電容量値が増加し、容量素子Ｃ３２，Ｃ３３の電極間隔が広まり静電容量値が減少する。最後に、第４象限に配置された第４の力伝達体Ｔ４（図の固定電極Ｅ４５の上に配置されている）は、この図１３における右上方向に傾斜することになり、容量素子Ｃ４１，Ｃ４３の電極間隔が狭まり静電容量値が増加し、容量素子Ｃ４２，Ｃ４４の電極間隔が広まり静電容量値が減少する。なお、容量素子Ｃ１５，Ｃ２５，Ｃ３５，Ｃ４５の静電容量値については、トータルでは変化が生じない。
【００９６】
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１４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。
【００９７】
この図１４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１５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ことが理解できよう。
【００９８】
たとえば、図１５に示すＦｘ＝（Ｃ１１−Ｃ１２）＋（Ｃ２１−Ｃ２２）＋（Ｃ３１−Ｃ３２）＋（Ｃ４１−Ｃ４２）なる式は、図１４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のセンサによって検知された各力伝達体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。
【００９９】
また、図１５に示すＦｙ＝（Ｃ１３−Ｃ１４）＋（Ｃ２３−Ｃ２４）＋（Ｃ３３−Ｃ３４）＋（Ｃ４３−Ｃ４４）なる式は、図１４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のセンサによって検知された各力伝達体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。
【０１００】
更に、図１５に示すＦｚ＝−（Ｃ１５＋Ｃ２５＋Ｃ３５＋Ｃ４５）なる式は、図１４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のセンサによって検知された各力伝達体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。
【０１０１】
一方、図１５に示すＭｘ＝−（（（Ｃ１１＋Ｃ１２＋Ｃ１３＋Ｃ１４＋Ｃ１５）＋（Ｃ２１＋Ｃ２２＋Ｃ２３＋Ｃ２４＋Ｃ２５））−（（Ｃ３１＋Ｃ３２＋Ｃ３３＋Ｃ３４＋Ｃ３５）＋（Ｃ４１＋Ｃ４２＋Ｃ４３＋Ｃ４４＋Ｃ４５）））なる式は、図１４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１および第２のセンサによって検知されたＺ軸方向に関する力の和と、第３および第４のセンサによって検知されたＺ軸方向に関する力の和と、の差に基づいて、受力体に作用した力の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９に示す上面図において、点Ｐ３が紙面に対して垂直上方（Ｚ軸正方向）に移動し、点Ｐ４が紙面に対して垂直下方（Ｚ軸負方向）に移動した状態での検出であり、図２（ｃ） に示す検出原理に基づくものである。式の先頭のマイナス符号は、モーメントの向きのとり方によるものである。
【０１０２】
また、図１５に示すＭｙ＝（（Ｃ１１＋Ｃ１２＋Ｃ１３＋Ｃ１４＋Ｃ１５）＋（Ｃ４１＋Ｃ４２＋Ｃ４３＋Ｃ４４＋Ｃ４５））−（（Ｃ２１＋Ｃ２２＋Ｃ２３＋Ｃ２４＋Ｃ２５）＋（Ｃ３１＋Ｃ３２＋Ｃ３３＋Ｃ３４＋Ｃ３５））なる式は、図１４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および第４のセンサによって検知されたＺ軸方向に関する力の和と、第２および第３のセンサによって検知されたＺ軸方向に関する力の和と、の差に基づいて、受力体に作用した力の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９に示す上面図において、点Ｐ１が紙面に対して垂直下方（Ｚ軸負方向）に移動し、点Ｐ２が紙面に対して垂直上方（Ｚ軸正方向）に移動した状態での検出であり、図２（ｃ） に示す検出原理に基づくものである。
【０１０３】
最後に、図１５に示すＭｚ＝（（（Ｃ３１−Ｃ３２）＋（Ｃ４１−Ｃ４２））−（（Ｃ１１−Ｃ１２）＋（Ｃ２１−Ｃ２２）））＋（（（Ｃ１３−Ｃ１４）＋（Ｃ４３−Ｃ４４））−（（Ｃ２３−Ｃ２４）＋（Ｃ３３−Ｃ３４）））なる式は、図１４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３および第４のセンサによって検知されたＸ軸方向に関する傾斜度の和と、第１および第２のセンサによって検知されたＸ軸方向に関する傾斜度の和と、の差を第１の差として求め、第１および第４のセンサによって検知されたＹ軸方向に関する傾斜度の和と、第２および第３のセンサによって検知されたＹ軸方向に関する傾斜度の和と、の差を第２の差として求め、前記第１の差と前記第２の差との和に基づいて、受力体に作用した力の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。
【０１０４】
このＭｚの式の意味は、この式を、
Figure 2004325367
のような形に書きなおすと、より理解しやすくなる。すなわち、Ｚ軸まわりの正方向のモーメント＋Ｍｚが作用した場合、前述したとおり、図１３において、固定電極Ｅ１５の上に配置されている第１の力伝達体Ｔ１は、図の左上方向に傾斜することになるが、上式の（Ｃ１２＋Ｃ１３）−（Ｃ１１＋Ｃ１４）は、第１の力伝達体Ｔ１のこのような傾斜を検出するための項である。同様に、固定電極Ｅ２５の上に配置されている第２の力伝達体Ｔ２は、図の左下方向に傾斜することになるが、上式の（Ｃ２２＋Ｃ２４）−（Ｃ２１＋Ｃ２３）は、第２の力伝達体Ｔ２のこのような傾斜を検出するための項である。また、固定電極Ｅ３５の上に配置されている第３の力伝達体Ｔ３は、図の右下方向に傾斜することになるが、上式の（Ｃ３１＋Ｃ３４）−（Ｃ３２＋Ｃ３３）は、第３の力伝達体Ｔ３のこのような傾斜を検出するための項である。更に、固定電極Ｅ４５の上に配置されている第４の力伝達体Ｔ４は、図の右上方向に傾斜することになるが、上式の（Ｃ４１＋Ｃ４３）−（Ｃ４２＋Ｃ４４）は、第４の力伝達体Ｔ４のこのような傾斜を検出するための項である。上式は、このように、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚが作用した場合の４本の力伝達体Ｔ１〜Ｔ４の所定方向への傾斜度の検出値の和を示すものになる。
【０１０５】
なお、図１５の第３の式（Ｆｚの式）では、第１のセンサによって検知された第１の力伝達体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、図１５の第４の式（Ｍｘの式）では、同じく、第１のセンサによって検知された第１の力伝達体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、§２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ことを示したものである。したがって、たとえば、図１５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、図１５の第４の式は、Ｍｘ＝（（Ｃ１５＋Ｃ２５）−（Ｃ３５＋Ｃ４５））としてもかまわないし、図１５の第５の式は、Ｍｙ＝（（Ｃ１５＋Ｃ４５）−（Ｃ２５＋Ｃ３５））としてもかまわない。もちろん、この他にも何通りかのバリエーションを用いることが可能である。
【０１０６】
この図１５に示す６つの式のうち、力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚに関する式は、４本の力伝達体Ｔ１〜Ｔ４の配置が任意の位置であっても成立する一般式であり、力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚの検出のみに利用される力検出装置を構成する場合、４本の力伝達体Ｔ１〜Ｔ４の配置は、必ずしも図９の上面図に示すような配置にする必要はない。ただ、図１５に示す６つの式のうち、モーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚに関する式は、４本の力伝達体Ｔ１〜Ｔ４が、図９の上面図に示すように、ＸＹ二次元座標系における第１〜第４象限に配置されていることを前提としたものである。
【０１０７】
ここで、留意しておくべき点は、本発明に係る技術思想は、「図３に示すような従来から公知の多軸力センサを、単に４組用いることにより、検出精度を高めるようにする」という技術とは全く次元が異なる点である。一般に、何らかの測定器を用いた測定を行う場合に、「同じ測定器を複数台設置し、それぞれの測定結果の平均をとることにより、測定精度を向上させる」という手法は常套手段であり、古くから様々な分野において利用されてきている。
【０１０８】
しかしながら、図２に示す本発明の基本概念は、「複数のセンサを用いて検出精度を向上させる」という技術思想ではなく、「所定の座標軸方向の力と、所定の座標軸まわりのモーメントを正確に区別して検出する」という技術思想にある。ここでは、この点について、もう少し詳しい補足説明を行っておく。
【０１０９】
まず、図６に示すように、従来から公知の多軸力センサを用いて、ｘ軸正方向の力＋ｆｘを検出することを考えよう。このような多軸力センサを開示した一般的な公知文献では、この図６に示す原理により、「容量素子Ｃ１（固定電極Ｅ１とダイアフラム５１）の静電容量値Ｃ１と、容量素子Ｃ２（固定電極Ｅ２とダイアフラム５１）の静電容量値Ｃ２と、の差（Ｃ１−Ｃ２）を求めることにより、力伝達体６０に作用した力のＸ軸方向成分ｆｘを求めることができる」旨の説明がなされている。しかしながら、この説明は、厳密な意味では正しくない。なぜなら、静電容量値の差（Ｃ１−Ｃ２）は、実は、作用した力ｆｘそれ自身ではなく、作用した力ｆｘに起因して生じたｙ軸まわりのモーメントＭｙになっているからである。
【０１１０】
これは、図６に示すように、力伝達体６０の異なる位置に、２通りの力＋ｆｘと＋ｆｘ′とを加えた場合に、どのような出力値が得られるかを考えれば、容易に理解できよう。図示の例において、＋ｆｘ＝＋ｆｘ′であったとしても、静電容量値の差（Ｃ１−Ｃ２）として得られる出力値は、＋ｆｘを加えた場合の方が、＋ｆｘ′を加えた場合に比べて大きくなる。これは、＋ｆｘを加えた場合の方が、この検出系に対して大きなモーメントを与えることができるためである。要するに、この図６に示すセンサでは、ｘ軸方向の力ｆｘやｙ軸方向の力ｆｙを直接検出することはできず、それぞれｙ軸まわりのモーメントＭｙやｘ軸まわりのモーメントＭｘとして検出するしかないのである。
【０１１１】
もっとも、力ｆｘを作用させる力伝達体６０上の位置が、常に定位置となるように決めておけば、ｙ軸まわりのモーメントＭｙをｘ軸方向の力ｆｘとして取り扱っても支障は生じない。このため、力とモーメントとを区別して取り扱う必要のない検出対象については、この図６に示す力センサを、ｘ軸方向の力ｆｘやｙ軸方向の力ｆｙの検出に利用しても、実用上、大きな支障が生じないことになる。
【０１１２】
しかしながら、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も決して少なくない。本発明に係る力検出装置は、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１０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、支持体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。
【０１１３】
この図１０に示す力検出装置を用いれば、受力体１００に対して何らかの力が作用すると、４本の力伝達体Ｔ１〜Ｔ４の位置や向きに所定の変化が生じることになる。この変化の態様を、センサＳ１〜Ｓ４を構成する複数の容量素子の静電容量値の変化として検出し、図１５に示す式に基づく解析を行えば、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をそれぞれ独立して検出することが可能になる。これが本発明の重要な特徴である。
【０１１４】
＜＜＜ §４． 第１の実施形態の検出回路 ＞＞＞
さて、既に§３で述べたとおり、この第１の実施形態に係る力検出装置では、支持体３００の上面に、図１３に示すように、固定電極Ｅ１１〜Ｅ１５，Ｅ２１〜Ｅ２５，Ｅ３１〜Ｅ３５，Ｅ４１〜Ｅ４５が形成され、これら各固定電極の上方に配置された導電性材料からなるダイアフラム２１５，２２５，２３５，２４５が変位電極として機能し、合計２０組の容量素子Ｃ１１〜Ｃ１５（センサＳ１），Ｃ２１〜Ｃ２５（センサＳ２），Ｃ３１〜Ｃ３５（センサＳ３），Ｃ４１〜Ｃ４５（センサＳ４）が形成されている。ダイアフラム２１５，２２５，２３５，２４５は、中間体２００の一部分であり、電気的には、単一の等電位体として機能するので、すべての変位電極は、１つの共通電極として等電位を維持する。
【０１１５】
ここで、各ダイアフラム２１５，２２５，２３５，２４５の下面は、それぞれ各力伝達体Ｔ１〜Ｔ４の下部の変位に応じて特有の変位を生じる変位面を構成しているため、図１５の各式に示す原理に基づいて、受力体１００に作用した力を、６つの成分ごとに独立して検出することができる。以下、このような検出を行うために必要な検出回路を説明する。
【０１１６】
図１５に示す各演算式に基づいて各力成分を求める方法としては、個々の容量素子の静電容量値を電気的に測定し、この測定値に対してアナログあるいはデジタルの演算器などを用いて演算を行い、その結果を出力するような方法を採ることも可能である。ただ、図１５に示す式は、基本的に加算と減算のみである。そこで本発明では、静電容量値の加算を演算器で行う代わりに、容量値の加算対象となる複数の容量素子を互いに並列接続することにより、加算演算と同等の結果が得られるようなアプローチを採っている。すなわち、センサＳ１〜Ｓ４を構成する各容量素子Ｃ１１〜Ｃ４５を、複数のグループに分け、同一グループに所属する複数の容量素子を互いに並列接続する配線を設け、１つのグループに所属する容量素子群の全体の静電容量値と、別のグループに所属する容量素子群の全体の静電容量値と、の差に基づいて、受力体１００に作用した力もしくはモーメントを検出する検出回路を形成するようにしている。
【０１１７】
はじめに、各座標軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを検出する検出回路について説明しよう。たとえば、図１５に示す第１の式に基づいて力Ｆｘを検出する検出回路は、図１６に示すように、支持体３００上に形成された２０枚の固定電極のうちの８枚に対して、図示のような配線を施すことにより構成することができる。すなわち、４枚の固定電極Ｅ１１，Ｅ２１，Ｅ３１，Ｅ４１を第１のグループに所属する電極として端子Ｔｆｘ１に接続し、４枚の固定電極Ｅ１２，Ｅ２２，Ｅ３２，Ｅ４２を第２のグループに所属する電極として端子Ｔｆｘ２に接続すればよい。端子Ｔｆｘ１と中間体２００との間に生じる静電容量の値は、第１のグループに所属する４組の容量素子Ｃ１１，Ｃ２１，Ｃ３１，Ｃ４１の静電容量値の和になり、端子Ｔｆｘ２と中間体２００との間に生じる静電容量の値は、第２のグループに所属する４組の容量素子Ｃ１２，Ｃ２２，Ｃ３２，Ｃ４２の静電容量値の和になるので、両者の差を求める回路を用意すれば、力Ｆｘの検出が可能になる。図１６の下段に示す式（図１５に示す力Ｆｘの式と等価）は、端子Ｔｆｘ１から取り出された電気信号と、端子Ｔｆｘ２から取り出された電気信号と、の差に基づいて、力Ｆｘの検出が行われることを示している。
【０１１８】
なお、ここでは具体的な回路の説明は省略するが、一般に、容量素子を構成する一対の電極にそれぞれ配線を施すことにより、当該容量素子の静電容量値を電圧値に変換して検出する回路は、種々の回路が公知である。このような回路を、端子Ｔｆｘ１，Ｔｆｘ２および中間体２００に接続し、第１のグループに所属する４組の容量素子Ｃ１１，Ｃ２１，Ｃ３１，Ｃ４１の静電容量値の和を示す電圧値と、第２のグループに所属する４組の容量素子Ｃ１２，Ｃ２２，Ｃ３２，Ｃ４２の静電容量値の和を示す電圧値とを求め、両電圧の差に相当する電圧を出力する回路を用いれば、力Ｆｘを電圧値として出力することができる。
【０１１９】
結局、図１６に示す配線は、各力伝達体Ｔ１〜Ｔ４がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置されたＸ軸傾斜検出用容量素子Ｃ１１，Ｃ２１，Ｃ３１，Ｃ４１を第１のグループとし、逆に、電極間隔が広がる位置に配置されたＸ軸傾斜検出用容量素子Ｃ１２，Ｃ２２，Ｃ３２，Ｃ４２を第２グループとして、同一グループに所属する複数の容量素子を互いに並列接続するための配線ということができる。そして、このような配線を施すことにより、第１のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子群の全体の静電容量値と、第２のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子群の全体の静電容量値と、の差により、受力体に作用したＸ軸方向への力Ｆｘを検出することが可能になる。
【０１２０】
同様に、図１５に示す第２の式に基づいて力Ｆｙを検出する検出回路は、図１７に示すように、支持体３００上に形成された２０枚の固定電極のうちの８枚に対して、図示のような配線を施すことにより構成することができる。すなわち、４枚の固定電極Ｅ１３，Ｅ２３，Ｅ３３，Ｅ４３を第３のグループに所属する電極として端子Ｔｆｙ１に接続し、４枚の固定電極Ｅ１４，Ｅ２４，Ｅ３４，Ｅ４４を第４のグループに所属する電極として端子Ｔｆｙ２に接続すればよい。端子Ｔｆｙ１と中間体２００との間に生じる静電容量の値は、第３のグループに所属する４組の容量素子Ｃ１３，Ｃ２３，Ｃ３３，Ｃ４３の静電容量値の和になり、端子Ｔｆｙ２と中間体２００との間に生じる静電容量の値は、第４のグループに所属する４組の容量素子Ｃ１４，Ｃ２４，Ｃ３４，Ｃ４４の静電容量値の和になるので、両者の差を求める回路を用意すれば、力Ｆｙの検出が可能になる。図１７の下段に示す式（図１５に示す力Ｆｙの式と等価）は、端子Ｔｆｙ１から取り出された電気信号と、端子Ｔｆｙ２から取り出された電気信号と、の差に基づいて、力Ｆｙの検出が行われることを示している。
【０１２１】
結局、図１７に示す配線は、各力伝達体Ｔ１〜Ｔ４がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置されたＹ軸傾斜検出用容量素子Ｃ１３，Ｃ２３，Ｃ３３，Ｃ４３を第３のグループとし、逆に、電極間隔が広がる位置に配置されたＹ軸傾斜検出用容量素子Ｃ１４，Ｃ２４，Ｃ３４，Ｃ４４を第４グループとして、同一グループに所属する複数の容量素子を互いに並列接続するための配線ということができる。そして、このような配線を施すことにより、第３のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子群の全体の静電容量値と、第４のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子群の全体の静電容量値と、の差により、受力体に作用したＹ軸方向への力Ｆｙを検出することが可能になる。
【０１２２】
また、図１５に示す第３の式に基づいて力Ｆｚを検出する検出回路は、図１８に示すように、支持体３００上に形成された２０枚の固定電極のうちの４枚に対して、図示のような配線を施すことにより構成することができる。すなわち、４枚の固定電極Ｅ１５，Ｅ２５，Ｅ３５，Ｅ４５を第５のグループに所属する電極として端子Ｔｆｚに接続すればよい。端子Ｔｆｚと中間体２００との間に生じる静電容量の値は、第５のグループに所属する４組の容量素子Ｃ１５，Ｃ２５，Ｃ３５，Ｃ４５の静電容量値の和になるので、この和の値に基づいて力Ｆｚの検出が可能になる。図１８の下段に示す式（図１５に示す力Ｆｚの式と等価）は、端子Ｔｆｚから取り出された電気信号に基づいて、力Ｆｚの検出が行われることを示している。
【０１２３】
結局、図１８に示す配線は、力伝達体がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子Ｃ１５，Ｃ２５，Ｃ３５，Ｃ４５を第５のグループとし、同一グループに所属する複数の容量素子を互いに並列接続するための配線ということができる。そして、このような配線を施すことにより、第５のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値により、受力体に作用したＺ軸方向への力Ｆｚを検出することが可能になる。
【０１２４】
なお、既に述べたとおり、Ｚ軸変位検出用容量素子として利用可能な容量素子は、容量素子Ｃ１５，Ｃ２５，Ｃ３５，Ｃ４５だけではない。たとえば、センサＳ１において利用可能なＺ軸変位検出用容量素子としての条件は、力伝達体Ｔ１がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、力伝達体Ｔ１が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置されていることである。もちろん、容量素子Ｃ１５はこの条件を満たしている。しかし、たとえば、容量素子Ｃ１１〜Ｃ１４の集合体を１つの容量素子と考えれば、このような集合体も上記条件を満たしており、Ｚ軸変位検出用容量素子として利用可能である。もちろん、容量素子Ｃ１１〜Ｃ１５の集合体からなる容量素子も、上記条件を満たしており、Ｚ軸変位検出用容量素子として利用可能である。
【０１２５】
したがって、力Ｆｚの検出だけが可能な一次元力検出装置として利用するのであれば、原理的には、全２０枚の固定電極Ｅ１１〜Ｅ４５のすべてを同一グループとして端子Ｔｆｚに接続し、全２０組の容量素子Ｃ１１〜Ｃ４５のすべてを並列接続することも可能である。ただ、多次元力検出装置として用いる場合には、個々の容量素子に特定の力を検出対象として分担させる必要があるため、図１８に示す例のように、各センサＳ１〜Ｓ４のそれぞれから１組ずつ選抜された容量素子Ｃ１５，Ｃ２５，Ｃ３５，Ｃ４５を、Ｚ軸変位検出用容量素子として利用し、力Ｆｚの検出に充てるようにするのが好ましい。
【０１２６】
以上、力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚについての検出回路を述べたが、続いて、モーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚを検出する検出回路を考える。まず、図１５に示す第４の式に基づいてモーメントＭｘを検出する検出回路は、図１９に示すように、支持体３００上に形成された２０枚の固定電極のうちの４枚に対して、図示のような配線を施すことにより構成することができる。すなわち、２枚の固定電極Ｅ１５，Ｅ２５を第１のグループに所属する電極として端子Ｔｍｘ１に接続し、２枚の固定電極Ｅ３５，Ｅ４５を第２のグループに所属する電極として端子Ｔｍｘ２に接続すればよい。端子Ｔｍｘ１と中間体２００との間に生じる静電容量の値は、第１のグループに所属する２組の容量素子Ｃ１５，Ｃ２５の静電容量値の和になり、端子Ｔｍｘ２と中間体２００との間に生じる静電容量の値は、第２のグループに所属する２組の容量素子Ｃ３５，Ｃ４５の静電容量値の和になるので、両者の差を求める回路を用意すれば、モーメントＭｘの検出が可能になる。図１９の下段に示す式は、端子Ｔｍｘ１から取り出された電気信号と、端子Ｔｍｘ２から取り出された電気信号と、の差に基づいて、モーメントＭｘの検出が行われることを示している。
【０１２７】
なお、図１９の下段に示す式は、図１５に示すＭｘの式と異なっている。これは、図１５に示すＭｘの式では、各センサＳ１〜Ｓ４のそれぞれにおいて、５組の容量素子のすべてをＺ軸変位検出用容量素子として利用しているのに対し、図１９の下段に示す式では、中央に配置された１組の容量素子のみをＺ軸変位検出用容量素子として利用しているためである。モーメントＭｘの検出だけが可能な一次元力検出装置として利用するのであれば、図１５に示すＭｘの式に基づいて、１０枚の固定電極Ｅ１１〜Ｅ２５を第１のグループとして端子Ｔｍｘ１に接続し、１０枚の固定電極Ｅ３１〜Ｅ４５を第２のグループとして端子Ｔｍｘ２に接続し、第１のグループに所属する１０組の容量素子Ｃ１１〜Ｃ２５を並列接続し、第２のグループに所属する１０組の容量素子Ｃ３１〜Ｃ４５を並列接続することも可能である。ただ、多次元力検出装置として用いる場合には、個々の容量素子に特定の力を検出対象として分担させる必要があるため、図１９に示す例のように、各センサＳ１〜Ｓ４のそれぞれから１組ずつ選抜された容量素子Ｃ１５，Ｃ２５，Ｃ３５，Ｃ４５を、Ｚ軸変位検出用容量素子として利用し、モーメントＭｘの検出に充てるようにするのが好ましい。
【０１２８】
結局、図１９に示す配線は、力伝達体Ｔ１，Ｔ２がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、力伝達体Ｔ１，Ｔ２が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子Ｃ１５，Ｃ２５を第１のグループとし、力伝達体Ｔ３，Ｔ４がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、力伝達体Ｔ３，Ｔ４が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子Ｃ３５，Ｃ４５を第２のグループとして、同一グループに所属する複数の容量素子を互いに並列接続するための配線ということができる。そして、このような配線を施すことにより、第１のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、第２のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、の差により、受力体に作用したＸ軸まわりのモーメントＭｘを検出することが可能になる。
【０１２９】
一方、図１５に示す第５の式に基づいてモーメントＭｙを検出する検出回路は、図２０に示すように、支持体３００上に形成された２０枚の固定電極のうちの４枚に対して、図示のような配線を施すことにより構成することができる。すなわち、２枚の固定電極Ｅ１５，Ｅ４５を第３のグループに所属する電極として端子Ｔｍｙ１に接続し、２枚の固定電極Ｅ２５，Ｅ３５を第４のグループに所属する電極として端子Ｔｍｙ２に接続すればよい。端子Ｔｍｙ１と中間体２００との間に生じる静電容量の値は、第３のグループに所属する２組の容量素子Ｃ１５，Ｃ４５の静電容量値の和になり、端子Ｔｍｙ２と中間体２００との間に生じる静電容量の値は、第４のグループに所属する２組の容量素子Ｃ２５，Ｃ３５の静電容量値の和になるので、両者の差を求める回路を用意すれば、モーメントＭｙの検出が可能になる。図２０の下段に示す式は、端子Ｔｍｙ１から取り出された電気信号と、端子Ｔｍｙ２から取り出された電気信号と、の差に基づいて、モーメントＭｙの検出が行われることを示している。
【０１３０】
なお、図２０の下段に示す式は、図１５に示すＭｙの式と異なっている。これは、Ｍｘの式が異なる理由と同様に、図１５に示すＭｙの式では、各センサＳ１〜Ｓ４のそれぞれにおいて、５組の容量素子のすべてをＺ軸変位検出用容量素子として利用しているのに対し、図２０の下段に示す式では、多次元力検出装置として用いることを考慮して、中央に配置された１組の容量素子のみをＺ軸変位検出用容量素子として利用しているためである。
【０１３１】
結局、図２０に示す配線は、力伝達体Ｔ１，Ｔ４がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、力伝達体Ｔ１，Ｔ４が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子Ｃ１５，Ｃ４５を第３のグループとし、力伝達体Ｔ２，Ｔ３がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、力伝達体Ｔ２，Ｔ３が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子Ｃ２５，Ｃ３５を第４のグループとして、同一グループに所属する複数の容量素子を互いに並列接続するための配線ということができる。そして、このような配線を施すことにより、第３のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、第４のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、の差により、受力体に作用したＹ軸まわりのモーメントＭｙを検出することが可能になる。
【０１３２】
最後に、図１５に示す第６の式に基づいてモーメントＭｚを検出する検出回路は、図２１に示すように、支持体３００上に形成された２０枚の固定電極のうちの１６枚に対して、図示のような配線を施すことにより構成することができる。すなわち、８枚の固定電極Ｅ１２，Ｅ１３，Ｅ２２，Ｅ２４，Ｅ３１，Ｅ３４，Ｅ４１，Ｅ４３を第１のグループに所属する電極として端子Ｔｍｚ１に接続し、８枚の固定電極Ｅ１１，Ｅ１４，Ｅ２１，Ｅ２３，Ｅ３２，Ｅ３３，Ｅ４２，Ｅ４４を第２のグループに所属する電極として端子Ｔｍｚ２に接続すればよい。端子Ｔｍｚ１と中間体２００との間に生じる静電容量の値は、第１のグループに所属する８組の容量素子Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ２２，Ｃ２４，Ｃ３１，Ｃ３４，Ｃ４１，Ｃ４３の静電容量値の和になり、端子Ｔｍｙ２と中間体２００との間に生じる静電容量の値は、第２のグループに所属する８組の容量素子Ｃ１１，Ｃ１４，Ｃ２１，Ｃ２３，Ｃ３２，Ｃ３３，Ｃ４２，Ｃ４４の静電容量値の和になるので、両者の差を求める回路を用意すれば、モーメントＭｚの検出が可能になる。図２１の下段に示す式（図１５に示すモーメントＭｚの式と等価）は、端子Ｔｍｚ１から取り出された電気信号と、端子Ｔｍｚ２から取り出された電気信号と、の差に基づいて、モーメントＭｚの検出が行われることを示している。
【０１３３】
結局、図２０に示す配線では、第１のグループに所属する容量素子は、「力伝達体Ｔ１がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置されたＸ軸傾斜検出用容量素子Ｃ１２」、「力伝達体Ｔ１がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置されたＹ軸傾斜検出用容量素子Ｃ１３」、「力伝達体Ｔ２がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置されたＸ軸傾斜検出用容量素子Ｃ２２」、「力伝達体Ｔ２がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置されたＹ軸傾斜検出用容量素子Ｃ２４」、「力伝達体Ｔ３がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置されたＸ軸傾斜検出用容量素子Ｃ３１」、「力伝達体Ｔ３がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置されたＹ軸傾斜検出用容量素子Ｃ３４」、「力伝達体Ｔ４がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置されたＸ軸傾斜検出用容量素子Ｃ４１」、「力伝達体Ｔ４がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置されたＹ軸傾斜検出用容量素子Ｃ４３」ということになる。また、第２のグループに所属する容量素子は、「力伝達体Ｔ１がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置されたＸ軸傾斜検出用容量素子Ｃ１１」、「力伝達体Ｔ１がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置されたＹ軸傾斜検出用容量素子Ｃ１４」、「力伝達体Ｔ２がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置されたＸ軸傾斜検出用容量素子Ｃ２１」、「力伝達体Ｔ２がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置されたＹ軸傾斜検出用容量素子Ｃ２３」、「力伝達体Ｔ３がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置されたＸ軸傾斜検出用容量素子Ｃ３２」、「力伝達体Ｔ３がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置されたＹ軸傾斜検出用容量素子Ｃ３３」、「力伝達体Ｔ４がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置されたＸ軸傾斜検出用容量素子Ｃ４２」、「力伝達体Ｔ４がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置されたＹ軸傾斜検出用容量素子Ｃ４４」ということになる。
【０１３４】
以上、図１６〜図２１を参照しながら、Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚの全６種類の力成分を検出するために必要な配線を説明した。複数の力成分をそれぞれ検出する機能をもった力検出装置を実現するには、必要な配線を適宜重複して行うようにすればよい。たとえば、３つの力成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを検出する機能をもった力検出装置を実現するには、図１６に示す配線と、図１７に示す配線と、図１８に示す配線と、を重ねて行うようにすればよい。こうすれば、全２０枚の固定電極Ｅ１１〜Ｅ４５が、全５グループに分類されて配線され、端子Ｔｆｘ１，Ｔｆｘ２を利用して力Ｆｘが検出でき、端子Ｔｆｙ１，Ｔｆｙ２を利用して力Ｆｙが検出でき、端子Ｔｆｚを利用して力Ｆｚが検出できる。あるいは、３つの力成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｍｙを検出する機能をもった力検出装置を実現するには、図１６に示す配線と、図１７に示す配線と、図２０に示す配線と、を重ねて行えばよいし、２つの力成分Ｆｚ，Ｍｚを検出する機能をもった力検出装置を実現するには、図１８に示す配線と、図２１に示す配線とを重ねて行えばよい。
【０１３５】
しかしながら、図１３に示すように、合計２０枚の固定電極Ｅ１１〜Ｅ４５だけでは、実現不可能な組み合わせも存在する。たとえば、２つの力成分Ｆｚ，Ｍｘを検出する機能をもった力検出装置を実現するには、図１８に示す配線と、図２０に示す配線と、を重ねて行う必要がある。ところが、これらの配線は、いずれも固定電極Ｅ１５，Ｅ２５，Ｅ３５，Ｅ４５を用いた配線であり、両立できない配線になる。たとえば、図１８の配線を行えば、固定電極Ｅ１５，Ｅ２５，Ｅ３５，Ｅ４５はすべて端子Ｔｆｚに接続された同電位の電極となってしまい、図２０のような２つのグループに分けた配線を行う意味はなくなってしまう。同様に、３つの力成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｍｚを検出する機能をもった力検出装置を実現するには、図１６に示す配線と、図１７に示す配線と、図２１に示す配線と、を重ねて行う必要があるが、これも実現不可能である。図１６に示す配線と図１７に示す配線とは、それぞれ異なる固定電極に対する配線であるため両立可能であるが、これに更に図２１に示す配線を重ねることはできない。
【０１３６】
このような配線上の問題が生じた場合には、図１３に示す合計２０枚の固定電極Ｅ１１〜Ｅ４５のうちのいくつかを、物理的に独立した複数の電極に分割するようにすればよい。たとえば、図１３に示す固定電極Ｅ１５は、図１８に示す力Ｆｚ検出用の配線と、図１９に示すモーメントＭｘ用の配線と、図２０に示すモーメントＭｙ用の配線と、の３通りの配線で利用されている。したがって、この３つの力成分Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙを検出する機能をもった力検出装置を実現するには、固定電極Ｅ１５を物理的に独立した３つの電極Ｅ１５（Ｆｚ），Ｅ１５（Ｍｘ），Ｅ１５（Ｍｙ）に分割すればよい。ここで、電極Ｅ１５（Ｆｚ）はＦｚ検出用、電極Ｅ１５（Ｍｘ）はＭｘ検出用，電極Ｅ１５（Ｍｙ）はＭｙ検出用に用いられる電極である。
【０１３７】
もっとも、図１３に示す２０枚の固定電極は、それぞれ特定の力伝達体の変位や傾斜を検出するための容量素子を形成する役割を担っているため、その形状や配置は、所定の条件を満足する必要がある。したがって、これらの固定電極を、物理的に独立した複数の電極に分割した場合でも、個々の分割電極が、この条件を満足するように配慮する必要がある。
【０１３８】
まず、図１３に示す固定電極Ｅ１５，Ｅ２５，Ｅ３５，Ｅ４５によって構成される容量素子Ｃ１５，Ｃ２５，Ｃ３５，Ｃ４５は、いずれもＺ軸変位検出用容量素子であり、力伝達体がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置されている必要がある。別言すれば、力伝達体がＺ軸方向に変位したときには、静電容量値に変化が生じるが、力伝達体が傾斜しただけでは、静電容量値の変化が生じないような性質をもっている必要がある。このような性質をもったＺ軸変位検出用容量素子を形成するための理想的な電極は、力伝達体の長手方向軸を中心に配置された円もしくは円環状の電極である。図１３に示す例では、固定電極Ｅ１５，Ｅ２５，Ｅ３５，Ｅ４５はいずれも円形の電極となっているが、これらは、力伝達体の長手方向軸を中心に配置された円環状の電極でもよい。したがって、同一の力伝達体に関して、Ｚ軸変位検出用容量素子を複数形成するには、同一平面上に同心配置された円もしくは円環状からなる複数の電極を設けるのが好ましい。
【０１３９】
一方、図１３に示す固定電極Ｅ１１，Ｅ２１，Ｅ３１，Ｅ４１によって構成される容量素子Ｃ１１，Ｃ２１，Ｃ３１，Ｃ４１は、いずれも力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置されたＸ軸傾斜検出用容量素子であり、固定電極Ｅ１２，Ｅ２２，Ｅ３２，Ｅ４２によって構成される容量素子Ｃ１２，Ｃ２２，Ｃ３２，Ｃ４２は、いずれも力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広まる位置に配置されたＸ軸傾斜検出用容量素子である。もちろん、力伝達体がＸ軸負方向に傾斜したときは、電極間隔の広狭が逆になる。このような性質をもった一対のＸ軸傾斜検出用容量素子を形成するための電極としては、力伝達体の長手方向軸上に原点を有し、Ｘ軸に平行なｘ軸およびＹ軸に平行なｙ軸をもつｘｙ二次元座標系（それぞれ電極Ｅ１５，Ｅ２５，Ｅ３５，Ｅ４５の中心位置に原点をもったローカルなｘｙ座標系）を定義したときに、ｘ軸の正の部分および負の部分にそれぞれ配置された一対の電極を用いるのが好ましい。
【０１４０】
特に、検出対象ではない他軸力成分の干渉が生じないようにするためには、原点からの距離がすべて等しい位置に配置された同一サイズ、同一形状の電極を用いるようにするのが好ましく、また、ｘ軸もしくはｙ軸に関して線対称となる形状をもった電極を用いるようにするのが好ましい。図１３に示す例では、Ｘ軸傾斜検出用容量素子を構成するための８枚の固定電極Ｅ１１，Ｅ２１，Ｅ３１，Ｅ４１，Ｅ１２，Ｅ２２，Ｅ３２，Ｅ４２は、いずれも扇形をした同一サイズ、同一形状の電極となっており、各ローカルな座標系のｘ軸もしくはｙ軸に関して線対称となる形状をもっている。
【０１４１】
また、図１３に示す固定電極Ｅ１３，Ｅ２３，Ｅ３３，Ｅ４３によって構成される容量素子Ｃ１３，Ｃ２３，Ｃ３３，Ｃ４３は、いずれも力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置されたＹ軸傾斜検出用容量素子であり、固定電極Ｅ１４，Ｅ２４，Ｅ３４，Ｅ４４によって構成される容量素子Ｃ１４，Ｃ２４，Ｃ３４，Ｃ４４は、いずれも力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広まる位置に配置されたＹ軸傾斜検出用容量素子である。もちろん、力伝達体がＹ軸負方向に傾斜したときは、電極間隔の広狭が逆になる。このような性質をもった一対のＹ軸傾斜検出用容量素子を形成するための電極としては、力伝達体の長手方向軸上に原点を有し、Ｘ軸に平行なｘ軸およびＹ軸に平行なｙ軸をもつｘｙ二次元座標系（それぞれ電極Ｅ１５，Ｅ２５，Ｅ３５，Ｅ４５の中心位置に原点をもったローカルなｘｙ座標系）を定義したときに、ｙ軸の正の部分および負の部分にそれぞれ配置された一対の電極を用いるのが好ましい。
【０１４２】
やはり、検出対象ではない他軸力成分の干渉が生じないようにするためには、原点からの距離がすべて等しい位置に配置された同一サイズ、同一形状の電極を用いるようにするのが好ましく、また、ｘ軸もしくはｙ軸に関して線対称となる形状をもった電極を用いるようにするのが好ましい。図１３に示す例では、Ｙ軸傾斜検出用容量素子を構成するための８枚の固定電極Ｅ１３，Ｅ２３，Ｅ３３，Ｅ４３，Ｅ１４，Ｅ２４，Ｅ３４，Ｅ４４は、いずれも扇形をした同一サイズ、同一形状の電極となっており、各ローカルな座標系のｘ軸もしくはｙ軸に関して線対称となる形状をもっている。
【０１４３】
以上の点を考慮して、Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚの６成分をすべて検出可能な力検出装置に形成すべき固定電極の一例を、図２２の上面図（支持体３００の上面図）に示す。固定電極群Ｅ１０はセンサＳ１を構成する９枚の固定電極からなり、固定電極群Ｅ２０はセンサＳ２を構成する９枚の固定電極からなり、固定電極群Ｅ３０はセンサＳ３を構成する９枚の固定電極からなり、固定電極群Ｅ４０はセンサＳ４を構成する９枚の固定電極からなる。図１３に示す例における各センサごとの固定電極群がそれぞれ５枚の固定電極からなっていたのに対し、図２２に示す例ではそれぞれ９枚の固定電極からなっているのは、力の６成分をすべて独立して検出できるように、特定の固定電極を用途別に分割したためである。
【０１４４】
図２２に示す固定電極群Ｅ１０，Ｅ２０，Ｅ３０，Ｅ４０の拡大図を、それぞれ図２３，図２４，図２５，図２６に示す。なお、これら拡大図におけるグレーのハッチングは、電極形状を明瞭に示すために施したものであり、断面を示すものではない。これらの図に示されているとおり、各固定電極群Ｅ１０，Ｅ２０，Ｅ３０，Ｅ４０の中央部分には、それぞれＺ軸変位検出用容量素子を形成するための固定電極Ｅ１５，Ｅ２５，Ｅ３５，Ｅ４５が形成されている。ただし、これらの固定電極は、いずれもＦｚ検出用、Ｍｘ検出用、Ｍｙ検出用の３つの独立した分割電極に分割されている。たとえば、図２３に示す例の場合、固定電極Ｅ１５は、円環状のＦｚ検出用電極Ｅ１５（Ｆｚ）、その内側に設けられた円環状のＭｘ検出用電極Ｅ１５（Ｍｘ）、更にその内側に設けられた円形のＭｙ検出用電極Ｅ１５（Ｍｙ）の３つの分割電極から構成されている。
【０１４５】
ここで、図１８に示す力Ｆｚ検出用の配線は、図２３〜図２６に示す円環状のＦｚ検出用電極Ｅ１５（Ｆｚ），Ｅ２５（Ｆｚ），Ｅ３５（Ｆｚ），Ｅ４５（Ｆｚ）に対して行われることになる。また、図１９に示すモーメントＭｘ検出用の配線は、図２３〜図２６に示す円環状のＭｘ検出用電極Ｅ１５（Ｍｘ），Ｅ２５（Ｍｘ），Ｅ３５（Ｍｘ），Ｅ４５（Ｍｘ）に対して行われることになり、図２０に示すモーメントＭｙ検出用の配線は、図２３〜図２６に示す円形のＭｙ検出用電極Ｅ１５（Ｍｙ），Ｅ２５（Ｍｙ），Ｅ３５（Ｍｙ），Ｅ４５（Ｍｙ）に対して行われることになる。
【０１４６】
もちろん、いずれの検出用電極を内側／中間／外側に配置するかは任意であり、図示の例はその一例を示しているだけである。このように、最も内側の電極を円形として、その外側に円環状の電極を同心配置してゆくような形態を採れば、前述したように、Ｚ軸変位検出用容量素子を構成するのに最適な効率的な電極構成が可能になる。
【０１４７】
一方、図２３〜図２６に示す電極Ｅ１１，Ｅ１２，Ｅ２１，Ｅ２２，Ｅ３１，Ｅ３２，Ｅ４１，Ｅ４２は、いずれもＸ軸傾斜検出用容量素子を構成するための固定電極であり、図１６に示す力Ｆｘ検出用の配線にのみ利用される。同様に、図２３〜図２６に示す電極Ｅ１３，Ｅ１４，Ｅ２３，Ｅ２４，Ｅ３３，Ｅ３４，Ｅ４３，Ｅ４４は、いずれもＹ軸傾斜検出用容量素子を構成するための固定電極であり、図１７に示す力Ｆｙ検出用の配線にのみ利用される。
【０１４８】
最後に、図２３〜図２６に示す８枚の電極Ｅ１１／１４，Ｅ１２／１３，Ｅ２１／２３，Ｅ２２／２４，Ｅ３１／３４，Ｅ３２／３３，Ｅ４１／４３，Ｅ４２／４４について説明する。これら８枚の電極は、いずれも図２１に示すモーメントＭｚ検出用の配線にのみ利用される。ここで、スラッシュを含む符号で示された電極は、実は、隣接する２つの電極を連結した連結電極となっている。たとえば、図２３に示されている電極Ｅ１１／１４は、電極Ｅ１１と電極Ｅ１４との双方の機能を兼ねた電極として機能し、電極Ｅ１２／１３は、電極Ｅ１２と電極Ｅ１３との双方の機能を兼ねた電極として機能する。
【０１４９】
このように、隣接する２つの電極を連結した連結電極を形成する理由は、図２１に示すモーメントＭｚ検出用の配線を見れば、容易に理解できよう。たとえば、図２１において、電極Ｅ１２と電極Ｅ１３とは、いずれも第１のグループに所属する電極として、端子Ｔｍｚ１に接続されている。したがって、これら２つの電極は、互いに連結して、物理的に単一の連結電極Ｅ１２／１３にまとめることができる。同様に、図２１において、電極Ｅ１１と電極Ｅ１４とは、いずれも第２のグループに所属する電極として、端子Ｔｍｚ２に接続されている。したがって、これら２つの電極も、互いに連結して、物理的に単一の連結電極Ｅ１１／１４にまとめることができる。図２３に示す連結電極Ｅ１２／１３やＥ１１／１４は、このような意図で形成された連結電極である。このような連結電極を用いれば、電極Ｅ１２／１３から１本の配線を端子Ｔｍｚ１まで引けばよく、電極Ｅ１１／１４から１本の配線を端子Ｔｍｚ２まで引けばよいので、配線も単純化することができるようになる。
【０１５０】
結局、図２１に示す各電極Ｅ１１〜Ｅ１４，Ｅ２１〜Ｅ２４，Ｅ３１〜Ｅ３４，Ｅ４１〜Ｅ４４に対する配線は、図２３〜図２６に示す８枚の連結電極Ｅ１１／１４，Ｅ１２／１３，Ｅ２１／２３，Ｅ２２／２４，Ｅ３１／３４，Ｅ３２／３３，Ｅ４１／４３，Ｅ４２／４４に対して行えばよい。
【０１５１】
このような連結電極を用いると、結局、隣接する２組の容量素子も物理的に単一の容量素子としてまとめられることになる。具体的には、第１のセンサＳ１を構成する第１のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子Ｃ１２と、第１のセンサＳ１を構成する第１のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子Ｃ１３と、が物理的に単一の容量素子Ｃ１２／１３によって構成され、第１のセンサＳ１を構成する第２のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子Ｃ１１と、第１のセンサＳ１を構成する第２のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子Ｃ１４と、が物理的に単一の容量素子Ｃ１１／１４によって構成され、第２のセンサＳ２を構成する第１のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子Ｃ２２と、第２のセンサＳ２を構成する第１のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子Ｃ２４と、が物理的に単一の容量素子Ｃ２２／２４によって構成され、第２のセンサＳ２を構成する第２のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子Ｃ２１と、第２のセンサＳ２を構成する第２のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子Ｃ２３と、が物理的に単一の容量素子Ｃ２１／２３によって構成され、第３のセンサＳ３を構成する第１のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子Ｃ３１と、第３のセンサＳ３を構成する第１のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子Ｃ３４と、が物理的に単一の容量素子Ｃ３１／３４によって構成され、第３のセンサＳ３を構成する第２のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子Ｃ３２と、第３のセンサＳ３を構成する第２のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子Ｃ３３と、が物理的に単一の容量素子Ｃ３２／３３によって構成され、第４のセンサＳ４を構成する第１のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子Ｃ４１と、第４のセンサＳ４を構成する第１のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子Ｃ４３と、が物理的に単一の容量素子Ｃ４１／４３によって構成され、第４のセンサＳ４を構成する第２のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子Ｃ４２と、第４のセンサＳ４を構成する第２のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子Ｃ４４と、が物理的に単一の容量素子Ｃ４２／４４によって構成されることになる。
【０１５２】
結局、図２２に示すような固定電極群Ｅ１０，Ｅ２０，Ｅ３０，Ｅ４０を構成する合計３６枚の固定電極を用意しておけば、図１６〜図２１のすべての配線を重ねて行うことが可能になり、Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚの６成分をすべて検出可能な力検出装置を実現することができる。
【０１５３】
＜＜＜ §５． 第２の実施形態の構造および原理 ＞＞＞
次に、本発明の第２の実施形態に係る力検出装置を説明する。この第２の実施形態に係る力検出装置は、上述した第１の実施形態に係る力検出装置と同様に、柱状の力伝達体を４本用い、４組のセンサＳ１〜Ｓ４を用いた検出を行う。ただ、この４本の柱状力伝達体の配置が若干異なっている。以下、この相違点についてのみ説明を行う。
【０１５４】
図２７は、この第２の実施形態に係る力検出装置に用いられる支持体３００の上面図である。前述した第１の実施形態に係る力検出装置に用いられる支持体３００の上面図である図１３と比較すると、両者の相違点が明確になる。すなわち、第１の実施形態では、図１３に示すように、４組のセンサＳ１〜Ｓ４の構成要素となる固定電極Ｅ１１〜Ｅ１５，Ｅ２１〜Ｅ２５，Ｅ３１〜Ｅ３５，Ｅ４１〜Ｅ４５が、それぞれｘｙ座標系における第１〜第４象限に配置されており、第１〜第４の力伝達体Ｔ１〜Ｔ４が、ＸＹ二次元座標系において、それぞれ第１〜第４象限に配置されていた。
【０１５５】
これに対して、図２７に示す第２の実施形態に係る力検出装置では、４組のセンサＳ１〜Ｓ４の構成要素となる固定電極Ｅ１１〜Ｅ１５，Ｅ２１〜Ｅ２５，Ｅ３１〜Ｅ３５，Ｅ４１〜Ｅ４５は、それぞれｘ軸の正の部分、ｘ軸の負の部分、ｙ軸の正の部分、ｙ軸の負の部分に配置されている。そして、第１〜第４の力伝達体Ｔ１〜Ｔ４が、Ｚ軸に平行な方向を長手方向とする構造体によって構成されている点に変わりはないが、その長手方向軸が、ＸＹ二次元座標系において、それぞれＸ軸の正の部分、Ｘ軸の負の部分、Ｙ軸の正の部分、Ｙ軸の負の部分に交差するように配置されている。各固定電極Ｅ１１〜Ｅ１５，Ｅ２１〜Ｅ２５，Ｅ３１〜Ｅ３５，Ｅ４１〜Ｅ４５と、その上方に位置する導電性ダイアフラム（共通変位電極）によって、容量素子Ｃ１１〜Ｃ１５，Ｃ２１〜Ｃ２５，Ｃ３１〜Ｃ３５，Ｃ４１〜Ｃ４５が形成される点は、上述した第１の実施形態と同様である。ただ、力伝達体やセンサの配置が異なるため、検出回路３０による検出処理は若干異なる。
【０１５６】
図２８は、この第２の実施形態に係る力検出装置における各容量素子Ｃ１１〜Ｃ４５の静電容量値の変化の態様を示すテーブルであり、やはり「０」は変化なし、「＋」は増加、「−」は減少を示している。また、このテーブルにおいても、６つの力成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚの値が正の場合のみが示されているが、負の場合は、増減の関係が逆転するだけである。この図２８に示すテーブルと、図１４に示すテーブルとを比べると、各軸方向の力成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚが作用した場合の各容量素子の静電容量値の変化の態様は全く同じである。これは、前述したとおり、力成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを検出する上では、各力伝達体の配置には特別な条件は必要ないためである。したがって、各軸方向の力成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚに関する検出原理は、前述した第１の実施形態の場合と同じになる。
【０１５７】
ただ、各軸まわりのモーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚが作用した場合の各容量素子の静電容量値の変化の態様は若干異なっており、これらモーメントの検出原理は、前述した第１の実施形態の場合とは異なる。以下、この点について簡単に説明をしておく。
【０１５８】
まず、Ｘ軸まわりのモーメントＭｘが作用した場合は、Ｙ軸の正の部分に配置された第３の力伝達体Ｔ３から支持体３００に対して引っ張り力（＋ｆｚ）が作用し、Ｙ軸の負の部分に配置された第４の力伝達体Ｔ４から支持体３００に対して押圧力（−ｆｚ）が作用する。このとき、Ｘ軸の正の部分に配置された第１の力伝達体Ｔ１およびＸ軸の負の部分に配置された第２の力伝達体Ｔ２から支持体３００に対しては、有意な力の作用は生じない。実際には、部分的にＺ軸方向に関する力の作用があるが、第３および第４の力伝達体から加わる力に比べるとわずかであるため、ここでは容量素子Ｃ１１〜Ｃ１５およびＣ２１〜Ｃ２５の静電容量値の変化は「０」と考えることにする。その結果、図２８の第４行目（＋Ｍｘの行）に示すような結果が得られることになる。
【０１５９】
一方、Ｙ軸まわりのモーメントＭｙが作用した場合は、Ｘ軸の正の部分に配置された第１の力伝達体Ｔ１から支持体３００に対して押圧力（−ｆｚ）が作用し、Ｘ軸の負の部分に配置された第２の力伝達体Ｔ２から支持体３００に対して引っ張り力（＋ｆｚ）が作用する。このとき、Ｙ軸の正の部分に配置された第３の力伝達体Ｔ３およびＹ軸の負の部分に配置された第４の力伝達体Ｔ４から支持体３００に対しては、有意な力の作用は生じない。その結果、図２８の第５行目（＋Ｍｙの行）に示すような結果が得られることになる。
【０１６０】
次に、図２７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２７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本の力伝達体Ｔ１〜Ｔ４がどの方向に傾斜するかを考えてみよう。
【０１６１】
まず、Ｘ軸の正の部分に配置された第１の力伝達体Ｔ１（図の固定電極Ｅ１５の上に配置されている）は、この図２７における上方向（ｙ軸の正方向）に傾斜することになり、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。また、Ｘ軸の負の部分に配置された第２の力伝達体Ｔ２（図の固定電極Ｅ２５の上に配置されている）は、この図２７における下方向（ｙ軸の負方向）に傾斜することになり、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。更に、Ｙ軸の正の部分に配置された第３の力伝達体Ｔ３（図の固定電極Ｅ３５の上に配置されている）は、この図２７における左方向（ｘ軸の負方向）に傾斜することになり、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。最後に、Ｙ軸の負の部分に配置された第４の力伝達体Ｔ４（図の固定電極Ｅ４５の上に配置されている）は、この図２７における右方向（ｘ軸の正方向）に傾斜することになり、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。なお、その他の容量素子の静電容量値については、トータルでは変化が生じない。
【０１６２】
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２８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。もちろん、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、これとは正負の関係が逆転した結果が得られることになる。
【０１６３】
この図２８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２９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ことが理解できよう。ここで、図２９に示すＦｘ，Ｆｙ，Ｆｚについての式は、図１５に示す式と全く同様である。
【０１６４】
図２９に示すＭｘ＝（Ｃ４１＋Ｃ４２＋Ｃ４３＋Ｃ４４＋Ｃ４５）−（Ｃ３１＋Ｃ３２＋Ｃ３３＋Ｃ３４＋Ｃ３５）なる式は、図２８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のセンサによって検知されたＺ軸方向に関する力と、第３のセンサ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。
【０１６５】
また、図２９に示すＭｙ＝（Ｃ１１＋Ｃ１２＋Ｃ１３＋Ｃ１４＋Ｃ１５）−（Ｃ２１＋Ｃ２２＋Ｃ２３＋Ｃ２４＋Ｃ２５）なる式は、図２８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。
【０１６６】
最後に、図２９に示すＭｚ＝（（Ｃ１３−Ｃ１４）＋（Ｃ４１−Ｃ４２））−（（Ｃ２３−Ｃ２４）＋（Ｃ３１−Ｃ３２））なる式は、図２８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のセンサによって検知されたＹ軸方向に関する傾斜度と第４のセンサによって検知されたＸ軸方向に関する傾斜度との和と、第２のセンサによって検知されたＹ軸方向に関する傾斜度と第３のセンサによって検知された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。
【０１６７】
なお、各力伝達体Ｔ１〜Ｔ４のＺ軸方向に関する力を求める方法には、複数通りのバリエーションがあることは、既に述べたとおりであり、図２９に示す各式に、これらのバリエーションを適用することも可能である。実際には、多成分検出を行う力検出装置の場合、モーメントＭｘの検出は、中央に配置された容量素子のみを利用し、Ｍｘ＝Ｃ４５−Ｃ３５なる演算により行い、モーメントＭｙの検出は、中央に配置された容量素子のみを利用し、Ｍｙ＝Ｃ１５−Ｃ２５なる演算により行うのが好ましい。
【０１６８】
＜＜＜ §６． 第２の実施形態の検出回路 ＞＞＞
続いて、§５で述べた第２の実施形態に係る力検出装置に用いる検出回路を説明する。まず、各座標軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを検出する検出回路であるが、これは基本的に第１の実施形態で用いた検出回路と同じである。
【０１６９】
たとえば、図２９に示す第１の式に基づいて力Ｆｘを検出する検出回路は、図３０に示すように、支持体３００上に形成された２０枚の固定電極のうちの８枚に対して、図示のような配線を施すことにより構成することができる。図１６に示す第１の実施形態についての配線と比べると、個々の固定電極の配置は異なっているが、実質的な配線内容は全く同じである。図３０の下段に示す式（図２９に示す力Ｆｘの式と等価）は、端子Ｔｆｘ１から取り出された電気信号と、端子Ｔｆｘ２から取り出された電気信号と、の差に基づいて、力Ｆｘの検出が行われることを示している。
【０１７０】
同様に、図２９に示す第２の式に基づいて力Ｆｙを検出する検出回路は、図３１に示すように、支持体３００上に形成された２０枚の固定電極のうちの８枚に対して、図示のような配線を施すことにより構成することができる。図１７に示す第１の実施形態についての配線と比べると、個々の固定電極の配置は異なっているが、実質的な配線内容は全く同じである。図３１の下段に示す式（図２９に示す力Ｆｙの式と等価）は、端子Ｔｆｙ１から取り出された電気信号と、端子Ｔｆｙ２から取り出された電気信号と、の差に基づいて、力Ｆｙの検出が行われることを示している。
【０１７１】
また、図２９に示す第３の式に基づいて力Ｆｚを検出する検出回路は、図３２に示すように、支持体３００上に形成された２０枚の固定電極のうちの４枚に対して、図示のような配線を施すことにより構成することができる。図１８に示す第１の実施形態についての配線と比べると、個々の固定電極の配置は異なっているが、実質的な配線内容は全く同じである。図３２の下段に示す式（図２９に示す力Ｆｚの式と等価）は、端子Ｔｆｚから取り出された電気信号に基づいて、力Ｆｚの検出が行われることを示している。
【０１７２】
続いて、モーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚを検出する検出回路を考える。まず、図２９に示す第４の式に基づいてモーメントＭｘを検出する検出回路は、図３３に示すように、支持体３００上に形成された２０枚の固定電極のうちの２枚に対して、図示のような配線を施すことにより構成することができる。すなわち、固定電極Ｅ３５を端子Ｔｍｘ１に接続し、固定電極Ｅ４５を端子Ｔｍｘ２に接続すればよい。端子Ｔｍｘ１と中間体２００との間に生じる静電容量の値は容量素子Ｃ３５の静電容量値になり、端子Ｔｍｘ２と中間体２００との間に生じる静電容量の値は容量素子Ｃ４５の静電容量値になるので、両者の差を求める回路を用意すれば、モーメントＭｘの検出が可能になる。図３３の下段に示す式は、端子Ｔｍｘ１から取り出された電気信号と、端子Ｔｍｘ２から取り出された電気信号と、の差に基づいて、モーメントＭｘの検出が行われることを示している。なお、図３３の下段に示す式は、図２９に示すＭｘの式と異なっているが、これは、各センサごとに、それぞれ中央に配置された１組の容量素子のみをＺ軸変位検出用容量素子として利用するようにしたためである。
【０１７３】
一方、図２９に示す第５の式に基づいてモーメントＭｙを検出する検出回路は、図３４に示すように、支持体３００上に形成された２０枚の固定電極のうちの２枚に対して、図示のような配線を施すことにより構成することができる。すなわち、固定電極Ｅ１５を端子Ｔｍｙ１に接続し、固定電極Ｅ２５を端子Ｔｍｙ２に接続すればよい。端子Ｔｍｙ１と中間体２００との間に生じる静電容量の値は容量素子Ｃ１５の静電容量値になり、端子Ｔｍｙ２と中間体２００との間に生じる静電容量の値は容量素子Ｃ２５の静電容量値になるので、両者の差を求める回路を用意すれば、モーメントＭｙの検出が可能になる。図３４の下段に示す式は、端子Ｔｍｙ１から取り出された電気信号と、端子Ｔｍｙ２から取り出された電気信号と、の差に基づいて、モーメントＭｙの検出が行われることを示している。なお、図３４の下段に示す式は、図２９に示すＭｙの式と異なっているが、これは、各センサごとに、それぞれ中央に配置された１組の容量素子のみをＺ軸変位検出用容量素子として利用するようにしたためである。
【０１７４】
最後に、図２９に示す第６の式に基づいてモーメントＭｚを検出する検出回路は、図３５に示すように、支持体３００上に形成された２０枚の固定電極のうちの８枚に対して、図示のような配線を施すことにより構成することができる。すなわち、４枚の固定電極Ｅ１３，Ｅ２４，Ｅ３２，Ｅ４１を第１のグループに所属する電極として端子Ｔｍｚ１に接続し、４枚の固定電極Ｅ１４，Ｅ２３，Ｅ３１，Ｅ４２を第２のグループに所属する電極として端子Ｔｍｚ２に接続すればよい。端子Ｔｍｚ１と中間体２００との間に生じる静電容量の値は、第１のグループに所属する４組の容量素子Ｃ１３，Ｃ２４，Ｃ３２，Ｃ４１の静電容量値の和になり、端子Ｔｍｙ２と中間体２００との間に生じる静電容量の値は、第２のグループに所属する８組の容量素子Ｃ１４，Ｃ２３，Ｃ３１，Ｃ４２の静電容量値の和になるので、両者の差を求める回路を用意すれば、モーメントＭｚの検出が可能になる。図３５の下段に示す式（図２９に示すモーメントＭｚの式と等価）は、端子Ｔｍｚ１から取り出された電気信号と、端子Ｔｍｚ２から取り出された電気信号と、の差に基づいて、モーメントＭｚの検出が行われることを示している。
【０１７５】
結局、図３５に示す配線では、第１のグループに所属する容量素子は、「力伝達体Ｔ１がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置されたＹ軸傾斜検出用容量素子Ｃ１３」、「力伝達体Ｔ２がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置されたＹ軸傾斜検出用容量素子Ｃ２４」、「力伝達体Ｔ３がＸ軸負方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置されたＸ軸傾斜検出用容量素子Ｃ３２」、「力伝達体Ｔ４がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置されたＸ軸傾斜検出用容量素子Ｃ４１」ということになる。また、第２のグループに所属する容量素子は、「力伝達体Ｔ１がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置されたＹ軸傾斜検出用容量素子Ｃ１４」、「力伝達体Ｔ２がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置されたＹ軸傾斜検出用容量素子Ｃ２３」、「力伝達体Ｔ３がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置されたＸ軸傾斜検出用容量素子Ｃ３１」、「力伝達体Ｔ４がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置されたＸ軸傾斜検出用容量素子Ｃ４２」ということになる。
【０１７６】
以上、図３０〜図３５を参照しながら、Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚの全６種類の力成分を検出するために必要な配線を説明した。複数の力成分をそれぞれ検出する機能をもった力検出装置を実現するには、必要な配線を適宜重複して行うようにすればよい。また、同一の電極を異なる力成分の検出に用いる場合には、第１の実施形態で述べた方法と同様に、特定の電極については、物理的に独立した複数の電極に分割するようにすればよい。
【０１７７】
ここでは、この第２の実施形態に係る力検出装置についても、Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚの６成分をすべて検出可能にするための固定電極の構成例を、図３６の上面図（支持体３００の上面図）に示しておく。固定電極群Ｅ１０，Ｅ２０，Ｅ３０，Ｅ４０は、それぞれ８枚の固定電極からなるが、これは、力の６成分をすべて独立して検出できるように、特定の固定電極を用途別に分割したためである。
【０１７８】
図３６に示す固定電極群Ｅ１０，Ｅ２０，Ｅ３０，Ｅ４０の拡大図を、それぞれ図３７，図３８，図３９，図４０に示す。なお、これら拡大図におけるグレーのハッチングは、電極形状を明瞭に示すために施したものであり、断面を示すものではない。これらの図に示されているとおり、各固定電極群Ｅ１０，Ｅ２０，Ｅ３０，Ｅ４０の中央部分には、それぞれＺ軸変位検出用容量素子を形成するための固定電極Ｅ１５，Ｅ２５，Ｅ３５，Ｅ４５が形成されている。ただし、これらの固定電極は、Ｆｚ検出用、Ｍｘ検出用、Ｍｙ検出用の３つのうちのいずれか２つの独立した分割電極に分割されている。
【０１７９】
たとえば、図３７に示す例の場合、固定電極Ｅ１５は、円環状のＦｚ検出用電極Ｅ１５（Ｆｚ）とその内側に設けられた円形のＭｙ検出用電極Ｅ１５（Ｍｙ）によって構成されており、図３８に示す例の場合、固定電極Ｅ２５は、円環状のＦｚ検出用電極Ｅ２５（Ｆｚ）とその内側に設けられた円形のＭｙ検出用電極Ｅ２５（Ｍｙ）によって構成されている。また、図３９に示す例の場合、固定電極Ｅ３５は、円環状のＦｚ検出用電極Ｅ３５（Ｆｚ）とその内側に設けられた円形のＭｘ検出用電極Ｅ３５（Ｍｘ）によって構成されており、図４０に示す例の場合、固定電極Ｅ４５は、円環状のＦｚ検出用電極Ｅ４５（Ｆｚ）とその内側に設けられた円形のＭｘ検出用電極Ｅ４５（Ｍｘ）によって構成されている。ここで、円形の電極と円環状の電極とは同心配置されており、Ｚ軸変位検出用容量素子を構成するのに適した電極構成となっている。もちろん、いずれの検出用電極を内側／外側に配置するかは任意であり、図示の例はその一例を示しているだけである。
【０１８０】
一方、Ｘ軸傾斜検出用容量素子を構成するための固定電極や、Ｙ軸傾斜検出用容量素子を構成するための固定電極のうち、必要なものについては、分割が行われている。すなわち、図３７に示すように、固定電極Ｅ１３は、Ｆｙ検出用電極Ｅ１３（Ｆｙ）とＭｚ検出用電極Ｅ１３（Ｍｚ）に分割されており、固定電極Ｅ１４は、Ｆｙ検出用電極Ｅ１４（Ｆｙ）とＭｚ検出用電極Ｅ１４（Ｍｚ）に分割されている。また、図３８に示すように、固定電極Ｅ２３は、Ｆｙ検出用電極Ｅ２３（Ｆｙ）とＭｚ検出用電極Ｅ２３（Ｍｚ）に分割されており、固定電極Ｅ２４は、Ｆｙ検出用電極Ｅ２４（Ｆｙ）とＭｚ検出用電極Ｅ２４（Ｍｚ）に分割されている。一方、図３９に示すように、固定電極Ｅ３１は、Ｆｘ検出用電極Ｅ３１（Ｆｘ）とＭｚ検出用電極Ｅ３１（Ｍｚ）に分割されており、固定電極Ｅ３２は、Ｆｘ検出用電極Ｅ３２（Ｆｘ）とＭｚ検出用電極Ｅ３２（Ｍｚ）に分割されている。また、図４０に示すように、固定電極Ｅ４１は、Ｆｘ検出用電極Ｅ４１（Ｆｘ）とＭｚ検出用電極Ｅ４１（Ｍｚ）に分割されており、固定電極Ｅ４２は、Ｆｘ検出用電極Ｅ４２（Ｆｘ）とＭｚ検出用電極Ｅ４２（Ｍｚ）に分割されている。
【０１８１】
このように、図３７〜図４０に示すような合計３２枚の固定電極を用意しておけば、図３０〜図３５のすべての配線を重ねて行うことが可能になり、Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚの６成分をすべて検出可能な力検出装置を実現することができる。
【０１８２】
すなわち、図３０に示す力Ｆｘ検出用の配線のうち、固定電極Ｅ３１，Ｅ３２，Ｅ４１，Ｅ４２に対する配線は、図３９および図４０に示す固定電極Ｅ３１（Ｆｘ），Ｅ３２（Ｆｘ），Ｅ４１（Ｆｘ），Ｅ４２（Ｆｘ）に対して行えばよく、図３１に示す力Ｆｙ検出用の配線のうち、固定電極Ｅ１３，Ｅ１４，Ｅ２３，Ｅ２４に対する配線は、図３７および図３８に示す固定電極Ｅ１３（Ｆｙ），Ｅ１４（Ｆｙ），Ｅ２３（Ｆｙ），Ｅ２４（Ｆｙ）に対して行えばよい。また、図３２に示す力Ｆｚ検出用の配線のうち、固定電極Ｅ１５，Ｅ２５，Ｅ３５，Ｅ４５に対する配線は、図３７〜図４０に示す固定電極Ｅ１５（Ｆｚ），Ｅ２５（Ｆｚ），Ｅ３５（Ｆｚ），Ｅ４５（Ｆｚ）に対して行えばよい。一方、図３３に示すモーメントＭｘ検出用の配線のうち、固定電極Ｅ３５，Ｅ４５に対する配線は、図３９および図４０に示す固定電極Ｅ３５（Ｍｘ），Ｅ４５（Ｍｘ）に対して行えばよく、図３４に示すモーメントＭｙ検出用の配線のうち、固定電極Ｅ１５，Ｅ２５に対する配線は、図３７および図３８に示す固定電極Ｅ１５（Ｍｙ），Ｅ２５（Ｍｙ）に対して行えばよい。更に、図３５に示すモーメントＭｚ検出用の配線のうち、固定電極Ｅ１３，Ｅ１４，Ｅ２３，Ｅ２４，Ｅ３１，Ｅ３２，Ｅ４１，Ｅ４２に対する配線は、図３７〜図４０に示す固定電極Ｅ１３（Ｍｚ），Ｅ１４（Ｍｚ），Ｅ２３（Ｍｚ），Ｅ２４（Ｍｚ），Ｅ３１（Ｍｚ），Ｅ３２（Ｍｚ），Ｅ４１（Ｍｚ），Ｅ４２（Ｍｚ）に対して行えばよい。
【０１８３】
＜＜＜ §７． 補助基板を付加する実施形態 ＞＞＞
ここで、第１の実施形態における検出原理を示す図１５の６つの式を見ると、静電容量値に対する加算および減算が行われていることがわかる。そして、この式における加算は、実際に演算を行うわけではなく、容量素子を並列接続する配線によって行われることは、既に述べたとおりである。すなわち、本発明では、加算対象となる複数の容量素子を同一のグループに所属させて互いに並列接続し、１つのグループに所属する容量素子群の全体の静電容量値と、別のグループに所属する容量素子群の全体の静電容量値と、の差に基づいて力もしくはモーメントの検出が行われる。図１６、図１７、図１９、図２０、図２１に示す配線には、いずれも２つの端子が設けられており、これら２つの端子から得られる電気信号の差に基づいて、所定の力成分の検出が可能になる。
【０１８４】
ところが、図１８に示されている力Ｆｚ検出用の配線には、１つの端子Ｔｆｚしか設けられていない。これは、図１５の力Ｆｚについての式を見ればわかるとおり、力Ｆｚの検出には、容量素子の減算は行われないためである。この式の先頭にマイナス符号がついているのは、座標軸の方向の定義の仕方に起因したものであり、Ｚ軸正方向の力＋Ｆｚが作用した場合に、検出値（静電容量値Ｃ１５，Ｃ２５，Ｃ３５，Ｃ４５の和）が基準値よりも減少し、Ｚ軸負方向の力−Ｆｚが作用した場合に、検出値が基準値よりも増加することを示すものである。
【０１８５】
別言すれば、図１５に６つの式として示されている６つの力成分のうち、Ｆｚ以外の力成分は、すべて２つの静電容量値の差として得られるのに対し、力Ｆｚだけは、差として得られる量にはなっていないことになる。これは、検出対象となる力が何ら作用していない状態において、力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚの検出値は０として出力されるのに対し、力Ｆｚの検出値は０ではなく、所定の基準値として出力されることを意味する。もちろん、この基準値を予め測定しておき、力Ｆｚの検出値を、この基準値との差として出力するようにしておけば、原理的には何ら問題は生じない。
【０１８６】
しかしながら、装置内に存在する２つの容量素子グループの静電容量値の差として検出値を得る手法と、単一の容量素子グループの静電容量値と所定の基準値との差として検出値を得る手法とでは、実用上、重要な違いがある。すなわち、前者の手法を採れば、個々のロットごとの寸法精度に多少のばらつきがあっても、差をとることにより、誤差のファクターが相殺されるメリットが得られるのに対して、後者の手法では、そのようなメリットは得られない。また、この力検出装置が用いられる環境の温度条件によっても、各部の熱膨張による寸法変動が生じることになるが、前者の手法では、そのような寸法変動による影響が相殺されるメリットが得られるのに対して、後者の手法では、そのようなメリットは得られない。
【０１８７】
このような点を考慮すれば、実用上は、できるだけ、装置内に存在する２つの容量素子グループの静電容量値の差として検出値を得る手法を採るのが好ましい。したがって、力Ｆｚの検出に関しても、何らかの形により、差による検出が実現できるようにするのが好ましい。ここで述べる実施形態は、補助基板を設けることにより、これを実現したものである。
【０１８８】
図４１は、この補助基板を用いた実施形態に係る力検出装置の構成を示す側断面図である。この実施形態の基本構造は、図１０に示す第１の実施形態に係る力検出装置の構造とほぼ同じであり、その上面図は、図９に示す上面図と同等になる。図４１は、この図９に示す構造体を、切断線１０−１０で切った断面に相当する。この図４１の実施形態と、図１０に示す実施形態との相違は、次の２点である。
【０１８９】
まず、第１の相違点は、図１０の実施形態では、支持体３００上に図１３に示すような合計２０枚の固定電極が形成されていたのに対し、図４１の実施形態では、支持体３００上に図２２に示すような合計３６枚の固定電極（固定電極群Ｅ１０，Ｅ２０，Ｅ３０，Ｅ４０）が形成されている点である。これは、既に§４で述べたとおり、６つの力成分のすべてを検出できるようにするための配慮である。
【０１９０】
第２の相違点は、この§７で述べる実施形態の本質的な特徴に関わる相違点であり、中間体２００の上面に、補助基板４００を設け、その下面に固定電極Ｅ１６，Ｅ２６，Ｅ３６，Ｅ４６を設けた点である（なお、中間体２００の厚みも若干小さくなっている）。図４２は、この補助基板４００の下面図である。図示のとおり、補助基板４００には、力伝達体Ｔ１〜Ｔ４を挿通するための開口Ｈ１〜Ｈ４が形成されている。これら開口Ｈ１〜Ｈ４の直径は、力伝達体Ｔ１〜Ｔ４の直径よりも若干大きく設定されており、力伝達体Ｔ１〜Ｔ４が傾斜したり変位したりしても、補助基板４００には接触しないようになっている。
【０１９１】
補助基板４００は、絶縁材料から構成されており、中間体２００の上面に接合されている。別言すれば、補助基板４００は、ダイアフラム２１５，２２５，２３５，２４５の上方に配置されるように、中間体２００を介して支持体３００に固定されていることになる。
【０１９２】
各開口Ｈ１〜Ｈ４の周囲には、図４２に示すとおり、それぞれ円環状の固定電極Ｅ１６，Ｅ２６，Ｅ３６，Ｅ４６が形成されている。図４３は、この円環状の固定電極Ｅ１６の形状および配置を示す拡大平面図であり、破線は、図２３に示す固定電極群Ｅ１０の輪郭を補助基板４００上に投影した投影像である。固定電極Ｅ１６の内側には、開口Ｈ１が形成されている。図２３と比較すればわかるとおり、固定電極Ｅ１６は、固定電極Ｅ１５（Ｆｚ）と同一形状、同一サイズの円環状電極であり、固定電極Ｅ１５（Ｆｚ）の上方に向かい合う位置に配置されている。同様に、補助基板４００の下面に形成された固定電極Ｅ２６，Ｅ３６，Ｅ４６は、それぞれ図２４，図２５，図２６に示す固定電極Ｅ２５（Ｆｚ），Ｅ３５（Ｆｚ），Ｅ４５（Ｆｚ）と同一形状、同一サイズの円環状電極であり、それぞれの上方に向かい合う位置に配置されている。
【０１９３】
この補助基板４００側に形成された４枚の固定電極Ｅ１６，Ｅ２６，Ｅ３６，Ｅ４６と、導電性材料からなるダイアフラム２１５，２２５，２３５，２４５の対向部分とによって、それぞれ容量素子Ｃ１６，Ｃ２６，Ｃ３６，Ｃ４６が形成されることになる。結局、この実施形態では、合計４０枚の固定電極が設けられていることになり、そのうちの３６枚は、支持体３００の上面に形成されているが（図２２参照）、残りの４枚は、補助基板４００の下面に形成されている（図４２参照）ことになる。その結果、合計３６組の容量素子がダイアフラム２１５，２２５，２３５，２４５の下方に配置され、４組の容量素子がダイアフラム２１５，２２５，２３５，２４５の上方に配置されることになる。
【０１９４】
容量素子Ｃ１６，Ｃ２６，Ｃ３６，Ｃ４６は、容量素子Ｃ１５，Ｃ２５，Ｃ３５，Ｃ４５と同様に、力Ｆｚの検出に利用される。但し、容量素子Ｃ１６，Ｃ２６，Ｃ３６，Ｃ４６の静電容量値の増減は、容量素子Ｃ１５，Ｃ２５，Ｃ３５，Ｃ４５の静電容量値の増減とは全く逆になる。これは、図４１の側断面図を見れば、容易に理解できよう。たとえば、受力体１００に対して、Ｚ軸正方向の力＋Ｆｚが加えられた場合、力伝達体Ｔ１〜Ｔ４は図の上方へと変位し、ダイアフラム２１５，２２５，２３５，２４５も上方へと変位するようになるので、これらダイアフラムの下方に形成された容量素子Ｃ１５，Ｃ２５，Ｃ３５，Ｃ４５の電極間隔はいずれも広がり、静電容量値が減少するのに対して、ダイアフラムの上方に形成された容量素子Ｃ１６，Ｃ２６，Ｃ３６，Ｃ４６の電極間隔はいずれも狭まり、静電容量値が増加する。受力体１００に対して、Ｚ軸負方向の力−Ｆｚが加えられた場合の現象は、これと全く逆になる。
【０１９５】
結局、この実施形態に係る力検出装置では、力Ｆｚの検出を行う式として、図１５に示す力Ｆｚの式の代わりに、
Figure 2004325367
なる式を用いることができる。これは、１つのグループに所属する容量素子群の全体の静電容量値と、別のグループに所属する容量素子群の全体の静電容量値と、の差に基づく検出であり、前述したように、ロットごとの寸法精度に基づく誤差や温度変動による誤差を相殺するメリットが得られるようになる。図４２に示す４枚の固定電極Ｅ１６，Ｅ２６，Ｅ３６，Ｅ４６に対する配線は、図１８に示す４枚の固定電極Ｅ１５，Ｅ２５，Ｅ３５，Ｅ４５に対する配線と同様に、すべてを単一の端子に接続するような配線にすればよい。
【０１９６】
結局、このような配線は、力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子Ｃ１５，Ｃ２５，Ｃ３５，Ｃ４５を１つのグループとし、逆に、力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子Ｃ１６，Ｃ２６，Ｃ３６，Ｃ４６を別なグループとし、同一グループに所属する複数の容量素子を互いに並列接続するための配線ということができる。そして、このような配線を施すことにより、一方のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、他方のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、の差により、受力体に作用したＺ軸方向への力Ｆｚを検出することが可能になる。
【０１９７】
なお、補助基板４００を用いて形成したＺ軸変位検出用容量素子Ｃ１６，Ｃ２６，Ｃ３６，Ｃ４６は、モーメントＭｘ，Ｍｙの検出に利用することも可能である。図１９の下段に示す式や図２０の下段に示す式によれば、モーメントＭｘ，Ｍｙの検出は、１つのグループに所属する容量素子群の全体の静電容量値と、別のグループに所属する容量素子群の全体の静電容量値と、の差に基づく検出となっており、検出精度を向上させるメリットを享受している。しかしながら、容量素子Ｃ１６，Ｃ２６，Ｃ３６，Ｃ４６を検出動作に加えれば、合計８組の容量素子の静電容量値に基づく検出が可能になり、検出精度を更に向上させることができる。
【０１９８】
前述したとおり、力伝達体のＺ軸方向への変位に関して、容量素子Ｃ１６，Ｃ２６，Ｃ３６，Ｃ４６の静電容量値の増減は、容量素子Ｃ１５，Ｃ２５，Ｃ３５，Ｃ４５の静電容量値の増減と全く逆になる。したがって、モーメントＭｘを検出するには、図１９の下段に示すモーメントＭｘの式の代わりに、
Figure 2004325367
なる式を用いることができる。たとえば、補助基板４００の下面の、図１９に示す４枚の固定電極Ｅ１５，Ｅ２５，Ｅ３５，Ｅ４５に対応する位置に、それぞれこれらの電極と同一形状、同一サイズの固定電極Ｅ１６，Ｅ２６，Ｅ３６，Ｅ４６を設けるようにし（後述するように、実際には、開口Ｈ１〜Ｈ４の存在により、このような配置はできないが）、固定電極Ｅ１６，Ｅ２６を端子Ｔｍｘ３に接続し、固定電極Ｅ３６，Ｅ４６を端子Ｔｍｘ４に接続する配線を施し、最終的に、端子Ｔｍｘ３を図１９に示す端子Ｔｍｘ２に接続し、端子Ｔｍｘ４を図１９に示す端子Ｔｍｘ１に接続すればよい。なお、支持体３００側の電極構成が、図２２に示す形態の場合は、図２３〜図２６に示す固定電極Ｅ１５（Ｍｘ），Ｅ２５（Ｍｘ），Ｅ３５（Ｍｘ），Ｅ４５（Ｍｘ）と同一形状、同一サイズの固定電極Ｅ１６（Ｍｘ），Ｅ２６（Ｍｘ），Ｅ３６（Ｍｘ），Ｅ４６（Ｍｘ）を補助基板４００側に形成すればよい。もっとも、実際には、補助基板４００には、開口Ｈ１〜Ｈ４が形成されているため、同一形状、同一サイズの固定電極が形成できない。したがって、実用上は、支持体１００上に形成する電極の形状やサイズも若干修正する必要がある。
【０１９９】
結局、このような配線は、第１の力伝達体Ｔ１がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、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ような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子Ｃ１５と、第２の力伝達体Ｔ２がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、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ような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子Ｃ２５と、第３の力伝達体Ｔ１がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、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ような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子Ｃ３６と、第４の力伝達体Ｔ４がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、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ような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子Ｃ４６と、を一方のグループとし、第１の力伝達体Ｔ１がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、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ような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子Ｃ１６と、第２の力伝達体Ｔ２がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、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ような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子Ｃ２６と、第３の力伝達体Ｔ１がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、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ような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子Ｃ３５と、第４の力伝達体Ｔ４がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、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ような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子Ｃ４５と、を他方のグループとして、同一グループに所属する複数の容量素子を互いに並列接続するための配線ということができる。そして、このような配線を施すことにより、一方のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、他方のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、の差により、受力体に作用したＸ軸まわりのモーメントＭｘを検出することが可能になる。
【０２００】
また、モーメントＭｙを検出するには、図２０の下段に示すモーメントＭｙの式の代わりに、
Figure 2004325367
なる式を用いることができる。すなわち、補助基板４００の下面の、図１９に示す４枚の固定電極Ｅ１５，Ｅ２５，Ｅ３５，Ｅ４５に対応する位置に、それぞれこれらの電極と同一形状、同一サイズの固定電極Ｅ１６，Ｅ２６，Ｅ３６，Ｅ４６を設けるようにし、固定電極Ｅ１６，Ｅ４６を端子Ｔｍｙ３に接続し、固定電極Ｅ２６，Ｅ３６を端子Ｔｍｙ４に接続する配線を施し、最終的に、端子Ｔｍｘ３を図２０に示す端子Ｔｍｘ２に接続し、端子Ｔｍｘ４を図２０に示す端子Ｔｍｙ１に接続すればよい。なお、支持体３００側の電極構成が、図２２に示す形態の場合は、本来は、図２３〜図２６に示す固定電極Ｅ１５（Ｍｙ），Ｅ２５（Ｍｙ），Ｅ３５（Ｍｙ），Ｅ４５（Ｍｙ）と同一形状、同一サイズの固定電極Ｅ１６（Ｍｙ），Ｅ２６（Ｍｙ），Ｅ３６（Ｍｙ），Ｅ４６（Ｍｙ）を補助基板４００側に形成すればよい。もっとも、実際には、開口Ｈ１〜Ｈ４の存在により同一形状、同一サイズの電極形成は無理なので、支持体１００上に形成する電極の形状やサイズも若干修正する必要がある。
【０２０１】
結局、このような配線は、第１の力伝達体Ｔ１がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、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ような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子Ｃ１５と、第２の力伝達体Ｔ２がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、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ような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子Ｃ２６と、第３の力伝達体Ｔ１がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、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ような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子Ｃ３６と、第４の力伝達体Ｔ４がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、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ような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子Ｃ４５と、を一方のグループとし、第１の力伝達体Ｔ１がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、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ような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子Ｃ１６と、第２の力伝達体Ｔ２がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、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ような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子Ｃ２５と、第３の力伝達体Ｔ１がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、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ような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子Ｃ３５と、第４の力伝達体Ｔ４がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、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ような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子Ｃ４６と、を他方のグループとして、同一グループに所属する複数の容量素子を互いに並列接続するための配線ということができる。そして、このような配線を施すことにより、一方のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、他方のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、の差により、受力体に作用したＹ軸まわりのモーメントＭｙを検出することが可能になる。
【０２０２】
以上、補助基板を付加する実施形態を、§３および§４で述べた第１の実施形態に適用した例を述べたが、この補助基板を付加する実施形態は、§５および§６で述べた第２の実施形態にも同様に適用可能である。
【０２０３】
たとえば、第２の実施形態に係る力検出装置では、力Ｆｚの検出を行う式として、図３２の下段に、Ｆｚ＝−（Ｃ１５＋Ｃ２５＋Ｃ３５＋Ｃ４５）なる式が定義されているが、上述の例と同様に補助基板４００を設けることにより、これら容量素子Ｃ１５，Ｃ２５，Ｃ３５，Ｃ４５の上方位置にそれぞれ容量素子Ｃ１６，Ｃ２６，Ｃ３６，Ｃ４６を形成するようにすれば、
Figure 2004325367
なる式により、力Ｆｚの検出が可能になる。
【０２０４】
もちろん、第２の実施形態に係る力検出装置に補助基板４００を設けた場合においても、補助基板４００を用いて形成したＺ軸変位検出用容量素子Ｃ１６，Ｃ２６，Ｃ３６，Ｃ４６を、モーメントＭｘ，Ｍｙの検出に利用することが可能である。図３３の下段に示す式や図３４の下段に示す式によれば、モーメントＭｘ，Ｍｙの検出は、２つの容量素子の静電容量値の差に基づく検出となっているが、容量素子Ｃ１６，Ｃ２６，Ｃ３６，Ｃ４６を検出動作に加えれば、それぞれ合計４組の容量素子の静電容量値に基づく検出が可能になり、検出精度を更に向上させることができる。
【０２０５】
たとえば、モーメントＭｘを検出するには、図３３の下段に示すモーメントＭｘの式の代わりに、
Ｍｘ＝（Ｃ４５＋Ｃ３６）−（Ｃ３５＋Ｃ４６）
なる式を用いることができる。すなわち、補助基板４００の下面の、図３３に示す２枚の固定電極Ｅ３５，Ｅ４５に対応する位置に、それぞれこれらの電極と同一形状、同一サイズの固定電極Ｅ３６，Ｅ４６を設けるようにし、固定電極Ｅ３６を端子Ｔｍｘ３に接続し、固定電極Ｅ４６を端子Ｔｍｘ４に接続する配線を施し、最終的に、端子Ｔｍｘ３を図３３に示す端子Ｔｍｘ２に接続し、端子Ｔｍｘ４を図３３に示す端子Ｔｍｘ１に接続すればよい。なお、支持体３００側の電極構成が、図３６に示す形態の場合は、図３９，図４０に示す固定電極Ｅ３５（Ｍｘ），Ｅ４５（Ｍｘ）と同一形状、同一サイズの固定電極Ｅ３６（Ｍｘ），Ｅ４６（Ｍｘ）を補助基板４００側に形成すればよい。もっとも、実際には、開口Ｈ３，Ｈ４の存在により同一形状、同一サイズの電極形成は無理である。そこで、支持体３００側に形成する固定電極Ｅ３５，Ｅ４５，Ｅ３５（Ｍｙ），Ｅ４５（Ｍｙ）を円形ではなく、円環状にするなどの工夫が必要になる。。
【０２０６】
結局、このような配線は、第３の力伝達体Ｔ３がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、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ような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子Ｃ３５と、第４の力伝達体Ｔ４がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、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ような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子Ｃ４６と、を一方のグループとし、第３の力伝達体Ｔ３がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、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ような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子Ｃ３６と、第４の力伝達体Ｔ４がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広まるが、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ような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子Ｃ４５と、を他方のグループとして、同一グループに所属する複数の容量素子を互いに並列接続するための配線ということができる。そして、このような配線を施すことにより、一方のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、他方のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、の差により、受力体に作用したＸ軸まわりのモーメントＭｘを検出することが可能になる。
【０２０７】
また、モーメントＭｙを検出するには、図３４の下段に示すモーメントＭｙの式の代わりに、
Ｍｙ＝（Ｃ１５＋Ｃ２６）−（Ｃ２５＋Ｃ１６）
なる式を用いることができる。すなわち、補助基板４００の下面の、図３４に示す２枚の固定電極Ｅ１５，Ｅ２５に対応する位置に、それぞれこれらの電極と同一形状、同一サイズの固定電極Ｅ１６，Ｅ２６を設けるようにし、固定電極Ｅ１６を端子Ｔｍｙ３に接続し、固定電極Ｅ２６を端子Ｔｍｙ４に接続する配線を施し、最終的に、端子Ｔｍｙ３を図３４に示す端子Ｔｍｙ２に接続し、端子Ｔｍｙ４を図３４に示す端子Ｔｍｙ１に接続すればよい。なお、支持体３００側の電極構成が、図３６に示す形態の場合は、図３７，図３８に示す固定電極Ｅ１５（Ｍｙ），Ｅ２５（Ｍｙ）と同一形状、同一サイズの固定電極Ｅ１６（Ｍｙ），Ｅ２６（Ｍｙ）を補助基板４００側に形成すればよい。もっとも、実際には、開口Ｈ１，Ｈ２の存在により同一形状、同一サイズの電極形成は無理である。そこで、支持体３００側に形成する固定電極Ｅ１５，Ｅ２５，Ｅ１５（Ｍｙ），Ｅ２５（Ｍｙ）を円形ではなく、円環状にするなどの工夫が必要になる。
【０２０８】
結局、このような配線は、第１の力伝達体Ｔ１がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、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ような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子Ｃ１５と、第２の力伝達体Ｔ２がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、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ような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子Ｃ２６と、を一方のグループとし、第１の力伝達体Ｔ１がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、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ような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子Ｃ１６と、第２の力伝達体Ｔ２がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広まるが、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ような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子Ｃ２５と、を他方のグループとして、同一グループに所属する複数の容量素子を互いに並列接続するための配線ということができる。そして、このような配線を施すことにより、一方のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、他方のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、の差により、受力体に作用したＹ軸まわりのモーメントＭｙを検出することが可能になる。
【０２０９】
＜＜＜ §８． 本発明の変形例 ＞＞＞
以上、本発明を図示する実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、この他にも種々の態様で実施可能である。たとえば、上述の実施形態では、ダイアフラムを導電性材料によって構成し、ダイアフラム自身を共通変位電極として利用する例を示したが、ダイアフラムが絶縁材料から構成されている場合には、その下面に導電性膜を形成して共通変位電極として利用することができる。もちろん、共通変位電極を１枚だけ設ける代わりに、各固定電極に対向した個別の変位電極を設けるようにしてもかまわない。
【０２１０】
また、上述の実施形態では、各力伝達体と受力体との接続部分に、可撓性をもった接続部材（具体的には、板状の受力体の肉薄部）を設けているが、各力伝達体の上端は、必ずしも可撓性をもった接続部材を介して受力体に接続する必要はない。検出対象となる力やモーメントを受力体に支障なく作用させることができるのであれば、各力伝達体の上端を受力体に直接接続して固定する形態をとってもかまわない。もっとも、実用上は、検出対象となる力やモーメントを受力体に支障なく作用させるために、これまで述べてきた実施形態のように、各力伝達体の上端を、可撓性をもった接続部材を介して受力体に接続するようにし、各力伝達体が受力体に対して、ある程度の自由度をもって変位できるような構造にしておくのが好ましい。
【０２１１】
これまで述べた実施形態では、４本の力伝達体およびその接続部材は、正方形状の受力体１００の中心に原点をとった座標系においてシンメトリックな位置（特定の座標軸に関して線対称となる位置）に配置され、また、いずれも同一材質、同一サイズのものであったが、これらは必ずしもシンメトリックな位置に配置する必要はなく、また、同一材質、同一サイズにする必要はない。もちろん、各センサも同一のものを用意する必要はない。たとえば、第１の実施形態では、４本の力伝達体が、正方形の４頂点位置に配置されているが、原理的には、４本の力伝達体のうちの３つ以上が同一平面に沿って配置されることがないようにすれば、４本の力伝達体の配置は任意でかまわない。ただ、４本の力伝達体が座標系に対してシンメトリックな配置になっていなかったり、材質やサイズが同一になっていなかったり、個々のセンサの構造やサイズが異なっていたりすると、各容量素子の検出感度に差が生じ、精度の高い検出を行うためには何らかの補正が必要になるため、実用上は、上述の実施形態を採るのが好ましい。
【０２１２】
ここでは説明の便宜上、受力体および支持体という文言を用いているが、これは、支持体を固定した状態とし、検出対象となる力を受力体に作用させる一般的な利用形態を意図したものである。しかしながら、本発明に係る力検出装置の利用形態は、そのような形態に限定されるものではなく、逆に、受力体を固定した状態とし、検出対象となる力を支持体に作用させるという利用形態も可能である。一般に、力検出装置は、第１の箇所を固定した状態において、第２の箇所に作用した力を検出する機能を有しており、支持体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という事象は、受力体を固定した状態において支持体に作用した力を検出するという事象と、本質的には同じものである。
【０２１３】
また、これまでの実施形態では、力伝達体の傾斜や変位を検出するためのセンサを、支持体側にのみ設けていたが、このようなセンサを受力体側にも設けるようにし、力伝達体の傾斜や変位を、その両端において検出できるようにしておき、支持体側と受力体側との双方における検出結果に基づいて、力およびモーメントを検出することも可能である。このような検出を行えば、より精度の高い検出動作が可能になる。
【０２１４】
【発明の効果】
以上のとおり本発明に係る力検出装置によれば、できるだけ単純な構造により、力とモーメントとを区別して検出することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【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体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】本発明の第１の実施形態に係る力検出装置の上面図である。
【図１０】本発明の第１の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に示す装置を切断線１０−１０に沿って切断した断面が示されている。
【図１１】本発明の第１の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に示す装置を切断線１１−１１に沿って切断した断面が示されている。
【図１２】本発明の第１の実施形態に係る力検出装置をＸＹ平面に沿って切断した状態を示す横断面図である。
【図１３】本発明の第１の実施形態に係る力検出装置の支持体３００の上面図である。
【図１４】本発明の第１の実施形態に係る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。
【図１５】図１４に示す各力成分の検出原理を数式を用いて示す図である。
【図１６】本発明の第１の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体３００の上面図である。
【図１７】本発明の第１の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体３００の上面図である。
【図１８】本発明の第１の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体３００の上面図である。
【図１９】本発明の第１の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体３００の上面図である。
【図２０】本発明の第１の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体３００の上面図である。
【図２１】本発明の第１の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体３００の上面図である。
【図２２】本発明の第１の実施形態に係る力検出装置により６つの力成分のすべてを検出するのに適した電極構成を示す支持体３００の上面図である。
【図２３】図２２に示す固定電極群Ｅ１０の拡大平面図である（グレーのハッチングは、電極形状を明瞭に示すために施したものであり、断面を示すものではない）。
【図２４】図２２に示す固定電極群Ｅ２０の拡大平面図である（グレーのハッチングは、電極形状を明瞭に示すために施したものであり、断面を示すものではない）。
【図２５】図２２に示す固定電極群Ｅ３０の拡大平面図である（グレーのハッチングは、電極形状を明瞭に示すために施したものであり、断面を示すものではない）。
【図２６】図２２に示す固定電極群Ｅ４０の拡大平面図である（グレーのハッチングは、電極形状を明瞭に示すために施したものであり、断面を示すものではない）。
【図２７】本発明の第２の実施形態に係る力検出装置の支持体３００の上面図である。
【図２８】本発明の第２の実施形態に係る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。
【図２９】図２８に示す各力成分の検出原理を数式を用いて示す図である。
【図３０】本発明の第２の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体３００の上面図である。
【図３１】本発明の第２の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体３００の上面図である。
【図３２】本発明の第２の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体３００の上面図である。
【図３３】本発明の第２の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体３００の上面図である。
【図３４】本発明の第２の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体３００の上面図である。
【図３５】本発明の第２の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体３００の上面図である。
【図３６】本発明の第２の実施形態に係る力検出装置により６つの力成分のすべてを検出するのに適した電極構成を示す支持体３００の上面図である。
【図３７】図３６に示す固定電極群Ｅ１０の拡大平面図である（グレーのハッチングは、電極形状を明瞭に示すために施したものであり、断面を示すものではない）。
【図３８】図３６に示す固定電極群Ｅ２０の拡大平面図である（グレーのハッチングは、電極形状を明瞭に示すために施したものであり、断面を示すものではない）。
【図３９】図３６に示す固定電極群Ｅ３０の拡大平面図である（グレーのハッチングは、電極形状を明瞭に示すために施したものであり、断面を示すものではない）。
【図４０】図３６に示す固定電極群Ｅ４０の拡大平面図である（グレーのハッチングは、電極形状を明瞭に示すために施したものであり、断面を示すものではない）。
【図４１】図１０に側断面図を示す第１の実施形態に係る力検出装置に、更に補助基板４００を追加した変形例を示す側断面図である。
【図４２】図４１に示す変形例に用いられている補助基板４００の下面図である。
【図４３】図４２に示されている固定電極Ｅ１６の形状および配置を示す拡大平面図である。
【符号の説明】
１０…受力体
１１…第１の力伝達体
１２…第２の力伝達体
１３…第３の力伝達体
１４…第４の力伝達体
２０…支持体
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…支持体
５０…椀状接続部材
５１…ダイアフラム（共通変位電極）
５２…側壁部
５３…固定部
６０…力伝達体
１００…受力体
１１０…円柱突起部
１１５…肉薄部
１２０…円柱突起部
１２５…肉薄部
１３０…円柱突起部
１３５…肉薄部
１４０…円柱突起部
１４５…肉薄部
２００…中間体
２１０…円柱突起部
２１５…ダイアフラム
２２０…円柱突起部
２２５…ダイアフラム
２３０…円柱突起部
２３５…ダイアフラム
２４０…円柱突起部
２４５…ダイアフラム
３００…支持体
４００…補助基板
Ｃ１１〜Ｃ４５…容量素子／容量素子の静電容量値
Ｅ１〜Ｅ５…固定電極
Ｅ１０…第１のセンサ用の固定電極群
Ｅ１１〜Ｅ１６…第１のセンサ用の個々の固定電極
Ｅ２０…第２のセンサ用の固定電極群
Ｅ２１〜Ｅ２６…第２のセンサ用の個々の固定電極
Ｅ３０…第３のセンサ用の固定電極群
Ｅ３１〜Ｅ３６…第３のセンサ用の個々の固定電極
Ｅ４０…第４のセンサ用の固定電極群
Ｅ４１〜Ｅ４６…第４のセンサ用の個々の固定電極
Ｅ１１／１４，Ｅ１２／１３，Ｅ２１／２３，Ｅ２２／２４，Ｅ３１／３４，Ｅ３２／３３，Ｅ４１／４３，Ｅ４２／４４…モーメントＭｚ検出用の固定電極
Ｆｘ，Ｆｘ′…Ｘ軸方向の力
ｆｘ，ｆｘ′…ｘ軸方向の力
Ｆｙ…Ｙ軸方向の力
Ｆｚ…Ｚ軸方向の力
ｆｚ…支持体に対して作用する引っ張り力／押圧力
Ｇ１１〜Ｇ３４…溝部
Ｈ１〜Ｈ４…開口
Ｍｘ…Ｘ軸まわりのモーメント
Ｍｙ…Ｙ軸まわりのモーメント
Ｍｚ…Ｚ軸まわりのモーメント
Ｏ…座標系の原点
Ｐ１〜Ｐ４…受力体１００上の点
Ｓ１〜Ｓ４…多軸力センサ
Ｔ１〜Ｔ４…力伝達体
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…受力体の中心位置に原点をもつ座標系
ｘｙ…支持体の上面に定義された座標系
θ１，θ２…力伝達体１１，１２の傾斜角

Claims (28)

  1. 検出対象となる力を受ける受力体と、
    この受力体の下方に配置された支持体と、
    上端が前記受力体に接続され、下端が前記支持体に可撓性をもった接続部材を介して接続された第１の力伝達体と、
    上端が前記受力体に接続され、下端が前記支持体に可撓性をもった接続部材を介して接続された第２の力伝達体と、
    上端が前記受力体に接続され、下端が前記支持体に可撓性をもった接続部材を介して接続された第３の力伝達体と、
    上端が前記受力体に接続され、下端が前記支持体に可撓性をもった接続部材を介して接続された第４の力伝達体と、
    前記支持体に固定された固定電極と、前記第１の力伝達体の下部の変位に応じて変位する変位面に形成された変位電極と、によって構成される容量素子を有する第１のセンサと、
    前記支持体に固定された固定電極と、前記第２の力伝達体の下部の変位に応じて変位する変位面に形成された変位電極と、によって構成される容量素子を有する第２のセンサと、
    前記支持体に固定された固定電極と、前記第３の力伝達体の下部の変位に応じて変位する変位面に形成された変位電極と、によって構成される容量素子を有する第３のセンサと、
    前記支持体に固定された固定電極と、前記第４の力伝達体の下部の変位に応じて変位する変位面に形成された変位電極と、によって構成される容量素子を有する第４のセンサと、
    前記第１〜第４のセンサを構成する各容量素子を複数のグループに分け、同一グループに所属する複数の容量素子を互いに並列接続する配線と、
    １つのグループに所属する容量素子群の全体の静電容量値と、別のグループに所属する容量素子群の全体の静電容量値と、の差に基づいて、前記受力体に作用した力もしくはモーメントを検出する検出回路と、
    を備えることを特徴とする力検出装置。
  2. 請求項１に記載の力検出装置において、
    ＸＹＺ三次元座標系を定義したときに、
    第１〜第４の力伝達体が、それぞれＺ軸に平行な方向を長手方向とする構造体によって構成されており、
    固定電極の形成面がＸＹ平面に平行な平面となっており、
    第１のセンサが、「第１の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第１のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、「第１の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第２のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、を有し、
    第２のセンサが、「第２の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第１のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、「第２の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第２のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、を有し、
    第３のセンサが、「第３の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第１のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、「第３の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第２のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、を有し、
    第４のセンサが、「第４の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第１のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、「第４の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第２のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、を有し、
    検出回路が、第１のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子群の全体の静電容量値と、第２のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子群の全体の静電容量値と、の差により、受力体に作用したＸ軸方向への力Ｆｘを検出する機能を有することを特徴とする力検出装置。
  3. 請求項２に記載の力検出装置において、
    第１のセンサが、「第１の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第３のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、「第１の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第４のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、を更に有し、
    第２のセンサが、「第２の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第３のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、「第２の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第４のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、を更に有し、
    第３のセンサが、「第３の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第３のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、「第３の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第４のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、を更に有し、
    第４のセンサが、「第４の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第３のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、「第４の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第４のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、を更に有し、
    検出回路が、第３のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子群の全体の静電容量値と、第４のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子群の全体の静電容量値と、の差により、受力体に作用したＹ軸方向への力Ｆｙを検出する機能を更に有することを特徴とする力検出装置。
  4. 請求項２または３に記載の力検出装置において、
    第１のセンサが、「第１の力伝達体がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子」を更に有し、
    第２のセンサが、「第２の力伝達体がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、第２の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子」を更に有し、
    第３のセンサが、「第３の力伝達体がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、第３の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子」を更に有し、
    第４のセンサが、「第４の力伝達体がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、第４の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置されたＺ軸変位検出用容量素子」を更に有し、
    前記第１〜第４のセンサのＺ軸変位検出用容量素子が配線により互いに並列接続されており、
    検出回路が、並列接続された容量素子群の全体の静電容量値により、受力体に作用したＺ軸方向への力Ｆｚを検出する機能を更に有することを特徴とする力検出装置。
  5. 請求項１に記載の力検出装置において、
    ＸＹＺ三次元座標系を定義したときに、
    第１〜第４の力伝達体が、それぞれＺ軸に平行な方向を長手方向とする構造体によって構成されており、
    固定電極の形成面がＸＹ平面に平行な平面となっており、
    第１のセンサが、「第１の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第１のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第１の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第２のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を有し、
    第２のセンサが、「第２の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第１のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第２の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第２の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第２のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を有し、
    第３のセンサが、「第３の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第３の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第１のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第３の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第３の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第２のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を有し、
    第４のセンサが、「第４の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第４の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第１のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第４の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第４の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第２のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を有し、
    検出回路が、第１のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、第２のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、の差により、受力体に作用したＺ軸方向への力Ｆｚを検出する機能を有することを特徴とする力検出装置。
  6. 請求項１に記載の力検出装置において、
    ＸＹＺ三次元座標系を定義したときに、
    第１〜第４の力伝達体が、それぞれＺ軸に平行な方向を長手方向とする構造体によって構成されており、
    固定電極の形成面がＸＹ平面に平行な平面となっており、
    第１の力伝達体は、その長手方向軸がＸＹ平面の第１象限にくるように配置され、第２の力伝達体は、その長手方向軸がＸＹ平面の第２象限にくるように配置され、第３の力伝達体は、その長手方向軸がＸＹ平面の第３象限にくるように配置され、第４の力伝達体は、その長手方向軸がＸＹ平面の第４象限にくるように配置されていることを特徴とする力検出装置。
  7. 請求項６に記載の力検出装置において、
    第１のセンサが、「第１の力伝達体がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第１のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」を有し、
    第２のセンサが、「第２の力伝達体がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、第２の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第１のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」を有し、
    第３のセンサが、「第３の力伝達体がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、第３の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第２のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」を有し、
    第４のセンサが、「第４の力伝達体がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、第４の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第２のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」を有し、
    検出回路が、第１のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、第２のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、の差により、受力体に作用したＸ軸まわりのモーメントＭｘを検出する機能を有することを特徴とする力検出装置。
  8. 請求項７に記載の力検出装置において、
    第１のセンサが、「第１の力伝達体がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第３のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」を更に有し、
    第２のセンサが、「第２の力伝達体がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、第２の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第４のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」を更に有し、
    第３のセンサが、「第３の力伝達体がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、第３の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第４のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」を更に有し、
    第４のセンサが、「第４の力伝達体がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、第４の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第３のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」を更に有し、
    検出回路が、第３のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、第４のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、の差により、受力体に作用したＹ軸まわりのモーメントＭｙを検出する機能を更に有することを特徴とする力検出装置。
  9. 請求項７または８に記載の力検出装置において、
    第１のセンサが、「第１の力伝達体がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第５のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」を更に有し、
    第２のセンサが、「第２の力伝達体がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、第２の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第５のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」を更に有し、
    第３のセンサが、「第３の力伝達体がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、第３の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第５のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」を更に有し、
    第４のセンサが、「第４の力伝達体がＺ軸方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるかまたは広がるかのいずれか一方の変化を生じ、第４の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第５のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」を更に有し、
    検出回路が、第５のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値により、受力体に作用したＺ軸方向への力Ｆｚを検出する機能を有することを特徴とする力検出装置。
  10. 請求項６に記載の力検出装置において、
    第１のセンサが、「第１の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第１のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第１の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第２のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を有し、
    第２のセンサが、「第２の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第１のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第２の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第２の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第２のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を有し、
    第３のセンサが、「第３の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第３の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第２のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第３の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第３の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第１のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を有し、
    第４のセンサが、「第４の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第４の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第２のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第４の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第４の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第１のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を有し、
    検出回路が、第１のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、第２のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、の差により、受力体に作用したＸ軸まわりのモーメントＭｘを検出する機能を有することを特徴とする力検出装置。
  11. 請求項１０に記載の力検出装置において、
    第１のセンサが、「第１の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第３のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第１の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第４のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を更に有し、
    第２のセンサが、「第２の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第４のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第２の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第２の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第３のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を更に有し、
    第３のセンサが、「第３の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第３の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第４のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第３の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第３の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第３のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を更に有し、
    第４のセンサが、「第４の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第４の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第３のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第４の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第４の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第４のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を更に有し、
    検出回路が、第３のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、第４のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、の差により、受力体に作用したＹ軸まわりのモーメントＭｙを検出する機能を更に有することを特徴とする力検出装置。
  12. 請求項１０または１１に記載の力検出装置において、
    第１のセンサが、「第１の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第５のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第１の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第６のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を更に有し、
    第２のセンサが、「第２の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第５のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第２の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第２の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第６のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を更に有し、
    第３のセンサが、「第３の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第３の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第５のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第３の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第３の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第６のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を更に有し、
    第４のセンサが、「第４の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第４の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第５のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第４の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第４の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第６のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を更に有し、
    検出回路が、第５のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、第６のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、の差により、受力体に作用したＺ軸方向の力Ｆｚを検出する機能を更に有することを特徴とする力検出装置。
  13. 請求項６に記載の力検出装置において、
    第１のセンサが、「第１の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第１のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、「第１の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第２のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、「第１の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第２のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、「第１の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第１のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、を有し、
    第２のセンサが、「第２の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第１のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、「第２の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第２のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、「第２の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第１のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、「第２の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第２のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、を有し、
    第３のセンサが、「第３の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第２のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、「第３の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第１のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、「第３の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第１のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、「第３の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第２のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、を有し、
    第４のセンサが、「第４の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第２のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、「第４の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第１のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、「第４の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第２のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、「第４の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第１のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、を有し、
    検出回路が、第１のグループに所属する容量素子群の全体の静電容量値と、第２のグループに所属する容量素子群の全体の静電容量値と、の差により、受力体に作用したＺ軸まわりのモーメントＭｚを検出する機能を有することを特徴とする力検出装置。
  14. 請求項１３に記載の力検出装置において、
    第１のセンサを構成する第１のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子と、第１のセンサを構成する第１のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子と、が物理的に単一の容量素子によって構成されており、第１のセンサを構成する第２のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子と、第１のセンサを構成する第２のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子と、が物理的に単一の容量素子によって構成されており、
    第２のセンサを構成する第１のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子と、第２のセンサを構成する第１のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子と、が物理的に単一の容量素子によって構成されており、第２のセンサを構成する第２のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子と、第２のセンサを構成する第２のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子と、が物理的に単一の容量素子によって構成されており、
    第３のセンサを構成する第１のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子と、第３のセンサを構成する第１のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子と、が物理的に単一の容量素子によって構成されており、第３のセンサを構成する第２のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子と、第３のセンサを構成する第２のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子と、が物理的に単一の容量素子によって構成されており、
    第４のセンサを構成する第１のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子と、第４のセンサを構成する第１のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子と、が物理的に単一の容量素子によって構成されており、第４のセンサを構成する第２のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子と、第４のセンサを構成する第２のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子と、が物理的に単一の容量素子によって構成されていることを特徴とする力検出装置。
  15. 請求項１に記載の力検出装置において、
    ＸＹＺ三次元座標系を定義したときに、
    第１〜第４の力伝達体が、それぞれＺ軸に平行な方向を長手方向とする構造体によって構成されており、
    固定電極の形成面がＸＹ平面に平行な平面となっており、
    第１の力伝達体は、その長手方向軸がＸ軸の正の部分と交差する位置に配置され、第２の力伝達体は、その長手方向軸がＸ軸の負の部分と交差する位置に配置され、第３の力伝達体は、その長手方向軸がＹ軸の正の部分と交差する位置に配置され、第４の力伝達体は、その長手方向軸がＹ軸の負の部分と交差する位置に配置されていることを特徴とする力検出装置。
  16. 請求項１５に記載の力検出装置において、
    第１のセンサが、「第１の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第１のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第１の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第２のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を有し、
    第２のセンサが、「第２の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第２のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第２の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第２の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第１のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を有し、
    第３のセンサが、「第３の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第３の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第３のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第３の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第３の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第４のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を有し、
    第４のセンサが、「第４の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第４の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第４のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第４の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第４の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第３のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を有し、
    検出回路が、第１のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、第２のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、の差により、受力体に作用したＹ軸まわりのモーメントＭｙを検出する機能を有し、第３のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、第４のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、の差により、受力体に作用したＸ軸まわりのモーメントＭｘを検出する機能を有することを特徴とする力検出装置。
  17. 請求項１６に記載の力検出装置において、
    第１のセンサが、「第１の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第５のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第１の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第６のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を更に有し、
    第２のセンサが、「第２の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第１の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第５のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第２の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第２の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第６のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を更に有し、
    第３のセンサが、「第３の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第３の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第５のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第３の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第３の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第６のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を更に有し、
    第４のセンサが、「第４の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に広がるが、第４の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第５のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、「第４の力伝達体がＺ軸正方向に変位したときには、電極間隔が全体的に狭まるが、第４の力伝達体が傾斜したときには、電極間隔の一部分は狭まるが別な一部分は広がるような変化を生じる位置に配置され、第６のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子」と、を更に有し、
    検出回路が、第５のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、第６のグループに所属するＺ軸変位検出用容量素子群の全体の静電容量値と、の差により、受力体に作用したＺ軸方向の力Ｆｚを検出する機能を更に有することを特徴とする力検出装置。
  18. 請求項１５に記載の力検出装置において、
    第１のセンサが、「第１の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第１のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、「第１の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第２のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、を有し、
    第２のセンサが、「第２の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第２のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、「第２の力伝達体がＹ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第１のグループに所属するＹ軸傾斜検出用容量素子」と、を有し、
    第３のセンサが、「第３の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第２のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、「第３の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第１のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、を有し、
    第４のセンサが、「第４の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が狭まる位置に配置され、第１のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、「第４の力伝達体がＸ軸正方向に傾斜したときに、電極間隔が広がる位置に配置され、第２のグループに所属するＸ軸傾斜検出用容量素子」と、を有し、
    検出回路が、第１のグループに所属する容量素子群の全体の静電容量値と、第２のグループに所属する容量素子群の全体の静電容量値と、の差により、受力体に作用したＺ軸まわりのモーメントＭｚを検出する機能を有することを特徴とする力検出装置。
  19. 請求項２、１３、１８のいずれかに記載の力検出装置において、
    特定の力伝達体についてのＸ軸傾斜検出用容量素子が、当該力伝達体の長手方向軸上に原点を有し、Ｘ軸に平行なｘ軸およびＹ軸に平行なｙ軸をもつｘｙ二次元座標系を定義したときに、ｘ軸の正の部分および負の部分にそれぞれ配置された電極を有する一対の容量素子によって構成されていることを特徴とする力検出装置。
  20. 請求項３、１３、１８のいずれかに記載の力検出装置において、
    特定の力伝達体についてのＹ軸傾斜検出用容量素子が、当該力伝達体の長手方向軸上に原点を有し、Ｘ軸に平行なｘ軸およびＹ軸に平行なｙ軸をもつｘｙ二次元座標系を定義したときに、ｙ軸の正の部分および負の部分にそれぞれ配置された電極を有する一対の容量素子によって構成されていることを特徴とする力検出装置。
  21. 請求項４，５，７〜１２、１６、１７のいずれかに記載の力検出装置において、
    特定の力伝達体についてのＺ軸変位検出用容量素子が、当該力伝達体の長手方向軸を中心に配置された円もしくは円環状の電極を有する容量素子によって構成されていることを特徴とする力検出装置。
  22. 請求項２１に記載の力検出装置において、
    同一平面上に同心配置された円もしくは円環状からなる複数の電極により、複数のＺ軸変位検出用容量素子が形成されていることを特徴とする力検出装置。
  23. 請求項１〜２２のいずれかに記載の力検出装置において、
    各力伝達体の上端が受力体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ことを特徴とする力検出装置。
  24. 請求項２３に記載の力検出装置において、
    受力体を板状の部材により構成し、各力伝達体を柱状の部材により構成し、受力体と各力伝達体とを接続する接続部材を、板状の受力体の肉薄部によって構成したことを特徴とする力検出装置。
  25. 請求項１〜２４のいずれかに記載の力検出装置において、
    各力伝達体を柱状の部材により構成し、接続部材として機能するダイアフラムの中央に力伝達体の下面を接合し、前記ダイアフラムの周囲を支持体に固定することにより、力伝達体を支持体に接続したことを特徴とする力検出装置。
  26. 請求項２５に記載の力検出装置において、
    可撓性および導電性を有するダイアフラムを接続部材として用い、このダイアフラムの中央に力伝達体の下面を接合し、前記ダイアフラムの周囲を支持体に固定することにより、力伝達体を支持体に接続するようにし、前記ダイアフラム自身を変位電極として用いるようにしたことを特徴とする力検出装置。
  27. 請求項２５または２６に記載の力検出装置において、
    複数の固定電極のうちの少なくとも一部を支持体の上面に形成し、少なくとも一部の容量素子がダイアフラムの下方に形成されるようにしたことを特徴とする力検出装置。
  28. 請求項２５〜２７のいずれかに記載の力検出装置において、
    力伝達体を挿通するための開口を有する補助基板を、ダイアフラムの上方に配置されるように支持体に固定し、複数の固定電極のうちの少なくとも一部を前記補助基板の下面に形成し、少なくとも一部の容量素子がダイアフラムの上方に形成されるようにしたことを特徴とする力検出装置。
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