JP2020071189A - 力検出器、力検出器を備えたアームロボット及び力検出器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】検出誤差及び校正作業時間を低減した力検出器を提供することを課題としている。【解決手段】力が加えられる力点部１ｂと、力が作用する作用部１ａと、力点部１ｂ及び作用部１ａの中間で弾性変形する略柱形状の起歪部１ｊと、作用部１ａに作用する力を検出する力検出手段と、を備えた力検出器であって、力検出手段は、少なくとも１つ以上の単一の絶縁された基材５上に、力点部１ｂから作用部１ａへの方向に所定の間隔で感歪抵抗体を複数有して起歪部１ｊに形成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、力やモーメントの測定が可能な力検出器及びその製造方法に関するものである。

従来から、力検出器の例として、シリアルリンクのロボットのアームの先端のエンドエフェクタ近傍に配置されて、エンドエフェクタに作用する３軸方向の力と３軸回りのモーメントを検出する６分力検出器が公知である。

例えば、特許文献１に開示されているように、力を受けて弾性変形する中空円柱状の起歪部の外周面に感歪抵抗体を複数添着して、これらの各感歪抵抗体で検出される歪み量から起歪部に加えられた力による各軸方向の力と各軸のモーメントを演算して求める６分力検出器が公知である。

特開２０１６−０５７２６５公報

このような力検出器において、感歪抵抗体を多数添着する際にその位置精度の確保が難しく、感歪抵抗体の位置の誤差により検出値がずれるという課題があった。例えば、起歪部の円柱径方向の軸に作用する力を検出する場合、起歪部の円柱軸方向に並んで複数の感歪抵抗体を添着することで、この力検出器の力の作用点からの軸方向の距離に応じた歪みを検出でき、それぞれの値から力の分布の傾きを得て、力の作用点と感歪抵抗体との予め設定された距離から、作用点における力の値を演算して求めることができる。しかしながらこの力の作用点と各感歪抵抗体との距離を設計値に対して誤差なく添着することは非常に困難である。ゆえに各感歪抵抗体の添着後にこの誤差を校正するために、多大な作業時間を費やす必要があった。

このような問題に鑑みて、本発明は、検出誤差及び校正作業時間を低減した力検出器及びその製造方法を提供することを目的としている。

請求項１に記載の力検出器は、上記の目的を達成するために、
力が加えられる力点部と、力が作用する作用部と、力点部及び作用部の中間で弾性変形する起歪部と、作用部に作用する力を検出する力検出手段と、を備えた力検出器であって、
力検出手段は、少なくとも１つ以上の単一の絶縁された基材上に、力点部から作用部への方向に所定の間隔で複数の感歪抵抗体を有して起歪部に形成されている。

請求項２に記載の力検出器は、上記の目的を達成するために、
力検出手段は、
作用部の支点から力点部へ伸びる軸に垂直に交差して作用する力を検出するように構成されている。

請求項３に記載の力検出器は、上記の目的を達成するために、
力検出手段は、
作用部の支点から力点部へ伸びる軸に垂直に交差する軸を中心とする回転モーメントを検出するように構成されている。

請求項４に記載の力検出器は、上記の目的を達成するために、
力検出手段は、導体層が積層された基材を起歪部に添着した後、導体層の一部を除去して形成された感歪抵抗体を含んでいる。

請求項５に記載の力検出器は、上記の目的を達成するために、
力検出手段は、基材を起歪部に添着し、さらに基材に導体層を積層し、次いで導体層の一部を除去して形成された感歪抵抗体を含んでいる。

請求項６に記載の力検出器は、上記の目的を達成するために、
感歪抵抗体が、レーザ光の照射によって直接描画されて形成されたもので構成されている。

請求項７に記載のアームロボットは、
請求項１から６のいずれか一項に記載の力検出器を備えている。

請求項８に記載の力検出器の製造方法は、上記の目的を達成するために、
力が加えられる力点部と、力が作用する作用部と、力点部及び作用部の中間で弾性変形する起歪部と、作用部に作用する力を検出する力検出手段と、を備えた力検出器の製造方法であって、
力検出手段は、
導体層を積層した基材を起歪部に接着剤を介して添着する工程と、
導体層の所定の位置にレーザ光を照射して導体層の一部を除去して感歪抵抗体を形成する感歪抵抗体形成工程と、 によって形成される。

請求項９に記載の力検出器の製造方法は、上記の目的を達成するために、
力が加えられる力点部と、力が作用する作用部と、力点部及び作用部の中間で弾性変形する起歪部と、作用部に作用する力を検出する力検出手段と、を備えた力検出器の製造方法であって、
力検出手段は、
絶縁された基材を起歪部に添着若しくは塗布により形成する工程と、
導体層を基材に積層する工程と、
導体層の所定の位置にレーザ光を照射して導体層の一部を除去して感歪抵抗体を形成する感歪抵抗体形成工程と、によって形成される。

請求項１０に記載の力検出器の製造方法は、上記の目的を達成するために、
感歪抵抗体形成工程は、起歪部若しくは起歪部の近傍に設けられたマーカーを画像撮影部にて読み込んで画像処理を行い、感歪抵抗体の形成の予定位置を演算する工程を含んでいる。

本発明によれば、検出誤差及び校正作業時間を低減した力検出器及びその製造方法を提供できる。

本発明の力検出器を備えたアームロボットの斜視外観図である。 本発明の第１〜６の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体形成前の斜視外観図である。 本発明の第１の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体形成前の斜視外観図である。 本発明の第１の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体形成後の斜視外観図、平面図、正面図である。 本発明の第１の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体形成後の斜視外観透視図である。 本発明の第２の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体形成前の斜視外観図である。 本発明の第２の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体形成後の斜視外観図、平面図、正面図である。 本発明の第２の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体形成後の斜視外観透視図である。 本発明の第３の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体形成前の斜視外観図である。 本発明の第３の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体形成後の斜視外観図、平面図、正面図である。 本発明の第３の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体形成後の斜視外観透視図である。 本発明の第１〜３の実施形態に係る力検出器のホイートストンブリッジ回路図である。 本発明の第１〜３の実施形態に係る力検出器のホイートストンブリッジ回路図である。 本発明の第４の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体形成前の斜視外観図である。 本発明の第４の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体形成後の斜視外観図、平面図、正面図である。 本発明の第４の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体形成後の斜視外観透視図である。 本発明の第５の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体形成前の斜視外観図である。 本発明の第５の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体形成後の斜視外観図、平面図、正面図である。 本発明の第５の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体形成後の斜視外観透視図である。 本発明の第６の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体形成前の斜視外観図である。 本発明の第６の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体形成後の斜視外観図、平面図、正面図である。 本発明の第６の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体形成後の斜視外観透視図である。 本発明の第４〜６の実施形態に係る力検出器のホイートストンブリッジ回路図である。 本発明の第４〜６の実施形態に係る力検出器のホイートストンブリッジ回路図である。 従来の力検出器による歪みの検出状態を説明したグラフである。 本発明の第１〜６の実施形態に係る力検出器による歪みの検出状態を説明したグラフである。 本発明の第１〜６の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体の形成の装置システムの説明図である。 本発明の力検出器の製造における感歪抵抗体の形成の第１の方法に関するフローチャートである。 本発明の力検出器の製造における感歪抵抗体の形成の第２の方法に関するフローチャートである。

以下、本発明の力検出器について、図面を基に詳細な説明を行う。図１は本発明の力検出器を備えたアームロボットの斜視外観図である。

アームロボットは６個の関節Ｊ１〜Ｊ６を有していて、ロボットベース３上にて各関節Ｊ１〜Ｊ６はアームで連結されている。関節Ｊ１は全体を回転させる旋回軸である。関節Ｊ２は全体を前後に動かす前後軸である。関節Ｊ３はアームを上下させる上下軸である。関節Ｊ４はアームを回転させる手首旋回軸である。関節Ｊ５は手首を上下に振る手首曲げ軸である。関節Ｊ６は手首を回転させる手首回転軸である。そして手首の先端部にはエンドエフェクタ４が取り付けられている。また関節Ｊ３と関節Ｊ４の中間には力検出器１が配置されている。力検出器１の関節Ｊ３側には作用部１ａがあって関節Ｊ３と連結している。一方、力検出器１の関節Ｊ４側には力点部１ｂがあって関節Ｊ４と連結している。作用部１ａと力点部１ｂの中間には力を検出するための起歪部１ｊがあって、起歪部１ｊを外部から保護するためにカバー１ｈが設けられている。

図２は本発明の第１〜６の実施形態に係る力検出器共通の力検出器１の斜視外観図である。図２は力を検出する感歪抵抗体が形成される前の状態の起歪部１ｊを示している。

作用部１ａ及び力点部１ｂは、円柱面１ｃより大きな径の中空のフランジ形状であって、それぞれ接続用のネジ穴が半径方向に放射状に設けられている。なお本実施形態では作用部１ａ及び力点部１ｂの径及び軸方向の寸法は同一であるが、これに限るものではない。

平面１ｄ及び平面１ｅは、円柱面１ｃを平面で切断した面であって、円柱面１ｃの軸を中心として円周方向に９０度の角度でそれぞれ配置されている。図２ではあらわれないが、平面１ｄ及び平面１ｅに平行に対向する面が各１面ずつあって総計で４面の平面が形成されている。そして、作用部１ａと力点部１ｂは、円柱面１ｃ及び４つの平面と一体構造で形成されていて、例えばステンレス鋼で機械加工によって製作される。なお起歪部１ｊとは円柱面１ｃと４つの平面で構成されている部分を指す。

各平面には位置検出用の少なくとも２個以上のマーカーがそれぞれ離間して設けられている。各マーカーは力検出器１が製作される際に一緒に形成される。例えばマーカー２ａは作用部１ａ側の起歪部１ｊの平面１ｅ上に設けられている。またマーカー２ｂは力点部１ｂ側の起歪部１ｊの平面１ｅ上に設けられている。平面１ｄ上においても同様に、マーカー２ｃは作用部１ａ側に設けられ、マーカー２ｄは力点部１ｂ側に設けられている。なお各マーカーは、例えばドリルなどで加工された穴であるが、起歪部１ｊの各平面と関連して所定の位置を示すものであれば、形成方法及び配置位置はこれに限るものではない。各マーカーは、起歪部１ｊ若しくは起歪部１ｊの近傍に設けられることが好ましい。詳細は後述するが、この各マーカを画像撮影部を有する装置等で読み取って画像処理し、感歪抵抗体の所定位置を演算し、これに基づいて感歪抵抗体の例えば折り返しパターン等が形成される。

図３は本発明の第１の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体形成前の斜視外観図である。平面１ｄ及び平面１ｅと、図にはあらわれない平面１ｄ及び平面１ｅに対向した面と、にはそれぞれ基材５が添着されている。基材５は、例えば絶縁材上に導体箔若しくは導体膜を全面若しくは一部に積層したものである。絶縁材は例えばポリイミドのフィルムであり、導体は銅ニッケル合金やニッケルクロム合金等である。基材５は接着剤を介して起歪部１ｊに添着されている。なお力検出手段は、基材５、基材５上に設けられる感歪抵抗体及び不図示の配線等を含むものである。

図３に示すように、以下に示す実施形態の力検出器１における方向の設定は、作用部１ａの支点から力点部１ｂへ伸びる軸をｚ軸として、これに垂直に交差する面をｘｙ平面と定義している。

平面１ｅには、マーカー２ａ側からマーカー２ｂへ向かって順に、感歪抵抗体Ｆｙａ１用の基材５（Ｆｙａ１）と、感歪抵抗体Ｍｘａ１用及び感歪抵抗体Ｍｘａ２用の基材５（Ｍｘａ１、Ｍｘａ２）と、感歪抵抗体Ｆｚ５用の基材５（Ｆｚ５）と、感歪抵抗体Ｆｚ６用の基材５（Ｆｚ６）と、感歪抵抗体Ｆｙａ２用の基材５（Ｆｙａ２）と、が配置されている。

平面１ｄには、マーカー２ｃ側からマーカー２ｄへ向かって順に、感歪抵抗体Ｆｘａ１用の基材５（Ｆｘａ１）と、感歪抵抗体Ｍｙａ１用及び感歪抵抗体Ｍｙａ２用の基材５（Ｍｙａ１、Ｍｙａ２）と、感歪抵抗体Ｆｚ１用の基材５（Ｆｚ１）と、感歪抵抗体Ｆｚ２用の基材５（Ｆｚ２）と、感歪抵抗体用Ｍｚ１及び感歪抵抗体Ｍｚ２用の基材５（Ｍｚ１、Ｍｚ２）と、感歪抵抗体Ｆｘａ２用の基材５（Ｆｘａ２）と、が配置されている。

そして平面１ｅに平行に対向する図３にはあらわれない平面にも同様の構成で基材５が貼られている。平面１ｄに平行に対向する図３にはあらわれない平面においても同様の構成で基材５が貼られている。

図４は本発明の第１の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体形成後の図であって、図４（ａ）は斜視外観図、図４（ｂ）は平面図、図４（ｃ）は正面図である。

図４（ｃ）の平面１ｄにおいて、感歪抵抗体Ｆｘａ１と感歪抵抗体Ｆｘａ２はｘ方向の力成分を検出するものである。感歪抵抗体Ｆｘａ１と感歪抵抗体Ｆｘａ２は共に最大感度方向がｚ方向になるように配置された単軸の感歪抵抗体で折り返しのパターンを有している。感歪抵抗体Ｆｚ１と感歪抵抗体Ｆｚ２はｚ方向の力成分を検出するものである。感歪抵抗体Ｆｚ１は最大感度方向がｚ方向になるように配置された単軸の感歪抵抗体で同様に折り返しのパターンを有している。以下に説明する感歪抵抗体においても形状は折り返しのパターンとなっている。感歪抵抗体Ｆｚ２は最大感度方向が感歪抵抗体Ｆｚ１と垂直方向になるように配置された単軸の感歪抵抗体である。感歪抵抗体Ｍｙａ１と感歪抵抗体Ｍｙａ２は支点Ｓを中心とするｙ方向の回転モーメント成分を検出するものである。感歪抵抗体Ｍｙａ１と感歪抵抗体Ｍｙａ２は共に最大感度方向がｚ方向になるように配置された単軸の感歪抵抗体である。感歪抵抗体Ｍｚ１と感歪抵抗体Ｍｚ２は支点Ｓを中心とするｚ方向の回転モーメント成分を検出するものである。感歪抵抗体Ｍｚ１は最大感度方向がｚ方向と４５度の角度になるように配置された単軸の感歪抵抗体である。感歪抵抗体Ｍｚ２は最大感度方向が感歪抵抗体Ｍｚ１の最大感度方向と９０度の角度になるように配置された単軸の感歪抵抗体である。なお力及び回転モーメントの支点Ｓは図１の関節Ｊ３の中心であって、ｚ方向はこの起歪部１ｊの中心軸方向である。

図４（ｂ）の平面１ｅにおいて、感歪抵抗体Ｆｙａ１と感歪抵抗体Ｆｙａ２はｙ方向の力成分を検出するものである。感歪抵抗体Ｆｙａ１と感歪抵抗体Ｆｙａ２は共に最大感度方向がｚ方向になるように配置された単軸の感歪抵抗体である。感歪抵抗体Ｆｚ５と感歪抵抗体Ｆｚ６はｚ方向の力成分を検出するものである。感歪抵抗体Ｆｚ５は最大感度方向がｚ方向になるように配置された単軸の感歪抵抗体である。感歪抵抗体Ｆｚ６は最大感度方向が感歪抵抗体Ｆｚ５と垂直方向になるように配置された単軸の感歪抵抗体である。感歪抵抗体Ｍｘａ１と感歪抵抗体Ｍｘａ２は支点Ｓを中心とするｘ方向の回転モーメント成分を検出するものである。感歪抵抗体Ｍｘａ１と感歪抵抗体Ｍｘａ２は共に最大感度方向がｚ方向になるように配置された単軸の感歪抵抗体である。

図４（ｂ）及び図４（ｃ）を参照して感歪抵抗体の位置関係について説明する。感歪抵抗体Ｆｘａ１と感歪抵抗体Ｆｙａ１は、支点ＳからＬ１ｆの距離に予め定めた仮想中心があるように配置されている。そして感歪抵抗体Ｆｘａ２と感歪抵抗体Ｆｙａ２は、支点ＳからＬ２ｆの距離に各仮想中心があるように配置されている。したがって感歪抵抗体Ｆｘａ１と感歪抵抗体Ｆｘａ２との仮想中間距離Ｌｆ、感歪抵抗体Ｆｙａ１と感歪抵抗体Ｆｙａ２との仮想中間距離Ｌｆは同一となるように設けられている。

一方、感歪抵抗体Ｍｘａ１と感歪抵抗体Ｍｙａ１は、支点ＳからＬ１ｍの距離にその仮想中心があるように配置されている。そして感歪抵抗体Ｍｘａ２と感歪抵抗体Ｍｙａ２は、支点ＳからＬ２ｍの距離に各仮想中心があるように配置されている。したがって感歪抵抗体Ｍｘａ１と感歪抵抗体Ｍｘａ２との仮想中間距離Ｌｍ、感歪抵抗体Ｍｙａ１と感歪抵抗体Ｍｙａ２との仮想中間距離Ｌｍは同一となるように設けられている。

図５は本発明の第１の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体形成後の斜視外観透視図であって、図４（ａ）であらわれない、平面１ｄ及び平面１ｅにそれぞれ対向する平面側の感歪抵抗体を加えた配置を示している。

感歪抵抗体Ｆｘａ１に対向して設けられているのが感歪抵抗体Ｆｘａ３であって、感歪抵抗体Ｆｘａ２に対向して設けられているのが感歪抵抗体Ｆｘａ４である。感歪抵抗体Ｆｚ１に対向して設けられているのが感歪抵抗体Ｆｚ３であって、感歪抵抗体Ｆｚ２に対向して設けられているのが感歪抵抗体Ｆｚ４である。感歪抵抗体Ｍｘａ１に対向して設けられているのが感歪抵抗体Ｍｘａ３であって、感歪抵抗体Ｍｘａ２に対向して設けられているのが感歪抵抗体Ｍｘａ４である。感歪抵抗体Ｍｚ１に対向して設けられているのが感歪抵抗体Ｍｚ４であって、感歪抵抗体Ｍｚ２に対向して設けられているのが感歪抵抗体Ｍｚ３である。

一方、感歪抵抗体Ｆｙａ１に対向して設けられているのが感歪抵抗体Ｆｙａ３であって、感歪抵抗体Ｆｙａ２に対向して設けられているのが感歪抵抗体Ｆｙａ４である。感歪抵抗体Ｆｚ５に対向して設けられているのが感歪抵抗体Ｆｚ７であって、感歪抵抗体Ｆｚ６に対向して設けられているのが感歪抵抗体Ｆｚ８である。感歪抵抗体Ｍｙａ１に対向して設けられているのが感歪抵抗体Ｍｙａ３であって、感歪抵抗体Ｍｙａ２に対向して設けられているのが感歪抵抗体Ｍｙａ４である。

なお本実施形態では、感歪抵抗体Ｍｚ１〜感歪抵抗体Ｍｚ４は感歪抵抗体Ｆｘａ１〜感歪抵抗体Ｆｘａ４がある平面１ｄ及びこれに平行に対向する面の側に配置されているが、これに限らず感歪抵抗体Ｆｙａ１〜感歪抵抗体Ｆｙａ４がある平面１ｅ及びこれに平行に対向する面の側にあっても良い。

また第１の実施形態では、感歪抵抗体Ｍｘａ１〜Ｍｘａ４、感歪抵抗体Ｍｙａ１〜Ｍｙａ４及び感歪抵抗体Ｍｚ１〜Ｍｚ４を除いて、各感歪抵抗体は１個の基材５上に形成される。

図６は本発明の第２の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体形成前の斜視外観図である。平面１ｄ及び平面１ｅと、図６にはあらわれない平面１ｄ及び平面１ｅに対向した面と、にはそれぞれ基材５が貼られている。第２の実施形態では、第１の実施形態と比較して、基材５の数が少なく、隣り合う感歪抵抗体を１つの基材５上にまとめて形成したものである。

すなわち、平面１ｅには、マーカー２ａ側からマーカー２ｂへ向かって順に、感歪抵抗体Ｆｙａ１用、感歪抵抗体Ｍｘａ１及び感歪抵抗体Ｍｘａ２用の基材５（Ｆｙａ１、Ｍｘａ１、Ｍｘａ２）と、感歪抵抗体Ｆｚ５用及び感歪抵抗体Ｆｚ６用の基材５（Ｆｚ５、Ｆｚ６）と、感歪抵抗体Ｆｙａ２用の基材５（Ｆｙａ２）と、が配置されている。平面１ｄには、マーカー２ｃ側からマーカー２ｄへ向かって順に、感歪抵抗体Ｆｘａ１用、感歪抵抗体Ｍｙａ１用及び感歪抵抗体Ｍｙａ２用の基材５（Ｆｘａ１、Ｍｙａ１、Ｍｙａ２）と、感歪抵抗体Ｆｚ１用、感歪抵抗体Ｆｚ２用、感歪抵抗体Ｍｚ１及び感歪抵抗体Ｍｚ２用の基材５（Ｆｚ１、Ｆｚ２、Ｍｚ１、Ｍｚ２）と、感歪抵抗体Ｆｘａ２用の基材５（Ｆｘａ２）と、が配置されている。

図７は本発明の第２の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体形成後の図であって、図７（ａ）は斜視外観図、図７（ｂ）は平面図、図７（ｃ）は正面図である。

各感歪抵抗体の配置及びその位置は、基本的に第１の実施形態と同じものである。なお基材５（Ｆｚ１、Ｆｚ２、Ｍｚ１、Ｍｚ２）と基材５（Ｆｚ５、Ｆｚ６）は同じサイズの基材となっているがこれに限らない。本実施形態では、感歪抵抗体の形成前には平面ｄと平面ｅの区別をせず、選択したどちらの面にもｚ軸回りのモーメントの感歪抵抗体を形成ことができるように同一の寸法にしている。

図８は本発明の第２の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体形成後の斜視外観透視図であって、図７（ａ）であらわれない、平面１ｄ及び平面１ｅにそれぞれ対向する平面側の感歪抵抗体を加えた配置を示している。透視で表される感歪抵抗体の配置は第１の実施形態と同じものである。

図９は本発明の第３の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体形成前の斜視外観図である。平面１ｄ及び平面１ｅと、図９にはあらわれない平面１ｄ及び平面１ｅに対向した面と、にはそれぞれ基材５が貼られている。第３の実施形態では、第２の実施形態と比較して、さらに基材５の数を減らして、各平面に配置する全部の感歪抵抗体を１つの基材５上にまとめて配置したものである。

図１０は本発明の第３の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体形成後の図であって、図１０（ａ）は斜視外観図、図１０（ｂ）は平面図、図１０（ｃ）は正面図である。各感歪抵抗体の配置は、基本的に第１の実施形態と同じものである。なお基材５上には、感歪抵抗体の他に、不図示の配線用のパターンを形成しても良い。その場合は後述のホイートストンブリッジ回路を構成するための感歪抵抗体の接続端子は、結線に最適な場所に配置することが可能である。

図１１は本発明の第３の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体形成後の斜視外観透視図であって、図１０（ａ）であらわれない、平面１ｄ及び平面１ｅにそれぞれ対向する平面側の感歪抵抗体を加えた配置を示している。透視で表される感歪抵抗体の配置は第１の実施形態と同じものである。

図１２は、本発明の第１〜３の実施形態に係る力検出器の力成分のホイートストンブリッジ回路図である。図１２ではｘ方向の力成分のホイートストンブリッジ回路図を示している。感歪抵抗体Ｆｘａ１と感歪抵抗体Ｆｘａ４がホイートストンブリッジ回路では向かい合う辺に配置されている。また感歪抵抗体Ｆｘａ２と感歪抵抗体Ｆｘａ３がホイートストンブリッジ回路では向かい合う辺に配置されている。そして感歪抵抗体Ｆｘａ１と感歪抵抗体Ｆｘａ２がホイートストンブリッジ回路では隣り合う辺に、感歪抵抗体Ｆｘａ３と感歪抵抗体Ｆｘａ４がホイートストンブリッジ回路では隣り合う辺に、それぞれ配置されている。感歪抵抗体Ｆｘａ２と感歪抵抗体Ｆｘａ４との結線部Ｔ３に電源１０のプラス側、感歪抵抗体Ｆｘａ１と感歪抵抗体Ｆｘａ３との結線部Ｔ４に電源１０のマイナス側が接続されている。そして結線部Ｔ１と結線部Ｔ２との間の電位差を出力としている。結線部Ｔ１は感歪抵抗体Ｆｘａ１と感歪抵抗体Ｆｘａ２との中間部位であって、結線部Ｔ２は感歪抵抗体Ｆｘａ３と感歪抵抗体Ｆｘａ４との中間部位である。この結線部Ｔ１と結線部Ｔ２からの出力は増幅器１１ａにて増幅され、Ａ／Ｄコンバータ１２ａにてデジタル信号に変換され、ＣＰＵ１３にてこのデジタル信号が処理されてｘ方向の力の信号が生成される。

なお本発明の第１〜３の実施形態に係る力検出器のｙ方向の力成分に関しての説明は上記のｘ方向の説明と同じであるので省略する。

図１３は、本発明の第１〜３の実施形態に係る力検出器の回転モーメント成分のホイートストンブリッジ回路図である。図１３はｘ方向の回転モーメント成分のホイートストンブリッジ回路図を示している。感歪抵抗体Ｍｘａ１と感歪抵抗体Ｍｘａ２がホイートストンブリッジ回路では向かい合う辺に配置されている。また感歪抵抗体Ｍｘａ３と感歪抵抗体Ｍｘａ４がホイートストンブリッジ回路では向かい合う辺に配置されている。そして感歪抵抗体Ｍｘａ１と感歪抵抗体Ｍｘａ４がホイートストンブリッジ回路では隣り合う辺に、感歪抵抗体Ｍｘａ２と感歪抵抗体Ｍｘａ３がホイートストンブリッジ回路では隣り合う辺に、それぞれ配置されている。感歪抵抗体Ｍｘａ１と感歪抵抗体Ｍｘａ４との結線部Ｔ７に電源１０のプラス側、感歪抵抗体Ｍｘａ２と感歪抵抗体Ｍｘａ３との結線部Ｔ８に電源１０のマイナス側が接続されている。そして結線部Ｔ５と結線部Ｔ６との間の電位差を出力としている。結線部Ｔ５は感歪抵抗体Ｍｘａ２と感歪抵抗体Ｍｘａ４との中間箇所であって、結線部Ｔ６は感歪抵抗体Ｍｘａ１と感歪抵抗体Ｍｘａ３の中間箇所である。この結線部Ｔ５と結線部Ｔ６からの出力は増幅器１１ｂにて増幅され、Ａ／Ｄコンバータ１２ｂにてデジタル信号に変換され、ＣＰＵ１３にてこのデジタル信号が処理されてｘ方向の回転モーメントの信号が生成される。

なお本発明の第１〜３の実施形態に係る力検出器のｙ方向の回転モーメント成分に関しての説明は上記のｘ方向の説明と同じであるので省略する。

図１４は本発明の第４の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体形成前の斜視外観図である。平面１ｄ及び平面１ｅと、図１４にはあらわれない平面１ｄ及び平面１ｅに対向した面と、にはそれぞれ基材５が貼られている。第３の実施形態では、第１の実施形態と比較して、ｚ方向に関係した感歪抵抗体以外の力及び回転モーメントの感歪抵抗体の数が２倍となっている。

平面１ｅには、マーカー２ａ側からマーカー２ｂへ向かって順に、感歪抵抗体Ｆｙａ１用の基材５（Ｆｙａ１）と感歪抵抗体Ｆｙａ３用の基材５（Ｆｙａ３）とが並び、次に感歪抵抗体Ｍｙａ１及び感歪抵抗体Ｍｙａ２用の基材５（Ｍｙａ１、Ｍｙａ２）と感歪抵抗体Ｍｙａ３及び感歪抵抗体Ｍｙａ４用の基材５（Ｍｙａ３、Ｍｙａ４）とが並び、感歪抵抗体Ｆｚ５用の基材５（Ｆｚ５）と、感歪抵抗体Ｆｚ６用の基材５（Ｆｚ６）と、感歪抵抗体Ｆｙａ２用の基材５（Ｆｙａ２）と感歪抵抗体Ｆｙａ４用の基材５（Ｆｙａ４）とが並んで配置されている。

平面１ｄには、マーカー２ｃ側からマーカー２ｄへ向かって順に、感歪抵抗体Ｆｘａ１用の基材５（Ｆｘａ１）と感歪抵抗体Ｆｘａ３用の基材５（Ｆｘａ３）とが並び、次に感歪抵抗体Ｍｘａ１用及び感歪抵抗体Ｍｘａ２用の基材５（Ｍｘａ１、Ｍｘａ２）と感歪抵抗体Ｍｘａ３用及び感歪抵抗体Ｍｘａ４用の基材５（Ｍｘａ３、Ｍｘａ４）とが並び、感歪抵抗体Ｆｚ１用の基材５（Ｆｚ１）と、感歪抵抗体Ｆｚ２用の基材５（Ｆｚ２）と、感歪抵抗体用Ｍｚ１及び感歪抵抗体Ｍｚ２用の基材５（Ｍｚ１、Ｍｚ２）と、感歪抵抗体Ｆｘａ２用の基材５（Ｆｘａ２）と、感歪抵抗体Ｆｘａ４用の基材５（Ｆｘａ４）とが並んで配置されている。

そして平面１ｅに平行に対向する図１４にはあらわれない平面にも同様に基材５が貼られている。平面１ｄに平行に対向する図１４にはあらわれない平面においても同様である。

図１５は本発明の第４の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体形成後の図であって、図１５（ａ）は斜視外観図、図１５（ｂ）は平面図、図１５（ｃ）は正面図である。

図１５（ｃ）の平面１ｄにおいて、感歪抵抗体Ｆｘｂ１〜感歪抵抗体Ｆｘｂ４はｘ方向の力成分を検出するものである。感歪抵抗体Ｆｘｂ１〜感歪抵抗体Ｆｘｂ４は共に最大感度方向がｚ方向になるように配置された単軸の感歪抵抗体である。感歪抵抗体Ｆｚ１と感歪抵抗体Ｆｚ２はｚ方向の力成分を検出するものである。感歪抵抗体Ｆｚ１は最大感度方向がｚ方向になるように配置された単軸の感歪抵抗体である。感歪抵抗体Ｆｚ２は最大感度方向が感歪抵抗体Ｆｚ１と垂直方向になるように配置された単軸の感歪抵抗体である。感歪抵抗体Ｍｙｂ１〜感歪抵抗体Ｍｙｂ４は支点Ｓを中心とするｙ方向の回転モーメント成分を検出するものである。感歪抵抗体Ｍｙｂ１〜感歪抵抗体Ｍｙｂ４は共に最大感度方向がｚ方向になるように配置された単軸の感歪抵抗体である。感歪抵抗体Ｍｚ１と感歪抵抗体Ｍｚ２は支点Ｓを中心とするｚ方向の回転モーメント成分を検出するものである。感歪抵抗体Ｍｚ１は最大感度方向がｚ方向と４５度の角度になるように配置された単軸の感歪抵抗体である。感歪抵抗体Ｍｚ２は最大感度方向が感歪抵抗体Ｍｚ１の最大感度方向と９０度の角度になるように配置された単軸の感歪抵抗体である。

図１５（ｂ）の平面１ｅにおいて、感歪抵抗体Ｆｙｂ１〜感歪抵抗体Ｆｙｂ４はｙ方向の力成分を検出するものである。感歪抵抗体Ｆｙｂ１〜感歪抵抗体Ｆｙｂ４は共に最大感度方向がｚ方向になるように配置された単軸の感歪抵抗体である。感歪抵抗体Ｆｚ５と感歪抵抗体Ｆｚ６はｚ方向の力成分を検出するものである。感歪抵抗体Ｆｚ５は最大感度方向がｚ方向になるように配置された単軸の感歪抵抗体である。感歪抵抗体Ｆｚ６は最大感度方向が感歪抵抗体Ｆｚ５と垂直方向になるように配置された単軸の感歪抵抗体である。感歪抵抗体Ｍｙｂ１〜感歪抵抗体Ｍｙｂ４は支点Ｓを中心とするｙ方向の回転モーメント成分を検出するものである。感歪抵抗体Ｍｙｂ１〜感歪抵抗体Ｍｙｂ４は共に最大感度方向がｚ方向になるように配置された単軸の感歪抵抗体である。

図１５（ｂ）及び図１５（ｃ）を参照して感歪抵抗体の位置関係について説明する。感歪抵抗体Ｆｘｂ１、感歪抵抗体Ｆｘｂ３、感歪抵抗体Ｆｙｂ１及び感歪抵抗体Ｆｙｂ３は、支点ＳからＬ１ｆの距離にその仮想中心があるように配置されている。そして感歪抵抗体Ｆｘｂ２、感歪抵抗体Ｆｘｂ４、感歪抵抗体Ｆｙｂ２及び感歪抵抗体Ｆｘｂ４は、支点ＳからＬ２ｆの距離に各仮想中心があるように配置されている。したがって感歪抵抗体Ｆｘｂ１と感歪抵抗体Ｆｘｂ２との仮想中間距離Ｌｆ、感歪抵抗体Ｆｘｂ３と感歪抵抗体Ｆｘｂ４との仮想中間距離Ｌｆ、感歪抵抗体Ｆｙｂ１と感歪抵抗体Ｆｙｂ２との仮想中間距離Ｌｆ、感歪抵抗体Ｆｙｂ３と感歪抵抗体Ｆｙｂ４との仮想中間距離Ｌｆは同一となるように設けられている。

一方、感歪抵抗体Ｍｘｂ１、感歪抵抗体Ｍｘｂ３、感歪抵抗体Ｍｙｂ１及び感歪抵抗体Ｍｙｂ３は、支点ＳからＬ１ｍの距離にその仮想中心があるように配置されている。そして感歪抵抗体Ｍｘｂ２、感歪抵抗体Ｍｘｂ４、感歪抵抗体Ｍｙｂ２及び感歪抵抗体Ｍｘｂ４、は、支点ＳからＬ２ｍの距離に各仮想中心があるように配置されている。したがって感歪抵抗体Ｍｘｂ１と感歪抵抗体Ｍｘｂ２との仮想中間距離Ｌｍ、感歪抵抗体Ｍｘｂ３と感歪抵抗体Ｍｘｂ４との仮想中間距離Ｌｍ、感歪抵抗体Ｍｙｂ１と感歪抵抗体Ｍｙｂ２との仮想中間距離Ｌｍ、感歪抵抗体Ｍｙｂ３と感歪抵抗体Ｍｙｂ４との仮想中間距離Ｌｍは同一となるように設けられている。

図１６は本発明の第５の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体形成後の斜視外観透視図であって、図１５（ａ）であらわれない、平面１ｄ及び平面１ｅにそれぞれ平行に対向する平面側の感歪抵抗体を加えた配置を示している。

感歪抵抗体Ｆｘｂ１に対向して設けられているのが感歪抵抗体Ｆｘｂ７であって、感歪抵抗体Ｆｘｂ２に対向して設けられているのが感歪抵抗体Ｆｘｂ８である。感歪抵抗体Ｆｘｂ３に対向して設けられているのが感歪抵抗体Ｆｘｂ５であって、感歪抵抗体Ｆｘｂ４に対向して設けられているのが感歪抵抗体Ｆｘｂ６である。感歪抵抗体Ｆｙｂ１〜感歪抵抗体Ｆｙｂ８についてもこれらの配置はｘ方向と同様である。

感歪抵抗体Ｍｘｂ１に対向して設けられているのが感歪抵抗体Ｍｘｂ７であって、感歪抵抗体Ｍｘｂ２に対向して設けられているのが感歪抵抗体Ｍｘｂ８である。感歪抵抗体Ｍｘｂ３に対向して設けられているのが感歪抵抗体Ｍｘｂ５であって、感歪抵抗体Ｍｘｂ４に対向して設けられているのが感歪抵抗体Ｍｘｂ６である。感歪抵抗体Ｍｙｂ１〜感歪抵抗体Ｍｙｂ８についてもこれらの配置はｘ方向と同様である。感歪抵抗体Ｆｚ１〜感歪抵抗体Ｆｚ８、感歪抵抗体Ｍｚ１〜感歪抵抗体Ｍｚ４においてはこれらの配置は第１の実施形態と同様である。

図１７は本発明の第５の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体形成前の斜視外観図である。平面１ｄ及び平面１ｅと、図１７にはあらわれない平面１ｄ及び平面１ｅに平行に対向した面と、にはそれぞれ基材５が貼られている。第５の実施形態では、第４の実施形態と比較して、基材５の数が少なく、隣り合う感歪抵抗体を１つの基材５上にまとめて配置したものである。

すなわち、平面１ｅには、マーカー２ａ側からマーカー２ｂへ向かって順に、感歪抵抗体Ｆｙｂ１用、感歪抵抗体Ｆｙｂ３用、感歪抵抗体Ｍｙｂ１〜感歪抵抗体Ｍｙｂ４用の基材５（Ｆｙｂ１、Ｆｙｂ３、Ｍｙｂ１〜Ｍｙｂ４）と、感歪抵抗体Ｆｚ５用及び感歪抵抗体Ｆｚ６用の基材５（Ｆｚ５、Ｆｚ６）と、感歪抵抗体Ｆｙｂ２用、感歪抵抗体Ｆｙｂ４用の基材５（Ｆｙｂ２、Ｆｙｂ４）と、が配置されている。

平面１ｄには、マーカー２ｃ側からマーカー２ｄへ向かって順に、感歪抵抗体Ｆｘｂ１用、感歪抵抗体Ｆｘｂ３用、感歪抵抗体Ｍｘｂ１〜感歪抵抗体Ｍｘｂ４用の基材５（Ｆｘｂ１、Ｆｘｂ３、Ｍｘｂ１〜Ｍｘｂ４）と、感歪抵抗体Ｆｚ１用、感歪抵抗体Ｆｚ２用、感歪抵抗体Ｍｚ１及び感歪抵抗体Ｍｚ２用の基材５（Ｆｚ１、Ｆｚ２、Ｍｚ１、Ｍｚ２）と、感歪抵抗体Ｆｘｂ２用と感歪抵抗体Ｆｘｂ２４用の基材５（Ｆｘｂ２、Ｆｘｂ４）と、が配置されている。

図１８は本発明の第５の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体形成後の図であって、図１７（ａ）は斜視外観図、図１７（ｂ）は平面図、図１７（ｃ）は正面図である。

各感歪抵抗体の配置は、基本的に第４の実施形態と同じものである。なお基材５（Ｆｚ１、Ｆｚ２、Ｍｚ１、Ｍｚ２）と基材５（Ｆｚ５、Ｆｚ６）は同じサイズの基材となっているがこれに限らない。本実施形態では、感歪抵抗体の形成前には平面ｄと平面ｅの区別をせず、選択したどちらの面にもｚ軸回りのモーメントの感歪抵抗体を形成ことができるように同一の寸法にしている。

図１９は本発明の第５の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体形成後の斜視外観透視図であって、図１８（ａ）であらわれない、平面１ｄ及び平面１ｅにそれぞれ平行に対向する平面側の感歪抵抗体を加えた配置を示している。なお透視で表される感歪抵抗体の配置は第４の実施形態と同じものである。

図２０は本発明の第６の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体形成前の斜視外観図である。平面１ｄ及び平面１ｅと、図２０にはあらわれない平面１ｄ及び平面１ｅに平行に対向した面と、にはそれぞれ基材５が貼られている。第６の実施形態では、第５の実施形態と比較して、さらに基材５の数を減らして、各平面に配置する感歪抵抗体を１つの基材５上にまとめて形成したものである。

図２１は本発明の第６の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体形成後の図であって、図２１（ａ）は斜視外観図、図２１（ｂ）は平面図、図２１（ｃ）は正面図である。各感歪抵抗体の配置は、基本的に第４、第５の実施形態と同じものである。

図２２は本発明の第６の実施形態に係る力検出器の感歪抵抗体形成後の斜視外観透視図であって、図２１（ａ）であらわれない、平面１ｄ及び平面１ｅにそれぞれ平行に対向する平面側の感歪抵抗体を加えた配置を示している。透視で表される感歪抵抗体の配置は第４、第５の実施形態と同じものである。

図２３は、本発明の第４〜６の実施形態に係る力検出器の力成分のホイートストンブリッジ回路図である。図２３ではｘ方向の力成分のホイートストンブリッジ回路図を示している。
図２３の上部の回路において、感歪抵抗体Ｆｘｂ１と感歪抵抗体Ｆｘｂ２がホイートストンブリッジ回路では向かい合う辺に配置されている。また感歪抵抗体Ｆｘｂ５と感歪抵抗体Ｆｘｂ６がホイートストンブリッジ回路では向かい合う辺に配置されている。そして感歪抵抗体Ｆｘｂ１と感歪抵抗体Ｆｘｂ５がホイートストンブリッジ回路では隣り合う辺に、感歪抵抗体Ｆｘｂ２と感歪抵抗体Ｆｘｂ６がホイートストンブリッジ回路では隣り合う辺に、それぞれ配置されている。感歪抵抗体Ｆｘｂ１と感歪抵抗体Ｆｘｂ５との結線部Ｔ１１に電源１０のプラス側、感歪抵抗体Ｆｘｂ２と感歪抵抗体Ｆｘｂ６との結線部Ｔ１２に電源１０のマイナス側が接続されている。そして結線部Ｔ９と結線部Ｔ１０との間の電位差を出力としている。結線部Ｔ９は感歪抵抗体Ｆｘｂ２と感歪抵抗体Ｆｘｂ５との中間部位であって、結線部Ｔ１０は感歪抵抗体Ｆｘｂ１と感歪抵抗体Ｆｘｂ６の中間部位である。この結線部Ｔ９と結線部Ｔ１０からの出力は増幅器１１ｃにて増幅され、Ａ／Ｄコンバータ１２ｃにてデジタル信号に変換される。

また図２３の下部の回路において、感歪抵抗体Ｆｘｂ７と感歪抵抗体Ｆｘｂ８がホイートストンブリッジ回路では向かい合う辺に配置されている。また感歪抵抗体Ｆｘｂ３と感歪抵抗体Ｆｘｂ４がホイートストンブリッジ回路では向かい合う辺に配置されている。そして感歪抵抗体Ｆｘｂ３と感歪抵抗体Ｆｘｂ７がホイートストンブリッジ回路では隣り合う辺に、感歪抵抗体Ｆｘｂ４と感歪抵抗体Ｆｘｂ８がホイートストンブリッジ回路では隣り合う辺に、それぞれ配置されている。感歪抵抗体Ｆｘｂ３と感歪抵抗体Ｆｘｂ７との結線部Ｔ１５に電源１０のプラス側、感歪抵抗体Ｆｘｂ４と感歪抵抗体Ｆｘｂ８との結線部Ｔ１６に電源１０のマイナス側が接続されている。そして結線部Ｔ１３と結線部Ｔ１４との間の電位差を出力としている。結線部Ｔ１３は感歪抵抗体Ｆｘｂ４と感歪抵抗体Ｆｘｂ７との中間部位であって、結線部Ｔ１４は感歪抵抗体Ｆｘｂ３と感歪抵抗体Ｆｘｂ８との中間部位である。この結線部Ｔ１３と結線部Ｔ１４からの出力は増幅器１１ｄにて増幅され、Ａ／Ｄコンバータ１２ｄにてデジタル信号に変換される。

そしてＣＰＵ１３にて、Ａ／Ｄコンバータ１２ｃとＡ／Ｄコンバータ１２ｄとからのデジタル信号を受信し、信号を演算処理することでｘ方向の力の信号が生成される。

なお本発明の第４〜６の実施形態に係る力検出器のｙ方向の力成分に関しての説明は上記のｘ方向の説明と同じであるので省略する。

図２４は、本発明の第４〜６の実施形態に係る力検出器の回転モーメント成分のホイートストンブリッジ回路図である。図２４ではｘ方向の回転モーメント成分のホイートストンブリッジ回路図を示している。
図２４の上部の回路において、感歪抵抗体Ｍｘｂ１と感歪抵抗体Ｍｘｂ２がホイートストンブリッジ回路では向かい合う辺に配置されている。また感歪抵抗体Ｍｘｂ５と感歪抵抗体Ｍｘｂ６がホイートストンブリッジ回路では向かい合う辺に配置されている。そして感歪抵抗体Ｍｘｂ１と感歪抵抗体Ｍｘｂ５がホイートストンブリッジ回路では隣り合う辺に、感歪抵抗体Ｍｘｂ２と感歪抵抗体Ｍｘｂ６がホイートストンブリッジ回路では隣り合う辺に、それぞれ配置されている。感歪抵抗体Ｍｘｂ１と感歪抵抗体Ｍｘｂ５との結線部Ｔ１９に電源１０のプラス側、感歪抵抗体Ｍｘｂ２と感歪抵抗体Ｍｘｂ６との結線部Ｔ２０に電源１０のマイナス側が接続されている。そして結線部Ｔ１７と結線部Ｔ１８との間の電位差を出力としている。結線部Ｔ１７は感歪抵抗体Ｍｘｂ５と感歪抵抗体Ｍｘｂ２との中間部位であって、結線部Ｔ１８は感歪抵抗体Ｍｘｂ１と感歪抵抗体Ｍｘｂ６との中間部位である。この結線部Ｔ７と結線部Ｔ１８からの出力は増幅器１１ｅにて増幅され、Ａ／Ｄコンバータ１２ｅにてデジタル信号に変換される。

また図２４の下部の回路において、感歪抵抗体Ｍｘｂ７と感歪抵抗体Ｍｘｂ８がホイートストンブリッジ回路では向かい合う辺に配置されている。また感歪抵抗体Ｍｘｂ３と感歪抵抗体Ｍｘｂ４がホイートストンブリッジ回路では向かい合う辺に配置されている。そして感歪抵抗体Ｍｘｂ３と感歪抵抗体Ｍｘｂ７がホイートストンブリッジ回路では隣り合う辺に、感歪抵抗体Ｍｘｂ４と感歪抵抗体Ｍｘｂ８がホイートストンブリッジ回路では隣り合う辺に、それぞれ配置されている。感歪抵抗体Ｍｘｂ３と感歪抵抗体Ｍｘｂ７との結線部Ｔ２３に電源１０のプラス側、感歪抵抗体Ｍｘｂ４と感歪抵抗体Ｍｘｂ８との結線部Ｔ２４に電源１０のマイナス側が接続されている。そして結線部Ｔ２１と結線部Ｔ２２との間の電位差を出力としている。結線部Ｔ２１は感歪抵抗体Ｍｘｂ４と感歪抵抗体Ｍｘｂ７との中間部位であって、結線部Ｔ２２は感歪抵抗体Ｍｘｂ３と感歪抵抗体Ｍｘｂ８との中間部位である。この結線部Ｔ２１と結線部Ｔ２２からの出力は増幅器１１ｆにて増幅され、Ａ／Ｄコンバータ１２ｆにてデジタル信号に変換される。

そしてＣＰＵ１３にて、Ａ／Ｄコンバータ１２ｅとＡ／Ｄコンバータ１２ｆとからのデジタル信号を受信し、信号を演算処理することでｘ方向の回転モーメント成分の信号が生成される。

なお本発明の第４〜６の実施形態に係る力検出器のｙ方向の回転モーメント成分に関しての説明は上記のｘ方向の説明と同じであるので省略する。

図２５は従来の力検出器の感歪抵抗体の位置と出力される歪み量に関するグラフである。横軸（ｘ軸）は、支点Ｓをゼロとして、感歪抵抗体の位置を示している。縦軸（ｙ軸）は、ホイートストンブリッジ回路からの出力電圧である。

ここでは回転モーメントを検出する感歪抵抗体が単一の基材上に形成されていない従来の場合について説明する。例えば感歪抵抗体Ｍｘａ１は支点Ｓから設計値としてＬ１ｍの距離に、感歪抵抗体Ｍｘａ２は支点Ｓから設計値としてＬ２ｍの距離に配置されている（図４）。感歪抵抗体Ｍｘａ１が設計値通りのＬ１ｍの位置にある時には出力Ｖ１ｒが、感歪抵抗体Ｍｘａ２が設計値通りのＬ２ｍの位置にある時には出力Ｖ２ｒが、それぞれ出力される。したがってＰｍ１（Ｌ１ｍ，Ｖ１ｒ）とＰｍ２（Ｌ２ｍ，Ｖ２ｒ）を通る直線Ａがｘ方向の回転モーメントを示すものである。よってこの直線Ａがｙ軸と交わったところの値Ｖｒが、支点Ｓでのｘ方向の真の回転モーメントである。

しかしながら実際には感歪抵抗体の位置には誤差があって、例えば感歪抵抗体Ｍｘａ１は設計値からδＬ１だけ小さな位置Ｌ１ａにあって、感歪抵抗体Ｍｘａ２は設計値からδＬ２だけ大きな位置Ｌ２ｂにあったとする。この時、距離Ｌ１ａにある感歪抵抗体Ｍｘａ１は真の直線Ａ上の値Ｖ１ｂを出力し、距離Ｌ２ｂにある感歪抵抗体Ｍｘａ２は真の直線Ａ上の値Ｖ２ａを出力する。しかしながら感歪抵抗体の位置ずれの値は判らないので、δＬ１とδＬ２は未知である。よって、設計値に従って値の取得が行われ、設計値Ｌ１ｍの箇所で値Ｖ１ｂ、設計値Ｌ２ｍの箇所で値Ｖ２ａを得ることになる。ゆえに、Ｐ１（Ｌ１ｍ，Ｖ１ｂ）とＰ２（Ｌ２ｍ，Ｖ２ａ）を通る直線Ｂ（破線）がｙ軸と交わったところの値Ｖｅが、支点Ｓでのｘ方向の回転モーメントとなって演算されることになる。

感歪抵抗体Ｍｘａ１と感歪抵抗体Ｍｘａ２の間隔Ｌｍが充分長い時、直線Ａ及び直線Ｂの傾きは小さくなるので、ＶｒとＶｅの差はそれほど大きくはならないが、このＬｍを長くするとこの力検出器の長さが大きくなり、重量も大きくなってしまう。そこでこのＬｍを小さくすると直線Ｂの傾きに大きく影響するので、感歪抵抗体Ｍｘａ１と感歪抵抗体Ｍｘａ２との位置の誤差を小さくするために、感歪抵抗体の設置位置の精度が要求される。

図２６は本発明の第１〜第６の実施形態の力検出器の、感歪抵抗体の位置と出力される歪み量に関するグラフである。横軸（ｘ軸）は、支点Ｓをゼロとして、感歪抵抗体の位置を示している。縦軸（ｙ軸）は、ホイートストンブリッジ回路からの出力電圧である。

図２５と同様に、感歪抵抗体Ｍｘａ１は支点Ｓから設計値としてＬ１ｍの距離に、感歪抵抗体Ｍｘａ２は支点Ｓから設計値としてＬ２ｍの距離に配置されている。第１〜第６の実施形態の力検出器の感歪抵抗体Ｍｘａ１と感歪抵抗体Ｍｘａ２は同一の基材５上に一緒に形成されているので、感歪抵抗体Ｍｘａ１と感歪抵抗体Ｍｘａ２の仮想中間距離Ｌｍは限りなく設計値に近いものとなる。そうすると生ずる誤差は基材５全体の位置のみとなり、例えば距離δＬ３の誤差で配置された場合は、感歪抵抗体Ｍｘａ１は位置Ｌ１ｂ、感歪抵抗体Ｍｘａ２は位置Ｌ２ｂに設けられることになる。この時、距離Ｌ１ｂにある感歪抵抗体Ｍｘａ１は真の直線Ａ上の値Ｖ１ｂを出力し、距離Ｌ２ｂにある感歪抵抗体Ｍｘａ２は真の直線Ａ上の値Ｖ２ｂを出力する。しかしながら感歪抵抗体の位置ずれの値は判らないので、設計値Ｌ１ｍの箇所で値Ｖ１ｂ、設計値Ｌ２ｍの箇所で値Ｖ２ｂを得ることになる。よってＰ１（Ｌ１ｍ，Ｖ１ｂ）とＰ２（Ｌ２ｍ，Ｖ２ｂ）を結んだ直線Ｃ（破線）がｙ軸と交わったところの値Ｖｅが、支点Ｓでのｘ方向の回転モーメントとなって演算されることになる。

したがってこの直線Ｃの傾きは真の直線Ａと同じになるので、単一の絶縁された基材上に複数の感歪抵抗体を配置した起歪部を有する力検出器１の校正は、切片部のオフセットのみで済むことになる。感歪抵抗体Ｍｘａ１と感歪抵抗体Ｍｘａ２が別体で個別に形成されると、図２５に示すように直線の傾きと切片の両方の誤差を含むことになって校正が困難になるのは明らかである。

図２７は第１〜第６の実施形態の力検出器の感歪抵抗体の形成を行う加工装置の説明図である。

感歪抵抗体の形成を行う加工装置は、力検出器１を固定するホルダ２６と、ホルダ２６を移動させるテーブル２５と、レーザ照射部２９と、画像撮影部２７と、これらを制御する制御部２８を含んでいる。

平板状のベース２１上には１組の直動レール２２ａが固定されて配置され、レールブロック２３ａが直動レール２２ａに沿って移動可能である。レールブロック２３ａ上にはテーブル２４が載置され、テーブル２４上には直動レール２２ａに直交する１組の直動レール２２ｂが固定されて配置されている。そしてレールブロック２３ｂが直動レール２２ｂに沿って移動可能である。レールブロック２３ｂ上にはテーブル２５が載置され、テーブル２５上にはホルダ２６が載置されている。ホルダ２６は例えば一方はテーブル２５に固定され、もう一方はテーブル２５に対して水平移動する可動側であって力検出器１を固定する。ホルダ２６は、力検出器１の各平面が上面を向くように不図示の位置決めの機構を備えている。そして不図示のモータや機構により、テーブル２５は定められた２次元の範囲で移動可能である。

レーザ照射部２９は、レーザ光源及びレンズ、ミラー、上下昇降装置、照射制御部を含んでいる。レーザ光源は例えば波長が５３２ｎｍのグリーンレーザで、パルス幅が１５ピコ秒以下、繰り返し周波数が２００ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚである。このレーザ光源を照射することで、基材５上の導体層のみを選択的に除去して直接描画し、感歪抵抗体の折り返しパターン等を得ることができる。

制御部２８は、ベース２１上のテーブル２５の水平移動と、レーザ照射部２９のレーザ照射を同期させて、ホルダ２６に固定された力検出器１上に感歪抵抗体を形成する。 制御部２８は、平面１ｄ若しくは平面１ｅに設けられたマーカー２ａ〜２ｄ等を画像撮影部２７にて読み込み、次いで画像処理によってマーカー２ａ〜２ｄの位置を割り出してレーザ照射位置を演算して、所定の位置に感歪抵抗体を形成する。感歪抵抗体は折り返しのパターンの形状であって、レーザ照射はその輪郭に沿って、導体層を除去することで形成される。また感歪抵抗体を繋ぐ配線パターンもこの方法で形成されても良い。

なお感歪抵抗体の形成はＸＹ移動式のテーブル２５に限らず、ガルバノスキャナを含んだレーザ照射部によって行うものであっても良い。

図２８は本発明の力検出器の製造における感歪抵抗体形成工程の第１の方法に関するフローチャートである。図２８を用いて感歪抵抗体形成工程の第１の方法について説明する。感歪抵抗体形成工程の第１の方法の一部は、図２７に示した加工装置を用いて行うことができる。

ステップＳ１０１は、力検出器１の感歪抵抗体を形成する面、すなわち平面１ｄ、平面１ｅ等に対して下地処理を行う工程である。下地処理は例えば使用する接着剤に応じ、基材５が平面１ｄ、平面１ｅ等に密着するようにマット処理した後、脱脂、洗浄を行う。ステップＳ１０１にて下地処理を完了するとステップＳ１０２へ進む。

ステップＳ１０２は、接着剤の塗布を行う工程である。接着剤は例えばシアノアクリレート系の接着剤などが用いられ、基材５が平面１ｄ、平面１ｅ等に面する側に塗布する。接着剤の塗布はこれに限らず、接着剤の種類によっては接着する液体を力検出器１の平面へ滴下してスピンコート法で塗布するなどの方法であっても良い。ステップＳ１０２にて接着剤塗布を完了するとステップＳ１０３ａへ進む。

ステップＳ１０３ａは、接着剤を塗布した基材５を平面１ｄ、平面１ｅ等に貼り付ける工程である。なお基材５はここでは導体層が予め積層されたものを使用している。導体層は基材５の全面にあるものであっても良いし、感歪抵抗体を形成するおおよその箇所に部分的にあるものでも良い。ステップＳ１０３ａにて基材貼付けを完了するとステップＳ１０４へ進む。

ステップＳ１０４は、接着剤を硬化させる工程である。硬化条件は接着剤の種類に適したもので行われ、接着剤の種類によってはこの工程は省かれる場合がある。ステップＳ１０４にて接着剤の硬化を完了するとステップＳ２０１へ進む。

ステップＳ２０１は、ステップＳ１０４で硬化した力検出器１を図２７に示した加工装置のホルダ２６に装着する工程である。ステップＳ２０１では、感歪抵抗体を形成する平面を上向きにして、ホルダ２６に装着固定する。ステップＳ２０１にて力検出器１のホルダ２６への装着を完了するとステップＳ２０２へ進む。

ステップＳ２０２は、力検出器１に設けられているマーカーを画像撮影部２７によって読み取らせる。画像撮影部２７に対するマーカーの位置は、予め制御部２８でプログラミングされている。したがってこのプログラミングによってテーブル２５を不図示のモータによって移動させることで、画像撮影部２７の視野内へマーカーが入って来る。ステップＳ２０２にて少なくとも２箇所のマーカーの読み込みが完了するとステップＳ２０３へ進む。

ステップＳ２０３は、画像撮影部２７からの画像信号を基にマーカーの位置を検出してレーザを照射する位置を演算する。ステップＳ２０３は、力検出器１におけるマーカーの位置は設計値で既知であるから、これを基に感歪抵抗体の所定のパターンを予定位置に形成するためのデータを演算して生成する工程である。ステップＳ２０３にて照射位置の演算が完了するとステップＳ２０４へ進む。

ステップＳ２０４は、ステップＳ２０３で制御部２８が演算した結果に基づいて、レーザ照射部２９がレーザ光線を基材５上の導体層に照射する工程である。レーザ光線の照射によって照射された位置の導体層のみが除去されて、感歪抵抗体の所定のパターンが形成される。なお、薄い導体層で感歪抵抗体を形成する場合等では、力検出器１の傾き等の姿勢の検出が必要となることがあり、レーザ変位計等を付加して予め感歪抵抗体の形成面を測定して高さ方向の制御データを作って、レーザ焦点の上下動をピエゾなどの不図示の機構で行う場合もある。ステップＳ２０４にてレーザ照射が完了するとステップＳ２０５へ進む。

ステップＳ２０５は、感歪抵抗体を形成する面が次にあるかどうかを判断する工程である。ステップＳ２０５で引き続き感歪抵抗体を形成すると判断すると（Ｙｅｓ）、ステップＳ２０６へ進む。ステップＳ２０６は、ホルダ２６の一部を回転させて次の加工面を上向きにして保持する工程である。これは手動若しくは不図示のモータによってホルダ２６を自動回転させて行っても良い。

その後ステップＳ２０２に進んで新たなマーカーを読み込んで位置検出を行い、レーザ加工を繰り返す。ステップＳ２０５にて全ての面の感歪抵抗体を形成が終わったと判断するとステップＳ２０７進む。

ステップＳ２０７では、ホルダ２６に固定された力検出器１を解放し、感歪抵抗体の形成は終了となる。

図２９は本発明の力検出器の製造における感歪抵抗体形成工程の第２の方法に関するフローチャートである。図２９を用いて感歪抵抗体形成工程の第２の方法について説明する。感歪抵抗体形成工程の第２の方法の一部は、図２７に示した加工装置を用いて行うことができる。感歪抵抗体形成工程の第１の方法では導体層が予め積層された基材５を使用している。これに対して感歪抵抗体形成工程の第２の方法では、基材５は絶縁部材のみで構成されている。

ステップＳ１０１とステップＳ１０２は、感歪抵抗体形成工程の第１の方法と同じであるので省略する。

ステップＳ１０３ｂは、接着剤を塗布した絶縁の基材５を平面１ｄ、平面１ｅ等に貼り付ける工程である。ステップＳ１０３ｂにて基材貼付けを完了するとステップＳ１０４へ進む。ステップＳ１０４にて接着剤を硬化させて、ステップＳ１０５へ進む。

ステップＳ１０５〜ステップＳ１０７は、ステップＳ１０２〜ステップＳ１０４における基材を導体層に置き換えたもので、絶縁の基材５上に導体層を積層する。ここでの導体層は導体箔を用いているが、これに限るものではない。

ステップＳ２０１以降は感歪抵抗体形成工程の第１の方法と同様であるので省略する。

各実施形態においては、６分力の検出で説明してあるが、必ずしも６分力を検出する必要はなく、一部若しくは幾つかの組合せを検出する構成でもよい。また各実施形態においては、起歪部は例えば円柱面と４つの平面を有する構成となっているが、これに限らず、例えば多角形断面を有するものなどの筒状のものを用いてもよい。またいわゆるロードセルのように、力点部から作用部まで放射状に広がって、この中間に起歪部を有する構造等においても適用可能である。

また力検出器の感歪抵抗体の製造方法はここで示した実施形態に限らず、感歪抵抗体を用いて力を検出する機器で、力が加えられる力点部と、力が作用する作用部と、力点部及び作用部の中間で弾性変形する起歪部とを有するものにおいて有効である。

以上、本発明を好ましい実施形態に基づいて説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

本発明の活用例として、多分力計など力を測定する機器、そしてこれを組み込むアームロボットへの適用が可能である。

１ ：力検出器
１ａ ：作用部
１ｂ ：力点部
１ｃ ：円柱面
１ｄ、１ｅ ：平面
１ｈ ：カバー
１ｊ ：起歪部
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ：マーカー
３ ：ロボットベース
４ ：エンドエフェクタ
５ ：基材
１０ ：電源
１１ａ〜１１ｆ ：増幅器
１２ａ〜１２ｆ ：Ａ／Ｄコンバータ
１３ ：ＣＰＵ
Ｆｘａ１〜Ｆｘａ４ ：感歪抵抗体
Ｆｙａ１〜Ｆｙａ４ ：感歪抵抗体
Ｍｘａ１〜Ｍｘａ４ ：感歪抵抗体
Ｍｙａ１〜Ｍｙａ４ ：感歪抵抗体
Ｆｘｂ１〜Ｆｘｂ８ ：感歪抵抗体
Ｆｙｂ１〜Ｆｙｂ８ ：感歪抵抗体
Ｍｘｂ１〜Ｍｘｂ８ ：感歪抵抗体
Ｍｙｂ１〜Ｍｙｂ８ ：感歪抵抗体
２１ ：ベース
２２ａ、２２ｂ ：直動レール
２３ａ、２３ｂ ：レールブロック
２４ ：テーブル
２５ ：テーブル
２６ ：ホルダ
２７ ：画像撮影部
２８ ：制御部
２９ ：レーザ照射部

Claims (10)

1. 力が加えられる力点部と、前記力が作用する作用部と、前記力点部及び前記作用部の中間で弾性変形する起歪部と、前記作用部に作用する前記力を検出する力検出手段と、を備えた力検出器であって、
   前記力検出手段は、少なくとも１つ以上の単一の絶縁された基材上に、前記力点部から前記作用部への方向に所定の間隔で複数の感歪抵抗体を有して前記起歪部に形成されていることを特徴とする力検出器。
2. 前記力検出手段は、
   前記作用部の支点から前記力点部へ伸びる軸に垂直に交差して作用する力を検出することを特徴とする請求項１に記載の力検出器。
3. 前記力検出手段は、
   前記作用部の支点から前記力点部へ伸びる軸に垂直に交差する軸を中心とする回転モーメントを検出することを特徴とする請求項１に記載の力検出器。
4. 前記力検出手段は、導体層が積層された前記基材を前記起歪部に添着した後、前記導体層の一部を除去して形成された前記感歪抵抗体を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の力検出器。
5. 前記力検出手段は、前記基材を前記起歪部に添着し、さらに前記基材に導体層を積層し、次いで前記導体層の一部を除去して形成された前記感歪抵抗体を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の力検出器。
6. 前記感歪抵抗体が、レーザ光の照射によって直接描画されて形成されたものであることを特徴とする請求項４又は５に記載の力検出器。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の力検出器を備えたことを特徴とするアームロボット。
8. 力が加えられる力点部と、前記力が作用する作用部と、前記力点部及び前記作用部の中間で弾性変形する起歪部と、前記作用部に作用する前記力を検出する力検出手段と、を備えた力検出器の製造方法であって、
   前記力検出手段は、
   導体層を積層した基材を前記起歪部に接着剤を介して添着する工程と、
   前記導体層の所定の位置にレーザ光を照射して前記導体層の一部を除去して感歪抵抗体を形成する感歪抵抗体形成工程と、
   によって形成されることを特徴とする力検出器の製造方法。
9. 力が加えられる力点部と、前記力が作用する作用部と、前記力点部及び前記作用部の中間で弾性変形する起歪部と、前記作用部に作用する前記力を検出する力検出手段と、を備えた力検出器の製造方法であって、
   前記力検出手段は、
   絶縁された基材を前記起歪部に添着若しくは塗布により形成する工程と、
   導体層を前記基材に積層する工程と、
   前記導体層の所定の位置にレーザ光を照射して前記導体層の一部を除去して感歪抵抗体を形成する感歪抵抗体形成工程と、
   によって形成されることを特徴とする力検出器の製造方法。
10. 前記感歪抵抗体形成工程は、前記起歪部若しくは前記起歪部の近傍に設けられたマーカーを画像撮影部にて読み込んで画像処理を行い、前記感歪抵抗体の形成の予定位置を演算する工程を含むことを特徴とする請求項８又は９に記載の力検出器の製造方法。

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