JP2010230631A - 力検出装置 - Google Patents
力検出装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010230631A JP2010230631A JP2009081310A JP2009081310A JP2010230631A JP 2010230631 A JP2010230631 A JP 2010230631A JP 2009081310 A JP2009081310 A JP 2009081310A JP 2009081310 A JP2009081310 A JP 2009081310A JP 2010230631 A JP2010230631 A JP 2010230631A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- capacitance
- sub
- axis
- force
- support substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
【解決手段】 支持基板300上のX軸の正負およびY軸の正負の4カ所の円形領域に、電極E1〜E8,F1〜F8を形成する。各円形領域の上方には、所定距離をおいて、導電性可撓性肉薄円板を配置し、対向電極との間で容量素子を形成する。各肉薄円板の上面中央には柱状体の下端を固定し、各柱状体の上端には受力体を取り付ける。受力体に力が作用すると、4本の柱状体が傾斜したり、上下に変位したりして、各容量素子の静電容量値が変化する。電極E1〜E8によって構成される主容量素子の静電容量値の変化に基づき、各座標軸方向の力Fx,Fy,Fzと各座標軸まわりのモーメントMx,My,Mzとを検出する。このとき、電極F1〜F8によって構成される副容量素子の静電容量値の変化に基づき、他軸成分の干渉を相殺する。
【選択図】 図9
Description
4本の柱状体の各上端は、可撓性をもった部材を介して受力体に接続されており、4本の柱状体の各下端には、それぞれ可撓性をもった下端側肉薄部が接続されており、
下端側肉薄部は、支持基板の上面から所定距離をおいた上方位置に支持基板の上面に対して平行に配置されるように、その周囲が台座を介して支持基板に接続され、その上面中心部が柱状体の下端に接続されており、
XY平面が、支持基板の上面もしくはその上方に、支持基板の上面に対して平行となるように位置し、上方を正とし下方を負とするZ軸が支持基板の上面のほぼ中心位置を通るように、XYZ三次元座標系を定義したときに、
4本の柱状体は、その中心軸がいずれもZ軸に平行になるように配置されており、第1の柱状体は、その中心軸がX軸の正の部分に交差する位置に配置され、第2の柱状体は、その中心軸がX軸の負の部分に交差する位置に配置され、第3の柱状体は、その中心軸がY軸の正の部分に交差する位置に配置され、第4の柱状体は、その中心軸がY軸の負の部分に交差する位置に配置され、
第1の柱状体の下端側肉薄部とこれに対向する支持基板の上面とによって挟まれた空間内に、一方の電極が下端側肉薄部の下面に形成され、他方の電極が支持基板の上面に形成された複数の容量素子からなる第1のセンサが配置され、
第2の柱状体の下端側肉薄部とこれに対向する支持基板の上面とによって挟まれた空間内に、一方の電極が下端側肉薄部の下面に形成され、他方の電極が支持基板の上面に形成された複数の容量素子からなる第2のセンサが配置され、
第3の柱状体の下端側肉薄部とこれに対向する支持基板の上面とによって挟まれた空間内に、一方の電極が下端側肉薄部の下面に形成され、他方の電極が支持基板の上面に形成された複数の容量素子からなる第3のセンサが配置され、
第4の柱状体の下端側肉薄部とこれに対向する支持基板の上面とによって挟まれた空間内に、一方の電極が下端側肉薄部の下面に形成され、他方の電極が支持基板の上面に形成された複数の容量素子からなる第4のセンサが配置され、
第1のセンサは、XY座標系の第1象限に位置する第1の主容量素子と、XY座標系の第4象限に位置する第2の主容量素子と、を有し、
第2のセンサは、XY座標系の第2象限に位置する第3の主容量素子と、XY座標系の第3象限に位置する第4の主容量素子と、を有し、
第3のセンサは、第2の副容量素子と、第4の副容量素子と、を有し、
第4のセンサは、第1の副容量素子と、第3の副容量素子と、を有し、
各容量素子の静電容量値に基づいて、受力体に作用した力の所定方向成分を検出する検出回路を更に備え、
受力体にX軸まわりのモーメントMxが作用した場合に、第1の主容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値と、第1の副容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値とが等しくなり、第2の主容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値と、第2の副容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値とが等しくなり、第3の主容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値と、第3の副容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値とが等しくなり、第4の主容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値と、第4の副容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値とが等しくなるように、各容量素子が構成され、
検出回路が、第1の主容量素子の静電容量値をC1、第1の副容量素子の静電容量値をD1、第2の主容量素子の静電容量値をC2、第2の副容量素子の静電容量値をD2、第3の主容量素子の静電容量値をC3、第3の副容量素子の静電容量値をD3、第4の主容量素子の静電容量値をC4、第4の副容量素子の静電容量値をD4としたときに、受力体に作用した力のY軸方向成分Fyを、
Fy=(C1+D1)−(C2+D2)+(C3+D3)−(C4+D4)
なる演算式を利用して求めるようにしたものである。
検出回路が、更に、受力体に作用した力のY軸まわりのモーメント成分Myを、
My=(C1+D1)+(C2+D2)−(C3+D3)−(C4+D4)
なる演算式を利用して求めるようにしたものである。
検出回路が、更に、受力体に作用した力のZ軸方向成分Fzを、
Fz=−((C1+D1)+(C2+D2)+(C3+D3)+(C4+D4))
なる演算式を利用して求めるようにしたものである。
第1の主容量素子と第1の副容量素子とを相互に並列接続するための配線と、第2の主容量素子と第2の副容量素子とを相互に並列接続するための配線と、第3の主容量素子と第3の副容量素子とを相互に並列接続するための配線と、第4の主容量素子と第4の副容量素子とを相互に並列接続するための配線と、を更に設け、
検出回路が、第1の主容量素子と第1の副容量素子との並列接続によって構成される合成容量素子の静電容量値を「C1+D1」の値として用い、第2の主容量素子と第2の副容量素子との並列接続によって構成される合成容量素子の静電容量値を「C2+D2」の値として用い、第3の主容量素子と第3の副容量素子との並列接続によって構成される合成容量素子の静電容量値を「C3+D3」の値として用い、第4の主容量素子と第4の副容量素子との並列接続によって構成される合成容量素子の静電容量値を「C4+D4」の値として用いるようにしたものである。
各下端側肉薄部が導電性材料によって構成されており、この下端側肉薄部自身が、同一のセンサを構成する複数の容量素子についての共通電極として機能するようにしたものである。
第1〜第4の主容量素子を構成する支持基板側の4枚の電極が、同一形状および同一サイズの電極によって構成されており、かつ、これら4枚の電極配置パターンが、XZ平面およびYZ平面の双方に関して、面対称になっているようにしたものである。
4本の柱状体の各上端は、可撓性をもった部材を介して受力体に接続されており、4本の柱状体の各下端には、それぞれ可撓性をもった下端側肉薄部が接続されており、
下端側肉薄部は、支持基板の上面から所定距離をおいた上方位置に支持基板の上面に対して平行に配置されるように、その周囲が台座を介して支持基板に接続され、その上面中心部が柱状体の下端に接続されており、
XY平面が、支持基板の上面もしくはその上方に、支持基板の上面に対して平行となるように位置し、上方を正とし下方を負とするZ軸が支持基板の上面のほぼ中心位置を通るように、XYZ三次元座標系を定義したときに、
4本の柱状体は、その中心軸がいずれもZ軸に平行になるように配置されており、第1の柱状体は、その中心軸がX軸の正の部分に交差する位置に配置され、第2の柱状体は、その中心軸がX軸の負の部分に交差する位置に配置され、第3の柱状体は、その中心軸がY軸の正の部分に交差する位置に配置され、第4の柱状体は、その中心軸がY軸の負の部分に交差する位置に配置され、
第1の柱状体の下端側肉薄部とこれに対向する支持基板の上面とによって挟まれた空間内に、一方の電極が下端側肉薄部の下面に形成され、他方の電極が支持基板の上面に形成された複数の容量素子からなる第1のセンサが配置され、
第2の柱状体の下端側肉薄部とこれに対向する支持基板の上面とによって挟まれた空間内に、一方の電極が下端側肉薄部の下面に形成され、他方の電極が支持基板の上面に形成された複数の容量素子からなる第2のセンサが配置され、
第3の柱状体の下端側肉薄部とこれに対向する支持基板の上面とによって挟まれた空間内に、一方の電極が下端側肉薄部の下面に形成され、他方の電極が支持基板の上面に形成された複数の容量素子からなる第3のセンサが配置され、
第4の柱状体の下端側肉薄部とこれに対向する支持基板の上面とによって挟まれた空間内に、一方の電極が下端側肉薄部の下面に形成され、他方の電極が支持基板の上面に形成された複数の容量素子からなる第4のセンサが配置され、
第1のセンサは、XY座標系の第1象限に位置する第1の主容量素子と、XY座標系の第4象限に位置する第2の主容量素子と、第6の副容量素子と、第8の副容量素子と、を有し、
第2のセンサは、XY座標系の第2象限に位置する第3の主容量素子と、XY座標系の第3象限に位置する第4の主容量素子と、第5の副容量素子と、第7の副容量素子と、を有し、
第3のセンサは、XY座標系の第1象限に位置する第5の主容量素子と、XY座標系の第2象限に位置する第6の主容量素子と、第2の副容量素子と、第4の副容量素子と、を有し、
第4のセンサは、XY座標系の第4象限に位置する第7の主容量素子と、XY座標系の第3象限に位置する第8の主容量素子と、第1の副容量素子と、第3の副容量素子と、を有し、
各容量素子の静電容量値に基づいて、受力体に作用した力の所定方向成分を検出する検出回路を更に備え、
受力体にX軸まわりのモーメントMxが作用した場合に、第1の主容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値と、第1の副容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値とが等しくなり、第2の主容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値と、第2の副容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値とが等しくなり、第3の主容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値と、第3の副容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値とが等しくなり、第4の主容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値と、第4の副容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値とが等しくなり、
受力体にY軸まわりのモーメントMyが作用した場合に、第5の主容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値と、第5の副容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値とが等しくなり、第6の主容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値と、第6の副容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値とが等しくなり、第7の主容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値と、第7の副容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値とが等しくなり、第8の主容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値と、第8の副容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値とが等しくなるように、各容量素子が構成され、
検出回路が、第1の主容量素子の静電容量値をC1、第1の副容量素子の静電容量値をD1、第2の主容量素子の静電容量値をC2、第2の副容量素子の静電容量値をD2、第3の主容量素子の静電容量値をC3、第3の副容量素子の静電容量値をD3、第4の主容量素子の静電容量値をC4、第4の副容量素子の静電容量値をD4、第5の主容量素子の静電容量値をC5、第5の副容量素子の静電容量値をD5、第6の主容量素子の静電容量値をC6、第6の副容量素子の静電容量値をD6、第7の主容量素子の静電容量値をC7、第7の副容量素子の静電容量値をD7、第8の主容量素子の静電容量値をC8、第8の副容量素子の静電容量値をD8、としたときに、
受力体に作用した力のY軸方向成分Fyを、
Fy=(C1+D1)−(C2+D2)+(C3+D3)−(C4+D4)
なる演算式を利用して求め、
受力体に作用した力のX軸方向成分Fxを、
Fx=(C5+D5)−(C6+D6)+(C7+D7)−(C8+D8)
なる演算式を利用して求めるようにしたものである。
検出回路が、更に、受力体に作用した力のY軸まわりのモーメント成分Myを、
My=(C1+D1)+(C2+D2)−(C3+D3)−(C4+D4)
なる演算式を利用して求め、受力体に作用した力のX軸まわりのモーメント成分Mxを、
Mx=−(C5+D5)−(C6+D6)+(C7+D7)+(C8+D8)
なる演算式を利用して求めるようにしたものである。
検出回路が、更に、受力体に作用した力のZ軸方向成分Fzを、
Fz=−((C1+D1)+(C2+D2)+(C3+D3)+(C4+D4)+(C5+D5)+(C6+D6)+(C7+D7)+(C8+D8))
なる演算式を利用して求めるようにしたものである。
検出回路が、更に、受力体に作用した力のZ軸まわりのモーメント成分Mzを、
Mz=(C1+D1)−(C2+D2)−(C3+D3)+(C4+D4)−(C5+D5)+(C6+D6)+(C7+D7)−(C8+D8)
なる演算式を利用して求めるようにしたものである。
第1の主容量素子と第1の副容量素子とを相互に並列接続するための配線と、第2の主容量素子と第2の副容量素子とを相互に並列接続するための配線と、第3の主容量素子と第3の副容量素子とを相互に並列接続するための配線と、第4の主容量素子と第4の副容量素子とを相互に並列接続するための配線と、第5の主容量素子と第5の副容量素子とを相互に並列接続するための配線と、第6の主容量素子と第6の副容量素子とを相互に並列接続するための配線と、第7の主容量素子と第7の副容量素子とを相互に並列接続するための配線と、第8の主容量素子と第8の副容量素子とを相互に並列接続するための配線と、を更に設け、
検出回路が、第1の主容量素子と第1の副容量素子との並列接続によって構成される合成容量素子の静電容量値を「C1+D1」の値として用い、第2の主容量素子と第2の副容量素子との並列接続によって構成される合成容量素子の静電容量値を「C2+D2」の値として用い、第3の主容量素子と第3の副容量素子との並列接続によって構成される合成容量素子の静電容量値を「C3+D3」の値として用い、第4の主容量素子と第4の副容量素子との並列接続によって構成される合成容量素子の静電容量値を「C4+D4」の値として用い、第5の主容量素子と第5の副容量素子との並列接続によって構成される合成容量素子の静電容量値を「C5+D5」の値として用い、第6の主容量素子と第6の副容量素子との並列接続によって構成される合成容量素子の静電容量値を「C6+D6」の値として用い、第7の主容量素子と第7の副容量素子との並列接続によって構成される合成容量素子の静電容量値を「C7+D7」の値として用い、第8の主容量素子と第8の副容量素子との並列接続によって構成される合成容量素子の静電容量値を「C8+D8」の値として用いるようにしたものである。
4本の柱状体が、同一形状および同一サイズの構造体によって構成されており、かつ、これら4本の柱状体の配置パターンが、XZ平面およびYZ平面の双方に関して、面対称になっているようにしたものである。
各下端側肉薄部が導電性材料によって構成されており、この下端側肉薄部自身が、同一のセンサを構成する複数の容量素子についての共通電極として機能するようにしたものである。
第1〜第8の主容量素子を構成する支持基板側の8枚の電極が、同一形状および同一サイズの電極によって構成されており、かつ、これら8枚の電極の配置パターンが、XZ平面およびYZ平面の双方に関して、面対称になっているようにしたものである。
第1および第2の主容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極が、第1の柱状体の中心軸を中心にして配置された第1の環状帯をX軸に沿って切断して得られる2枚の電極によって構成され、
第3および第4の主容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極が、第2の柱状体の中心軸を中心にして配置された第2の環状帯をX軸に沿って切断して得られる2枚の電極によって構成され、
第5および第6の主容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極が、第3の柱状体の中心軸を中心にして配置された第3の環状帯をY軸に沿って切断して得られる2枚の電極によって構成され、
第7および第8の主容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極が、第4の柱状体の中心軸を中心にして配置された第4の環状帯をY軸に沿って切断して得られる2枚の電極によって構成され、
第6および第8の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極が、第1の環状帯によって囲まれた内側領域に配置され、
第5および第7の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極が、第2の環状帯によって囲まれた内側領域に配置され、
第2および第4の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極が、第3の環状帯によって囲まれた内側領域に配置され、
第1および第3の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極が、第4の環状帯によって囲まれた内側領域に配置されているようにしたものである。
各柱状体が円柱状構造体からなり、各下端側肉薄部が円盤状構造体からなり、各環状帯が円環状構造体からなるようにしたものである。
第6および第8の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極のうち、一方が環状の形状をなす電極によって構成され、他方がその内側領域に配置された電極によって構成され、
第5および第7の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極のうち、一方が環状の形状をなす電極によって構成され、他方がその内側領域に配置された電極によって構成され、
第2および第4の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極のうち、一方が環状の形状をなす電極によって構成され、他方がその内側領域に配置された電極によって構成され、
第1および第3の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極のうち、一方が環状の形状をなす電極によって構成され、他方がその内側領域に配置された電極によって構成されているようにしたものである。
第6および第8の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極が、第1の柱状体の中心軸を中心として配置された円盤を、X軸に沿って切断して得られる2枚の半円状電極によって構成され、
第5および第7の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極が、第2の柱状体の中心軸を中心として配置された円盤を、X軸に沿って切断して得られる2枚の半円状電極によって構成され、
第2および第4の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極が、第3の柱状体の中心軸を中心として配置された円盤を、Y軸に沿って切断して得られる2枚の半円状電極によって構成され、
第1および第3の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極が、第4の柱状体の中心軸を中心として配置された円盤を、Y軸に沿って切断して得られる2枚の半円状電極によって構成されているようにしたものである。
第6および第8の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極が、第1の柱状体の中心軸を中心として配置された円盤を、その中心点を通りY軸に平行な参照軸に沿って切断して得られる2枚の半円状電極によって構成され、
第5および第7の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極が、第2の柱状体の中心軸を中心として配置された円盤を、その中心点を通りY軸に平行な参照軸に沿って切断して得られる2枚の半円状電極によって構成され、
第2および第4の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極が、第3の柱状体の中心軸を中心として配置された円盤を、その中心点を通りX軸に平行な参照軸に沿って切断して得られる2枚の半円状電極によって構成され、
第1および第3の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極が、第4の柱状体の中心軸を中心として配置された円盤を、その中心点を通りX軸に平行な参照軸に沿って切断して得られる2枚の半円状電極によって構成されているようにしたものである。
第6および第8の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極がいずれも、第1の柱状体の中心軸を含みYZ平面に平行な参照面と、XZ平面と、の双方に関して、面対称となる形状をなし、
第5および第7の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極がいずれも、第2の柱状体の中心軸を含みYZ平面に平行な参照面と、XZ平面と、の双方に関して、面対称となる形状をなし、
第2および第4の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極がいずれも、第3の柱状体の中心軸を含みXZ平面に平行な参照面と、YZ平面と、の双方に関して、面対称となる形状をなし、
第1および第3の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極がいずれも、第4の柱状体の中心軸を含みXZ平面に平行な参照面と、YZ平面と、の双方に関して、面対称となる形状をなすようにしたものである。
第6および第8の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極がいずれも、第1の柱状体の中心軸を含みYZ平面に平行な参照面に関して、面対称となる形状をなし、
第5および第7の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極がいずれも、第2の柱状体の中心軸を含みYZ平面に平行な参照面に関して、面対称となる形状をなし、
第2および第4の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極がいずれも、第3の柱状体の中心軸を含みXZ平面に平行な参照面に関して、面対称となる形状をなし、
第1および第3の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極がいずれも、第4の柱状体の中心軸を含みXZ平面に平行な参照面に関して、面対称となる形状をなすようにしたものである。
主容量素子を構成する電極の面積と、これに対応する副容量素子を構成する電極の面積との比を、受力体にX軸まわりのモーメントMxもしくはY軸まわりのモーメントMyが作用した場合に、主容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値と、副容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値とが等しくなるような面積比に設定したものである。
4本の柱状体の各上端を受力体に接続するための可撓性をもった部材として、その周囲が受力体に接続され、その下面中心部が柱状体の上端に接続された上端側肉薄部が設けられているようにしたものである。
はじめに、本発明に係る力検出装置の基本構造を説明する。なお、この基本構造それ自身は、前述した特許文献1〜3において、既に開示されているものである。
続いて、図2の正面図を参照しながら、図1に示す力検出装置において、力とモーメントを区別して検出することが可能な原理を説明する。なお、図2では、説明の便宜上、第1の柱状体11および第2の柱状体12の変位形態のみを示すが、第3の柱状体13および第4の柱状体14についても所定の変位が生じることになる。
続いて、本発明の具体的な実施形態に係る力検出装置の主たる構造部分を、図3〜図9を用いて説明する。
続いて、図10に示す力検出装置の基本的な検出動作を、図11〜図13を用いて説明する。§2で説明したとおり、この装置は、支持基板300を固定した状態において、受力体100に作用したX軸方向の力Fx、Y軸方向の力Fy、Z軸方向の力Fz、X軸まわりのモーメントMx、Y軸まわりのモーメントMy、Z軸まわりのモーメントMzという力の6成分を独立して検出する機能を有している。
§4では、図10に示す力検出装置において、8個の主容量素子C1〜C8のみを用いて、6つの力成分を検出する動作を説明した。このような検出原理自体は、既に、前掲の特許文献3に開示されている。
本発明の主眼は、§5で述べた理由によって生じる他軸成分の干渉を、副容量素子によって補正することにより、他軸成分の干渉を排除した正確な検出を行う点にある。別言すれば、§5で述べた理由によって主容量素子C1〜C8の静電容量値に生じる他軸干渉成分δを、副容量素子D1〜D8の静電容量値の変化分によって相殺する点にある。以下、この補正原理を説明する。
図20のテーブルにおいて、各欄内の絶対値δと絶対値εとが等しくなるようにするには、第i番目(i=1〜8)の主容量素子Ciの構成と、これに対応する第i番目の副容量素子Diの構成とをうまく設定してやればよい。上述したとおり、容量素子の静電容量値は、これを構成する一対の電極の電極間隔および電極面積を変えることによって調整することができる。ただ、図10に示すような構造体の場合、容量素子の静電容量値を調整する方法としては、電極間距離を変える調整方法を採るよりも、電極面積を変える調整方法を採る方が簡単である。
本発明に係る装置に用いられる検出回路は、各容量素子の静電容量値に基づいて、図21の各演算式を利用して、受力体に作用した力の所定方向成分を検出する機能を有している。この図21の各演算式は、(Ci+Di)なる項(但し、i=1〜8)の加算もしくは減算によって構成されており、これら各項は、第i番目の主容量素子の静電容量値Ciと第i番目の副容量素子の静電容量値Diとの和である。このような数値の和を求める演算は、アナログ加算器を用いて行うこともできるし、デジタル演算器を用いて行うこともできるが、「静電容量値の和」という物理的性質に着目すると、「電気的な並列接続」という単純な方法により、特別な演算器を用いることなしに、和を求めることができる。
これまで、本発明を基本的実施形態について述べてきた。そもそも、本発明の基本的な発想は、前掲の特許文献3(特開2008−096229号公報)に記載された力検出装置において、図16のグラフに示すとおり、モーメントMxが力Fyの検出値に他軸成分として干渉し、同様に、モーメントMyが力Fxの検出値に他軸成分として干渉する現象を補正することを目的としてなされたものである。
本発明に係る力検出装置は、受力体100と支持基板300とを4本の柱状体T1〜T4によって接続することを前提とする。しかも、この4本の柱状体T1〜T4は、その中心軸がいずれもZ軸に平行になるように配置されており、第1の柱状体T1は、その中心軸がX軸の正の部分に交差する位置に配置され、第2の柱状体T2は、その中心軸がX軸の負の部分に交差する位置に配置され、第3の柱状体T3は、その中心軸がY軸の正の部分に交差する位置に配置され、第4の柱状体T4は、その中心軸がY軸の負の部分に交差する位置に配置されている。
本発明に係る力検出装置は、力Fyの検出のために4個の主容量素子C1〜C4を用いることを前提とする。ここで、第1の主容量素子C1は、XY座標系の第1象限に配置され、第2の主容量素子C2は、XY座標系の第4象限に配置され、第3の主容量素子C3は、XY座標系の第2象限に配置され、第4の主容量素子C4は、XY座標系の第3象限に配置されている必要がある。また、力Fyの検出に加えて、力Fxの検出を行う場合には、更に、4個の主容量素子C5〜C8を追加する必要がある。この場合、第5の主容量素子C5は、XY座標系の第1象限に配置され、第6の主容量素子C6は、XY座標系の第2象限に配置され、第7の主容量素子C7は、XY座標系の第4象限に配置され、第8の主容量素子C8は、XY座標系の第3象限に配置されている必要がある。
続いて、副容量素子D1〜D8の構成のバリエーション、より具体的には、8枚の副固定電極F1〜F8の形状および配置のバリエーションを述べる。
以上、副容量素子の形状および配置のバリエーションとして、2通りの変形例を述べたが、本発明を実施する上で、副容量素子の形状および配置のバリエーションは、この他にも様々なものを採用することができる。
本発明に係る力検出装置では、受力体にX軸まわりのモーメントMxが作用した場合に、第i番目(i=1〜4)の主容量素子に生じる静電容量値の変化分±δの絶対値と、第i番目の副容量素子に生じる静電容量値の変化分±εの絶対値とが等しくなるような設定を行い、また、受力体にY軸まわりのモーメントMyが作用した場合に、第j番目(j=5〜8)の主容量素子に生じる静電容量値の変化分±δの絶対値と、第j番目の副容量素子に生じる静電容量値の変化分±εの絶対値とが等しくなるような設定を行うことになる。
11:第1の柱状体
12:第2の柱状体
13:第3の柱状体
14:第4の柱状体
20:支持基板
21:第1のセンサ
22:第2のセンサ
23:第3のセンサ
24:第4のセンサ
30:検出回路
100:受力体
110:円柱突起部
115:上端側肉薄部
120:円柱突起部
125:上端側肉薄部
130:円柱突起部
135:上端側肉薄部
140:円柱突起部
145:上端側肉薄部
200:中間体
210:円柱突起部
215:下端側肉薄部
220:円柱突起部
225:下端側肉薄部
230:円柱突起部
235:下端側肉薄部
240:円柱突起部
245:下端側肉薄部
250:制御壁
260:制御壁
300:支持基板
400:測定用治具
410:接続部
420:上蓋部
430:側壁部
440:フランジ部
A1〜A4:電極配置領域
B1〜B8:ボンディングパッド
C1〜C8:主容量素子/主容量素子の静電容量値
D1〜D8:副容量素子/副容量素子の静電容量値
d1〜d3:空隙寸法
E1〜E8:主容量素子を構成する電極
F1〜F8:副容量素子を構成する電極
Fx:X軸方向の力
Fy:Y軸方向の力
Fz:Z軸方向の力
fz:支持基板に対して作用する引っ張り力/押圧力
G11〜G34:溝部
Mx: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
O′:補助座標系の原点
P1〜P3:作用点
Q1〜Q4:中心軸
r1,r2:原点から作用点までの長さ
S1〜S4:力センサ
T1〜T4:柱状体
V(Mx):モーメントMxの検出値
V(Fy):力Fyの検出値
XYZ:検出対象となる力を定義するための三次元座標系
X′Y′Z′:受力体の中心位置に原点をもつ補助座標系
X2,X4:X軸に平行な参照軸
Δ:主容量素子の静電容量値の変化分
δ:主容量素子の静電容量値の変化分(他軸干渉成分)
ε:副容量素子の静電容量値の変化分
θ1,θ2:柱状体11,12の傾斜角
Claims (23)
- 支持基板と、この支持基板の上方に配置された受力体と、前記支持基板と前記受力体とを接続するための4本の柱状体と、を備え、前記支持基板を固定した状態において、前記受力体に作用した力を検出する力検出装置であって、
前記4本の柱状体の各上端は、可撓性をもった部材を介して前記受力体に接続されており、前記4本の柱状体の各下端には、それぞれ可撓性をもった下端側肉薄部が接続されており、
前記下端側肉薄部は、前記支持基板の上面から所定距離をおいた上方位置に前記支持基板の上面に対して平行に配置されるように、その周囲が台座を介して前記支持基板に接続され、その上面中心部が前記柱状体の下端に接続されており、
XY平面が、前記支持基板の上面もしくはその上方に、前記支持基板の上面に対して平行となるように位置し、上方を正とし下方を負とするZ軸が前記支持基板の上面のほぼ中心位置を通るように、XYZ三次元座標系を定義したときに、
前記4本の柱状体は、その中心軸がいずれもZ軸に平行になるように配置されており、第1の柱状体は、その中心軸がX軸の正の部分に交差する位置に配置され、第2の柱状体は、その中心軸がX軸の負の部分に交差する位置に配置され、第3の柱状体は、その中心軸がY軸の正の部分に交差する位置に配置され、第4の柱状体は、その中心軸がY軸の負の部分に交差する位置に配置され、
前記第1の柱状体の下端側肉薄部とこれに対向する前記支持基板の上面とによって挟まれた空間内に、一方の電極が下端側肉薄部の下面に形成され、他方の電極が前記支持基板の上面に形成された複数の容量素子からなる第1のセンサが配置され、
前記第2の柱状体の下端側肉薄部とこれに対向する前記支持基板の上面とによって挟まれた空間内に、一方の電極が下端側肉薄部の下面に形成され、他方の電極が前記支持基板の上面に形成された複数の容量素子からなる第2のセンサが配置され、
前記第3の柱状体の下端側肉薄部とこれに対向する前記支持基板の上面とによって挟まれた空間内に、一方の電極が下端側肉薄部の下面に形成され、他方の電極が前記支持基板の上面に形成された複数の容量素子からなる第3のセンサが配置され、
前記第4の柱状体の下端側肉薄部とこれに対向する前記支持基板の上面とによって挟まれた空間内に、一方の電極が下端側肉薄部の下面に形成され、他方の電極が前記支持基板の上面に形成された複数の容量素子からなる第4のセンサが配置され、
前記第1のセンサは、XY座標系の第1象限に位置する第1の主容量素子と、XY座標系の第4象限に位置する第2の主容量素子と、を有し、
前記第2のセンサは、XY座標系の第2象限に位置する第3の主容量素子と、XY座標系の第3象限に位置する第4の主容量素子と、を有し、
前記第3のセンサは、第2の副容量素子と、第4の副容量素子と、を有し、
前記第4のセンサは、第1の副容量素子と、第3の副容量素子と、を有し、
前記各容量素子の静電容量値に基づいて、前記受力体に作用した力の所定方向成分を検出する検出回路を更に備え、
前記受力体にX軸まわりのモーメントMxが作用した場合に、前記第1の主容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値と、前記第1の副容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値とが等しくなり、前記第2の主容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値と、前記第2の副容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値とが等しくなり、前記第3の主容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値と、前記第3の副容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値とが等しくなり、前記第4の主容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値と、前記第4の副容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値とが等しくなるように、各容量素子が構成され、
前記検出回路が、前記第1の主容量素子の静電容量値をC1、前記第1の副容量素子の静電容量値をD1、前記第2の主容量素子の静電容量値をC2、前記第2の副容量素子の静電容量値をD2、前記第3の主容量素子の静電容量値をC3、前記第3の副容量素子の静電容量値をD3、前記第4の主容量素子の静電容量値をC4、前記第4の副容量素子の静電容量値をD4としたときに、前記受力体に作用した力のY軸方向成分Fyを、
Fy=(C1+D1)−(C2+D2)+(C3+D3)−(C4+D4)
なる演算式を利用して求めることを特徴とする力検出装置。 - 請求項1に記載の力検出装置において、
検出回路が、更に、受力体に作用した力のY軸まわりのモーメント成分Myを、
My=(C1+D1)+(C2+D2)−(C3+D3)−(C4+D4)
なる演算式を利用して求めることを特徴とする力検出装置。 - 請求項1または2に記載の力検出装置において、
検出回路が、更に、受力体に作用した力のZ軸方向成分Fzを、
Fz=−((C1+D1)+(C2+D2)+(C3+D3)+(C4+D4))
なる演算式を利用して求めることを特徴とする力検出装置。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の力検出装置において、
第1の主容量素子と第1の副容量素子とを相互に並列接続するための配線と、第2の主容量素子と第2の副容量素子とを相互に並列接続するための配線と、第3の主容量素子と第3の副容量素子とを相互に並列接続するための配線と、第4の主容量素子と第4の副容量素子とを相互に並列接続するための配線と、を更に備え、
検出回路が、前記第1の主容量素子と前記第1の副容量素子との並列接続によって構成される合成容量素子の静電容量値を「C1+D1」の値として用い、前記第2の主容量素子と前記第2の副容量素子との並列接続によって構成される合成容量素子の静電容量値を「C2+D2」の値として用い、前記第3の主容量素子と前記第3の副容量素子との並列接続によって構成される合成容量素子の静電容量値を「C3+D3」の値として用い、前記第4の主容量素子と前記第4の副容量素子との並列接続によって構成される合成容量素子の静電容量値を「C4+D4」の値として用いることを特徴とする力検出装置。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の力検出装置において、
各下端側肉薄部が導電性材料によって構成されており、この下端側肉薄部自身が、同一のセンサを構成する複数の容量素子についての共通電極として機能することを特徴とする力検出装置。 - 請求項5に記載の力検出装置において、
第1〜第4の主容量素子を構成する支持基板側の4枚の電極が、同一形状および同一サイズの電極によって構成されており、かつ、これら4枚の電極配置パターンが、XZ平面およびYZ平面の双方に関して、面対称になっていることを特徴とする力検出装置。 - 支持基板と、この支持基板の上方に配置された受力体と、前記支持基板と前記受力体とを接続するための4本の柱状体と、を備え、前記支持基板を固定した状態において、前記受力体に作用した力を検出する力検出装置であって、
前記4本の柱状体の各上端は、可撓性をもった部材を介して前記受力体に接続されており、前記4本の柱状体の各下端には、それぞれ可撓性をもった下端側肉薄部が接続されており、
前記下端側肉薄部は、前記支持基板の上面から所定距離をおいた上方位置に前記支持基板の上面に対して平行に配置されるように、その周囲が台座を介して前記支持基板に接続され、その上面中心部が前記柱状体の下端に接続されており、
XY平面が、前記支持基板の上面もしくはその上方に、前記支持基板の上面に対して平行となるように位置し、上方を正とし下方を負とするZ軸が前記支持基板の上面のほぼ中心位置を通るように、XYZ三次元座標系を定義したときに、
前記4本の柱状体は、その中心軸がいずれもZ軸に平行になるように配置されており、第1の柱状体は、その中心軸がX軸の正の部分に交差する位置に配置され、第2の柱状体は、その中心軸がX軸の負の部分に交差する位置に配置され、第3の柱状体は、その中心軸がY軸の正の部分に交差する位置に配置され、第4の柱状体は、その中心軸がY軸の負の部分に交差する位置に配置され、
前記第1の柱状体の下端側肉薄部とこれに対向する前記支持基板の上面とによって挟まれた空間内に、一方の電極が下端側肉薄部の下面に形成され、他方の電極が前記支持基板の上面に形成された複数の容量素子からなる第1のセンサが配置され、
前記第2の柱状体の下端側肉薄部とこれに対向する前記支持基板の上面とによって挟まれた空間内に、一方の電極が下端側肉薄部の下面に形成され、他方の電極が前記支持基板の上面に形成された複数の容量素子からなる第2のセンサが配置され、
前記第3の柱状体の下端側肉薄部とこれに対向する前記支持基板の上面とによって挟まれた空間内に、一方の電極が下端側肉薄部の下面に形成され、他方の電極が前記支持基板の上面に形成された複数の容量素子からなる第3のセンサが配置され、
前記第4の柱状体の下端側肉薄部とこれに対向する前記支持基板の上面とによって挟まれた空間内に、一方の電極が下端側肉薄部の下面に形成され、他方の電極が前記支持基板の上面に形成された複数の容量素子からなる第4のセンサが配置され、
前記第1のセンサは、XY座標系の第1象限に位置する第1の主容量素子と、XY座標系の第4象限に位置する第2の主容量素子と、第6の副容量素子と、第8の副容量素子と、を有し、
前記第2のセンサは、XY座標系の第2象限に位置する第3の主容量素子と、XY座標系の第3象限に位置する第4の主容量素子と、第5の副容量素子と、第7の副容量素子と、を有し、
前記第3のセンサは、XY座標系の第1象限に位置する第5の主容量素子と、XY座標系の第2象限に位置する第6の主容量素子と、第2の副容量素子と、第4の副容量素子と、を有し、
前記第4のセンサは、XY座標系の第4象限に位置する第7の主容量素子と、XY座標系の第3象限に位置する第8の主容量素子と、第1の副容量素子と、第3の副容量素子と、を有し、
前記各容量素子の静電容量値に基づいて、前記受力体に作用した力の所定方向成分を検出する検出回路を更に備え、
前記受力体にX軸まわりのモーメントMxが作用した場合に、前記第1の主容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値と、前記第1の副容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値とが等しくなり、前記第2の主容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値と、前記第2の副容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値とが等しくなり、前記第3の主容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値と、前記第3の副容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値とが等しくなり、前記第4の主容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値と、前記第4の副容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値とが等しくなり、
前記受力体にY軸まわりのモーメントMyが作用した場合に、前記第5の主容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値と、前記第5の副容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値とが等しくなり、前記第6の主容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値と、前記第6の副容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値とが等しくなり、前記第7の主容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値と、前記第7の副容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値とが等しくなり、前記第8の主容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値と、前記第8の副容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値とが等しくなるように、各容量素子が構成され、
前記検出回路が、前記第1の主容量素子の静電容量値をC1、前記第1の副容量素子の静電容量値をD1、前記第2の主容量素子の静電容量値をC2、前記第2の副容量素子の静電容量値をD2、前記第3の主容量素子の静電容量値をC3、前記第3の副容量素子の静電容量値をD3、前記第4の主容量素子の静電容量値をC4、前記第4の副容量素子の静電容量値をD4、前記第5の主容量素子の静電容量値をC5、前記第5の副容量素子の静電容量値をD5、前記第6の主容量素子の静電容量値をC6、前記第6の副容量素子の静電容量値をD6、前記第7の主容量素子の静電容量値をC7、前記第7の副容量素子の静電容量値をD7、前記第8の主容量素子の静電容量値をC8、前記第8の副容量素子の静電容量値をD8、としたときに、
前記受力体に作用した力のY軸方向成分Fyを、
Fy=(C1+D1)−(C2+D2)+(C3+D3)−(C4+D4)
なる演算式を利用して求め、
前記受力体に作用した力のX軸方向成分Fxを、
Fx=(C5+D5)−(C6+D6)+(C7+D7)−(C8+D8)
なる演算式を利用して求めることを特徴とする力検出装置。 - 請求項7に記載の力検出装置において、
検出回路が、更に、受力体に作用した力のY軸まわりのモーメント成分Myを、
My=(C1+D1)+(C2+D2)−(C3+D3)−(C4+D4)
なる演算式を利用して求め、受力体に作用した力のX軸まわりのモーメント成分Mxを、
Mx=−(C5+D5)−(C6+D6)+(C7+D7)+(C8+D8)
なる演算式を利用して求めることを特徴とする力検出装置。 - 請求項7または8に記載の力検出装置において、
検出回路が、更に、受力体に作用した力のZ軸方向成分Fzを、
Fz=−((C1+D1)+(C2+D2)+(C3+D3)+(C4+D4)+(C5+D5)+(C6+D6)+(C7+D7)+(C8+D8))
なる演算式を利用して求めることを特徴とする力検出装置。 - 請求項7〜9のいずれかに記載の力検出装置において、
検出回路が、更に、受力体に作用した力のZ軸まわりのモーメント成分Mzを、
Mz=(C1+D1)−(C2+D2)−(C3+D3)+(C4+D4)−(C5+D5)+(C6+D6)+(C7+D7)−(C8+D8)
なる演算式を利用して求めることを特徴とする力検出装置。 - 請求項7〜10のいずれかに記載の力検出装置において、
第1の主容量素子と第1の副容量素子とを相互に並列接続するための配線と、第2の主容量素子と第2の副容量素子とを相互に並列接続するための配線と、第3の主容量素子と第3の副容量素子とを相互に並列接続するための配線と、第4の主容量素子と第4の副容量素子とを相互に並列接続するための配線と、第5の主容量素子と第5の副容量素子とを相互に並列接続するための配線と、第6の主容量素子と第6の副容量素子とを相互に並列接続するための配線と、第7の主容量素子と第7の副容量素子とを相互に並列接続するための配線と、第8の主容量素子と第8の副容量素子とを相互に並列接続するための配線と、を更に備え、
検出回路が、前記第1の主容量素子と前記第1の副容量素子との並列接続によって構成される合成容量素子の静電容量値を「C1+D1」の値として用い、前記第2の主容量素子と前記第2の副容量素子との並列接続によって構成される合成容量素子の静電容量値を「C2+D2」の値として用い、前記第3の主容量素子と前記第3の副容量素子との並列接続によって構成される合成容量素子の静電容量値を「C3+D3」の値として用い、前記第4の主容量素子と前記第4の副容量素子との並列接続によって構成される合成容量素子の静電容量値を「C4+D4」の値として用い、前記第5の主容量素子と前記第5の副容量素子との並列接続によって構成される合成容量素子の静電容量値を「C5+D5」の値として用い、前記第6の主容量素子と前記第6の副容量素子との並列接続によって構成される合成容量素子の静電容量値を「C6+D6」の値として用い、前記第7の主容量素子と前記第7の副容量素子との並列接続によって構成される合成容量素子の静電容量値を「C7+D7」の値として用い、前記第8の主容量素子と前記第8の副容量素子との並列接続によって構成される合成容量素子の静電容量値を「C8+D8」の値として用いることを特徴とする力検出装置。 - 請求項7〜11のいずれかに記載の力検出装置において、
4本の柱状体が、同一形状および同一サイズの構造体によって構成されており、かつ、これら4本の柱状体の配置パターンが、XZ平面およびYZ平面の双方に関して、面対称になっていることを特徴とする力検出装置。 - 請求項12に記載の力検出装置において、
各下端側肉薄部が導電性材料によって構成されており、この下端側肉薄部自身が、同一のセンサを構成する複数の容量素子についての共通電極として機能することを特徴とする力検出装置。 - 請求項13に記載の力検出装置において、
第1〜第8の主容量素子を構成する支持基板側の8枚の電極が、同一形状および同一サイズの電極によって構成されており、かつ、これら8枚の電極の配置パターンが、XZ平面およびYZ平面の双方に関して、面対称になっていることを特徴とする力検出装置。 - 請求項14に記載の力検出装置において、
第1および第2の主容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極が、第1の柱状体の中心軸を中心にして配置された第1の環状帯をX軸に沿って切断して得られる2枚の電極によって構成され、
第3および第4の主容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極が、第2の柱状体の中心軸を中心にして配置された第2の環状帯をX軸に沿って切断して得られる2枚の電極によって構成され、
第5および第6の主容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極が、第3の柱状体の中心軸を中心にして配置された第3の環状帯をY軸に沿って切断して得られる2枚の電極によって構成され、
第7および第8の主容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極が、第4の柱状体の中心軸を中心にして配置された第4の環状帯をY軸に沿って切断して得られる2枚の電極によって構成され、
第6および第8の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極が、前記第1の環状帯によって囲まれた内側領域に配置され、
第5および第7の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極が、前記第2の環状帯によって囲まれた内側領域に配置され、
第2および第4の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極が、前記第3の環状帯によって囲まれた内側領域に配置され、
第1および第3の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極が、前記第4の環状帯によって囲まれた内側領域に配置されていることを特徴とする力検出装置。 - 請求項15に記載の力検出装置において、
各柱状体が円柱状構造体からなり、各下端側肉薄部が円盤状構造体からなり、各環状帯が円環状構造体からなることを特徴とする力検出装置。 - 請求項16に記載の力検出装置において、
第6および第8の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極のうち、一方が環状の形状をなす電極によって構成され、他方がその内側領域に配置された電極によって構成され、
第5および第7の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極のうち、一方が環状の形状をなす電極によって構成され、他方がその内側領域に配置された電極によって構成され、
第2および第4の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極のうち、一方が環状の形状をなす電極によって構成され、他方がその内側領域に配置された電極によって構成され、
第1および第3の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極のうち、一方が環状の形状をなす電極によって構成され、他方がその内側領域に配置された電極によって構成されていることを特徴とする力検出装置。 - 請求項16に記載の力検出装置において、
第6および第8の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極が、第1の柱状体の中心軸を中心として配置された円盤を、X軸に沿って切断して得られる2枚の半円状電極によって構成され、
第5および第7の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極が、第2の柱状体の中心軸を中心として配置された円盤を、X軸に沿って切断して得られる2枚の半円状電極によって構成され、
第2および第4の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極が、第3の柱状体の中心軸を中心として配置された円盤を、Y軸に沿って切断して得られる2枚の半円状電極によって構成され、
第1および第3の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極が、第4の柱状体の中心軸を中心として配置された円盤を、Y軸に沿って切断して得られる2枚の半円状電極によって構成されていることを特徴とする力検出装置。 - 請求項16に記載の力検出装置において、
第6および第8の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極が、第1の柱状体の中心軸を中心として配置された円盤を、その中心点を通りY軸に平行な参照軸に沿って切断して得られる2枚の半円状電極によって構成され、
第5および第7の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極が、第2の柱状体の中心軸を中心として配置された円盤を、その中心点を通りY軸に平行な参照軸に沿って切断して得られる2枚の半円状電極によって構成され、
第2および第4の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極が、第3の柱状体の中心軸を中心として配置された円盤を、その中心点を通りX軸に平行な参照軸に沿って切断して得られる2枚の半円状電極によって構成され、
第1および第3の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極が、第4の柱状体の中心軸を中心として配置された円盤を、その中心点を通りX軸に平行な参照軸に沿って切断して得られる2枚の半円状電極によって構成されていることを特徴とする力検出装置。 - 請求項14〜16のいずれかに記載の力検出装置において、
第6および第8の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極がいずれも、第1の柱状体の中心軸を含みYZ平面に平行な参照面と、XZ平面と、の双方に関して、面対称となる形状をなし、
第5および第7の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極がいずれも、第2の柱状体の中心軸を含みYZ平面に平行な参照面と、XZ平面と、の双方に関して、面対称となる形状をなし、
第2および第4の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極がいずれも、第3の柱状体の中心軸を含みXZ平面に平行な参照面と、YZ平面と、の双方に関して、面対称となる形状をなし、
第1および第3の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極がいずれも、第4の柱状体の中心軸を含みXZ平面に平行な参照面と、YZ平面と、の双方に関して、面対称となる形状をなすことを特徴とする力検出装置。 - 請求項14〜16のいずれかに記載の力検出装置において、
第6および第8の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極がいずれも、第1の柱状体の中心軸を含みYZ平面に平行な参照面に関して、面対称となる形状をなし、
第5および第7の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極がいずれも、第2の柱状体の中心軸を含みYZ平面に平行な参照面に関して、面対称となる形状をなし、
第2および第4の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極がいずれも、第3の柱状体の中心軸を含みXZ平面に平行な参照面に関して、面対称となる形状をなし、
第1および第3の副容量素子を構成する支持基板側の2枚の電極がいずれも、第4の柱状体の中心軸を含みXZ平面に平行な参照面に関して、面対称となる形状をなすことを特徴とする力検出装置。 - 請求項1〜21のいずれかに記載の力検出装置において、
主容量素子を構成する電極の面積と、これに対応する副容量素子を構成する電極の面積との比が、受力体にX軸まわりのモーメントMxもしくはY軸まわりのモーメントMyが作用した場合に、前記主容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値と、前記副容量素子に生じる静電容量値の変化分の絶対値とが等しくなるような面積比に設定されていることを特徴とする力検出装置。 - 請求項1〜22のいずれかに記載の力検出装置において、
4本の柱状体の各上端を受力体に接続するための可撓性をもった部材として、その周囲が前記受力体に接続され、その下面中心部が前記柱状体の上端に接続された上端側肉薄部が設けられていることを特徴とする力検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009081310A JP5277038B2 (ja) | 2009-03-30 | 2009-03-30 | 力検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009081310A JP5277038B2 (ja) | 2009-03-30 | 2009-03-30 | 力検出装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010230631A true JP2010230631A (ja) | 2010-10-14 |
JP5277038B2 JP5277038B2 (ja) | 2013-08-28 |
Family
ID=43046594
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009081310A Expired - Fee Related JP5277038B2 (ja) | 2009-03-30 | 2009-03-30 | 力検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5277038B2 (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2390635A1 (en) | 2010-05-25 | 2011-11-30 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Device for measuring the weight of a sheet-like article, sheet processing device including this weight measuring device and method for measuring the weight of a sheet-like article |
US9127996B2 (en) | 2012-03-09 | 2015-09-08 | Seiko Epson Corporation | Sensor module, force detecting device, and robot |
JP2020034578A (ja) * | 2019-11-28 | 2020-03-05 | ファナック株式会社 | 変位検出方式の力検出構造及び力センサ |
US10732056B2 (en) | 2016-06-09 | 2020-08-04 | Tri-Force Management Corporation | Force sensor |
CN114112158A (zh) * | 2021-12-02 | 2022-03-01 | 华北水利水电大学 | 一种约束并联式三维力/力矩传感器 |
JP7370114B1 (ja) | 2022-11-04 | 2023-10-27 | 株式会社トライフォース・マネジメント | 個別力覚センサおよび力覚センサ |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004325367A (ja) * | 2003-04-28 | 2004-11-18 | Wacoh Corp | 力検出装置 |
JP2008096229A (ja) * | 2006-10-11 | 2008-04-24 | Nitta Ind Corp | 静電容量式センサ |
JP3144757U (ja) * | 2008-06-30 | 2008-09-11 | 株式会社ワコー | 力覚センサ |
JP2008241448A (ja) * | 2007-03-27 | 2008-10-09 | Nitta Ind Corp | センサ駆動回路 |
-
2009
- 2009-03-30 JP JP2009081310A patent/JP5277038B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004325367A (ja) * | 2003-04-28 | 2004-11-18 | Wacoh Corp | 力検出装置 |
JP2008096229A (ja) * | 2006-10-11 | 2008-04-24 | Nitta Ind Corp | 静電容量式センサ |
JP2008241448A (ja) * | 2007-03-27 | 2008-10-09 | Nitta Ind Corp | センサ駆動回路 |
JP3144757U (ja) * | 2008-06-30 | 2008-09-11 | 株式会社ワコー | 力覚センサ |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2390635A1 (en) | 2010-05-25 | 2011-11-30 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Device for measuring the weight of a sheet-like article, sheet processing device including this weight measuring device and method for measuring the weight of a sheet-like article |
US9127996B2 (en) | 2012-03-09 | 2015-09-08 | Seiko Epson Corporation | Sensor module, force detecting device, and robot |
US10732056B2 (en) | 2016-06-09 | 2020-08-04 | Tri-Force Management Corporation | Force sensor |
JP2020034578A (ja) * | 2019-11-28 | 2020-03-05 | ファナック株式会社 | 変位検出方式の力検出構造及び力センサ |
JP7021174B2 (ja) | 2019-11-28 | 2022-02-16 | ファナック株式会社 | 変位検出方式の力検出構造及び力センサ |
CN114112158A (zh) * | 2021-12-02 | 2022-03-01 | 华北水利水电大学 | 一种约束并联式三维力/力矩传感器 |
CN114112158B (zh) * | 2021-12-02 | 2023-11-21 | 华北水利水电大学 | 一种约束并联式三维力/力矩传感器 |
JP7370114B1 (ja) | 2022-11-04 | 2023-10-27 | 株式会社トライフォース・マネジメント | 個別力覚センサおよび力覚センサ |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5277038B2 (ja) | 2013-08-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6092326B2 (ja) | トルクセンサ | |
JP5568768B2 (ja) | 力検出装置 | |
JP5497969B1 (ja) | 力覚センサ | |
JP5277038B2 (ja) | 力検出装置 | |
JP6053247B1 (ja) | 力覚センサ | |
JP5687384B1 (ja) | 力覚センサ | |
JP2004354049A (ja) | 力検出装置 | |
JPH05118942A (ja) | 多次元方向に関する力・加速度・磁気の検出装置 | |
JP6626074B2 (ja) | 変位検出方式の力検出構造及び力センサ | |
JP6771794B1 (ja) | 力覚センサ | |
JP6713151B2 (ja) | 力覚センサ | |
JP5248182B2 (ja) | 力検出装置 | |
JP2021135279A (ja) | 力覚センサ | |
US20200256750A1 (en) | Force sensor | |
JP6293246B2 (ja) | 力覚センサ | |
JP6865982B2 (ja) | 力覚センサ | |
JP2021135284A (ja) | 力覚センサ | |
JP6058858B1 (ja) | 加速度センサ | |
JP6010678B1 (ja) | 加速度センサ | |
JP6910693B2 (ja) | 力覚センサ | |
JP6887711B1 (ja) | 力覚センサ | |
WO2021176964A1 (ja) | 力覚センサ | |
JP3172413U (ja) | 力覚センサ | |
JP3020829B2 (ja) | 多次元方向に関する力・加速度・磁気の検出装置 | |
JP2020034578A (ja) | 変位検出方式の力検出構造及び力センサ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20111215 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130514 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130515 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130520 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5277038 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |