JP7438569B2 - force sensor - Google Patents

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JP7438569B2
JP7438569B2 JP2022115090A JP2022115090A JP7438569B2 JP 7438569 B2 JP7438569 B2 JP 7438569B2 JP 2022115090 A JP2022115090 A JP 2022115090A JP 2022115090 A JP2022115090 A JP 2022115090A JP 7438569 B2 JP7438569 B2 JP 7438569B2
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Description

本発明は、力覚センサに関する。 The present invention relates to a force sensor.

従来より、所定の軸方向に作用した力および所定の回転軸周りに作用したモーメント(トルク)を電気信号として出力する力覚センサが知られている。力覚センサは、産業用ロボットを初めとして、協働ロボット、生活支援ロボット、医療用ロボットおよびサービスロボット等、各種ロボットの力制御等に幅広く利用されている。このため、高性能および高感度の力覚センサが求められているが、力覚センサの低価格化も求められている。しかしながら、力覚センサは複雑な構造を有しているために、低価格化を図ることが困難であった。 2. Description of the Related Art Force sensors have been known that output a force acting in a predetermined axial direction and a moment (torque) acting around a predetermined rotation axis as electrical signals. Force sensors are widely used for force control of various robots, including industrial robots, collaborative robots, life support robots, medical robots, and service robots. For this reason, a force sensor with high performance and high sensitivity is required, but there is also a need to reduce the cost of the force sensor. However, since the force sensor has a complicated structure, it has been difficult to reduce the price.

特許第6257017号公報Patent No. 6257017

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、構造を簡素化することができる力覚センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of these points, and an object of the present invention is to provide a force sensor whose structure can be simplified.

本発明は、
検出対象となる力またはモーメントの作用を受ける受力体と、
第1方向において前記受力体の一方の側に配置され、前記受力体を支持する支持体と、
前記受力体と前記支持体とを接続し、前記受力体が受けた力またはモーメントの作用により弾性変形する起歪体と、
前記起歪体の弾性変形により生じた変位を検出する検出素子と、
前記検出素子の検出結果に基づいて、前記起歪体に作用した力またはモーメントを示す電気信号を出力する検出回路と、を備え、
前記起歪体は、前記受力体に接続された受力体側端部から前記支持体に接続された支持体側端部にわたって前記第1方向に延びる弾性変形体と、前記弾性変形体から前記第1方向に直交する第2方向に突出する変位体と、を含み、
前記検出素子は、前記支持体に設けられた固定電極基板と、前記変位体に設けられた、前記固定電極基板に対向する変位電極基板と、を含む、力覚センサ、
を提供する。
The present invention
a force receiving body subjected to the action of a force or moment to be detected;
a support body disposed on one side of the force receiving body in a first direction and supporting the force receiving body;
a strain-generating body that connects the force-receiving body and the support body and is elastically deformed by the action of a force or moment received by the force-receiving body;
a detection element that detects displacement caused by elastic deformation of the strain body;
a detection circuit that outputs an electric signal indicating the force or moment acting on the strain body based on the detection result of the detection element,
The strain-generating body includes an elastically deformable body extending in the first direction from a force-receiving body-side end connected to the force-receiving body to a support-side end connected to the support body; a displacement body protruding in a second direction orthogonal to the first direction;
The detection element includes a fixed electrode substrate provided on the support body, and a displacement electrode substrate provided on the displacement body facing the fixed electrode substrate, a force sensor;
I will provide a.

なお、上述した力覚センサにおいて、
前記第1方向および前記第2方向に直交する方向を第3方向とし、
前記弾性変形体の前記第3方向の寸法は、前記弾性変形体の前記第2方向の寸法よりも大きい、
ようにしてもよい。
In addition, in the force sensor mentioned above,
A direction perpendicular to the first direction and the second direction is a third direction,
The dimension of the elastically deformable body in the third direction is larger than the dimension of the elastically deformable body in the second direction.
You can do it like this.

また、上述した力覚センサにおいて、
前記起歪体は、前記弾性変形体の両側で前記第2方向に突出する2つの前記変位体を含み、
前記検出素子は、2つの前記固定電極基板と、対応する前記固定電極基板に対向する2つの前記変位電極基板と、を含み、
前記変位体の各々に前記変位電極基板が設けられている、ようにしてもよい。
Furthermore, in the force sensor described above,
The strain body includes two displacement bodies protruding in the second direction on both sides of the elastic deformation body,
The detection element includes two of the fixed electrode substrates and two of the displacement electrode substrates facing the corresponding fixed electrode substrates,
Each of the displacement bodies may be provided with the displacement electrode substrate.

また、上述した力覚センサにおいて、
前記受力体と前記支持体は、4つの前記起歪体で接続され、
4つの前記起歪体は、第1起歪体と、第2起歪体と、第3起歪体と、第4起歪体と、を含み、
第1方向をXYZ三次元座標系におけるZ軸方向とし、
前記Z軸方向で見たときに、前記受力体の中心に対してY軸方向負側に前記第1起歪体が配置され、前記受力体の中心に対してX軸方向正側に前記第2起歪体が配置され、前記受力体の中心に対してY軸方向正側に前記第3起歪体が配置され、前記受力体の中心に対してX軸方向負側に前記第4起歪体が配置され、
前記第1起歪体および前記第3起歪体の前記第2方向をX軸方向とし、
前記第2起歪体および前記第4起歪体の前記第2方向をY軸方向としている、
ようにしてもよい。
Furthermore, in the force sensor described above,
The force-receiving body and the support body are connected by the four strain-generating bodies,
The four strain bodies include a first strain body, a second strain body, a third strain body, and a fourth strain body,
The first direction is the Z-axis direction in the XYZ three-dimensional coordinate system,
When viewed in the Z-axis direction, the first strain body is arranged on the negative side in the Y-axis direction with respect to the center of the force-receiving body, and on the positive side in the X-axis direction with respect to the center of the force-receiving body. The second strain-generating body is arranged, the third strain-generating body is arranged on the positive side in the Y-axis direction with respect to the center of the force-receiving body, and the third strain-generating body is arranged on the negative side in the X-axis direction with respect to the center of the force-receiving body. the fourth strain body is arranged,
The second direction of the first flexural body and the third flexural body is the X-axis direction,
The second direction of the second flexure element and the fourth flexure element is the Y-axis direction;
You can do it like this.

また、上述した力覚センサにおいて、
前記変位体は、前記弾性変形体の一方の側で前記弾性変形体から前記第2方向に突出し、他方の側で突出していない、
ようにしてもよい。
Furthermore, in the force sensor described above,
The displacement body projects from the elastic deformation body in the second direction on one side of the elastic deformation body and does not protrude on the other side.
You can do it like this.

また、上述した力覚センサにおいて、
前記変位体に、複数の前記変位電極基板が設けられ、
前記支持体に、前記変位電極基板の各々に対向する前記固定電極基板が設けられている、
ようにしてもよい。
Furthermore, in the force sensor described above,
The displacement body is provided with a plurality of the displacement electrode substrates,
the support body is provided with the fixed electrode substrates facing each of the displacement electrode substrates;
You can do it like this.

また、上述した力覚センサにおいて、
前記受力体と前記支持体は、4つの前記起歪体で接続され、
4つの前記起歪体は、第1起歪体と、第2起歪体と、第3起歪体と、第4起歪体と、を含み、
第1方向をXYZ三次元座標系におけるZ軸方向とし、
前記Z軸方向で見たときに、前記受力体の中心に対してY軸方向負側に前記第1起歪体が配置され、前記受力体の中心に対してX軸方向正側に前記第2起歪体が配置され、前記受力体の中心に対してY軸方向正側に前記第3起歪体が配置され、前記受力体の中心に対してX軸方向負側に前記第4起歪体が配置され、
前記第1起歪体および前記第3起歪体の前記第2方向をX軸方向とし、
前記第2起歪体および前記第4起歪体の前記第2方向をY軸方向とし、
前記第1起歪体の前記変位体と、前記第2起歪体の前記変位体は、互いに向き合い、
前記第3起歪体の前記変位体と前記第4起歪体の前記変位体は、互いに向き合っている、
ようにしてもよい。
Furthermore, in the force sensor described above,
The force-receiving body and the support body are connected by the four strain-generating bodies,
The four strain bodies include a first strain body, a second strain body, a third strain body, and a fourth strain body,
The first direction is the Z-axis direction in the XYZ three-dimensional coordinate system,
When viewed in the Z-axis direction, the first strain body is arranged on the negative side in the Y-axis direction with respect to the center of the force-receiving body, and on the positive side in the X-axis direction with respect to the center of the force-receiving body. The second strain-generating body is arranged, the third strain-generating body is arranged on the positive side in the Y-axis direction with respect to the center of the force-receiving body, and the third strain-generating body is arranged on the negative side in the X-axis direction with respect to the center of the force-receiving body. the fourth strain body is arranged,
The second direction of the first flexural body and the third flexural body is the X-axis direction,
The second direction of the second flexure body and the fourth flexure body is the Y-axis direction,
The displacement body of the first strain body and the displacement body of the second strain body face each other,
The displacement body of the third strain body and the displacement body of the fourth strain body face each other,
You can do it like this.

また、上述した力覚センサにおいて、
前記受力体は、前記第1起歪体の前記受力体側端部と前記第2起歪体の前記受力体側端部を分断する第1受力体開口と、前記第3起歪体の前記受力体側端部と前記第4起歪体の前記受力体側端部を分断する第2受力体開口と、を含む、
ようにしてもよい。
Furthermore, in the force sensor described above,
The force receiving body includes a first force receiving body opening that separates the force receiving body side end portion of the first strain body and the force receiving body side end portion of the second strain body, and the third strain body. a second force receiving body opening that separates the force receiving body side end of the fourth strain body from the force receiving body side end of the fourth strain body;
You can do it like this.

また、上述した力覚センサにおいて、
前記支持体は、前記第2起歪体の前記支持体側端部と前記第3起歪体の前記支持体側端部を分断する第1支持体開口と、前記第4起歪体の前記支持体側端部と前記第1起歪体の前記支持体側端部を分断する第2支持体開口と、を含む、
ようにしてもよい。
Furthermore, in the force sensor described above,
The support body includes a first support opening that separates the support side end portion of the second strain body and the support body side end portion of the third strain body, and a first support opening that separates the support side end portion of the fourth strain body. a second support opening that separates the end portion and the support side end portion of the first flexure body;
You can do it like this.

また、上述した力覚センサにおいて、
前記受力体は、受力体本体部と、前記起歪体の前記受力体側端部に接続された、前記受力体本体部よりも薄い受力体薄肉部と、を含む、
ようにしてもよい。
Furthermore, in the force sensor described above,
The force-receiving body includes a force-receiving body main body portion, and a force-receiving body thin portion that is thinner than the force-receiving body main body portion and connected to the force-receiving body side end portion of the flexure body.
You can do it like this.

また、上述した力覚センサにおいて、
前記支持体は、支持体本体部と、前記起歪体の前記支持体側端部に接続された、前記支持体本体部よりも薄い支持体薄肉部と、を含む、
ようにしてもよい。
Furthermore, in the force sensor described above,
The support body includes a support body portion, and a support thin portion that is thinner than the support body portion and connected to the support side end portion of the flexure body.
You can do it like this.

また、上述した力覚センサにおいて、
前記受力体と前記支持体は、複数の前記起歪体で接続され、
前記検出素子は、前記変位体の個数よりも少ない偶数の前記変位電極基板で構成され、
いくつかの前記変位体の各々に、前記変位電極基板が設けられ、他の前記変位体に、前記変位電極基板は設けられておらず、
前記力覚センサに前記第1方向に沿う軸の周りのモーメントが作用した場合、一部の前記変位電極基板は、対向する前記固定電極基板から遠ざかり、残りの前記変位電極基板は、対向する前記固定電極基板に近づく、
ようにしてもよい。
Furthermore, in the force sensor described above,
The force-receiving body and the support body are connected by a plurality of the strain-generating bodies,
The detection element is configured with an even number of the displacement electrode substrates, which is smaller than the number of the displacement bodies,
Each of some of the displacement bodies is provided with the displacement electrode substrate, and other displacement bodies are not provided with the displacement electrode substrate,
When a moment around the axis along the first direction acts on the force sensor, some of the displacement electrode substrates move away from the opposing fixed electrode substrate, and the remaining displacement electrode substrates move away from the opposing fixed electrode substrate. approach the fixed electrode substrate,
You can do it like this.

また、上述した力覚センサにおいて、
前記起歪体は、前記弾性変形体の両側で前記第2方向に突出する2つの前記変位体を含む、
ようにしてもよい。
Furthermore, in the force sensor described above,
The strain body includes two displacement bodies protruding in the second direction on both sides of the elastic deformation body.
You can do it like this.

また、上述した力覚センサにおいて、
前記変位体は、前記弾性変形体の一方の側で前記弾性変形体から前記第2方向に突出し、他方の側で突出していない、
ようにしてもよい。
Furthermore, in the force sensor described above,
The displacement body projects from the elastic deformation body in the second direction on one side of the elastic deformation body and does not protrude on the other side.
You can do it like this.

本発明によれば、構造を簡素化することができる。 According to the present invention, the structure can be simplified.

図1は、第1の実施の形態による力覚センサを適用したロボットの一例を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an example of a robot to which a force sensor according to the first embodiment is applied. 図2は、第1の実施の形態による力覚センサを示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing the force sensor according to the first embodiment. 図3は、図2に示す覚センサを示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing the sensory sensor shown in FIG. 2. FIG. 図4は、図2に示す起歪体を示す正面図である。FIG. 4 is a front view of the strain body shown in FIG. 2. FIG. 図5は、図3に示す起歪体を平面展開した図である。FIG. 5 is a plan view of the strain-generating body shown in FIG. 3. 図6は、受力体がX軸方向正側の力を受けた場合の起歪体の変形状態を模式的に示す正面図である。FIG. 6 is a front view schematically showing a deformed state of the strain body when the force receiving body receives a force on the positive side in the X-axis direction. 図7は、図5に示す力覚センサにおける各容量素子の静電容量値の変化を示す表である。FIG. 7 is a table showing changes in the capacitance value of each capacitive element in the force sensor shown in FIG. 図8は、第2の実施の形態による力覚センサを示す断面図である。FIG. 8 is a sectional view showing a force sensor according to the second embodiment. 図9は、図8に示す力覚センサを示す平面図である。FIG. 9 is a plan view showing the force sensor shown in FIG. 8. 図10は、図9に示す力覚センサにおける各容量素子の静電容量値の変化を示す表である。FIG. 10 is a table showing changes in capacitance values of each capacitive element in the force sensor shown in FIG. 図11は、第3の実施の形態による力覚センサを示す断面図である。FIG. 11 is a sectional view showing a force sensor according to the third embodiment. 図12は、図11に示す力覚センサを示す平面図である。FIG. 12 is a plan view showing the force sensor shown in FIG. 11. 図13は、図12に示す力覚センサにおける各容量素子の静電容量値の変化を示す表である。FIG. 13 is a table showing changes in capacitance values of each capacitive element in the force sensor shown in FIG. 12. 図14は、第4の実施の形態による力覚センサを示す斜視図である。FIG. 14 is a perspective view showing a force sensor according to the fourth embodiment. 図15は、第5の実施の形態による力覚センサを示す断面図である。FIG. 15 is a sectional view showing a force sensor according to the fifth embodiment. 図16は、図15に示す力覚センサを示す平面図である。FIG. 16 is a plan view showing the force sensor shown in FIG. 15. 図17は、受力体がZ軸方向正側の力を受けた場合の起歪体の変形状態を模式的に示す正面図である。FIG. 17 is a front view schematically showing a deformed state of the strain body when the force receiving body receives a force on the positive side in the Z-axis direction. 図18は、受力体がZ軸方向負側の力を受けた場合の起歪体の変形状態を模式的に示す正面図である。FIG. 18 is a front view schematically showing a deformed state of the strain body when the force receiving body receives a force on the negative side in the Z-axis direction. 図19は、図16に示す力覚センサにおける各容量素子の静電容量値の変化を示す表である。FIG. 19 is a table showing changes in capacitance values of each capacitive element in the force sensor shown in FIG. 16. 図20は、図19に示す静電容量値の変化に基づく主軸感度および他軸感度を示す表である。FIG. 20 is a table showing the main axis sensitivity and other axis sensitivity based on the change in capacitance value shown in FIG. 19.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、本明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺及び縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, in the drawings attached to this specification, for convenience of illustration and ease of understanding, the scale, vertical and horizontal dimension ratios, etc. are appropriately changed and exaggerated from those of the actual drawings.

なお、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件および物理的特性並びにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「直交」、「等しい」等の用語や寸法、物理的特性の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。 In addition, terms used in this specification to specify shapes, geometric conditions, physical properties, and their degrees, such as "parallel," "orthogonal," "equal," etc., dimensions, and values of physical properties etc., shall be interpreted to include the extent to which similar functions can be expected, without being bound by strict meanings.

(第1の実施の形態)
まず、図1~図7を用いて、本発明の第1の実施の形態における力覚センサについて説明する。
(First embodiment)
First, a force sensor according to a first embodiment of the present invention will be described using FIGS. 1 to 7.

まず、力覚センサ10を取り付けるロボット1について、図1を参照して説明する。ロボット1の例としては、産業用ロボット、協働ロボット、生活支援ロボット、医療用ロボットおよびサービスロボット等の各種ロボットが挙げられる。以下では、産業用ロボットを例にとって説明する。図1は、本実施の形態における力覚センサが適用されるロボット1の一例を示す斜視図である。 First, the robot 1 to which the force sensor 10 is attached will be explained with reference to FIG. Examples of the robot 1 include various robots such as industrial robots, collaborative robots, life support robots, medical robots, and service robots. In the following, an explanation will be given using an industrial robot as an example. FIG. 1 is a perspective view showing an example of a robot 1 to which a force sensor according to the present embodiment is applied.

図1に示すように、産業用ロボット1は、ロボット本体2と、ツール3と、力覚センサ10と、コントローラ5と、を備えている。ロボット本体2は、ロボットアーム4を含んでいる。ロボットアーム4は、多関節アーム構造を有している。 As shown in FIG. 1, the industrial robot 1 includes a robot body 2, a tool 3, a force sensor 10, and a controller 5. The robot body 2 includes a robot arm 4. The robot arm 4 has a multi-joint arm structure.

ロボットアーム4の先端に、力覚センサ10が取り付けられている。より具体的には、ロボットアーム4の先端に、ツール3が取り付けられている。ロボットアーム4とツール3との間に、力覚センサ10が取り付けられている。力覚センサ10は、図示しない電気ケーブルを介して、コントローラ5に電気的に接続されている。ツール3の例としては、グリッパーおよびツールチェンジャー(いずれも図示せず)等が挙げられる。 A force sensor 10 is attached to the tip of the robot arm 4. More specifically, the tool 3 is attached to the tip of the robot arm 4. A force sensor 10 is attached between the robot arm 4 and the tool 3. The force sensor 10 is electrically connected to the controller 5 via an electric cable (not shown). Examples of the tool 3 include a gripper and a tool changer (none of which are shown).

コントローラ5は、力覚センサ10から出力された電気信号に基づいて、ロボット1の力制御を行う。このことにより、ロボット本体2およびツール3の動作が制御される。 The controller 5 controls the force of the robot 1 based on the electrical signal output from the force sensor 10. This controls the operations of the robot body 2 and the tool 3.

以下、図2~図5を参照して本実施の形態による力覚センサについて説明する。図2は、第1の実施の形態による力覚センサ10を示す断面図である。図3は、図2の力覚センサ10を示す平面図である。図4は、図2の第1起歪体40Aを示す正面図である。図5は、図3に示す力覚センサ10の各起歪体40A~40Dを平面展開した図である。 The force sensor according to this embodiment will be described below with reference to FIGS. 2 to 5. FIG. 2 is a sectional view showing the force sensor 10 according to the first embodiment. FIG. 3 is a plan view showing the force sensor 10 of FIG. 2. FIG. FIG. 4 is a front view showing the first strain body 40A of FIG. 2. FIG. 5 is a plan view of each strain body 40A to 40D of the force sensor 10 shown in FIG. 3. As shown in FIG.

以下の説明では、XYZ三次元座標系を定義し、Z軸方向(第1方向)を上下方向とし、受力体20が上側に配置され、支持体30が下側に配置されるように力覚センサ10を配置した状態で説明を行う。このため、本実施の形態における力覚センサ10は、Z軸方向を上下方向とした姿勢で使用されることに限られることはない。また、受力体20と支持体30のいずれを上側または下側に配置するかは任意である。 In the following explanation, an XYZ three-dimensional coordinate system is defined, the Z-axis direction (first direction) is the vertical direction, and the force is expressed so that the force receiving body 20 is placed on the top side and the support body 30 is placed on the bottom side. The description will be made with the sense sensor 10 arranged. For this reason, the force sensor 10 in this embodiment is not limited to being used in a posture with the Z-axis direction as the vertical direction. Further, it is optional whether the force receiving body 20 or the support body 30 is disposed on the upper side or the lower side.

力覚センサ10は、所定の軸方向に作用した力および所定の回転軸まわりに作用したモーメント(トルク)を電気信号として出力する機能を有している。しかしながら、このことに限られることはなく、力およびモーメントの一方のみを電気信号として出力するように構成されていてもよく、更には、力またはモーメントの少なくとも1つの軸成分を電気信号として出力するように構成されていてもよい。 The force sensor 10 has a function of outputting a force acting in a predetermined axial direction and a moment (torque) acting around a predetermined rotation axis as electrical signals. However, the invention is not limited to this, and may be configured to output only one of force and moment as an electrical signal, and furthermore, output at least one axial component of force or moment as an electrical signal. It may be configured as follows.

力覚センサ10は、図2および図3に示すように、受力体20と、支持体30と、起歪体40A~40Dと、検出素子60と、検出回路70と、外装体80と、を備えている。以下、各構成要素についてより詳細に説明する。 As shown in FIGS. 2 and 3, the force sensor 10 includes a force receiving body 20, a support body 30, strain bodies 40A to 40D, a detection element 60, a detection circuit 70, an exterior body 80, It is equipped with Each component will be explained in more detail below.

受力体20は、検出対象となる力またはモーメントの作用を受ける。この作用を受けることにより、受力体20は支持体30に対して相対移動する。上述した図1の例では、受力体20は、ツール3にボルト等で固定されており、ツール3から力またはモーメントを受ける。 The force receiving body 20 is subjected to a force or moment to be detected. By receiving this action, the force receiving body 20 moves relative to the support body 30. In the example of FIG. 1 described above, the force receiving body 20 is fixed to the tool 3 with a bolt or the like, and receives force or moment from the tool 3.

受力体20は、X軸方向およびY軸方向に沿って形成されている。図3に示すように、受力体20は、受力体中心開口20aを含んでいてもよい。この場合、受力体20の平面形状は、概略的に円形リング形状であってもよい。図2では、受力体中心開口20aを省略している。また、受力体20は、平板状に形成されていてもよい。 The force receiving body 20 is formed along the X-axis direction and the Y-axis direction. As shown in FIG. 3, the force receiving body 20 may include a force receiving body center opening 20a. In this case, the planar shape of the force receiving body 20 may be approximately a circular ring shape. In FIG. 2, the force receiving body center opening 20a is omitted. Further, the force receiving body 20 may be formed in a flat plate shape.

図2に示すように、支持体30は、受力体20を支持している。支持体30は、Z軸方向において受力体20の負側に配置されている。受力体20と支持体30は、Z軸方向において互いに異なる位置に配置されており、支持体30は、受力体20から離れている。図1の例では、支持体30は、ロボットアーム4の先端にボルト等で固定されており、ロボット本体2に支持される。 As shown in FIG. 2, the support body 30 supports the force receiving body 20. The support body 30 is arranged on the negative side of the force receiving body 20 in the Z-axis direction. The force receiving body 20 and the support body 30 are arranged at mutually different positions in the Z-axis direction, and the support body 30 is separated from the force receiving body 20. In the example of FIG. 1, the support body 30 is fixed to the tip of the robot arm 4 with a bolt or the like, and is supported by the robot body 2.

支持体30は、X軸方向およびY軸方向に沿って形成されている。図3に示すように、支持体30は、支持体中心開口30aを含んでいてもよい。この場合、支持体30の平面形状は、概略的に円形リング形状であってもよい。平面視で、支持体中心開口30aは、受力体中心開口20aと重なっていてもよい。図2では、支持体中心開口30aを省略している。また、支持体30は、平板状に形成されていてもよい。 The support body 30 is formed along the X-axis direction and the Y-axis direction. As shown in FIG. 3, the support 30 may include a support center opening 30a. In this case, the planar shape of the support body 30 may be approximately a circular ring shape. In plan view, the support body center opening 30a may overlap the force receiving body center opening 20a. In FIG. 2, the support center opening 30a is omitted. Further, the support body 30 may be formed into a flat plate shape.

なお、受力体20の平面形状および支持体30の平面形状のうちの少なくとも一方は、円形リング形状以外の平面形状であってもよい。この場合、受力体20の平面形状および支持体30の平面形状のうちの一方が円形で、他方が円形以外の形状であってもよい。例えば、受力体20の平面形状は、受力体中心開口20aを含まない円形形状であってもよい。あるいは、受力体20の平面形状は、矩形状(例えば、長方形若しくは正方形)であってもよい。支持体30の平面形状も同様である。 Note that at least one of the planar shape of the force receiving body 20 and the planar shape of the support body 30 may be a planar shape other than the circular ring shape. In this case, one of the planar shape of the force receiving body 20 and the planar shape of the support body 30 may be circular, and the other may be a shape other than circular. For example, the planar shape of the force receiving body 20 may be a circular shape that does not include the force receiving body center opening 20a. Alternatively, the planar shape of the force receiving body 20 may be rectangular (for example, rectangular or square). The planar shape of the support body 30 is also similar.

図2および図3に示すように、起歪体40A~40Dは、受力体20と支持体30とを接続している。起歪体40A~40Dは、受力体20と支持体30との間に配置されており、受力体20に接続されるとともに支持体30に接続されている。受力体20は、起歪体40A~40Dを介して支持体30に支持されている。 As shown in FIGS. 2 and 3, the strain-generating bodies 40A to 40D connect the force receiving body 20 and the support body 30. As shown in FIGS. The strain-generating bodies 40A to 40D are arranged between the force-receiving body 20 and the support body 30, and are connected to the force-receiving body 20 and to the support body 30. The force-receiving body 20 is supported by the support body 30 via the strain-generating bodies 40A to 40D.

本実施の形態においては、受力体20と支持体30とは、4つの起歪体40A~40Dで接続されている。4つの起歪体40A~40Dは、第1起歪体40Aと、第2起歪体40Bと、第3起歪体40Cと、第4起歪体40Dと、を含んでいる。図3に示すように、Z軸方向で見たときに、受力体20の中心Oに対してY軸方向負側に第1起歪体40Aが配置されている。同様にZ軸方向で見たときに、受力体20の中心Oに対してX軸方向正側に第2起歪体40Bが配置され、受力体20の中心Oに対してY軸方向正側に第3起歪体40Cが配置されている。受力体20の中心Oに対してX軸方向負側に第4起歪体40Dが配置されている。言い換えると、第1起歪体40Aと第3起歪体40Cとの間に、受力体20の中心Oが配置され、第2起歪体40Bと第4起歪体40Dとの間に、受力体20の中心Oが配置されている。なお、受力体20と支持体30とを接続する起歪体の個数は、4つに限られることはなく、2つまたは3つでもよく、5つ以上でもよく、任意である。また、受力体20と支持体30とは、1つだけの起歪体で接続されていてもよく、この場合、検出素子60を図4に示すように2つの容量素子で構成すると、力の2軸成分を検出することができる。詳細については後述する。あるいは、検出素子60が1つだけの容量素子で構成されて、力の1軸成分を検出するようにしてもよい。 In this embodiment, the force receiving body 20 and the support body 30 are connected by four strain bodies 40A to 40D. The four strain bodies 40A to 40D include a first strain body 40A, a second strain body 40B, a third strain body 40C, and a fourth strain body 40D. As shown in FIG. 3, the first strain body 40A is arranged on the negative side in the Y-axis direction with respect to the center O of the force-receiving body 20 when viewed in the Z-axis direction. Similarly, when viewed in the Z-axis direction, the second strain body 40B is arranged on the positive side in the X-axis direction with respect to the center O of the force-receiving body 20, and on the positive side in the Y-axis direction with respect to the center O of the force-receiving body 20. A third strain body 40C is arranged on the positive side. A fourth strain-generating body 40D is arranged on the negative side in the X-axis direction with respect to the center O of the force-receiving body 20. In other words, the center O of the force receiving body 20 is arranged between the first strain body 40A and the third strain body 40C, and between the second strain body 40B and the fourth strain body 40D, A center O of the force receiving body 20 is located. Note that the number of strain-generating bodies connecting the force-receiving body 20 and the support body 30 is not limited to four, and may be two or three, five or more, and is arbitrary. Further, the force receiving body 20 and the support body 30 may be connected by only one strain body, and in this case, if the detection element 60 is composed of two capacitive elements as shown in FIG. It is possible to detect the two-axis components of . Details will be described later. Alternatively, the detection element 60 may be configured with only one capacitive element to detect a uniaxial component of force.

起歪体40A~40Dについてより具体的に説明する。 The strain bodies 40A to 40D will be explained in more detail.

本実施の形態による起歪体40A~40Dは、受力体20が受けた力またはモーメントの作用により弾性変形して歪みを生じさせ、変位するように構成されている。ここでは、上述した4つの起歪体40A~40Dのうち、X軸方向を第2方向とする第1起歪体40Aを例にとって説明する。 The strain-generating bodies 40A to 40D according to the present embodiment are configured to be elastically deformed by the action of force or moment received by the force-receiving body 20 to cause distortion and to be displaced. Here, of the four strain bodies 40A to 40D described above, the first strain body 40A whose second direction is the X-axis direction will be described as an example.

図2および図4に示すように、第1起歪体40Aは、弾性変形体41と、変位梁42と、を含んでいる。 As shown in FIGS. 2 and 4, the first strain body 40A includes an elastically deformable body 41 and a displacement beam 42. As shown in FIGS.

弾性変形体41は、Z軸方向に延びている。弾性変形体41は、受力体20に接続された受力体側端部43と、支持体30に接続された支持体側端部44と、を含んでいる。弾性変形体41は、受力体側端部43から支持体側端部44にわたって、Z軸方向に沿って直線状に延びている。 The elastic deformable body 41 extends in the Z-axis direction. The elastic deformable body 41 includes a force receiving body side end portion 43 connected to the force receiving body 20 and a support body side end portion 44 connected to the support body 30. The elastic deformable body 41 extends linearly along the Z-axis direction from the force-receiving body side end 43 to the support body side end 44.

本実施の形態による弾性変形体41は、第2方向の力の作用により弾性変形可能であるとともに、第3方向の力の作用により弾性変形可能になっている。第2方向は、第1方向に直交する方向である。第3方向は、第1方向に直交するとともに第2方向に直交する方向である。第1起歪体40Aの第2方向はX軸方向であり、第3方向はY軸方向である。 The elastically deformable body 41 according to this embodiment can be elastically deformed by the action of a force in the second direction, and can also be elastically deformed by the action of a force in the third direction. The second direction is a direction perpendicular to the first direction. The third direction is a direction perpendicular to the first direction and perpendicular to the second direction. The second direction of the first strain body 40A is the X-axis direction, and the third direction is the Y-axis direction.

本実施の形態による弾性変形体41のY軸方向の寸法は、弾性変形体41のX軸方向の寸法と等しい。この場合、弾性変形体41のY軸方向の力の作用に対するばね定数は、X軸方向の力の作用に対するばね定数と等しい。弾性変形体41のXY平面に沿う断面形状は、概略的に正方形などの矩形でもよく、概略的に円形でもよく、任意である。 The dimension of the elastically deformable body 41 according to this embodiment in the Y-axis direction is equal to the dimension of the elastically deformable body 41 in the X-axis direction. In this case, the spring constant of the elastic deformable body 41 with respect to the action of a force in the Y-axis direction is equal to the spring constant with respect to the action of a force in the X-axis direction. The cross-sectional shape of the elastically deformable body 41 along the XY plane may be approximately rectangular such as a square, or approximately circular, and is arbitrary.

変位梁42は、変位体の一例である。変位梁42は、弾性変形体41からX軸方向に突出している。本実施の形態による第1起歪体40Aは、弾性変形体41の両側でX軸方向に突出する2つの変位梁42を含んでいる。一方の変位梁42は、弾性変形体41からX軸方向負側に突出し、他方の変位梁42は、弾性変形体41からX軸方向正側に突出している。変位梁42は、弾性変形体41からX軸方向に延びていてもよい。変位梁42は、弾性変形体41に支持された片持ち梁として構成されていてもよい。変位梁42は、X軸方向に沿って直線状に形成されていてもよい。変位梁42は、Z軸方向において、受力体20から離れているとともに支持体30から離れている。変位梁42は、受力体側端部43と支持体側端部44との中間位置よりも支持体30に近い位置に配置されていてもよい。変位梁42は、支持体30に対向している。 The displacement beam 42 is an example of a displacement body. The displacement beam 42 protrudes from the elastically deformable body 41 in the X-axis direction. The first strain body 40A according to this embodiment includes two displacement beams 42 that protrude in the X-axis direction on both sides of the elastically deformable body 41. One displacement beam 42 protrudes from the elastically deformable body 41 toward the negative side in the X-axis direction, and the other displacement beam 42 protrudes from the elastically deformable body 41 toward the positive side in the X-axis direction. The displacement beam 42 may extend from the elastically deformable body 41 in the X-axis direction. The displacement beam 42 may be configured as a cantilever supported by the elastically deformable body 41. The displacement beam 42 may be formed linearly along the X-axis direction. The displacement beam 42 is apart from the force receiving body 20 and also away from the support body 30 in the Z-axis direction. The displacement beam 42 may be arranged at a position closer to the support body 30 than an intermediate position between the force receiving body side end portion 43 and the support body side end portion 44. The displacement beam 42 faces the support 30 .

第2起歪体40Bは、Y軸方向を第2方向とするとともに、X軸方向を第3方向としている。第3起歪体40Cは、X軸方向を第2方向とするとともに、Y軸方向を第3方向としている。第4起歪体40Dは、Y軸方向を第2方向とするとともに、X軸方向を第3方向としている。第2起歪体40B、第3起歪体40Cおよび第4起歪体40Dは、第1起歪体40Aと同様に構成されるため、第2起歪体40B、第3起歪体40Cおよび第4起歪体40Dの個々の構成についての詳細な説明は省略する。 The second strain body 40B has the Y-axis direction as its second direction and the X-axis direction as its third direction. The third strain body 40C has the X-axis direction as its second direction and the Y-axis direction as its third direction. The fourth strain body 40D has the Y-axis direction as its second direction and the X-axis direction as its third direction. Since the second flexural body 40B, the third flexural body 40C, and the fourth flexural body 40D are configured similarly to the first flexural body 40A, the second flexural body 40B, the third flexural body 40C, and A detailed explanation of the individual configurations of the fourth strain body 40D will be omitted.

図3に示すように、本実施の形態による起歪体40A~40Dの変位梁42は、環状配置されている。上述したように、受力体20および支持体30がZ軸方向で見たときに円形リング形状で形成されており、4つの起歪体40A~40Dの変位梁42が、矩形の環状をなすように配置されている。各起歪体40A~40Dの変位梁42は、Z軸方向で見たときに、各々の第2方向に沿って直線状に形成されている。なお、4つの起歪体40A~40Dの配置は、環状配置であることに限られることはなく、それぞれを任意の位置で不規則に配置していてもよい。 As shown in FIG. 3, the displacement beams 42 of the strain generating bodies 40A to 40D according to this embodiment are arranged in an annular shape. As described above, the force receiving body 20 and the support body 30 are formed in a circular ring shape when viewed in the Z-axis direction, and the displacement beams 42 of the four strain bodies 40A to 40D form a rectangular ring shape. It is arranged like this. The displacement beams 42 of each of the strain-generating bodies 40A to 40D are formed linearly along the respective second directions when viewed in the Z-axis direction. Note that the arrangement of the four strain-generating bodies 40A to 40D is not limited to an annular arrangement, and each may be arranged irregularly at any position.

このように構成された第1起歪体40Aは、アルミ合金や鉄合金などの金属材料で作製された板材から機械加工で形成されていてもよく、または鋳造加工で形成されていてもよい。機械加工で形成される場合、弾性変形体41および変位梁42は、Y軸方向(第3方向)が厚さ方向となるように板状に形成され、一体に連続状の板材から形成される。このことにより、第1起歪体40Aを容易に作製することができる。このように形成された第1起歪体40Aは、受力体20および支持体30にボルトまたは接着剤等でそれぞれ固定されていてもよい。第2起歪体40B、第3起歪体40Cおよび第4起歪体40Dについても同様である。あるいは、受力体20、支持体30および起歪体40A~40Dは、一体に連続状のブロック材から機械加工(例えば、切削加工)で形成されてもよく、または鋳造加工で形成されていてもよい。 The first strain body 40A configured in this manner may be formed by machining from a plate material made of a metal material such as an aluminum alloy or an iron alloy, or may be formed by casting. When formed by machining, the elastic deformable body 41 and the displacement beam 42 are formed into a plate shape such that the Y-axis direction (third direction) is the thickness direction, and are integrally formed from a continuous plate material. . Thereby, the first strain body 40A can be easily manufactured. The first strain body 40A formed in this manner may be fixed to the force receiving body 20 and the support body 30 with bolts, an adhesive, or the like. The same applies to the second strain body 40B, the third strain body 40C, and the fourth strain body 40D. Alternatively, the force-receiving body 20, the support body 30, and the strain-generating bodies 40A to 40D may be integrally formed from a continuous block material by machining (for example, cutting) or by casting. Good too.

検出素子60について説明する。 The detection element 60 will be explained.

検出素子60は、上述した第1起歪体40Aの弾性変形により生じた変位を検出するように構成されている。本実施の形態による検出素子60は、静電容量を検出する容量素子を含んでいる。図4に示すように、容量素子は、支持体30に設けられた固定電極基板と、変位梁42に設けられた変位電極基板と、含んでいる。変位電極基板は、固定電極基板に対向している。本実施の形態においては、検出素子60は、第1容量素子C1~第8容量素子C8を含んでいる。検出素子60は、各変位梁42に設けられた変位電極基板と、これに対応する固定電極基板と、を含んでいる。 The detection element 60 is configured to detect the displacement caused by the elastic deformation of the first strain body 40A described above. Detection element 60 according to this embodiment includes a capacitive element that detects capacitance. As shown in FIG. 4, the capacitive element includes a fixed electrode substrate provided on the support body 30 and a displacement electrode substrate provided on the displacement beam 42. The displacement electrode substrate faces the fixed electrode substrate. In this embodiment, the detection element 60 includes a first capacitive element C1 to an eighth capacitive element C8. The detection element 60 includes a displacement electrode substrate provided on each displacement beam 42 and a corresponding fixed electrode substrate.

図4に示す例においては、検出素子60は、第1起歪体40A用の電極として、2つの固定電極基板Ef1、Ef2と、2つの変位電極基板Ed1、Ed2と、を含んでいる。第1起歪体40Aの各変位梁42に、変位電極基板Ed1、Ed2が配置されている。1つの変位梁42に、1つの変位電極基板Ed1、Ed2が配置されている。各固定電極基板Ef1、Ef2は、対応する変位電極基板Ed1、Ed2に対向する位置で支持体30に配置されている。 In the example shown in FIG. 4, the detection element 60 includes two fixed electrode substrates Ef1 and Ef2 and two displacement electrode substrates Ed1 and Ed2 as electrodes for the first strain body 40A. Displacement electrode substrates Ed1 and Ed2 are arranged on each displacement beam 42 of the first strain body 40A. One displacement electrode substrate Ed1, Ed2 is arranged on one displacement beam 42. Each fixed electrode substrate Ef1, Ef2 is arranged on the support body 30 at a position facing the corresponding displacement electrode substrate Ed1, Ed2.

図4に示すように、2つの固定電極基板Ef1、Ef2は、第1固定電極基板Ef1と、第2固定電極基板Ef2と、を含んでいる。第1固定電極基板Ef1および第2固定電極基板Ef2は、X軸方向において互いに異なる位置に配置されている。本実施の形態においては、第1固定電極基板Ef1は、弾性変形体41よりもX軸方向負側に配置され、第2固定電極基板Ef2は、弾性変形体41よりもX軸方向正側に配置されている。 As shown in FIG. 4, the two fixed electrode substrates Ef1 and Ef2 include a first fixed electrode substrate Ef1 and a second fixed electrode substrate Ef2. The first fixed electrode substrate Ef1 and the second fixed electrode substrate Ef2 are arranged at mutually different positions in the X-axis direction. In the present embodiment, the first fixed electrode substrate Ef1 is arranged on the negative side of the elastically deformable body 41 in the X-axis direction, and the second fixed electrode substrate Ef2 is arranged on the positive side of the X-axis direction with respect to the elastically deformable body 41. It is located.

本実施の形態においては、固定電極基板Ef1、Ef2は、支持体30のうちの受力体20の側の面に配置されている。固定電極基板Ef1、Ef2は、支持体30に接着剤で接合されていてもよく、またはボルト等で固定されていてもよい。固定電極基板Ef1、Ef2は、対応する変位電極基板Ed1、Ed2に対向する固定電極Efと、固定電極Efと支持体30との間に介在された絶縁体IBfと、を含んでいる。 In this embodiment, the fixed electrode substrates Ef1 and Ef2 are arranged on the surface of the support body 30 on the side of the force receiving body 20. The fixed electrode substrates Ef1 and Ef2 may be bonded to the support body 30 with an adhesive, or may be fixed with bolts or the like. The fixed electrode substrates Ef1 and Ef2 include a fixed electrode Ef facing the corresponding displacement electrode substrate Ed1 and Ed2, and an insulator IBf interposed between the fixed electrode Ef and the support 30.

図4に示すように、2つの変位電極基板Ed1、Ed2は、第1変位電極基板Ed1と、第2変位電極基板Ed2と、を含んでいる。第1変位電極基板Ed1および第2変位電極基板Ed2は、X軸方向において互いに異なる位置に配置されている。本実施の形態においては、第1変位電極基板Ed1は、弾性変形体41よりもX軸方向負側に配置され、弾性変形体41からX軸方向負側に突出する変位梁42に配置されている。第2変位電極基板Ed2は、弾性変形体41よりもX軸方向正側に配置され、弾性変形体41からX軸方向正側に突出する変位梁42に配置されている。第1変位電極基板Ed1は、変位梁42のX軸方向負側の端部に配置されていてもよい。第2変位電極基板Ed2は、変位梁42のX軸方向正側の端部に配置されていてもよい。 As shown in FIG. 4, the two displacement electrode substrates Ed1 and Ed2 include a first displacement electrode substrate Ed1 and a second displacement electrode substrate Ed2. The first displacement electrode substrate Ed1 and the second displacement electrode substrate Ed2 are arranged at different positions in the X-axis direction. In the present embodiment, the first displacement electrode substrate Ed1 is disposed on the negative side of the elastic deformable body 41 in the X-axis direction, and is disposed on the displacement beam 42 that protrudes from the elastic deformable body 41 on the negative side of the X-axis direction. There is. The second displacement electrode substrate Ed2 is disposed on the positive side of the X-axis direction relative to the elastic deformation body 41, and is disposed on a displacement beam 42 that protrudes from the elastic deformation body 41 on the positive side of the X-axis direction. The first displacement electrode substrate Ed1 may be arranged at the end of the displacement beam 42 on the negative side in the X-axis direction. The second displacement electrode substrate Ed2 may be arranged at the end of the displacement beam 42 on the positive side in the X-axis direction.

本実施の形態においては、変位電極基板Ed1、Ed2は、変位梁42のうちの支持体30の側の面に設けられている。変位電極基板Ed1、Ed2は、変位梁42に接着剤で接合されていてもよく、またはボルト等で固定されていてもよい。変位電極基板Ed1、Ed2は、対応する固定電極基板Ef1、Ef2に対向する変位電極Edと、変位電極Edと変位梁42との間に介在された絶縁体IBdと、を含んでいる。 In this embodiment, the displacement electrode substrates Ed1 and Ed2 are provided on the surface of the displacement beam 42 on the support body 30 side. The displacement electrode substrates Ed1 and Ed2 may be joined to the displacement beam 42 with an adhesive, or may be fixed with bolts or the like. The displacement electrode substrates Ed1 and Ed2 include a displacement electrode Ed facing the corresponding fixed electrode substrate Ef1 and Ef2, and an insulator IBd interposed between the displacement electrode Ed and the displacement beam 42.

第1固定電極基板Ef1は、第1変位電極基板Ed1に対向している。第1固定電極基板Ef1と第1変位電極基板Ed1とで第1容量素子C1が構成されている。第2固定電極基板Ef2は、第2変位電極基板Ed2に対向している。第2固定電極基板Ef2と第2変位電極基板Ed2とで第2容量素子C2が構成されている。第1容量素子C1と第2容量素子C2とが、第1起歪体40A用の検出素子60として構成されている。 The first fixed electrode substrate Ef1 faces the first displacement electrode substrate Ed1. The first capacitive element C1 is configured by the first fixed electrode substrate Ef1 and the first displacement electrode substrate Ed1. The second fixed electrode substrate Ef2 faces the second displacement electrode substrate Ed2. The second capacitive element C2 is configured by the second fixed electrode substrate Ef2 and the second displacement electrode substrate Ed2. The first capacitive element C1 and the second capacitive element C2 are configured as a detection element 60 for the first strain body 40A.

第1容量素子C1および第2容量素子C2は、Y軸方向において同じ位置に配置されている。すなわち、第1変位電極基板Ed1および第2変位電極基板Ed2は、Y軸方向において同じ位置に配置されるとともに、第1固定電極基板Ef1および第2固定電極基板Ef2も、Y軸方向において同じ位置に配置されている。 The first capacitive element C1 and the second capacitive element C2 are arranged at the same position in the Y-axis direction. That is, the first displacement electrode substrate Ed1 and the second displacement electrode substrate Ed2 are arranged at the same position in the Y-axis direction, and the first fixed electrode substrate Ef1 and the second fixed electrode substrate Ef2 are also arranged at the same position in the Y-axis direction. It is located in

本実施の形態では、固定電極基板Ef1、Ef2の平面形状は、矩形になっている。変位電極基板Ed1、Ed2の平面形状も、矩形になっている。しかしながら、固定電極基板Ef1、Ef2の平面形状および変位電極基板Ed1、Ed2の平面形状は、矩形に限られることはなく、円形、多角形、楕円形等の他の形状であってもよい。 In this embodiment, the planar shape of the fixed electrode substrates Ef1 and Ef2 is rectangular. The planar shape of the displacement electrode substrates Ed1 and Ed2 is also rectangular. However, the planar shapes of the fixed electrode substrates Ef1, Ef2 and the planar shapes of the displacement electrode substrates Ed1, Ed2 are not limited to rectangular shapes, and may be other shapes such as circular, polygonal, and elliptical shapes.

Z軸方向で見たときに、第1固定電極基板Ef1は、第1変位電極基板Ed1よりも大きくなっていてもよい。例えば、第1固定電極基板Ef1の平面形状は、第1変位電極基板Ed1の平面形状よりも大きくなっていてもよい。そして、第1変位電極基板Ed1がX軸方向、Y軸方向またはZ軸方向に変位した場合であっても、Z軸方向で見たときに第1変位電極基板Ed1が全体として、第1固定電極基板Ef1に重なっていてもよい。言い換えると、第1変位電極基板Ed1がX軸方向、Y軸方向またはZ軸方向に変位した場合であっても、変位電極Edと固定電極Efとが重なるように、変位電極Edの大きさと固定電極Efの大きさが設定されていてもよい。このようにして、第1変位電極基板Ed1が変位した場合であっても、変位電極Edと固定電極Efの対向面積が変化することを防止することができ、静電容量値の変化に、対向面積の変化が影響を及ぼすことを防止することができる。このため、変位電極Edと固定電極Efとの距離の変化に応じて静電容量値を変化させることができる。ここで、対向面積とは、Z軸方向で見たときに変位電極Edと固定電極Efとが重なる面積を言う。変位梁42が傾動した場合には、固定電極Efよりも小さい変位電極Edが傾斜して対向面積が変動し得るが、この場合の変位電極Edの傾斜角度は小さい。このことにより、静電容量値の変化には、変位電極Edと固定電極Efとの距離が支配的となる。このため、本明細書では、変位電極Edの傾斜による対向面積の変動は考慮せず、静電容量値の変化は、変位電極Edと固定電極Efとの距離の変化に起因すると考える。なお、後述する図6等では、 図面を明瞭にするために、変位梁42の傾斜を誇張している。また、第1固定電極基板Ef1の平面形状が第1変位電極基板Ed1の平面形状よりも大きくなっていることに限られることはなく、第1変位電極基板Ed1の平面形状が、第1固定電極基板Ef1の平面形状よりも大きくなっていてもよい。 When viewed in the Z-axis direction, the first fixed electrode substrate Ef1 may be larger than the first displacement electrode substrate Ed1. For example, the planar shape of the first fixed electrode substrate Ef1 may be larger than the planar shape of the first displacement electrode substrate Ed1. Even if the first displacement electrode substrate Ed1 is displaced in the X-axis direction, Y-axis direction, or Z-axis direction, the first displacement electrode substrate Ed1 as a whole remains in the first fixed position when viewed in the Z-axis direction. It may overlap the electrode substrate Ef1. In other words, even if the first displacement electrode substrate Ed1 is displaced in the X-axis direction, Y-axis direction, or Z-axis direction, the size and fixation of the displacement electrode Ed is such that the displacement electrode Ed and the fixed electrode Ef overlap. The size of the electrode Ef may be set. In this way, even if the first displacement electrode substrate Ed1 is displaced, it is possible to prevent the facing area of the displacement electrode Ed and the fixed electrode Ef from changing, and to It is possible to prevent changes in area from having an effect. Therefore, the capacitance value can be changed according to a change in the distance between the displacement electrode Ed and the fixed electrode Ef. Here, the opposing area refers to the area where the displacement electrode Ed and the fixed electrode Ef overlap when viewed in the Z-axis direction. When the displacement beam 42 tilts, the displacement electrode Ed, which is smaller than the fixed electrode Ef, may tilt and the opposing area may vary, but in this case, the tilt angle of the displacement electrode Ed is small. As a result, the change in capacitance value is dominated by the distance between the displacement electrode Ed and the fixed electrode Ef. Therefore, in this specification, changes in the facing area due to the inclination of the displacement electrode Ed are not considered, and changes in the capacitance value are considered to be caused by changes in the distance between the displacement electrode Ed and the fixed electrode Ef. Note that in FIG. 6 and other figures described later, the inclination of the displacement beam 42 is exaggerated to make the drawings clearer. Further, the planar shape of the first fixed electrode substrate Ef1 is not limited to being larger than the planar shape of the first displacement electrode substrate Ed1, and the planar shape of the first displacement electrode substrate Ed1 is different from that of the first fixed electrode substrate Ed1. It may be larger than the planar shape of the substrate Ef1.

同様に、Z軸方向で見たときに、第2固定電極基板Ef2の平面形状も、第2変位電極基板Ed2の平面形状よりも大きくなっていてもよい。なお、第2変位電極基板Ed2の平面形状が、第2固定電極基板Ef2の平面形状よりも大きくなっていてもよい。 Similarly, when viewed in the Z-axis direction, the planar shape of the second fixed electrode substrate Ef2 may also be larger than the planar shape of the second displacement electrode substrate Ed2. Note that the planar shape of the second displacement electrode substrate Ed2 may be larger than the planar shape of the second fixed electrode substrate Ef2.

固定電極基板Ef1、Ef2の固定電極Efの平面形状と絶縁体IBfの平面形状は、同一の大きさであってもよい。しかしながら、このことに限られることはなく、固定電極Efの平面形状と絶縁体IBfの平面形状は、互いに異なる大きさであってもよい。変位電極基板Ed1、Ed2の変位電極Edの平面形状と絶縁体IBdの平面形状も同様である。 The planar shape of the fixed electrode Ef of the fixed electrode substrates Ef1 and Ef2 and the planar shape of the insulator IBf may be the same size. However, the present invention is not limited to this, and the planar shape of the fixed electrode Ef and the planar shape of the insulator IBf may have different sizes from each other. The planar shape of the displacement electrode Ed of the displacement electrode substrates Ed1 and Ed2 and the planar shape of the insulator IBd are also similar.

第1固定電極基板Ef1と第2固定電極基板Ef2とは、図4に示すように、別体に形成されて互いに離れていてもよい。しかしながら、このことに限られることはなく、第1固定電極基板Ef1と第2固定電極基板Ef2とは、一体化されて、1つの共通の固定電極基板で構成されていてもよい。この場合、絶縁体IBfおよび固定電極Efがそれぞれ一体化されていてもよい。あるいは、固定電極Efが互いに離れて構成される場合であっても、絶縁体IBfは一体化されていてもよい。 The first fixed electrode substrate Ef1 and the second fixed electrode substrate Ef2 may be formed separately and separated from each other, as shown in FIG. 4. However, the present invention is not limited to this, and the first fixed electrode substrate Ef1 and the second fixed electrode substrate Ef2 may be integrated into one common fixed electrode substrate. In this case, the insulator IBf and the fixed electrode Ef may be each integrated. Alternatively, even if the fixed electrodes Ef are configured to be separated from each other, the insulator IBf may be integrated.

上述した第1起歪体40Aとこれに対応する検出素子60の構成は、第2起歪体40B、第3起歪体40Cおよび第4起歪体40Dにも同様に適用できる。 The configuration of the first strain body 40A and the corresponding detection element 60 described above can be similarly applied to the second strain body 40B, the third strain body 40C, and the fourth strain body 40D.

すなわち、図5に示すように、検出素子60は、第2起歪体40B用の電極として、支持体30に設けられた2つの固定電極基板Ef3、Ef4と、変位梁42に設けられた2つの変位電極基板Ed3、Ed4と、を更に含んでいる。2つの固定電極基板Ef3、Ef4は、第3固定電極基板Ef3と第4固定電極基板Ef4とを含んでいる。2つの変位電極基板Ed3、Ed4は、第3変位電極基板Ed3と第4変位電極基板Ed4とを含んでいる。第3固定電極基板Ef3は、第3変位電極基板Ed3に対向し、第4固定電極基板Ef4は、第4変位電極基板Ed4に対向している。第3固定電極基板Ef3と第3変位電極基板Ed3とで第3容量素子C3が構成され、第4固定電極基板Ef4と第4変位電極基板Ed4とで第4容量素子C4が構成されている。 That is, as shown in FIG. 5, the detection element 60 has two fixed electrode substrates Ef3 and Ef4 provided on the support body 30 and two fixed electrode substrates Ef4 provided on the displacement beam 42 as electrodes for the second strain body 40B. It further includes two displacement electrode substrates Ed3 and Ed4. The two fixed electrode substrates Ef3 and Ef4 include a third fixed electrode substrate Ef3 and a fourth fixed electrode substrate Ef4. The two displacement electrode substrates Ed3 and Ed4 include a third displacement electrode substrate Ed3 and a fourth displacement electrode substrate Ed4. The third fixed electrode substrate Ef3 faces the third displacement electrode substrate Ed3, and the fourth fixed electrode substrate Ef4 faces the fourth displacement electrode substrate Ed4. The third fixed electrode substrate Ef3 and the third displacement electrode substrate Ed3 constitute a third capacitive element C3, and the fourth fixed electrode substrate Ef4 and the fourth displacement electrode substrate Ed4 constitute a fourth capacitive element C4.

第3変位電極基板Ed3および第3固定電極基板Ef3は、弾性変形体41よりもY軸方向負側に配置されている。第3変位電極基板Ed3は、弾性変形体41からY軸方向負側に突出する変位梁42に配置されている。第4変位電極基板Ed4および第4固定電極基板Ef4は、弾性変形体41よりもY軸方向正側に配置されている。第4変位電極基板Ed4は、弾性変形体41からY軸方向正側に突出する変位梁42に配置されている。第3容量素子C3および第4容量素子C4は、X軸方向において同じ位置に配置されている。固定電極基板Ef3、Ef4は、上述した固定電極基板Ef1、Ef2と同様の構成を有している。変位電極基板Ed3、Ed4は、上述した変位電極基板Ed1、Ed2と同様の構成を有している。 The third displacement electrode substrate Ed3 and the third fixed electrode substrate Ef3 are arranged on the negative side of the elastic deformable body 41 in the Y-axis direction. The third displacement electrode substrate Ed3 is arranged on a displacement beam 42 that protrudes from the elastic deformation body 41 toward the negative side in the Y-axis direction. The fourth displacement electrode substrate Ed4 and the fourth fixed electrode substrate Ef4 are arranged on the positive side of the elastic deformable body 41 in the Y-axis direction. The fourth displacement electrode substrate Ed4 is arranged on a displacement beam 42 that projects from the elastic deformable body 41 to the positive side in the Y-axis direction. The third capacitive element C3 and the fourth capacitive element C4 are arranged at the same position in the X-axis direction. The fixed electrode substrates Ef3 and Ef4 have the same configuration as the fixed electrode substrates Ef1 and Ef2 described above. The displacement electrode substrates Ed3 and Ed4 have the same configuration as the displacement electrode substrates Ed1 and Ed2 described above.

また、検出素子60は、第3起歪体40C用の電極として、支持体30に設けられた2つの固定電極基板Ef5、Ef6と、変位梁42に設けられた2つの変位電極基板Ed5、Ed6と、を更に含んでいる。2つの固定電極基板Ef5、Ef6は、第5固定電極基板Ef5と第6固定電極基板Ef6とを含んでいる。2つの変位電極基板Ed5、Ed6は、第5変位電極基板Ed5と第6変位電極基板Ed6とを含んでいる。第5固定電極基板Ef5は、第5変位電極基板Ed5に対向し、第6固定電極基板Ef6は、第6変位電極基板Ed6に対向している。第5固定電極基板Ef5と第5変位電極基板Ed5とで第5容量素子C5が構成され、第6固定電極基板Ef6と第6変位電極基板Ed6とで第6容量素子C6が構成されている。 The detection element 60 also includes two fixed electrode substrates Ef5 and Ef6 provided on the support body 30 and two displacement electrode substrates Ed5 and Ed6 provided on the displacement beam 42 as electrodes for the third strain body 40C. It further includes. The two fixed electrode substrates Ef5 and Ef6 include a fifth fixed electrode substrate Ef5 and a sixth fixed electrode substrate Ef6. The two displacement electrode substrates Ed5 and Ed6 include a fifth displacement electrode substrate Ed5 and a sixth displacement electrode substrate Ed6. The fifth fixed electrode substrate Ef5 faces the fifth displacement electrode substrate Ed5, and the sixth fixed electrode substrate Ef6 faces the sixth displacement electrode substrate Ed6. The fifth fixed electrode substrate Ef5 and the fifth displacement electrode substrate Ed5 constitute a fifth capacitive element C5, and the sixth fixed electrode substrate Ef6 and the sixth displacement electrode substrate Ed6 constitute a sixth capacitive element C6.

第5変位電極基板Ed5および第5固定電極基板Ef5は、弾性変形体41よりもX軸方向正側に配置されている。第5変位電極基板Ed5は、弾性変形体41からX軸方向正側に突出する変位梁42に配置されている。第6変位電極基板Ed6および第6固定電極基板Ef6は、弾性変形体41よりもX軸方向負側に配置されている。第6変位電極基板Ed6は、弾性変形体41からX軸方向負側に突出する変位梁42に配置されている。第5容量素子C5および第6容量素子C6は、Y軸方向において同じ位置に配置されている。固定電極基板Ef5、Ef6は、上述した固定電極基板Ef1、Ef2と同様の構成を有している。変位電極基板Ed5、Ed6は、上述した変位電極基板Ed1、Ed2と同様の構成を有している。 The fifth displacement electrode substrate Ed5 and the fifth fixed electrode substrate Ef5 are arranged on the positive side of the elastic deformable body 41 in the X-axis direction. The fifth displacement electrode substrate Ed5 is arranged on a displacement beam 42 that protrudes from the elastic deformable body 41 toward the positive side in the X-axis direction. The sixth displacement electrode substrate Ed6 and the sixth fixed electrode substrate Ef6 are arranged on the negative side of the elastically deformable body 41 in the X-axis direction. The sixth displacement electrode substrate Ed6 is arranged on a displacement beam 42 that protrudes from the elastically deformable body 41 toward the negative side in the X-axis direction. The fifth capacitive element C5 and the sixth capacitive element C6 are arranged at the same position in the Y-axis direction. The fixed electrode substrates Ef5 and Ef6 have the same configuration as the fixed electrode substrates Ef1 and Ef2 described above. The displacement electrode substrates Ed5 and Ed6 have the same configuration as the displacement electrode substrates Ed1 and Ed2 described above.

また、検出素子60は、第4起歪体40D用の電極として、支持体30に設けられた2つの固定電極基板Ef7、Ef8と、変位梁42に設けられた2つの変位電極基板Ed7、Ed8と、を更に含んでいる。2つの固定電極基板Ef7、Ef8は、第7固定電極基板Ef7と第8固定電極基板Ef8とを含んでいる。2つの変位電極基板Ed7、Ed8は、第7変位電極基板Ed7と第8変位電極基板Ed8とを含んでいる。第7固定電極基板Ef7は、第7変位電極基板Ed7に対向し、第8固定電極基板Ef8は、第8変位電極基板Ed8に対向している。第7固定電極基板Ef7と第7変位電極基板Ed7とで第7容量素子C7が構成され、第8固定電極基板Ef8と第8変位電極基板Ed8とで第8容量素子C8が構成されている。 The detection element 60 also includes two fixed electrode substrates Ef7 and Ef8 provided on the support body 30 and two displacement electrode substrates Ed7 and Ed8 provided on the displacement beam 42 as electrodes for the fourth strain body 40D. It further includes. The two fixed electrode substrates Ef7 and Ef8 include a seventh fixed electrode substrate Ef7 and an eighth fixed electrode substrate Ef8. The two displacement electrode substrates Ed7 and Ed8 include a seventh displacement electrode substrate Ed7 and an eighth displacement electrode substrate Ed8. The seventh fixed electrode substrate Ef7 faces the seventh displacement electrode substrate Ed7, and the eighth fixed electrode substrate Ef8 faces the eighth displacement electrode substrate Ed8. The seventh fixed electrode substrate Ef7 and the seventh displacement electrode substrate Ed7 constitute a seventh capacitive element C7, and the eighth fixed electrode substrate Ef8 and the eighth displacement electrode substrate Ed8 constitute an eighth capacitive element C8.

第7変位電極基板Ed7および第7固定電極基板Ef7は、弾性変形体41よりもY軸方向正側に配置されている。第7変位電極基板Ed7は、弾性変形体41からY軸方向正側に突出する変位梁42に配置されている。第8変位電極基板Ed8および第8固定電極基板Ef8は、弾性変形体41よりもY軸方向負側に配置されている。第8変位電極基板Ed8は、弾性変形体41からY軸方向負側に突出する変位梁42に配置されている。第7容量素子C7および第8容量素子C8は、X軸方向において同じ位置に配置されている。固定電極基板Ef7、Ef8は、上述した固定電極基板Ef1、Ef2と同様の構成を有している。変位電極基板Ed7、Ed8は、上述した変位電極基板Ed1、Ed2と同様の構成を有している。 The seventh displacement electrode substrate Ed7 and the seventh fixed electrode substrate Ef7 are arranged on the positive side of the elastic deformable body 41 in the Y-axis direction. The seventh displacement electrode substrate Ed7 is arranged on a displacement beam 42 that projects from the elastic deformable body 41 to the positive side in the Y-axis direction. The eighth displacement electrode substrate Ed8 and the eighth fixed electrode substrate Ef8 are arranged on the negative side of the elastic deformable body 41 in the Y-axis direction. The eighth displacement electrode substrate Ed8 is disposed on a displacement beam 42 that protrudes from the elastic deformable body 41 toward the negative side in the Y-axis direction. The seventh capacitive element C7 and the eighth capacitive element C8 are arranged at the same position in the X-axis direction. The fixed electrode substrates Ef7 and Ef8 have the same configuration as the fixed electrode substrates Ef1 and Ef2 described above. The displacement electrode substrates Ed7 and Ed8 have the same configuration as the displacement electrode substrates Ed1 and Ed2 described above.

上述した各固定電極基板Ef1~Ef8は、電極材料が積層されたセラミック基板、ガラスエポキシ基板またはFPC基板(フレキシブルプリント回路基板)で構成されていてもよい。FPC基板は、薄いフィルム状に形成されておりフレキシブル性を有しているプリント基板であるが、支持体30に全体的に接合させてもよい。各固定電極基板Ef1~Ef8は、支持体30に接着剤で接着されていてもよい。各変位電極基板Ed1~Ed8についても同様である。各変位電極基板Ed1~Ed8は、変位梁42に接着剤で接着されていてもよい。 Each of the fixed electrode substrates Ef1 to Ef8 described above may be composed of a ceramic substrate, a glass epoxy substrate, or an FPC substrate (flexible printed circuit board) on which electrode materials are laminated. The FPC board is a flexible printed circuit board formed in the form of a thin film, but it may be entirely bonded to the support body 30. Each of the fixed electrode substrates Ef1 to Ef8 may be bonded to the support body 30 with an adhesive. The same applies to each of the displacement electrode substrates Ed1 to Ed8. Each of the displacement electrode substrates Ed1 to Ed8 may be bonded to the displacement beam 42 with an adhesive.

図2に示すように、検出回路70は、検出素子60の検出結果に基づいて、起歪体40A~40Dに作用した力またはモーメントを示す電気信号を出力する。この検出回路70は、例えばマイクロプロセッサにより構成された演算機能を有していてもよい。また、検出回路70は、上述した検出素子60から受信したアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換機能や、信号を増幅する機能及び各種補正機能を有してもよい。検出回路70は、電気信号を出力する端子を含んでいてもよく、この端子から電気ケーブルを介して上述したコントローラ5に電気信号が送信される。 As shown in FIG. 2, the detection circuit 70 outputs an electric signal indicating the force or moment acting on the strain bodies 40A to 40D based on the detection result of the detection element 60. This detection circuit 70 may have an arithmetic function configured by a microprocessor, for example. Further, the detection circuit 70 may have an A/D conversion function that converts the analog signal received from the detection element 60 described above into a digital signal, a signal amplification function, and various correction functions. The detection circuit 70 may include a terminal that outputs an electrical signal, and the electrical signal is transmitted from this terminal to the above-mentioned controller 5 via an electrical cable.

図2および図3に示すように、外装体80は、Z軸方向で見たときに、4つの起歪体40A~40Dを外側から覆うように構成されている。外装体80は、力覚センサ10を構成する筒状の筐体であってもよい。起歪体40A~40Dは、外装体80に収容されている。本実施の形態では外装体80の平面断面形状(XY平面に沿う断面における形状)は円形枠形状になっている。 As shown in FIGS. 2 and 3, the exterior body 80 is configured to cover the four strain-generating bodies 40A to 40D from the outside when viewed in the Z-axis direction. The exterior body 80 may be a cylindrical housing that constitutes the force sensor 10. The strain-generating bodies 40A to 40D are housed in an exterior body 80. In this embodiment, the planar cross-sectional shape (shape in a cross section along the XY plane) of the exterior body 80 is a circular frame shape.

図2に示すように、外装体80は、受力体20に取り付けられた受力体側カバー81と、支持体30に取り付けられた支持体側カバー82と、受力体側カバー81と支持体側カバー82との間に介在された緩衝部材83と、を含んでいる。受力体側カバー81は、受力体20に密閉して取り付けられていてもよく、一体的に形成されていてもよい。支持体側カバー82は、支持体30に密閉して取り付けられていてもよく、一体的に形成されていてもよい。緩衝部材83は、例えば、防塵および防水用のゴムパッキンで構成されていてもよい。この緩衝部材83によって、受力体側カバー81と支持体側カバー82との間の隙間から塵埃などの異物が内部に侵入することを防止できる。また、受力体20が、支持体30に対して変位可能になっている。 As shown in FIG. 2, the exterior body 80 includes a force receiving body side cover 81 attached to the force receiving body 20, a support body side cover 82 attached to the support body 30, a force receiving body side cover 81 and a support body side cover 82. and a buffer member 83 interposed between. The force-receiving body side cover 81 may be attached to the force-receiving body 20 in a sealed manner, or may be integrally formed. The support side cover 82 may be attached to the support 30 in a sealed manner, or may be integrally formed. The buffer member 83 may be composed of, for example, a dustproof and waterproof rubber packing. This buffer member 83 can prevent foreign matter such as dust from entering the inside through the gap between the force-receiving body side cover 81 and the support body side cover 82. Further, the force receiving body 20 is movable relative to the support body 30.

次に、このような構成からなる本実施の形態による力覚センサにおいて、力またはモーメントを検出する方法について説明する。 Next, a method for detecting force or moment in the force sensor according to the present embodiment having such a configuration will be described.

受力体20が力またはモーメントの作用を受けると、その力またはモーメントが、第1起歪体40A~第4起歪体40Dに伝わる。より具体的には、その力またはモーメントが、弾性変形体41に伝わり、弾性変形体41に弾性変形が生じる。このことにより、変位梁42が傾動し、変位する。このため、検出素子60の各固定電極基板Ef1~Ef8と対応する変位電極基板Ed1~Ed8との間の距離が変化し、各容量素子C1~C8の静電容量値が変化する。この静電容量値の変化が、起歪体40A~40Dに生じた変位として検出素子60で検出される。この場合、各容量素子C1~C8の静電容量値の変化が異なり得る。このため、検出回路70は、検出素子60で検出された各容量素子C1~C8の静電容量値の変化に基づいて、受力体20に作用した力またはモーメントの向きと大きさを検出することができる。 When the force receiving body 20 is subjected to a force or moment, the force or moment is transmitted to the first strain body 40A to the fourth strain body 40D. More specifically, the force or moment is transmitted to the elastically deformable body 41, causing the elastically deformable body 41 to be elastically deformed. As a result, the displacement beam 42 is tilted and displaced. Therefore, the distance between each fixed electrode substrate Ef1 to Ef8 of the detection element 60 and the corresponding displacement electrode substrate Ed1 to Ed8 changes, and the capacitance value of each capacitive element C1 to C8 changes. This change in capacitance value is detected by the detection element 60 as a displacement occurring in the strain-generating bodies 40A to 40D. In this case, the capacitance values of each of the capacitive elements C1 to C8 may change differently. Therefore, the detection circuit 70 detects the direction and magnitude of the force or moment acting on the force receiving body 20 based on the change in the capacitance value of each capacitive element C1 to C8 detected by the detection element 60. be able to.

ここでは、まず、一例として、第1起歪体40Aの単体にX軸方向の力Fxが作用した場合の第1容量素子C1および第2容量素子C2の静電容量値の変化について図6を用いて説明する。図6は、受力体20がX軸方向正側の力Fxを受けた場合の第1起歪体40Aの変形状態を模式的に示す正面図である。 Here, as an example, FIG. 6 shows changes in the capacitance values of the first capacitive element C1 and the second capacitive element C2 when a force Fx in the X-axis direction is applied to the single first strain body 40A. I will explain using FIG. 6 is a front view schematically showing a deformed state of the first strain body 40A when the force receiving body 20 receives a force Fx on the positive side in the X-axis direction.

第1起歪体40AにX軸方向正側に力Fxが作用した場合には、図6に示すように、第 1起歪体40Aの弾性変形体41が弾性変形する。この場合、弾性変形体41の受力体側端部43がX軸方向正側に変位し、弾性変形体41は、X軸方向正側に撓むように弾性変形する。図6では、図面を簡略化するために、弾性変形体41が傾動している状態を示している。変位梁42は傾動し、変位する。このことにより、第1変位電極基板Ed1が上昇して第1固定電極基板Ef1から遠ざかる。第1変位電極基板Ed1と第1固定電極基板Ef1との電極間距離(Z軸方向の距離)が増大し、第1容量素子C1の静電容量値が減少する。一方、第2変位電極基板Ed2は下降して第2固定電極基板Ef2に近づく。第2変位電極基板Ed2と第2固定電極基板Ef2との電極間距離が減少し、第2容量素子C2の静電容量値が増大する。 When force Fx is applied to the first strain body 40A in the positive direction of the X-axis, the elastically deformable body 41 of the first strain body 40A is elastically deformed, as shown in FIG. In this case, the force-receiving body side end 43 of the elastically deformable body 41 is displaced toward the positive side in the X-axis direction, and the elastically deformable body 41 is elastically deformed so as to bend toward the positive side in the X-axis direction. In FIG. 6, in order to simplify the drawing, the elastic deformable body 41 is shown in a tilted state. The displacement beam 42 tilts and is displaced. As a result, the first displacement electrode substrate Ed1 rises and moves away from the first fixed electrode substrate Ef1. The inter-electrode distance (distance in the Z-axis direction) between the first displacement electrode substrate Ed1 and the first fixed electrode substrate Ef1 increases, and the capacitance value of the first capacitive element C1 decreases. On the other hand, the second displacement electrode substrate Ed2 descends and approaches the second fixed electrode substrate Ef2. The inter-electrode distance between the second displacement electrode substrate Ed2 and the second fixed electrode substrate Ef2 decreases, and the capacitance value of the second capacitive element C2 increases.

第1起歪体40Aの単体に作用した力Fxは、以下の式で算出することができる。なお、以下の式では、便宜上、力またはモーメントと静電容量値の変化量とを「=」で結んでいる。しかしながら、力またはモーメントと、静電容量値とは互いに異なる物理量であるため、実際には、静電容量値の変化量を変換することにより、力Fxが算出される。以下の式中のC1、C2は、各容量素子C1、C2における静電容量値の変化量を示す。
[式1]
Fx=-C1+C2
The force Fx acting on the first strain body 40A can be calculated using the following formula. In addition, in the following formula, for convenience, force or moment and the amount of change in capacitance value are connected with "=". However, since the force or moment and the capacitance value are mutually different physical quantities, the force Fx is actually calculated by converting the amount of change in the capacitance value. C1 and C2 in the following formula indicate the amount of change in capacitance value in each capacitive element C1 and C2.
[Formula 1]
Fx=-C1+C2

第1起歪体40Aの単体にY軸周りのモーメントMyが作用した場合にも、図6と同様に弾性変形体41が弾性変形する。第1容量素子C1の静電容量値が減少し、第2容量素子C2の静電容量値が増大する。このため、上述した式1と同様にして、モーメントMyが算出される。
[式2]
My=-C1+C2
Also when the moment My around the Y axis acts on the first strain body 40A alone, the elastically deformable body 41 is elastically deformed as in FIG. 6 . The capacitance value of the first capacitive element C1 decreases, and the capacitance value of the second capacitive element C2 increases. Therefore, the moment My is calculated in the same manner as Equation 1 described above.
[Formula 2]
My=-C1+C2

第1起歪体40Aの単体にY軸方向の力Fyが作用した場合には、各容量素子C1、C2における静電容量値の変化は無いとみなせる。上述したように、第1容量素子C1および第2容量素子C2は、Y軸方向において同じ位置に配置されているためである。この場合、各容量素子C1、C2のうちのY軸方向の正側部分における静電容量値の変化量と、負側部分における静電容量値の変化量が相殺される。第1起歪体40Aの単体にX軸周りのモーメントMxが作用した場合にも同様に、各容量素子C1、C2における静電容量値の変化は無いとみなせる。 When the force Fy in the Y-axis direction acts on the first strain body 40A alone, it can be considered that there is no change in the capacitance value of each capacitive element C1, C2. This is because, as described above, the first capacitive element C1 and the second capacitive element C2 are arranged at the same position in the Y-axis direction. In this case, the amount of change in capacitance value in the positive side portion of each capacitive element C1, C2 in the Y-axis direction and the amount of change in capacitance value in the negative side portion are offset. Similarly, when the moment Mx around the X axis acts on the first strain body 40A alone, it can be assumed that there is no change in the capacitance value of each capacitive element C1, C2.

第1起歪体40Aの単体にZ軸方向の力Fzが作用した場合には、各容量素子C1、C2における静電容量値の変化は無いとみなせる。上述したように、弾性変形体41は、受力体側端部43から支持体側端部44にわたってZ軸方向に延びているため、弾性変形体41は、Z軸方向の力に対する剛性が高まり、実質的に剛体として作用する。弾性変形体41は、Z軸方向に弾性変形せず、弾性変形体41のZ軸方向の伸縮は無いとみなせる。 When the force Fz in the Z-axis direction acts on the first strain body 40A alone, it can be considered that there is no change in the capacitance value of each capacitive element C1, C2. As described above, since the elastically deformable body 41 extends in the Z-axis direction from the force-receiving body side end 43 to the support body side end 44, the elastically deformable body 41 has increased rigidity against forces in the Z-axis direction, and is substantially acts as a rigid body. The elastically deformable body 41 does not elastically deform in the Z-axis direction, and it can be considered that the elastically deformable body 41 does not expand or contract in the Z-axis direction.

このように、受力体20と支持体30とが第1起歪体40Aだけで接続されている力覚センサ10は、力FxとモーメントMyを検出することができる。この力覚センサ10は、力FxとモーメントMyの一方のみが作用する環境で用いられてもよい。 In this way, the force sensor 10 in which the force receiving body 20 and the support body 30 are connected only by the first strain body 40A can detect the force Fx and the moment My. This force sensor 10 may be used in an environment where only one of force Fx and moment My acts.

次に、図5に示す力覚センサ10の受力体20にX軸方向の力Fx、Y軸方向の力FyおよびZ軸周りのモーメントMzが作用した場合の各容量素子C1~C8の静電容量値の変化について図7を用いて説明する。図7は、各容量素子C1~C8の静電容量値の変化を示す表である。 Next, the static state of each capacitive element C1 to C8 when a force Fx in the X-axis direction, a force Fy in the Y-axis direction, and a moment Mz around the Z-axis are applied to the force receiving body 20 of the force sensor 10 shown in FIG. The change in capacitance value will be explained using FIG. 7. FIG. 7 is a table showing changes in capacitance values of each capacitive element C1 to C8.

(+Fxが作用した場合)
まず、受力体20にX軸方向正側に力Fxが作用した場合について説明する。
(When +Fx works)
First, a case where force Fx acts on the force receiving body 20 on the positive side in the X-axis direction will be described.

この場合、第1起歪体40Aは、図6に示すように弾性変形し、第1容量素子C1の静電容量値が減少するとともに第2容量素子C2の静電容量値が増大する。このことが、図7に示す表中のFxの行のC1に「-(マイナス)」として示されており、C2に「+(プラス)」として示されている。 In this case, the first strain body 40A is elastically deformed as shown in FIG. 6, and the capacitance value of the first capacitive element C1 decreases while the capacitance value of the second capacitive element C2 increases. This is shown as "- (minus)" in C1 of the Fx row in the table shown in FIG. 7, and as "+ (plus)" in C2.

第2起歪体40Bは、Y軸周り(Y軸方向正側に向かって時計回り)に回動する。しかしながら、第3容量素子C3および第4容量素子C4が、X軸方向において同じ位置に配置されている。このため、第1起歪体40AにY軸方向の力Fyが作用した場合と同様に、第3容量素子C3全体として、および第4容量素子C4全体として、静電容量値の変化は現れない。このことが、図7に示す表中のFxの行のC3、C4に「0(ゼロ)」として示されている。 The second strain body 40B rotates around the Y-axis (clockwise toward the positive side in the Y-axis direction). However, the third capacitive element C3 and the fourth capacitive element C4 are arranged at the same position in the X-axis direction. Therefore, similarly to the case where the force Fy in the Y-axis direction acts on the first strain body 40A, no change in the capacitance value appears for the third capacitive element C3 as a whole and the fourth capacitive element C4 as a whole. . This is shown as "0 (zero)" in C3 and C4 of the Fx row in the table shown in FIG.

第3起歪体40Cは、図6に示す第1起歪体40Aと同様に弾性変形する。このため、第5容量素子C5の静電容量値が増大するとともに第6容量素子C6の静電容量値が減少する。このことが、図7に示す表中のFxの行のC5に「+」として示されており、C6に「-」として示されている。 The third strain body 40C is elastically deformed similarly to the first strain body 40A shown in FIG. Therefore, the capacitance value of the fifth capacitive element C5 increases and the capacitance value of the sixth capacitive element C6 decreases. This is shown as "+" in C5 of the Fx row in the table shown in FIG. 7, and as "-" in C6.

第4起歪体40Dは、第2起歪体40Bと同様にY軸周りに回動する。しかしながら、上述したように、第7容量素子C7および第8容量素子C8が、X軸方向において同じ位置に配置されている。このため、第7容量素子C7全体として、および第8容量素子C8全体として、静電容量値の変化は現れない。このことが、図7に示す表中のFxの行のC7、C8に「0(ゼロ)」として示されている。 The fourth strain body 40D rotates around the Y axis similarly to the second strain body 40B. However, as described above, the seventh capacitive element C7 and the eighth capacitive element C8 are arranged at the same position in the X-axis direction. Therefore, no change in capacitance value appears for the seventh capacitive element C7 as a whole and the eighth capacitive element C8 as a whole. This is shown as "0 (zero)" in C7 and C8 of the Fx row in the table shown in FIG.

(+Fyが作用した場合)
次に、受力体20にY軸方向正側に力Fyが作用した場合について説明する。以下の説明においても、静電容量値の変化に応じて、上述したように図7の表中の符号が定められる。
(When +Fy acts)
Next, a case where force Fy acts on the force receiving body 20 on the positive side in the Y-axis direction will be described. Also in the following description, the symbols in the table of FIG. 7 are determined according to changes in the capacitance value, as described above.

この場合、第1起歪体40Aは、X軸周り(X軸方向正側に向かって反時計回り)に回動する。しかしながら、上述したように、第1容量素子C1および第2容量素子C2が、Y軸方向において同じ位置に配置されている。このため、第1容量素子C1全体として、および第2容量素子C2全体として、静電容量値の変化は現れない。 In this case, the first strain body 40A rotates around the X-axis (counterclockwise toward the positive side in the X-axis direction). However, as described above, the first capacitive element C1 and the second capacitive element C2 are arranged at the same position in the Y-axis direction. Therefore, no change in capacitance value appears for the first capacitive element C1 as a whole and the second capacitive element C2 as a whole.

第2起歪体40Bは、図6に示す第1起歪体40Aと同様に弾性変形し、第3容量素子C3の静電容量値が減少するとともに第4容量素子C4の静電容量値が増大する。 The second strain body 40B is elastically deformed in the same way as the first strain body 40A shown in FIG. increase

第3起歪体40Cは、第1起歪体40Aと同様にX軸周りに回動する。しかしながら、第5容量素子C5および第6容量素子C6が、Y軸方向において同じ位置に配置されている。このため、第5容量素子C5全体として、および第6容量素子C6全体として、静電容量値の変化は現れない。 The third flexure element 40C rotates around the X-axis similarly to the first flexure element 40A. However, the fifth capacitive element C5 and the sixth capacitive element C6 are arranged at the same position in the Y-axis direction. Therefore, no change in capacitance value appears for the fifth capacitive element C5 as a whole and the sixth capacitive element C6 as a whole.

第4起歪体40Dは、図6に示す第1起歪体40Aと同様に弾性変形し、第7容量素子C7の静電容量値が増大するとともに第8容量素子C8の静電容量値が減少する。 The fourth strain body 40D is elastically deformed in the same manner as the first strain body 40A shown in FIG. Decrease.

(+Fzが作用した場合)
次に、受力体20にZ軸方向正側に力Fzが作用した場合について説明する。上述したように、各起歪体40A~40Dの弾性変形体41は、支持体側端部44から受力体側端部43にわたってZ軸方向に延びている。このことにより、弾性変形体41は、Z軸方向の力に対する剛性が高まり、実質的に剛体として作用する。弾性変形体41のZ軸方向の伸縮は無いとみなすことができ、各弾性変形体41は弾性変形しない。このため、各容量素子C1~C8の静電容量値は変化しない。このことが、図7に示す表中のFzの行に「0(ゼロ)」として示されている。
(When +Fz acts)
Next, a case will be described in which a force Fz is applied to the force receiving body 20 on the positive side in the Z-axis direction. As described above, the elastically deformable body 41 of each strain body 40A to 40D extends in the Z-axis direction from the support body side end 44 to the force receiving body side end 43. This increases the rigidity of the elastically deformable body 41 against forces in the Z-axis direction, so that the elastically deformable body 41 substantially acts as a rigid body. It can be considered that there is no expansion or contraction of the elastically deformable bodies 41 in the Z-axis direction, and each elastically deformable body 41 does not undergo elastic deformation. Therefore, the capacitance value of each capacitive element C1 to C8 does not change. This is shown as "0 (zero)" in the Fz row in the table shown in FIG.

(+Mxが作用した場合)
次に、受力体20にX軸周り(X軸方向正側に向かって時計回り)のモーメントMx(図5参照)が作用した場合について説明する。この場合、第1起歪体40Aの弾性変形体41には、Z軸方向負側に力Fzが作用するとともに、第3起歪体40Cの弾性変形体41には、Z軸方向正側に力Fzが作用する。上述したように、弾性変形体41は、支持体側端部44から受力体側端部43にわたってZ軸方向に延びている。このことにより、弾性変形体41は、Z軸方向の力に対する剛性が高まり、実質的に剛体として作用する。弾性変形体41のZ軸方向の伸縮は無く、受力体20は変位しない。受力体20が変位しないため、第2起歪体40Bの弾性変形体41も弾性変形せず、第4起歪体40Dの弾性変形体41も弾性変形しない。このため、各容量素子C1~C8の静電容量値は変化しない。このことが、図7に示す表中のMxの行に「0(ゼロ)」として示されている。
(When +Mx acts)
Next, a case where a moment Mx (see FIG. 5) around the X-axis (clockwise toward the positive side in the X-axis direction) acts on the force receiving body 20 will be described. In this case, the force Fz acts on the elastically deformable body 41 of the first flexural body 40A in the negative side of the Z-axis direction, and the force Fz acts on the elastically deformable body 41 of the third flexural body 40C on the positive side of the Z-axis direction. A force Fz acts. As described above, the elastically deformable body 41 extends in the Z-axis direction from the support body side end 44 to the force receiving body side end 43. This increases the rigidity of the elastically deformable body 41 against forces in the Z-axis direction, so that the elastically deformable body 41 substantially acts as a rigid body. There is no expansion or contraction of the elastic deformable body 41 in the Z-axis direction, and the force receiving body 20 is not displaced. Since the force receiving body 20 is not displaced, the elastically deformable body 41 of the second strain body 40B is not elastically deformed, and the elastically deformable body 41 of the fourth strain body 40D is also not elastically deformed. Therefore, the capacitance value of each capacitive element C1 to C8 does not change. This is shown as "0 (zero)" in the Mx row in the table shown in FIG.

(+Myが作用した場合)
次に、受力体20にY軸周り(Y軸方向正側に向かって時計回り)のモーメントMy(図5参照)が作用した場合について説明する。この場合、第2起歪体40Bの弾性変形体41には、Z軸方向負側に力Fzが作用するとともに、第4起歪体40Dの弾性変形体41には、Z軸方向正側に力Fzが作用する。上述したように、弾性変形体41は、支持体側端部44から受力体側端部43にわたってZ軸方向に延びている。このことにより、弾性変形体41は、Z軸方向の力に対する剛性が高まり、実質的に剛体として作用する。弾性変形体41のZ軸方向の伸縮は無く、受力体20は変位しない。第1起歪体40Aの弾性変形体41も弾性変形せず、第3起歪体40Cの弾性変形体41も弾性変形しない。このため、各容量素子C1~C8の静電容量値は変化しない。このことが、図7に示す表中のMyの行に「0(ゼロ)」として示されている。
(When +My acts)
Next, a case where a moment My (see FIG. 5) around the Y-axis (clockwise toward the positive side in the Y-axis direction) acts on the force receiving body 20 will be described. In this case, force Fz acts on the elastically deformable body 41 of the second strain body 40B in the negative side of the Z-axis direction, and force Fz acts on the elastically deformable body 41 of the fourth strain body 40D in the positive side of the Z-axis direction. A force Fz acts. As described above, the elastically deformable body 41 extends in the Z-axis direction from the support body side end 44 to the force receiving body side end 43. This increases the rigidity of the elastically deformable body 41 against forces in the Z-axis direction, so that the elastically deformable body 41 substantially acts as a rigid body. There is no expansion or contraction of the elastic deformable body 41 in the Z-axis direction, and the force receiving body 20 is not displaced. The elastically deformable body 41 of the first strain body 40A is not elastically deformed, and the elastically deformable body 41 of the third strain body 40C is also not elastically deformed. Therefore, the capacitance value of each capacitive element C1 to C8 does not change. This is shown as "0 (zero)" in the My row in the table shown in FIG.

(+Mzが作用した場合)
次に、受力体20に、Z軸周り(Z軸方向正側に向かって時計回り)のモーメントMz(図5参照)が作用した場合について説明する。以下の説明においても、静電容量値の変化に応じて、上述したように図7の表中の符号が定められる。
(When +Mz acts)
Next, a case where a moment Mz (see FIG. 5) around the Z axis (clockwise toward the positive side in the Z axis direction) acts on the force receiving body 20 will be described. Also in the following description, the symbols in the table of FIG. 7 are determined according to changes in the capacitance value, as described above.

この場合、第1起歪体40Aは、X軸方向正側の力Fxが作用した場合と同様に弾性変形する。このことにより、第1起歪体40Aは、図6に示す第1起歪体40Aと同様に弾性変形し、第1容量素子C1の静電容量値が減少し、第2容量素子C2の静電容量値が増大する。 In this case, the first strain body 40A is elastically deformed in the same way as when the force Fx on the positive side in the X-axis direction is applied. As a result, the first flexural body 40A is elastically deformed in the same way as the first flexural body 40A shown in FIG. The capacitance value increases.

第2起歪体40Bは、Y軸方向正側の力Fyが作用した場合と同様に弾性変形する。このことにより、第2起歪体40Bは、図6に示す第1起歪体40Aと同様に弾性変形し、第3容量素子C3の静電容量値が減少し、第4容量素子C4の静電容量値が増大する。 The second strain body 40B is elastically deformed in the same manner as when the force Fy on the positive side in the Y-axis direction is applied. As a result, the second strain body 40B is elastically deformed in the same way as the first strain body 40A shown in FIG. The capacitance value increases.

第3起歪体40Cにおいては、X軸方向負側の力Fxが作用した場合と同様に弾性変形する。このことにより、第5容量素子C5の静電容量値が減少し、第6容量素子C6の静電容量値が増大する。 The third strain body 40C is elastically deformed in the same manner as when the force Fx on the negative side in the X-axis direction is applied. As a result, the capacitance value of the fifth capacitive element C5 decreases, and the capacitance value of the sixth capacitive element C6 increases.

第4起歪体40Dにおいては、Y軸方向負側の力Fyが作用した場合と同様に弾性変形する。このことにより、第7容量素子C7の静電容量値が減少し、第8容量素子C8の静電容量値が増大する。 The fourth strain body 40D is elastically deformed in the same manner as when the force Fy on the negative side in the Y-axis direction is applied. As a result, the capacitance value of the seventh capacitive element C7 decreases, and the capacitance value of the eighth capacitive element C8 increases.

このように、本実施の形態による力覚センサ10は、力Fx、力FyおよびモーメントMzを検出することができる。力Fx、力FyおよびモーメントMzが受力体20に作用した場合、各容量素子C1~C8の静電容量値の変化が検出され、受力体20に作用した力またはモーメントの向きと大きさが検出される。そして、図7に示すように、各容量素子C1~C8の静電容量値が変化する。 In this way, the force sensor 10 according to the present embodiment can detect force Fx, force Fy, and moment Mz. When force Fx, force Fy, and moment Mz act on force receiving body 20, changes in the capacitance values of each capacitive element C1 to C8 are detected, and the direction and magnitude of the force or moment acting on force receiving body 20 are detected. is detected. Then, as shown in FIG. 7, the capacitance value of each capacitive element C1 to C8 changes.

図7に示す表から、受力体20に作用した力Fx、FyおよびモーメントMzは、以下の式で算出することができる。これにより、力の3軸成分を検出することができる。なお、以下の式では、便宜上、力またはモーメントと静電容量値の変化量とを「=」で結んでいる。しかしながら、力またはモーメントと、静電容量値とは互いに異なる物理量であるため、実際には、静電容量値の変化量を変換することにより、力またはモーメントが算出される。以下の式中のC1~C8は、各容量素子C1~C8における静電容量値の変化量を示す。
[式3]
Fx=-C1+C2 +C5-C6
[式4]
Fy= -C3+C4 +C7-C8
[式5]
Mz=-C1+C2-C3+C4-C5+C6-C7+C8
From the table shown in FIG. 7, the forces Fx, Fy and moment Mz acting on the force receiving body 20 can be calculated using the following formula. Thereby, three axial components of force can be detected. In addition, in the following formula, for convenience, force or moment and the amount of change in capacitance value are connected with "=". However, since the force or moment and the capacitance value are different physical quantities, in reality, the force or moment is calculated by converting the amount of change in the capacitance value. C1 to C8 in the following formulas indicate the amount of change in capacitance value in each capacitive element C1 to C8.
[Formula 3]
Fx=-C1+C2 +C5-C6
[Formula 4]
Fy= -C3+C4 +C7-C8
[Formula 5]
Mz=-C1+C2-C3+C4-C5+C6-C7+C8

上述したように、図5に示す力覚センサ10は、上述した[式3]~[式5]で示したように、力Fx、FyおよびモーメントMzを検出することができるため、力の3軸成分を検出することが可能になっている。 As described above, the force sensor 10 shown in FIG. It is now possible to detect axial components.

このように本実施の形態によれば、受力体20と支持体30を接続する起歪体40A~40Dは、受力体20に接続された受力体側端部43から支持体30に接続された支持体側端部44にわたって、Z軸方向に延びている。このことにより、起歪体40A~40Dの構造を単純化し、簡素化することができる。この場合、力覚センサ10の低価格化を図ることができる。 As described above, according to the present embodiment, the strain elements 40A to 40D connecting the force receiving body 20 and the support body 30 are connected to the support body 30 from the force receiving body side end portion 43 connected to the force receiving body 20. It extends in the Z-axis direction across the support side end 44 . This makes it possible to simplify and simplify the structure of the strain-generating bodies 40A to 40D. In this case, the price of the force sensor 10 can be reduced.

また、本実施の形態によれば、受力体20と支持体30を接続する起歪体40A~40Dは、受力体20に接続された受力体側端部43から支持体30に接続された支持体側端部44にわたって、Z軸方向に延びている。このことにより、弾性変形体41がZ軸方向に弾性変形することを抑制できる。このため、受力体20に、Z軸方向の力Fz、X軸周りのモーメントMxまたはY軸周りのモーメントMyが作用した場合であっても弾性変形体41が弾性変形することを抑制できる。このため、力Fz、モーメントMxおよびモーメントMyに対する剛性を高めることができ、力覚センサ10の信頼性を向上できる。 Further, according to the present embodiment, the strain-generating bodies 40A to 40D that connect the force receiving body 20 and the support body 30 are connected to the support body 30 from the force receiving body side end portions 43 connected to the force receiving body 20. The support member side end portion 44 extends in the Z-axis direction. This can suppress elastic deformation of the elastically deformable body 41 in the Z-axis direction. Therefore, even if a force Fz in the Z-axis direction, a moment Mx around the X-axis, or a moment My around the Y-axis acts on the force-receiving body 20, elastic deformation of the elastically deformable body 41 can be suppressed. Therefore, the rigidity against the force Fz, the moment Mx, and the moment My can be increased, and the reliability of the force sensor 10 can be improved.

また、本実施の形態によれば、起歪体40A~40Dの変位梁42は、弾性変形体41からZ軸方向に直交する第2方向に突出している。支持体30に固定電極基板Ef1~Ef8が設けられ、変位梁42に、変位電極基板Ed1~Ed8が設けられて固定電極基板Ef1~Ef8に対向している。このことにより、弾性変形体41がZ軸方向に直交する方向に弾性変形した場合、変位梁42が傾動し、変位する。このため、各変位電極基板Ed1~Ed8と、対応する固定電極基板Ef1~Ef8との電極間距離を変化させることができ、各容量素子C1~C8の静電容量値を変化させることができる。この結果、力またはモーメントを検出することができる。 Further, according to the present embodiment, the displacement beams 42 of the strain-generating bodies 40A to 40D protrude from the elastically deformable body 41 in the second direction orthogonal to the Z-axis direction. Fixed electrode substrates Ef1 to Ef8 are provided on the support body 30, and displacement electrode substrates Ed1 to Ed8 are provided on the displacement beam 42 to face the fixed electrode substrates Ef1 to Ef8. As a result, when the elastically deformable body 41 is elastically deformed in a direction perpendicular to the Z-axis direction, the displacement beam 42 is tilted and displaced. Therefore, the inter-electrode distance between each displacement electrode substrate Ed1 to Ed8 and the corresponding fixed electrode substrate Ef1 to Ef8 can be changed, and the capacitance value of each capacitive element C1 to C8 can be changed. As a result, forces or moments can be detected.

また、本実施の形態によれば、弾性変形体41の両側で、変位梁42が第2方向に弾性変形体41から突出している。変位梁42の各々に、変位電極基板Ed1~Ed8が配置され、支持体30に、対応する変位電極基板Ed1~Ed8に対向する固定電極基板Ef1~Ef8が配置されている。このことにより、弾性変形体41が第2方向に弾性変形した場合、一部の変位電極基板Ed1~Ed8を対応する固定電極基板Ef1~Ef8から遠ざけることができるとともに、他の変位電極基板Ed1~Ed8を対応する固定電極基板Ef1~Ef8に近づけることができる。このため、検出感度を向上させることができる。 Further, according to the present embodiment, the displacement beams 42 protrude from the elastically deformable body 41 in the second direction on both sides of the elastically deformable body 41. Displacement electrode substrates Ed1 to Ed8 are arranged on each of the displacement beams 42, and fixed electrode substrates Ef1 to Ef8 are arranged on the support body 30 to face the corresponding displacement electrode substrates Ed1 to Ed8. As a result, when the elastically deformable body 41 is elastically deformed in the second direction, some of the displacement electrode substrates Ed1 to Ed8 can be moved away from the corresponding fixed electrode substrates Ef1 to Ef8, and other displacement electrode substrates Ed1 to Ed8 can be moved away from the corresponding fixed electrode substrates Ef1 to Ef8. Ed8 can be brought closer to the corresponding fixed electrode substrates Ef1 to Ef8. Therefore, detection sensitivity can be improved.

また、本実施の形態によれば、起歪体40A~40Dの変位梁42は、Z軸方向に直交する第2方向に延びている。すなわち、第1起歪体40Aおよび第3起歪体40Cの変位梁42はX軸方向に延び、第2起歪体40Bおよび第4起歪体40Dの変位梁42は、Y軸方向に延びている。このことにより、X軸方向の力Fx、Y軸方向の力FyおよびZ軸周りのモーメントMzの作用を受けたときに、変位梁42を変位させることができる。このため、変位電極基板Ed1~Ed8の変位を大きくさせることができ、力またはモーメントの検出感度を高めることができる。 Further, according to the present embodiment, the displacement beams 42 of the strain-generating bodies 40A to 40D extend in the second direction orthogonal to the Z-axis direction. That is, the displacement beams 42 of the first strain body 40A and the third strain body 40C extend in the X-axis direction, and the displacement beams 42 of the second strain body 40B and the fourth strain body 40D extend in the Y-axis direction. ing. This allows the displacement beam 42 to be displaced when subjected to the action of the force Fx in the X-axis direction, the force Fy in the Y-axis direction, and the moment Mz about the Z-axis. Therefore, the displacement of the displacement electrode substrates Ed1 to Ed8 can be increased, and the detection sensitivity of force or moment can be increased.

(第2の実施の形態)
次に、図8~図10を用いて、本発明の第2の実施の形態による力覚センサについて説明する。
(Second embodiment)
Next, a force sensor according to a second embodiment of the present invention will be described using FIGS. 8 to 10.

図8~図10に示す第2の実施の形態においては、弾性変形体の第3方向の寸法が、弾性変形体の第2方向の寸法よりも大きい点が主に異なり、他の構成は、図1~図7に示す第1の実施の形態と略同一である。なお 、図8~図10において、図1~図7に示す第1の実施の形態と同一部分には同一 符号を付して詳細な説明は省略する。 The second embodiment shown in FIGS. 8 to 10 is mainly different in that the dimension of the elastically deformable body in the third direction is larger than the dimension of the elastically deformable body in the second direction, and the other configurations are as follows. This embodiment is substantially the same as the first embodiment shown in FIGS. 1 to 7. Note that in FIGS. 8 to 10, the same parts as in the first embodiment shown in FIGS. 1 to 7 are designated by the same reference numerals, and detailed explanations will be omitted.

図8および図9に示すように、本実施の形態による弾性変形体41の第3方向の寸法は、弾性変形体41の第2方向の寸法よりも大きい。図8は、第2の実施の形態による力覚センサ10を示す断面図である。図9は、図8に示す力覚センサ10を示す平面図である。 As shown in FIGS. 8 and 9, the dimension of the elastically deformable body 41 according to the present embodiment in the third direction is larger than the dimension of the elastically deformable body 41 in the second direction. FIG. 8 is a sectional view showing the force sensor 10 according to the second embodiment. FIG. 9 is a plan view showing the force sensor 10 shown in FIG. 8.

第1起歪体40Aの弾性変形体41のY軸方向の寸法は、弾性変形体41のX軸方向の寸法よりも大きい。第1起歪体40Aの第2方向はX軸方向に相当し、第3方向はY軸方向に相当している。本実施の形態においては、第1起歪体40Aの弾性変形体41のY軸方向の力の作用に対するばね定数は、X軸方向の力の作用に対するばね定数よりも大きい。 The dimension of the elastically deformable body 41 of the first strain body 40A in the Y-axis direction is larger than the dimension of the elastically deformable body 41 in the X-axis direction. The second direction of the first strain body 40A corresponds to the X-axis direction, and the third direction corresponds to the Y-axis direction. In this embodiment, the spring constant of the elastically deformable body 41 of the first strain body 40A with respect to the action of a force in the Y-axis direction is larger than the spring constant with respect to the action of a force in the X-axis direction.

同様に、第2起歪体40Bの弾性変形体41のX軸方向の寸法は、弾性変形体41のY軸方向の寸法よりも大きい。第2起歪体40Bの第2方向はY軸方向に相当し、第3方向はX軸方向に相当している。本実施の形態においては、第2起歪体40Bの弾性変形体41のX軸方向の力の作用に対するばね定数は、Y軸方向の力の作用に対するばね定数よりも大きい。 Similarly, the dimension of the elastically deformable body 41 of the second strain body 40B in the X-axis direction is larger than the dimension of the elastically deformable body 41 in the Y-axis direction. The second direction of the second strain body 40B corresponds to the Y-axis direction, and the third direction corresponds to the X-axis direction. In this embodiment, the spring constant of the elastically deformable body 41 of the second strain body 40B with respect to the action of a force in the X-axis direction is larger than the spring constant with respect to the action of a force in the Y-axis direction.

同様に、第3起歪体40Cの弾性変形体41のY軸方向の寸法は、弾性変形体41のX軸方向の寸法よりも大きい。第3起歪体40Cの第2方向はX軸方向に相当し、第3方向はY軸方向に相当している。本実施の形態においては、第3起歪体40Cの弾性変形体41のY軸方向の力の作用に対するばね定数は、X軸方向の力の作用に対するばね定数よりも大きい。 Similarly, the dimension of the elastically deformable body 41 of the third strain body 40C in the Y-axis direction is larger than the dimension of the elastically deformable body 41 in the X-axis direction. The second direction of the third strain body 40C corresponds to the X-axis direction, and the third direction corresponds to the Y-axis direction. In this embodiment, the spring constant of the elastically deformable body 41 of the third strain body 40C with respect to the action of a force in the Y-axis direction is larger than the spring constant with respect to the action of a force in the X-axis direction.

同様に、第4起歪体40Dの弾性変形体41のX軸方向の寸法は、弾性変形体41のY軸方向の寸法よりも大きい。第4起歪体40Dの第2方向はY軸方向に相当し、第3方向はX軸方向に相当している。本実施の形態においては、第4起歪体40Dの弾性変形体41のX軸方向の力の作用に対するばね定数は、Y軸方向の力の作用に対するばね定数よりも大きい。 Similarly, the dimension of the elastically deformable body 41 of the fourth strain body 40D in the X-axis direction is larger than the dimension of the elastically deformable body 41 in the Y-axis direction. The second direction of the fourth strain body 40D corresponds to the Y-axis direction, and the third direction corresponds to the X-axis direction. In this embodiment, the spring constant of the elastically deformable body 41 of the fourth strain body 40D with respect to the action of a force in the X-axis direction is larger than the spring constant with respect to the action of a force in the Y-axis direction.

各起歪体30A~40Dの弾性変形体41の断面形状は、第3方向を長手方向とする矩形であってもよく、第3方向に沿う長軸を有する楕円形状であってもよい。弾性変形体41の断面形状は、第3方向の寸法が第2方向の寸法よりも大きければ、任意である。 The cross-sectional shape of the elastically deformable body 41 of each strain body 30A to 40D may be rectangular with the third direction as the longitudinal direction, or may be elliptical with the long axis along the third direction. The cross-sectional shape of the elastically deformable body 41 is arbitrary as long as the dimension in the third direction is larger than the dimension in the second direction.

本実施の形態において、受力体20にX軸方向正側の力Fxが作用した場合について説明する。 In this embodiment, a case will be described in which a force Fx on the positive side in the X-axis direction is applied to the force receiving body 20.

上述したように、第2起歪体40Bの弾性変形体41のX軸方向の寸法が、Y軸方向の寸法よりも大きく、第4起歪体40Dの弾性変形体41のX軸方向の寸法が、Y軸方向の寸法よりも大きい。このことにより、第2起歪体40Bおよび第4起歪体40Dは、力Fxに対する剛性が高まり、実質的に剛体として作用する。このため、第2起歪体40Bの弾性変形体41および第4起歪体40Dの弾性変形体41は、弾性変形せず、受力体20は変位しない。受力体20が変位しないため、第1起歪体40Aの弾性変形体41および第3起歪体40Cの弾性変形体41も弾性変形しない。このため、各容量素子C1~C8の静電容量値は変化しない。 As described above, the dimension in the X-axis direction of the elastically deformable body 41 of the second strain-generating body 40B is larger than the dimension in the Y-axis direction, and the dimension in the X-axis direction of the elastically deformable body 41 of the fourth strain-generating body 40D is larger. is larger than the dimension in the Y-axis direction. As a result, the second flexure body 40B and the fourth flexure body 40D have increased rigidity against the force Fx, and act substantially as rigid bodies. Therefore, the elastically deformable body 41 of the second strain body 40B and the elastically deformable body 41 of the fourth strain body 40D are not elastically deformed, and the force receiving body 20 is not displaced. Since the force receiving body 20 is not displaced, the elastically deformable body 41 of the first strain body 40A and the elastically deformable body 41 of the third strain body 40C are also not elastically deformed. Therefore, the capacitance value of each capacitive element C1 to C8 does not change.

本実施の形態において、受力体20にY軸方向正側の力Fyが作用した場合について説明する。 In this embodiment, a case will be described in which a force Fy on the positive side in the Y-axis direction is applied to the force receiving body 20.

上述したように、第1起歪体40Aの弾性変形体41のY軸方向の寸法が、X軸方向の寸法よりも大きく、第3起歪体40Cの弾性変形体41のY軸方向の寸法が、X軸方向の寸法よりも大きい。このことにより、第1起歪体40Aおよび第3起歪体40Cは、力Fyに対する剛性が高まり、実質的に剛体として作用する。このため、第1起歪体40Aの弾性変形体41および第3起歪体40Cの弾性変形体41は、弾性変形せず、受力体20は変位しない。受力体20が変位しないため、第2起歪体40Bの弾性変形体41および第4起歪体40Dの弾性変形体41も弾性変形しない。このため、各容量素子C1~C8の静電容量値は変化しない。 As described above, the dimension in the Y-axis direction of the elastically deformable body 41 of the first strain-generating body 40A is larger than the dimension in the X-axis direction, and the dimension in the Y-axis direction of the elastically deformable body 41 of the third strain-generating body 40C is larger. is larger than the dimension in the X-axis direction. As a result, the first strain body 40A and the third strain body 40C have increased rigidity against the force Fy, and act substantially as rigid bodies. Therefore, the elastically deformable body 41 of the first strain body 40A and the elastically deformable body 41 of the third strain body 40C are not elastically deformed, and the force receiving body 20 is not displaced. Since the force receiving body 20 is not displaced, the elastically deformable body 41 of the second strain body 40B and the elastically deformable body 41 of the fourth strain body 40D are also not elastically deformed. Therefore, the capacitance value of each capacitive element C1 to C8 does not change.

本実施の形態において、受力体20にZ軸周りのモーメントMzが作用した場合の各容量素子C1~C8の静電容量値の変化について図10を用いて説明する。図10は、各容量素子C1~C8の静電容量値の変化を示す表である。以下の説明においても、静電容量値の変化に応じて、図7と同様にして、図10の表中の符号が定められる。 In this embodiment, changes in the capacitance values of the capacitive elements C1 to C8 when a moment Mz around the Z-axis is applied to the force receiving body 20 will be explained using FIG. 10. FIG. 10 is a table showing changes in capacitance values of each capacitive element C1 to C8. In the following description as well, the symbols in the table of FIG. 10 are determined in the same manner as in FIG. 7 according to changes in the capacitance value.

第1起歪体40Aの弾性変形体41のX軸方向の寸法が、Y軸方向の寸法よりも小さく、第3起歪体40Cの弾性変形体41のX軸方向の寸法が、Y軸方向の寸法よりも小さい。このことにより、第1起歪体40Aの弾性変形体41および第3起歪体40Cの弾性変形体41は、X軸方向に弾性変形することができる。 The dimension in the X-axis direction of the elastically deformable body 41 of the first flexure body 40A is smaller than the dimension in the Y-axis direction, and the dimension in the X-axis direction of the elastically deformable body 41 of the third flexure body 40C is smaller in the Y-axis direction. smaller than the dimensions of Thereby, the elastically deformable body 41 of the first flexure body 40A and the elastically deformable body 41 of the third flexure body 40C can be elastically deformed in the X-axis direction.

第2起歪体40Bの弾性変形体41のY軸方向の寸法が、X軸方向の寸法よりも小さく、第4起歪体40Dの弾性変形体41のY軸方向の寸法が、X軸方向の寸法よりも小さい。このことにより、第2起歪体40Bの弾性変形体41および第4起歪体40Dの弾性変形体41は、Y軸方向に弾性変形することができる。 The dimension in the Y-axis direction of the elastically deformable body 41 of the second flexure body 40B is smaller than the dimension in the X-axis direction, and the dimension in the Y-axis direction of the elastically deformable body 41 of the fourth flexure body 40D is smaller in the X-axis direction. smaller than the dimensions of Thereby, the elastically deformable body 41 of the second strain body 40B and the elastically deformable body 41 of the fourth strain body 40D can be elastically deformed in the Y-axis direction.

このため、図5に示す力覚センサ10と同様にして、各起歪体40A~40Dの変位梁42が変位し、各容量素子C1~C8の静電容量値が変化する。 Therefore, similarly to the force sensor 10 shown in FIG. 5, the displacement beams 42 of each strain-generating body 40A to 40D are displaced, and the capacitance values of each capacitive element C1 to C8 are changed.

このように、本実施の形態による力覚センサ10は、モーメントMzを検出することができる。モーメントMzが受力体20に作用した場合、各容量素子C1~C8の静電容量値の変化が検出され、受力体20に作用したモーメントMzの向きと大きさが検出される。そして、図10に示すように、各容量素子C1~C8の静電容量値が変化する。 In this way, the force sensor 10 according to this embodiment can detect the moment Mz. When the moment Mz acts on the force receiving body 20, a change in the capacitance value of each capacitive element C1 to C8 is detected, and the direction and magnitude of the moment Mz acting on the force receiving body 20 are detected. Then, as shown in FIG. 10, the capacitance value of each capacitive element C1 to C8 changes.

図10に示す表から、受力体20に作用したモーメントMzは、以下の式で算出することができる。以下の[式6]は、上述した[式5]と同じである。これにより、力の1軸成分、すなわちZ軸周りのモーメントMzを算出することができる。
[式6]
Mz=-C1+C2-C3+C4-C5+C6-C7+C8
From the table shown in FIG. 10, the moment Mz acting on the force receiving body 20 can be calculated using the following formula. The following [Formula 6] is the same as the above-mentioned [Formula 5]. Thereby, the uniaxial component of the force, that is, the moment Mz around the Z axis can be calculated.
[Formula 6]
Mz=-C1+C2-C3+C4-C5+C6-C7+C8

上述の[式6]では、各変位梁42に設けられた変位電極基板Ed1~Ed8に基づく静電容量値を用いて、モーメントMzを算出している。しかしながら、本実施の形態によるモーメントMzの算出の方法は、これに限られることはない。 In the above-mentioned [Formula 6], the moment Mz is calculated using the capacitance value based on the displacement electrode substrates Ed1 to Ed8 provided on each displacement beam 42. However, the method of calculating the moment Mz according to this embodiment is not limited to this.

例えば、検出素子60は、変位梁42の個数よりも少ない偶数の変位電極基板で構成されていてもよい。すなわち、各変位梁42のうちの一部のみの変位梁42に設けられた変位電極基板に基づいてモーメントMzを検出してもよい。この場合、いくつかの変位梁42の各々に、変位電極基板が設けられ、他の変位梁42に、変位電極基板が設けられていなくてもよい。固定電極基板は、対応する変位電極基板に対向する位置で支持体30に設けられていてもよい。力覚センサ10にZ軸周りのモーメントが作用した場合、一部の変位電極基板は、対向する固定電極基板から遠ざかり、残りの変位電極基板は、対向する固定電極基板に近づくように構成されていてもよい。 For example, the detection element 60 may be configured with an even number of displacement electrode substrates smaller than the number of displacement beams 42. That is, the moment Mz may be detected based on the displacement electrode substrates provided on only some of the displacement beams 42. In this case, each of the several displacement beams 42 may be provided with a displacement electrode substrate, and the other displacement beams 42 may not be provided with a displacement electrode substrate. The fixed electrode substrate may be provided on the support body 30 at a position facing the corresponding displacement electrode substrate. When a moment around the Z-axis is applied to the force sensor 10, some of the displacement electrode substrates move away from the opposing fixed electrode substrate, and the remaining displacement electrode substrates move closer to the opposing fixed electrode substrate. It's okay.

より具体的には、モーメントMzを算出するための式は、上述の[式6]ではなく、以下のいずれかの式を用いてもよい。この場合、[式6]に示すように容量素子C1~C8の全てを用いなくても、モーメントMzを算出することができる。
[式7]
Mz=-C1+C2-C5+C6
[式8]
Mz=-C3+C4-C7+C8
More specifically, the formula for calculating the moment Mz may be any of the following formulas instead of the above-mentioned [Formula 6]. In this case, as shown in [Formula 6], the moment Mz can be calculated without using all of the capacitive elements C1 to C8.
[Formula 7]
Mz=-C1+C2-C5+C6
[Formula 8]
Mz=-C3+C4-C7+C8

[式7]および[式8]を用いる場合、検出素子60は、4つの変位電極基板で構成することができ、これら4つの変位電極基板が設けられた変位梁42以外の変位梁42には、変位電極基板は設けられていなくてもよい。このことにより、変位電極基板の個数および固定電極基板の個数を削減できる。変位電極基板が設けられない変位梁42は、省略することができ、変位梁42の個数を削減できる。 When using [Formula 7] and [Formula 8], the detection element 60 can be configured with four displacement electrode substrates, and the displacement beams 42 other than the displacement beams 42 on which these four displacement electrode substrates are provided are , the displacement electrode substrate may not be provided. This allows the number of displacement electrode substrates and the number of fixed electrode substrates to be reduced. The displacement beams 42 that are not provided with displacement electrode substrates can be omitted, and the number of displacement beams 42 can be reduced.

[式7]においては、モーメントMzが作用した場合、第1容量素子C1を構成する第1変位電極基板Ed1は、対向する第1固定電極基板Ef1から遠ざかり、第2容量素子C2を構成する第2変位電極基板Ed2は、対向する第2固定電極基板Ef2に近づく。第5容量素子C5を構成する第5変位電極基板Ed5は、対向する第5固定電極基板Ef5から遠ざかり、第6容量素子C6を構成する第6変位電極基板Ed6は、対向する第6固定電極基板Ef6に近づく。このことにより、容量素子の温度変化による静電容量値の変動を防止することができるとともに、同相ノイズによる静電容量値の変動を防止することができる。 In [Formula 7], when the moment Mz acts, the first displacement electrode substrate Ed1 that constitutes the first capacitive element C1 moves away from the opposing first fixed electrode substrate Ef1, and the The second displacement electrode substrate Ed2 approaches the opposing second fixed electrode substrate Ef2. The fifth displacement electrode substrate Ed5 constituting the fifth capacitive element C5 moves away from the opposing fifth fixed electrode substrate Ef5, and the sixth displacement electrode substrate Ed6 constituting the sixth capacitive element C6 moves away from the opposing sixth fixed electrode substrate Ef5. Approaching Ef6. This makes it possible to prevent variations in the capacitance value due to temperature changes in the capacitive element, as well as to prevent variations in the capacitance value due to common mode noise.

[式8]においては、モーメントMzが作用した場合、第3容量素子C3を構成する第3変位電極基板Ed3は、対向する第3固定電極基板Ef3から遠ざかり、第4容量素子C4を構成する第4変位電極基板Ed4は、対向する第4固定電極基板Ef4に近づく。第7容量素子C7を構成する第7変位電極基板Ed7は、対向する第7固定電極基板Ef7から遠ざかり、第8容量素子C8を構成する第8変位電極基板Ed8は、対向する第8固定電極基板Ef8に近づく。このことにより、容量素子の温度変化による静電容量値の変動を防止することができるとともに、同相ノイズによる静電容量値の変動を防止することができる。 In [Formula 8], when the moment Mz acts, the third displacement electrode substrate Ed3 forming the third capacitive element C3 moves away from the opposing third fixed electrode substrate Ef3, and the third displacement electrode substrate Ed3 forming the fourth capacitive element C4 moves away from the opposing third fixed electrode substrate Ef3. The fourth displacement electrode substrate Ed4 approaches the opposing fourth fixed electrode substrate Ef4. The seventh displacement electrode substrate Ed7 forming the seventh capacitive element C7 moves away from the opposing seventh fixed electrode substrate Ef7, and the eighth displacement electrode substrate Ed8 forming the eighth capacitive element C8 moves away from the opposing eighth fixed electrode substrate Ef7. Approaching Ef8. This makes it possible to prevent variations in the capacitance value due to temperature changes in the capacitive element, as well as to prevent variations in the capacitance value due to common mode noise.

上述の[式7]および[式8]の両方でモーメントMzを算出して、比較を行うことにより故障診断を行ってもよい。 Failure diagnosis may be performed by calculating the moment Mz using both [Formula 7] and [Formula 8] described above and comparing them.

上述の[式7]および[式8]以外に以下の式でも、モーメントMzを算出することができる。 In addition to the above-mentioned [Formula 7] and [Formula 8], the moment Mz can also be calculated using the following formula.

[式9]
Mz=-C1+C4-C5+C6
[式10]
Mz=C2-C3+C6-C7
[Formula 9]
Mz=-C1+C4-C5+C6
[Formula 10]
Mz=C2-C3+C6-C7

この場合においても、変位電極基板の個数および固定電極基板の個数を削減できる。変位電極基板が設けられない変位梁42は、省略することができ、変位梁42の個数を削減できる。[式9]および[式10]においても、[式7]および[式8]と同様に、容量素子の温度変化による静電容量値の変動を防止することができるとともに、同相ノイズによる静電容量値の変動を防止することができる。上述の[式9]および[式10]の両方でモーメントMzを算出して、比較を行うことにより故障診断を行ってもよい。 Also in this case, the number of displacement electrode substrates and the number of fixed electrode substrates can be reduced. The displacement beams 42 that are not provided with displacement electrode substrates can be omitted, and the number of displacement beams 42 can be reduced. Similarly to [Formula 7] and [Formula 8], in [Formula 9] and [Formula 10], fluctuations in capacitance value due to temperature changes in the capacitive element can be prevented, and electrostatic capacitance due to common-mode noise can be prevented. Fluctuations in capacitance value can be prevented. Failure diagnosis may be performed by calculating the moment Mz using both [Formula 9] and [Formula 10] described above and comparing them.

上述したように、図9に示す力覚センサ1の弾性変形体41は、モーメントMz以外の軸成分による力またはモーメントに対して弾性変形しない。このことにより、モーメントMzの算出には、第1容量素子C1~第8容量素子C8のうちのいずれか1つの容量素子のみを用いてもよい。あるいは、モーメントMzの算出には、第1容量素子C1~第8容量素子C8のうちのいずれか2つの容量素子を用いてもよい。 As described above, the elastically deformable body 41 of the force sensor 1 shown in FIG. 9 does not elastically deform in response to force or moment due to axial components other than the moment Mz. As a result, only one of the first to eighth capacitive elements C1 to C8 may be used to calculate the moment Mz. Alternatively, any two of the first to eighth capacitive elements C1 to C8 may be used to calculate the moment Mz.

例えば、-C1+C2、-C3+C4、-C5+C6、-C7+C8または-C1+C4、C2-C5、-C3+C6、C4-C7、-C5+C8、C6-C7等の容量素子の組み合わせを用いてモーメントMzを算出してもよい。 For example, even if the moment Mz is calculated using a combination of capacitive elements such as -C1+C2, -C3+C4, -C5+C6, -C7+C8 or -C1+C4, C2-C5, -C3+C6, C4-C7, -C5+C8, C6-C7, etc. good.

この場合、検出素子60は、2つの変位電極基板で構成することができ、これら2つの変位電極基板が設けられた変位梁42以外の変位梁42には、変位電極基板は設けられていなくてもよい。このことにより、変位電極基板の個数および固定電極基板の個数を削減できる。変位電極基板が設けられない変位梁42は、省略することができ、変位梁42の個数を削減できる。また、[式7]および[式8]と同様に、容量素子の温度変化による静電容量値の変動を防止することができるとともに、同相ノイズによる静電容量値の変動を防止することができる。 In this case, the detection element 60 can be configured with two displacement electrode substrates, and no displacement electrode substrates are provided on the displacement beams 42 other than the displacement beams 42 on which these two displacement electrode substrates are provided. Good too. This allows the number of displacement electrode substrates and the number of fixed electrode substrates to be reduced. The displacement beams 42 that are not provided with displacement electrode substrates can be omitted, and the number of displacement beams 42 can be reduced. In addition, similar to [Formula 7] and [Formula 8], it is possible to prevent variations in the capacitance value due to temperature changes of the capacitive element, and also to prevent variations in the capacitance value due to common-mode noise. .

このように本実施の形態によれば、起歪体40A~40Dの弾性変形体41の第3方向の寸法は、弾性変形体41の第2方向の寸法よりも大きい。このことにより、第3方向の力に対する剛性を高めることができ、弾性変形体41が、第3方向に弾性変形することを抑制できる。このため、受力体20に、X軸方向の力Fx、Y軸方向の力Fyが作用した場合であっても、弾性変形体41が弾性変形することを抑制できる。このため、力Fxおよび力Fyに対する剛性を高めることができ、力覚センサ10の信頼性を向上できる。 As described above, according to the present embodiment, the dimension of the elastically deformable body 41 of the strain-generating bodies 40A to 40D in the third direction is larger than the dimension of the elastically deformable body 41 in the second direction. Thereby, the rigidity against the force in the third direction can be increased, and elastic deformation of the elastically deformable body 41 in the third direction can be suppressed. Therefore, even if the force Fx in the X-axis direction and the force Fy in the Y-axis direction act on the force receiving body 20, elastic deformation of the elastically deformable body 41 can be suppressed. Therefore, the rigidity against the force Fx and the force Fy can be increased, and the reliability of the force sensor 10 can be improved.

(第3の実施の形態)
次に、図11~図13を用いて、本発明の第3の実施の形態による力覚センサについて説明する。
(Third embodiment)
Next, a force sensor according to a third embodiment of the present invention will be described using FIGS. 11 to 13.

図11~図13に示す第3の実施の形態においては、変位体は、弾性変形体の一方の側で弾性変形体から第2方向に突出し、他方の側で突出していない点が主に異なり、他の構成は、図8~図10に示す第2の実施の形態と略同一である。なお 、図11~図13において、図8~図10に示す第2の実施の形態と同一部分には同一 符号を付して詳細な説明は省略する。 In the third embodiment shown in FIGS. 11 to 13, the main difference is that the displacement body protrudes from the elastic deformation body in the second direction on one side of the elastic deformation body and does not protrude on the other side. , the other configurations are substantially the same as the second embodiment shown in FIGS. 8 to 10. Note that in FIGS. 11 to 13, the same parts as those in the second embodiment shown in FIGS. 8 to 10 are designated by the same reference numerals, and detailed explanations will be omitted.

図11および図12に示すように、本実施の形態においては、各起歪体40A~40Dの変位梁42は、弾性変形体41の一方の側で弾性変形体41から第2方向に突出している。弾性変形体41の他方の側には、変位梁42は突出しておらず、存在していない。図11は、第3の実施の形態による力覚センサ10を示す断面図である。図12は、図11に示す力覚センサ10を示す平面図である。 As shown in FIGS. 11 and 12, in this embodiment, the displacement beams 42 of each strain-generating body 40A to 40D protrude from the elastically deformable body 41 in the second direction on one side of the elastically deformable body 41. There is. On the other side of the elastically deformable body 41, the displacement beam 42 does not protrude and is not present. FIG. 11 is a sectional view showing the force sensor 10 according to the third embodiment. FIG. 12 is a plan view showing the force sensor 10 shown in FIG. 11.

第1起歪体40Aの変位梁42と、第2起歪体40Bの変位梁42は、互いに向き合っている。すなわち、第1起歪体40Aの変位梁42は、第1起歪体40Aの弾性変形体41に対して、第2起歪体40Bの側に配置されている。第2起歪体40Bの変位梁42は、第2起歪体40Bの弾性変形体41に対して、第1起歪体40Aの側に配置されている。より具体的には、第1起歪体40Aの変位梁42は、第1起歪体40Aの弾性変形体41のX軸方向正側に配置されており、第2起歪体40Bの変位梁42は、第2起歪体40Bの弾性変形体41のY軸方向負側に配置されている。このことにより、第1起歪体40Aの変位梁42と、第2起歪体40Bの変位梁42は、互いに向き合っている。 The displacement beam 42 of the first strain body 40A and the displacement beam 42 of the second strain body 40B face each other. That is, the displacement beam 42 of the first strain body 40A is arranged on the second strain body 40B side with respect to the elastically deformable body 41 of the first strain body 40A. The displacement beam 42 of the second strain body 40B is arranged on the side of the first strain body 40A with respect to the elastically deformable body 41 of the second strain body 40B. More specifically, the displacement beam 42 of the first strain body 40A is disposed on the positive side in the X-axis direction of the elastically deformable body 41 of the first strain body 40A, and the displacement beam 42 of the second strain body 40B is disposed on the positive side of the elastically deformable body 41 of the first strain body 40A. 42 is arranged on the Y-axis direction negative side of the elastically deformable body 41 of the second strain body 40B. As a result, the displacement beams 42 of the first strain body 40A and the displacement beams 42 of the second strain body 40B face each other.

同様に、第3起歪体40Cの変位梁42と、第4起歪体40Dの変位梁42は、互いに向き合っている。すなわち、第3起歪体40Cの変位梁42は、第3起歪体40Cの弾性変形体41に対して、第4起歪体40Dの側に配置されている。第4起歪体40Dの変位梁42は、第4起歪体40Dの弾性変形体41に対して、第3起歪体40Cの側に配置されている。より具体的には、第3起歪体40Cの変位梁42は、第3起歪体40Cの弾性変形体41のX軸方向負側に配置されており、第4起歪体40Dの変位梁42は、第4起歪体40Dの弾性変形体41のY軸方向正側に配置されている。このことにより、第3起歪体40Cの変位梁42と、第4起歪体40Dの変位梁42は、互いに向き合っている。 Similarly, the displacement beams 42 of the third strain body 40C and the displacement beams 42 of the fourth strain body 40D face each other. That is, the displacement beam 42 of the third strain body 40C is arranged on the fourth strain body 40D side with respect to the elastically deformable body 41 of the third strain body 40C. The displacement beam 42 of the fourth strain body 40D is arranged on the third strain body 40C side with respect to the elastically deformable body 41 of the fourth strain body 40D. More specifically, the displacement beam 42 of the third strain body 40C is arranged on the negative side in the X-axis direction of the elastically deformable body 41 of the third strain body 40C, and the displacement beam 42 of the fourth strain body 40D is disposed on the negative side of the elastically deformable body 41 of the third strain body 40C. 42 is arranged on the positive side of the elastically deformable body 41 of the fourth strain body 40D in the Y-axis direction. As a result, the displacement beams 42 of the third strain body 40C and the displacement beams 42 of the fourth strain body 40D face each other.

各変位梁42に、複数の変位電極基板が設けられている。複数の変位電極基板は、第2方向に直交する第3方向に並んでいる。支持体30に、各変位電極基板に対向する固定電極基板が設けられている。 Each displacement beam 42 is provided with a plurality of displacement electrode substrates. The plurality of displacement electrode substrates are arranged in a third direction orthogonal to the second direction. The support body 30 is provided with fixed electrode substrates facing each displacement electrode substrate.

図11および図12に示すように、本実施の形態による検出素子60は、第1起歪体40A用の電極として、2つの固定電極基板Ef21、Ef22と、2つの変位電極基板Ed21、Ed22と、を含んでいる。第1起歪体40Aの変位梁42に、変位電極基板Ed21、Ed22が配置されている。2つの変位電極基板Ed21、Ed22は、変位梁42のX軸方向正側の端部に配置されていてもよい。2つの変位電極基板Ed21、Ed22は、X軸方向において同じ位置に配置されているが、Y軸方向において互いに異なる位置に配置されている。変位電極基板Ed21が、変位電極基板Ed22よりも、平面視で力覚センサ10の内側に配置されている。より具体的には、変位電極基板Ed21が、変位電極基板Ed22よりもY軸方向正側に配置されている。変位電極基板Ed21が、変位電極基板Ed22よりもY軸方向負側に配置されている。 As shown in FIGS. 11 and 12, the detection element 60 according to the present embodiment includes two fixed electrode substrates Ef21 and Ef22 and two displacement electrode substrates Ed21 and Ed22 as electrodes for the first strain body 40A. , contains. Displacement electrode substrates Ed21 and Ed22 are arranged on the displacement beam 42 of the first strain body 40A. The two displacement electrode substrates Ed21 and Ed22 may be arranged at the end of the displacement beam 42 on the positive side in the X-axis direction. The two displacement electrode substrates Ed21 and Ed22 are arranged at the same position in the X-axis direction, but at different positions in the Y-axis direction. The displacement electrode substrate Ed21 is arranged inside the force sensor 10 in a plan view than the displacement electrode substrate Ed22. More specifically, the displacement electrode substrate Ed21 is arranged on the positive side in the Y-axis direction than the displacement electrode substrate Ed22. The displacement electrode substrate Ed21 is arranged on the negative side in the Y-axis direction than the displacement electrode substrate Ed22.

固定電極基板Ef21は、変位電極基板Ed21に対向している。固定電極基板Ef21と変位電極基板Ed21とで、第21容量素子C21が構成されている。固定電極基板Ef22は、変位電極基板Ed22に対向している。固定電極基板Ef22と変位電極基板Ed22とで、第22容量素子C22が構成されている。第21容量素子C21と第22容量素子C22とが、第1起歪体40A用の検出素子60として構成されている。 The fixed electrode substrate Ef21 faces the displacement electrode substrate Ed21. The fixed electrode substrate Ef21 and the displacement electrode substrate Ed21 constitute a twenty-first capacitive element C21. The fixed electrode substrate Ef22 faces the displacement electrode substrate Ed22. The fixed electrode substrate Ef22 and the displacement electrode substrate Ed22 constitute a 22nd capacitive element C22. The 21st capacitive element C21 and the 22nd capacitive element C22 are configured as the detection element 60 for the first strain body 40A.

上述した第1起歪体40Aとこれに対応する検出素子60の構成は、第2起歪体40B、第3起歪体40Cおよび第4起歪体40Dにも同様に適用できる。 The configuration of the first strain body 40A and the corresponding detection element 60 described above can be similarly applied to the second strain body 40B, the third strain body 40C, and the fourth strain body 40D.

図11および図12に示すように、検出素子60は、第2起歪体40B用の電極として、2つの固定電極基板Ef31、Ef32と、2つの変位電極基板Ed31、Ed32と、を含んでいる。第2起歪体40Bの変位梁42に、変位電極基板Ed31、Ed32が配置されている。2つの変位電極基板Ed31、Ed32は、変位梁42のY軸方向負側の端部に配置されていてもよい。変位電極基板Ed31が、変位電極基板Ed32よりもX軸方向負側であって、平面視で力覚センサ10の内側に配置されている。 As shown in FIGS. 11 and 12, the detection element 60 includes two fixed electrode substrates Ef31 and Ef32 and two displacement electrode substrates Ed31 and Ed32 as electrodes for the second strain body 40B. . Displacement electrode substrates Ed31 and Ed32 are arranged on the displacement beam 42 of the second strain body 40B. The two displacement electrode substrates Ed31 and Ed32 may be arranged at the end of the displacement beam 42 on the negative side in the Y-axis direction. The displacement electrode substrate Ed31 is disposed on the negative side of the displacement electrode substrate Ed32 in the X-axis direction and inside the force sensor 10 in plan view.

固定電極基板Ef31は、変位電極基板Ed31に対向している。固定電極基板Ef31と変位電極基板Ed31とで、第31容量素子C31が構成されている。固定電極基板Ef32は、変位電極基板Ed32に対向している。固定電極基板Ef32と変位電極基板Ed32とで、第32容量素子C32が構成されている。第31容量素子C31と第32容量素子C32とが、第2起歪体40B用の検出素子60として構成されている。 The fixed electrode substrate Ef31 faces the displacement electrode substrate Ed31. The fixed electrode substrate Ef31 and the displacement electrode substrate Ed31 constitute the 31st capacitive element C31. The fixed electrode substrate Ef32 faces the displacement electrode substrate Ed32. The fixed electrode substrate Ef32 and the displacement electrode substrate Ed32 constitute a 32nd capacitive element C32. The 31st capacitive element C31 and the 32nd capacitive element C32 are configured as the detection element 60 for the second strain body 40B.

図11および図12に示すように、検出素子60は、第3起歪体40C用の電極として、2つの固定電極基板Ef61、Ef62と、2つの変位電極基板Ed61、Ed62と、を含んでいる。第3起歪体40Cの変位梁42に、変位電極基板Ed61、Ed62が配置されている。2つの変位電極基板Ed61、Ed62は、変位梁42のX軸方向負側の端部に配置されていてもよい。変位電極基板Ed61が、変位電極基板Ed62よりもY軸方向負側であって、平面視で力覚センサ10の内側に配置されている。 As shown in FIGS. 11 and 12, the detection element 60 includes two fixed electrode substrates Ef61 and Ef62 and two displacement electrode substrates Ed61 and Ed62 as electrodes for the third strain body 40C. . Displacement electrode substrates Ed61 and Ed62 are arranged on the displacement beam 42 of the third strain body 40C. The two displacement electrode substrates Ed61 and Ed62 may be arranged at the end of the displacement beam 42 on the negative side in the X-axis direction. The displacement electrode substrate Ed61 is disposed on the negative side of the displacement electrode substrate Ed62 in the Y-axis direction and inside the force sensor 10 in plan view.

固定電極基板Ef61は、変位電極基板Ed61に対向している。固定電極基板Ef61と変位電極基板Ed61とで、第61容量素子C61が構成されている。固定電極基板Ef62は、変位電極基板Ed62に対向している。固定電極基板Ef62と変位電極基板Ed62とで、第62容量素子C62が構成されている。第61容量素子C61と第62容量素子C62とが、第3起歪体40C用の検出素子60として構成されている。 The fixed electrode substrate Ef61 faces the displacement electrode substrate Ed61. The fixed electrode substrate Ef61 and the displacement electrode substrate Ed61 constitute the 61st capacitive element C61. The fixed electrode substrate Ef62 faces the displacement electrode substrate Ed62. The fixed electrode substrate Ef62 and the displacement electrode substrate Ed62 constitute the 62nd capacitive element C62. The 61st capacitive element C61 and the 62nd capacitive element C62 are configured as the detection element 60 for the third strain body 40C.

図11および図12に示すように、検出素子60は、第4起歪体40D用の電極として、2つの固定電極基板Ef71、Ef72と、2つの変位電極基板Ed71、Ed72と、を含んでいる。第4起歪体40Dの変位梁42に、変位電極基板Ed71、Ed72が配置されている。2つの変位電極基板Ed71、Ed72は、変位梁42のY軸方向正側の端部に配置されていてもよい。変位電極基板Ed71が、変位電極基板Ed72よりもX軸方向正側であって、平面視で力覚センサ10の内側に配置されている。 As shown in FIGS. 11 and 12, the detection element 60 includes two fixed electrode substrates Ef71 and Ef72 and two displacement electrode substrates Ed71 and Ed72 as electrodes for the fourth strain body 40D. . Displacement electrode substrates Ed71 and Ed72 are arranged on the displacement beam 42 of the fourth strain body 40D. The two displacement electrode substrates Ed71 and Ed72 may be arranged at the end of the displacement beam 42 on the positive side in the Y-axis direction. The displacement electrode substrate Ed71 is disposed on the positive side of the displacement electrode substrate Ed72 in the X-axis direction and inside the force sensor 10 in plan view.

固定電極基板Ef71は、変位電極基板Ed71に対向している。固定電極基板Ef71と変位電極基板Ed71とで、第71容量素子C71が構成されている。固定電極基板Ef72は、変位電極基板Ed72に対向している。固定電極基板Ef72と変位電極基板Ed72とで、第72容量素子C72が構成されている。第71容量素子C71と第72容量素子C72とが、第4起歪体40D用の検出素子60として構成されている。 The fixed electrode substrate Ef71 faces the displacement electrode substrate Ed71. The fixed electrode substrate Ef71 and the displacement electrode substrate Ed71 constitute a 71st capacitive element C71. The fixed electrode substrate Ef72 faces the displacement electrode substrate Ed72. The fixed electrode substrate Ef72 and the displacement electrode substrate Ed72 constitute a 72nd capacitive element C72. The 71st capacitive element C71 and the 72nd capacitive element C72 are configured as the detection element 60 for the fourth strain body 40D.

本実施の形態による力覚センサ10は、図8および図9に示す力覚センサ10と同様に、モーメントMzを検出することができる。モーメントMzが受力体20に作用した場合、各容量素子C21~C72の静電容量値の変化が検出され、受力体20に作用したモーメントMzの向きと大きさが検出される。そして、図13に示すように、各容量素子C21~C72の静電容量値が変化する。図13は、各容量素子C21~C72の静電容量値の変化を示す表である。 The force sensor 10 according to this embodiment can detect the moment Mz similarly to the force sensor 10 shown in FIGS. 8 and 9. When the moment Mz acts on the force receiving body 20, a change in the capacitance value of each capacitive element C21 to C72 is detected, and the direction and magnitude of the moment Mz acting on the force receiving body 20 are detected. Then, as shown in FIG. 13, the capacitance value of each capacitive element C21 to C72 changes. FIG. 13 is a table showing changes in capacitance values of each capacitive element C21 to C72.

図13に示す表から、受力体20に作用したモーメントMzは、上述した[式10]と同様にして、以下の式で算出することができる。以下の[式11]および[式12]でモーメントMzを算出することができる。 From the table shown in FIG. 13, the moment Mz acting on the force-receiving body 20 can be calculated using the following equation in the same manner as [Equation 10] described above. The moment Mz can be calculated using the following [Formula 11] and [Formula 12].

[式11]
Mz=C21-C31+C61-C71
[式12]
Mz=C22-C32+C62-C72
[Formula 11]
Mz=C21-C31+C61-C71
[Formula 12]
Mz=C22-C32+C62-C72

上述の[式11]および[式12]の両方でモーメントMzを算出して、比較を行うことにより故障診断を行ってもよい。第2の実施の形態において述べたように、モーメントMzの算出には、各容量素子C21、C31、C61およびC71のうちのいずれか2つの容量素子、または各容量素子C22、C32、C62およびC72のうちのいずれか2つの容量素子を用いてもよい。例えば、+C21-C31、+C61-C71、-C31+C61、+C21-C71、+C22-C32、+C62-C72、-C32+C62、+C22-C72等の容量素子の組み合わせを用いてモーメントMzを算出してもよい。この場合、検出素子60は、2つの変位電極基板で構成することができ、これら2つの変位電極基板が設けられた変位梁42以外の変位梁42には、変位電極基板は設けられていなくてもよい。このことにより、変位電極基板の個数および固定電極基板の個数を削減できる。変位電極基板が設けられない変位梁42は、省略することができ、変位梁42の個数を削減できる。また、容量素子の温度変化による静電容量値の変動を防止することができるとともに、同相ノイズによる静電容量値の変動を防止することができる。 Failure diagnosis may be performed by calculating the moment Mz using both [Formula 11] and [Formula 12] above and comparing them. As described in the second embodiment, the moment Mz is calculated by using any two of the capacitive elements C21, C31, C61, and C71, or each of the capacitive elements C22, C32, C62, and C72. Any two of these capacitive elements may be used. For example, the moment Mz may be calculated using a combination of capacitive elements such as +C21-C31, +C61-C71, -C31+C61, +C21-C71, +C22-C32, +C62-C72, -C32+C62, and +C22-C72. In this case, the detection element 60 can be configured with two displacement electrode substrates, and no displacement electrode substrates are provided on the displacement beams 42 other than the displacement beams 42 on which these two displacement electrode substrates are provided. Good too. This allows the number of displacement electrode substrates and the number of fixed electrode substrates to be reduced. The displacement beams 42 that are not provided with displacement electrode substrates can be omitted, and the number of displacement beams 42 can be reduced. Further, it is possible to prevent variations in the capacitance value due to temperature changes of the capacitive element, and also to prevent variations in the capacitance value due to common mode noise.

このように本実施の形態によれば、各起歪体40A~40Dの弾性変形体41の一方の側で、変位梁42が第2方向に突出し、他方の側で突出していない。変位梁42の各々に、変位電極基板が配置され、支持体30に、対応する変位電極基板に対向する固定電極基板が配置されている。このことにより、弾性変形体41が第2方向に弾性変形した場合、変位電極基板と対応する固定電極基板との間の電極間距離を変化させることができる。このため、検出感度を向上させることができる。 As described above, according to the present embodiment, the displacement beam 42 protrudes in the second direction on one side of the elastically deformable body 41 of each of the strain-generating bodies 40A to 40D, and does not protrude on the other side. A displacement electrode substrate is arranged on each of the displacement beams 42, and a fixed electrode substrate facing the corresponding displacement electrode substrate is arranged on the support body 30. Thereby, when the elastically deformable body 41 is elastically deformed in the second direction, the inter-electrode distance between the displacement electrode substrate and the corresponding fixed electrode substrate can be changed. Therefore, detection sensitivity can be improved.

また、本実施の形態によれば、起歪体40A~40Dの変位梁42の個数を削減できる。このことにより、起歪体40A~40Dの構造を単純化し、簡素化することができる。この場合、力覚センサ10の低価格化を図ることができる。 Furthermore, according to the present embodiment, the number of displacement beams 42 of the strain-generating bodies 40A to 40D can be reduced. This makes it possible to simplify and simplify the structure of the strain-generating bodies 40A to 40D. In this case, the price of the force sensor 10 can be reduced.

また、本実施の形態によれば、図8~図10に示す力覚センサ10と同様に、受力体20に、X軸方向の力Fx、Y軸方向の力Fyが作用した場合であっても、弾性変形体41が弾性変形することを抑制できる。このため、力Fxおよび力Fyに対する剛性を高めることができ、力覚センサ10の信頼性を向上できる。 Further, according to the present embodiment, similarly to the force sensor 10 shown in FIGS. 8 to 10, when the force Fx in the X-axis direction and the force Fy in the Y-axis direction are applied to the force receiving body 20, Even if the elastically deformable body 41 is elastically deformed, it can be suppressed. Therefore, the rigidity against the force Fx and the force Fy can be increased, and the reliability of the force sensor 10 can be improved.

また、本実施の形態によれば、各変位梁42に、複数の変位電極基板Ed21~Ed72が設けられ、支持体30に、各変位電極基板Ed21~Ed72に対向する固定電極基板Ef21~Ef72が設けられている。このことにより、各変位梁42に設けられた一方の変位電極基板Ed21、Ed31、Ed61、Ed71を含む容量素子C21、C31、C61、C71の静電容量値の変化から算出されたモーメントMzと、他方の変位電極基板Ed22、Ed32、Ed62、Ed72を含む容量素子C22、C32、C62、C72の静電容量値の変化から算出されたモーメントMzで、故障診断を行うことができる。このため、力覚センサ10の信頼性を向上させることができる。 Further, according to the present embodiment, each displacement beam 42 is provided with a plurality of displacement electrode substrates Ed21 to Ed72, and the support body 30 is provided with fixed electrode substrates Ef21 to Ef72 facing each displacement electrode substrate Ed21 to Ed72. It is provided. As a result, the moment Mz calculated from the change in the capacitance value of the capacitive elements C21, C31, C61, and C71 including one of the displacement electrode substrates Ed21, Ed31, Ed61, and Ed71 provided on each displacement beam 42, Failure diagnosis can be performed using the moment Mz calculated from the changes in the capacitance values of the capacitive elements C22, C32, C62, and C72 including the other displacement electrode substrate Ed22, Ed32, Ed62, and Ed72. Therefore, the reliability of the force sensor 10 can be improved.

また、本実施の形態によれば、第1起歪体40Aの変位梁42と、第2起歪体40Bの変位梁42は、互いに向き合っている。第3起歪体40Cの変位梁42と、第4起歪体40Dの変位梁42は、互いに向き合っている。このことにより、各変位電極基板Ed21~Ed72および各固定電極基板Ef21~Ef72への電気配線の接続作業性を向上させることができる。 Further, according to the present embodiment, the displacement beams 42 of the first strain body 40A and the displacement beams 42 of the second strain body 40B face each other. The displacement beam 42 of the third strain body 40C and the displacement beam 42 of the fourth strain body 40D face each other. This makes it possible to improve the workability of connecting the electrical wiring to each of the displacement electrode substrates Ed21 to Ed72 and each of the fixed electrode substrates Ef21 to Ef72.

なお、上述した本実施の形態においては、各変位梁42に、2つの変位電極基板Ed21~Ed72が設けられている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはない。例えば、上述したように、各変位梁42に設けられる2つの変位電極基板は、一体化されて、1つの変位電極基板で構成されていてもよい。この場合、1つの変位電極基板に対向する2つの固定電極基板は、別体に形成されて互いに離れていてもよい。あるいは、各変位梁42に対向する2つの固定電極基板は、一体化されて、1つの固定電極基板で構成されていてもよい。この場合、1つの固定電極基板に対向する2つの変位電極基板は、別体に形成されて互いに離れていてもよい。 In the present embodiment described above, an example has been described in which each displacement beam 42 is provided with two displacement electrode substrates Ed21 to Ed72. However, it is not limited to this. For example, as described above, the two displacement electrode substrates provided on each displacement beam 42 may be integrated into one displacement electrode substrate. In this case, the two fixed electrode substrates facing one displacement electrode substrate may be formed separately and separated from each other. Alternatively, the two fixed electrode substrates facing each displacement beam 42 may be integrated into one fixed electrode substrate. In this case, the two displacement electrode substrates facing one fixed electrode substrate may be formed separately and separated from each other.

(第4の実施の形態)
次に、図14を用いて、本発明の第4の実施の形態による力覚センサについて説明する。
(Fourth embodiment)
Next, a force sensor according to a fourth embodiment of the present invention will be described using FIG. 14.

図14に示す第4の実施の形態においては、受力体が、第1起歪体の受力体側端部と第2起歪体の受力体側端部を分断する第1受力体開口と、第3起歪体の受力体側端部と第4起歪体の受力体側端部を分断する第2受力体開口と、を含む点が主に異なり、他の構成は、図11~図13に示す第3の実施の形態と略同一である。なお 、図14において、図11~図13に示す第3の実施の形態と同一部分には同一 符号を付して詳細な説明は省略する。 In the fourth embodiment shown in FIG. 14, the force receiving body has a first force receiving body opening that separates the force receiving body side end portion of the first strain body and the force receiving body side end portion of the second strain body. The main difference is that it includes a second force-receiving body opening that separates the force-receiving body-side end of the third strain-generating body and the force-receiving body-side end of the fourth strain-generating body; This embodiment is substantially the same as the third embodiment shown in FIGS. 11 to 13. Note that in FIG. 14, the same parts as in the third embodiment shown in FIGS. 11 to 13 are given the same reference numerals, and detailed explanations will be omitted.

図14に示すように、本実施の形態においては、受力体20は、第1受力体開口21と、第2受力体開口22と、を含んでいてもよい。図14は、第4の実施の形態による力覚センサ10を示す斜視図である。 As shown in FIG. 14, in this embodiment, the force receiving body 20 may include a first force receiving body opening 21 and a second force receiving body opening 22. FIG. 14 is a perspective view showing a force sensor 10 according to a fourth embodiment.

第1受力体開口21は、第1起歪体40Aの受力体側端部43と、第2起歪体40Bの受力体側端部43とを分断するように形成されている。このことにより、第1起歪体40Aの受力体側端部43と、第2起歪体40Bの受力体側端部43とは、受力体20を構成する部材で接続されておらず、互いに離れている。Z軸方向正側から見たときに、第1受力体開口21から、第1起歪体40Aの変位梁42、第2起歪体40Bの変位梁42および後述する第1支持体接続部33が露出されている。 The first force receiving body opening 21 is formed so as to separate the force receiving body side end portion 43 of the first strain body 40A from the force receiving body side end portion 43 of the second strain body 40B. As a result, the force-receiving body side end portion 43 of the first strain-generating body 40A and the force-receiving body-side end portion 43 of the second strain-generating body 40B are not connected by the member that constitutes the force-receiving body 20, far from each other. When viewed from the positive side in the Z-axis direction, from the first force-receiving body opening 21, the displacement beam 42 of the first strain body 40A, the displacement beam 42 of the second strain body 40B, and the first support connection portion described below 33 is exposed.

第2受力体開口22は、第3起歪体40Cの受力体側端部43と、第4起歪体40Dの受力体側端部43とを分断するように形成されている。このことにより、第3起歪体40Cの受力体側端部43と、第4起歪体40Dの受力体側端部43とは、受力体20を構成する部材で接続されておらず、互いに離れている。Z軸方向正側から見たときに、第2受力体開口22から、第3起歪体40Cの変位梁42、第4起歪体40Dの変位梁42および後述する第2支持体接続部34が露出されている。 The second force receiving body opening 22 is formed to separate the force receiving body side end portion 43 of the third strain generating body 40C from the force receiving body side end portion 43 of the fourth strain generating body 40D. As a result, the force-receiving body side end portion 43 of the third strain-generating body 40C and the force-receiving body-side end portion 43 of the fourth strain-generating body 40D are not connected by the member constituting the force-receiving body 20, far from each other. When viewed from the positive side in the Z-axis direction, from the second force receiving body opening 22, the displacement beam 42 of the third strain body 40C, the displacement beam 42 of the fourth strain body 40D, and the second support connection portion described below 34 is exposed.

受力体20は、第1受力体接続部23と、第2受力体接続部24と、を含んでいてもよい。第1受力体接続部23は、第2起歪体40Bの受力体側端部43と、第3起歪体40Cの受力体側端部43とを接続している。第2受力体接続部24は、第4起歪体40Dの受力体側端部43と第1起歪体40Aの受力体側端部43とを接続している。受力体20が受力体中心開口20aを含んでいる場合、第1受力体接続部23の平面形状および第2受力体接続部24の平面形状は、概略的に、円形リング形状の1/4の形状であってもよい。 The force receiving body 20 may include a first force receiving body connecting portion 23 and a second force receiving body connecting portion 24. The first force receiving body connecting portion 23 connects the force receiving body side end portion 43 of the second strain body 40B and the force receiving body side end portion 43 of the third strain body 40C. The second force receiving body connecting portion 24 connects the force receiving body side end portion 43 of the fourth strain body 40D and the force receiving body side end portion 43 of the first strain body 40A. When the force-receiving body 20 includes the force-receiving body center opening 20a, the planar shape of the first force-receiving body connecting portion 23 and the planar shape of the second force-receiving body connecting portion 24 are generally circular ring-shaped. The shape may be 1/4.

第1受力体接続部23および第2受力体接続部24に、ボルト穴25が設けられていてもよい。ボルト穴25は、図1に示すツール3または図示しないエンドエフェクタを取り付けるために用いられてもよい。 Bolt holes 25 may be provided in the first force receiving body connecting portion 23 and the second force receiving body connecting portion 24. Bolt holes 25 may be used to attach tool 3 shown in FIG. 1 or an end effector not shown.

図14に示すように、本実施の形態においては、支持体30は、第1支持体開口31と、第2支持体開口32と、を含んでいてもよい。 As shown in FIG. 14, in this embodiment, the support 30 may include a first support opening 31 and a second support opening 32.

第1支持体開口31は、第2起歪体40Bの支持体側端部44と、第3起歪体40Cの支持体側端部44とを分断するように形成されている。このことにより、第2起歪体40Bの支持体側端部44と、第3起歪体40Cの支持体側端部44とは、支持体30を構成する部材で接続されておらず、互いに離れている。Z軸方向負側から見たときに、第1支持体開口31から、上述した第1受力体接続部23が露出されている。 The first support opening 31 is formed to separate the support side end portion 44 of the second strain body 40B from the support side end portion 44 of the third strain body 40C. As a result, the support side end portion 44 of the second flexure body 40B and the support body side end portion 44 of the third flexure body 40C are not connected by the member constituting the support body 30, but are separated from each other. There is. When viewed from the negative side in the Z-axis direction, the first force-receiving body connecting portion 23 described above is exposed from the first support body opening 31.

第2支持体開口32は、第4起歪体40Dの支持体側端部44と、第1起歪体40Aの支持体側端部44とを分断するように形成されている。このことにより、第4起歪体40Dの支持体側端部44と、第1起歪体40Aの支持体側端部44とは、支持体30を構成する部材で接続されておらず、互いに離れている。Z軸方向負側から見たときに、第2支持体開口32から、上述した第2受力体接続部24が露出されている。 The second support opening 32 is formed to separate the support side end portion 44 of the fourth strain body 40D from the support body side end portion 44 of the first strain body 40A. As a result, the support-side end portion 44 of the fourth strain-generating body 40D and the support-side end portion 44 of the first strain-generating body 40A are not connected by the member constituting the support body 30, but are separated from each other. There is. When viewed from the negative side in the Z-axis direction, the second force-receiving body connection portion 24 described above is exposed from the second support body opening 32.

図14に示すように、本実施の形態においては、支持体30は、第1支持体接続部33と、第2支持体接続部34と、を含んでいてもよい。第1支持体接続部33は、第1起歪体40Aの支持体側端部44と、第2起歪体40Bの支持体側端部44とを接続している。第2支持体接続部34は、第3起歪体40Cの支持体側端部44と第4起歪体40Dの支持体側端部44とを接続している。支持体30が支持体中心開口30aを含んでいる場合、第1支持体接続部33の平面形状および第2支持体接続部34の平面形状は、概略的に、円形リング形状の1/4の形状であってもよい。 As shown in FIG. 14, in this embodiment, the support body 30 may include a first support body connection part 33 and a second support body connection part 34. The first support connecting portion 33 connects the support side end portion 44 of the first strain body 40A and the support body side end portion 44 of the second strain body 40B. The second support connecting portion 34 connects the support side end portion 44 of the third strain body 40C and the support body side end portion 44 of the fourth strain body 40D. When the support body 30 includes the support body center opening 30a, the planar shape of the first support body connection part 33 and the plane shape of the second support body connection part 34 are approximately 1/4 of the circular ring shape. It may be a shape.

第1支持体接続部33および第2支持体接続部34に、ボルト穴35が設けられていてもよい。ボルト穴35は、図1に示すロボットアーム4に取り付けるために用いられてもよい。 Bolt holes 35 may be provided in the first support connection part 33 and the second support connection part 34. Bolt holes 35 may be used for attachment to the robot arm 4 shown in FIG.

図14に示す各起歪体40A~40Dは、図11および図12に示す各起歪体40A~40Dと同様に構成されていてもよい。検出素子60も、図11および図12に示す検出素子60と同様に構成されていてもよい。この場合、力覚センサ10に作用したモーメントMzの向きと大きさを、同様にして検出することができ、検出感度を向上させることができる。図14では、図面を明瞭にするために、各容量素子C1~C8は省略している。 Each of the strain-generating bodies 40A to 40D shown in FIG. 14 may be configured similarly to each of the strain-generating bodies 40A to 40D shown in FIGS. 11 and 12. The detection element 60 may also be configured similarly to the detection element 60 shown in FIGS. 11 and 12. In this case, the direction and magnitude of the moment Mz acting on the force sensor 10 can be detected in the same way, and detection sensitivity can be improved. In FIG. 14, each capacitive element C1 to C8 is omitted for clarity of the drawing.

このように本実施の形態によれば、受力体20は、第1起歪体40Aの受力体側端部43と、第2起歪体40Bの受力体側端部43とを分断する第1受力体開口21と、第3起歪体40Cの受力体側端部43と、第4起歪体40Dの受力体側端部43とを分断する第2受力体開口22と、を含んでいる。このことにより、受力体20の質量を低減することができる。このため、力覚センサ10の取扱性を向上させることができる。 As described above, according to the present embodiment, the force-receiving body 20 has a first strain-generating body 40A separated from the force-receiving body-side end 43 of the second strain-generating body 40B. The first force-receiving body opening 21, the second force-receiving body opening 22 that separates the force-receiving body side end 43 of the third strain-generating body 40C, and the force-receiving body-side end 43 of the fourth strain-generating body 40D. Contains. This allows the mass of the force receiving body 20 to be reduced. Therefore, the ease of handling the force sensor 10 can be improved.

また、本実施の形態によれば、支持体30は、第2起歪体40Bの支持体側端部44と、第3起歪体40Cの支持体側端部44とを分断する第1支持体開口31と、第4起歪体40Dの支持体側端部44と、第1起歪体40Aの支持体側端部44とを分断する第2支持体開口32と、を含んでいる。このことにより、支持体30の質量を低減することができる。このため、力覚センサ10の取扱性を向上させることができる。 Further, according to the present embodiment, the support body 30 has a first support opening that separates the support side end portion 44 of the second strain body 40B and the support body side end portion 44 of the third strain body 40C. 31, and a second support opening 32 that separates the support side end portion 44 of the fourth strain body 40D and the support body side end portion 44 of the first strain body 40A. This allows the mass of the support body 30 to be reduced. Therefore, the ease of handling the force sensor 10 can be improved.

(第5の実施の形態)
次に、図15~図20を用いて、本発明の第5の実施の形態による力覚センサについて説明する。
(Fifth embodiment)
Next, a force sensor according to a fifth embodiment of the present invention will be described using FIGS. 15 to 20.

図15~図20に示す第5の実施の形態においては、受力体は、受力体本体部と、受力体本体部よりも薄い受力体薄肉部と、を含む点が主に異なり、他の構成は、図1~図7に示す第1の実施の形態と略同一である。なお 、図15~図20において、図1~図7に示す第1の実施の形態と同一部分には同一 符号を付して詳細な説明は省略する。 In the fifth embodiment shown in FIGS. 15 to 20, the main difference is that the force-receiving body includes a force-receiving body main body portion and a force-receiving body thin portion that is thinner than the force-receiving body main body portion. , the other configurations are substantially the same as the first embodiment shown in FIGS. 1 to 7. Note that in FIGS. 15 to 20, parts that are the same as those in the first embodiment shown in FIGS. 1 to 7 are given the same reference numerals, and detailed explanations will be omitted.

図15および図16に示すように、本実施の形態による受力体20は、受力体本体部26と、受力体薄肉部27と、を含んでいる。受力体本体部26は、受力体20のうち比較的厚い部分である。受力体薄肉部27は、受力体本体部26よりも薄い部分である。受力体薄肉部27は、可撓性を有しており、Z軸方向の力の作用により弾性変形可能になっている。受力体薄肉部27のZ軸方向の力の作用に対するばね定数は、受力体本体部26のZ軸方向の力の作用に対するばね定数よりも小さい。受力体薄肉部27の平面形状は、円形でもよく、または矩形でもよく、任意である。図16に示すように、受力体薄肉部27の平面形状は、概略的に円形であってもよい。図15は、第5の実施の形態による力覚センサ10を示す断面図である。図16は、図15に示す力覚センサ10を示す平面図である。 As shown in FIGS. 15 and 16, the force-receiving body 20 according to the present embodiment includes a force-receiving body main body portion 26 and a force-receiving body thin portion 27. The force-receiving body main body portion 26 is a relatively thick portion of the force-receiving body 20. The force-receiving body thin portion 27 is a portion thinner than the force-receiving body main body portion 26. The force receiving body thin portion 27 has flexibility and can be elastically deformed by the action of a force in the Z-axis direction. The spring constant of the force-receiving body thin portion 27 with respect to the action of a force in the Z-axis direction is smaller than the spring constant of the force-receiving body main body portion 26 with respect to the action of a force in the Z-axis direction. The planar shape of the force-receiving body thin portion 27 may be circular or rectangular, and is arbitrary. As shown in FIG. 16, the planar shape of the force receiving body thin portion 27 may be approximately circular. FIG. 15 is a sectional view showing the force sensor 10 according to the fifth embodiment. FIG. 16 is a plan view showing the force sensor 10 shown in FIG. 15.

Z軸方向において、受力体薄肉部27の支持体30の側の面は、受力体本体部26の支持体30の側の面と、同じ位置に形成されていてもよい。この場合、受力体本体部26の面と受力体薄肉部27の面は、連続した面を構成していてもよい。受力体薄肉部27の支持体30とは反対側の面は、受力体本体部26の支持体30とは反対側の面よりも、支持体30に近い位置に配置されている。このことにより、受力体20の支持体30とは反対側の面に、凹部28が形成されている。 In the Z-axis direction, the surface of the force-receiving body thin portion 27 on the support body 30 side may be formed at the same position as the surface of the force-receiving body main body portion 26 on the support body 30 side. In this case, the surface of the force-receiving body main body portion 26 and the surface of the force-receiving body thin portion 27 may constitute a continuous surface. The surface of the force-receiving body thin portion 27 on the side opposite to the support body 30 is arranged at a position closer to the support body 30 than the surface of the force-receiving body main body portion 26 on the side opposite to the support body 30. As a result, a recess 28 is formed on the surface of the force receiving body 20 opposite to the support body 30.

受力体薄肉部27は、起歪体40A~40Dの受力体側端部43に接続されている。受力体20は、4つの受力体薄肉部27を含んでいる。各受力体薄肉部27は、平面視で、対応する起歪体40A~40Dの弾性変形体41に重なる位置に配置されている。各受力体薄肉部27の中心に、対応する弾性変形体41の受力体側端部43が配置されていてもよい。受力体薄肉部27同士は、互いに離れており、接続されていない。受力体薄肉部27に、1つまたは複数の貫通孔(図示せず)が形成されていてもよい。貫通孔は、受力体薄肉部27を貫通する孔である。貫通孔は、平面視で、受力体側端部43に重ならない位置に配置されていてもよい。貫通孔が形成されることにより、受力体薄肉部27の可撓性を増大させることができる。 The force receiving body thin portion 27 is connected to the force receiving body side end portions 43 of the strain generating bodies 40A to 40D. The force receiving body 20 includes four force receiving body thin portions 27. Each force-receiving body thin portion 27 is arranged at a position overlapping the elastically deformable body 41 of the corresponding strain-generating body 40A to 40D in plan view. At the center of each force receiving body thin portion 27, the force receiving body side end portion 43 of the corresponding elastic deformable body 41 may be arranged. The force receiving body thin portions 27 are separated from each other and are not connected to each other. One or more through holes (not shown) may be formed in the force receiving body thin portion 27. The through hole is a hole that penetrates the force receiving body thin portion 27. The through hole may be arranged at a position that does not overlap the force receiving body side end portion 43 in plan view. By forming the through hole, the flexibility of the force receiving body thin portion 27 can be increased.

図15および図16に示すように、本実施の形態による支持体30は、支持体本体部36と、支持体薄肉部37と、を含んでいる。支持体本体部36は、支持体30のうち比較的厚い部分である。支持体薄肉部37は、支持体本体部36よりも薄い部分である。支持体薄肉部37は、可撓性を有しており、Z軸方向の力の作用により弾性変形可能になっている。支持体薄肉部37のZ軸方向の力の作用に対するばね定数は、支持体本体部36のZ軸方向の力の作用に対するばね定数よりも小さい。支持体薄肉部37の平面形状は、円形でもよく、または矩形でもよく、任意である。支持体薄肉部37の平面形状は、上述した受力体薄肉部27と同様に、概略的に円形であってもよい。 As shown in FIGS. 15 and 16, the support 30 according to this embodiment includes a support main body portion 36 and a support thin portion 37. As shown in FIGS. The support body portion 36 is a relatively thick portion of the support body 30. The support thin portion 37 is thinner than the support main body portion 36. The thin support portion 37 is flexible and can be elastically deformed by a force in the Z-axis direction. The spring constant of the thin support portion 37 with respect to the action of a force in the Z-axis direction is smaller than the spring constant of the support body portion 36 with respect to the action of a force in the Z-axis direction. The planar shape of the support thin portion 37 may be circular or rectangular, and is arbitrary. The planar shape of the support body thin part 37 may be approximately circular like the force receiving body thin part 27 described above.

図16においては、弾性変形体41の平面形状は、概略的に円形になっているが、これに限られることはない。 In FIG. 16, the planar shape of the elastically deformable body 41 is approximately circular, but the shape is not limited to this.

Z軸方向において、支持体薄肉部37の受力体20の側の面は、支持体本体部36の受力体20の側の面と、同じ位置に形成されていてもよい。この場合、支持体本体部36の面と支持体薄肉部37の面は、連続した面を構成していてもよい。支持体薄肉部37の受力体20とは反対側の面は、支持体本体部36の受力体20とは反対側の面よりも、受力体20に近い位置に配置されている。このことにより、支持体30の受力体20とは反対側の面に、凹部38が形成されている。 In the Z-axis direction, the surface of the support thin portion 37 on the force-receiving body 20 side may be formed at the same position as the surface of the support main body portion 36 on the force-receiving body 20 side. In this case, the surface of the support body portion 36 and the surface of the support thin portion 37 may constitute a continuous surface. The surface of the thin support portion 37 opposite to the force receiving body 20 is located closer to the force receiving body 20 than the surface of the support main body portion 36 opposite to the force receiving body 20 . As a result, a recess 38 is formed on the surface of the support body 30 opposite to the force-receiving body 20 .

支持体薄肉部37は、起歪体40A~40Dの支持体側端部44に接続されている。支持体30は、4つの支持体薄肉部37を含んでいる。各支持体薄肉部37は、平面視で、対応する起歪体40A~40Dの弾性変形体41に重なる位置に配置されている。各支持体薄肉部37の中心に、対応する弾性変形体41の支持体側端部44が配置されていてもよい。支持体薄肉部37同士は、互いに離れており、接続されていない。支持体薄肉部37に、1つまたは複数の貫通孔(図示せず)が形成されていてもよい。貫通孔は、支持体薄肉部37を貫通する孔である。貫通孔は、平面視で、支持体側端部44に重ならない位置に配置されていてもよい。貫通孔が形成されることにより、支持体薄肉部37の可撓性を増大させることができる。 The thin support portion 37 is connected to the support side end portions 44 of the strain-generating bodies 40A to 40D. The support body 30 includes four support body thin parts 37. Each support thin portion 37 is arranged at a position overlapping the elastically deformable body 41 of the corresponding strain-generating body 40A to 40D in plan view. The support side end portion 44 of the corresponding elastically deformable body 41 may be arranged at the center of each support thin portion 37 . The thin support portions 37 are separated from each other and are not connected to each other. One or more through holes (not shown) may be formed in the thin support portion 37 . The through hole is a hole that penetrates the support thin portion 37. The through hole may be arranged at a position that does not overlap the support side end portion 44 in plan view. By forming the through holes, the flexibility of the thin support portion 37 can be increased.

次に、このような構成からなる本実施の形態による力覚センサにおいて、力またはモーメントを検出する方法について説明する。 Next, a method for detecting force or moment in the force sensor according to the present embodiment having such a configuration will be described.

本実施の形態による第1起歪体40Aの単体にX軸方向の力Fxが作用した場合には、図6に示す第1起歪体40Aと同様にして、第1容量素子C1の静電容量値が減少し、第2容量素子C2の静電容量値が増大する。この場合、力Fxは、上述した[式1]で表される。 When a force Fx in the X-axis direction acts on the first strain body 40A according to the present embodiment, the electrostatic charge of the first capacitive element C1 is The capacitance value decreases, and the capacitance value of the second capacitive element C2 increases. In this case, the force Fx is expressed by the above-mentioned [Formula 1].

本実施の形態による第1起歪体40Aの単体にY軸周りのモーメントMyが作用した場合にも、図6に示す第1起歪体40Aと同様にして、第1容量素子C1の静電容量値が減少し、第2容量素子C2の静電容量値が増大する。この場合、モーメントMyは、上述した[式2]で表される。 Even when the moment My around the Y-axis acts on the first flexural body 40A according to the present embodiment, the electrostatic charge of the first capacitive element C1 is The capacitance value decreases, and the capacitance value of the second capacitive element C2 increases. In this case, the moment My is expressed by the above-mentioned [Formula 2].

本実施の形態による第1起歪体40Aの単体にY軸方向の力Fyが作用した場合には、図6に示す第1起歪体40Aと同様に、各容量素子C1、C2における静電容量値の変化は無いとみなせる。X軸周りのモーメントMxが作用した場合にも同様に、各容量素子C1、C2における静電容量値の変化は無いとみなせる。 When a force Fy in the Y-axis direction acts on the single first strain body 40A according to the present embodiment, the electrostatic charge in each capacitive element C1 and C2 similarly to the first strain body 40A shown in FIG. It can be assumed that there is no change in the capacitance value. Similarly, when the moment Mx around the X-axis is applied, it can be assumed that there is no change in the capacitance value in each capacitive element C1, C2.

本実施の形態による第1起歪体40Aの単体にZ軸方向の力Fzが作用した場合について、図17および図18を用いて説明する。図17は、受力体20がZ軸方向正側の力Fzを受けた場合の第1起歪体40Aの変形状態を模式的に示す正面図である。図18は、受力体20がZ軸方向負側の力Fzを受けた場合の第1起歪体40Aの変形状態を模式的に示す正面図である。 A case where a force Fz in the Z-axis direction is applied to the first strain body 40A alone according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 17 and 18. FIG. 17 is a front view schematically showing a deformed state of the first strain body 40A when the force receiving body 20 receives a force Fz on the positive side in the Z-axis direction. FIG. 18 is a front view schematically showing a deformed state of the first strain body 40A when the force receiving body 20 receives a force Fz on the negative side in the Z-axis direction.

第1起歪体40AにZ軸方向正側に力Fzが作用した場合には、図17に示すように、受力体薄肉部27および支持体薄肉部37が弾性変形する。この場合、受力体20はZ軸方向正側に変位し、第1起歪体40Aの弾性変形体41および変位梁42は、Z軸方向正側に変位する。弾性変形体41は、Z軸方向に弾性変形しない。このことにより、第1変位電極基板Ed1が上昇して第1固定電極基板Ef1から遠ざかる。第1変位電極基板Ed1と第1固定電極基板Ef1との電極間距離(Z軸方向の距離)が増大し、第1容量素子C1の静電容量値が減少する。同様に、第2変位電極基板Ed2も上昇して第2固定電極基板Ef2から遠ざかる。第2変位電極基板Ed2と第2固定電極基板Ef2との電極間距離が増大し、第2容量素子C2の静電容量値が減少する。 When a force Fz is applied to the first strain body 40A in the positive direction in the Z-axis direction, the force receiving body thin portion 27 and the support body thin portion 37 are elastically deformed, as shown in FIG. In this case, the force receiving body 20 is displaced to the positive side in the Z-axis direction, and the elastically deformable body 41 of the first strain body 40A and the displacement beam 42 are displaced to the positive side in the Z-axis direction. The elastically deformable body 41 does not elastically deform in the Z-axis direction. As a result, the first displacement electrode substrate Ed1 rises and moves away from the first fixed electrode substrate Ef1. The inter-electrode distance (distance in the Z-axis direction) between the first displacement electrode substrate Ed1 and the first fixed electrode substrate Ef1 increases, and the capacitance value of the first capacitive element C1 decreases. Similarly, the second displacement electrode substrate Ed2 also rises and moves away from the second fixed electrode substrate Ef2. The inter-electrode distance between the second displacement electrode substrate Ed2 and the second fixed electrode substrate Ef2 increases, and the capacitance value of the second capacitive element C2 decreases.

第1起歪体40Aの団体に作用した力Fzは、以下の式で算出することができる。
[式13]
Fz=-C1-C2
The force Fz acting on the group of the first strain body 40A can be calculated using the following formula.
[Formula 13]
Fz=-C1-C2

一方、第1起歪体40AにZ軸方向負側に力Fzが作用した場合には、図18に示すように、受力体薄肉部27および支持体薄肉部37が弾性変形する。この場合、受力体20はZ軸方向負側に変位し、第1起歪体40Aの弾性変形体41および変位梁42は、Z軸方向負側に変位する。弾性変形体41は、Z軸方向に弾性変形しない。このことにより、第1変位電極基板Ed1が下降して第1固定電極基板Ef1に近づく。第1変位電極基板Ed1と第1固定電極基板Ef1との電極間距離(Z軸方向の距離)が減少し、第1容量素子C1の静電容量値が増大する。同様に、第2変位電極基板Ed2も下降して第2固定電極基板Ef2に近づく。第2変位電極基板Ed2と第2固定電極基板Ef2との電極間距離が減少し、第2容量素子C2の静電容量値が増大する。 On the other hand, when force Fz is applied to the first strain body 40A in the negative direction in the Z-axis direction, the force receiving body thin part 27 and the support body thin part 37 are elastically deformed, as shown in FIG. In this case, the force receiving body 20 is displaced to the negative side in the Z-axis direction, and the elastically deformable body 41 of the first strain body 40A and the displacement beam 42 are displaced to the negative side in the Z-axis direction. The elastically deformable body 41 does not elastically deform in the Z-axis direction. As a result, the first displacement electrode substrate Ed1 descends and approaches the first fixed electrode substrate Ef1. The inter-electrode distance (distance in the Z-axis direction) between the first displacement electrode substrate Ed1 and the first fixed electrode substrate Ef1 decreases, and the capacitance value of the first capacitive element C1 increases. Similarly, the second displacement electrode substrate Ed2 also descends and approaches the second fixed electrode substrate Ef2. The inter-electrode distance between the second displacement electrode substrate Ed2 and the second fixed electrode substrate Ef2 decreases, and the capacitance value of the second capacitive element C2 increases.

このように、受力体20と支持体30とが第1起歪体40Aだけで接続されている力覚センサ10は、力Fx、力FzとモーメントMyを検出することができる。この力覚センサ10は、力FxとモーメントMyの一方のみが作用する環境で用いられてもよい。 In this way, the force sensor 10 in which the force receiving body 20 and the support body 30 are connected only by the first strain body 40A can detect the force Fx, the force Fz, and the moment My. This force sensor 10 may be used in an environment where only one of force Fx and moment My acts.

次に、図15および図16に示す力覚センサ10の受力体20に、Z軸方向の力Fz、X軸周りのモーメントMxおよびY軸周りのモーメントMyが作用した場合の各容量素子C1~C8の静電容量値の変化について図19を用いて説明する。X軸方向の力Fx、Y軸方向の力FyおよびZ軸周りのモーメントMzが作用した場合の各容量素子C1~C8の静電容量値の変化は、図5に示す力覚センサ10における静電容量値の変化と同様である。このため、力Fx、力FyおよびモーメントMzについての詳細な説明は省略する。図19は、各容量素子C1~C8の静電容量値の変化を示す表である。 Next, each capacitive element C1 when a force Fz in the Z-axis direction, a moment Mx around the X-axis, and a moment My around the Y-axis act on the force receiving body 20 of the force sensor 10 shown in FIGS. 15 and 16. The change in the capacitance value of ~C8 will be explained using FIG. 19. The change in the capacitance value of each capacitive element C1 to C8 when a force Fx in the X-axis direction, a force Fy in the Y-axis direction, and a moment Mz around the Z-axis is applied is the static change in the force sensor 10 shown in FIG. This is similar to the change in capacitance value. Therefore, a detailed explanation of the force Fx, the force Fy, and the moment Mz will be omitted. FIG. 19 is a table showing changes in capacitance values of each capacitive element C1 to C8.

(+Fzが作用した場合)
受力体20にZ軸方向正側に力Fzが作用した場合について説明する。
(When +Fz acts)
A case where force Fz acts on the force receiving body 20 in the positive direction in the Z-axis direction will be described.

この場合、第1起歪体40Aは、図17に示すように弾性変形し、第1容量素子C1の静電容量値が減少するとともに、第2容量素子C2の静電容量値が減少する。このことが、図19に示す表中のFzの行のC1およびC2に「-(マイナス)」として示されている。 In this case, the first strain body 40A is elastically deformed as shown in FIG. 17, and the capacitance value of the first capacitive element C1 decreases, and the capacitance value of the second capacitive element C2 decreases. This is shown as "- (minus)" in C1 and C2 of the Fz row in the table shown in FIG.

第2起歪体40Bは、図17に示す第1起歪体40Aと同様に弾性変形する。このことにより、第3容量素子C3の静電容量値が減少するとともに、第4容量素子C4の静電容量値が減少する。第3起歪体40Cおよび第4起歪体40Dも同様に弾性変形し、第5容量素子C5~第8容量素子C8の静電容量値は減少する。 The second strain body 40B is elastically deformed similarly to the first strain body 40A shown in FIG. As a result, the capacitance value of the third capacitive element C3 decreases, and the capacitance value of the fourth capacitive element C4 decreases. The third strain body 40C and the fourth strain body 40D similarly deform elastically, and the capacitance values of the fifth to eighth capacitance elements C5 to C8 decrease.

(+Mxが作用した場合)
受力体20にX軸周りのモーメントMxが作用した場合について説明する。
(When +Mx acts)
A case where a moment Mx around the X axis acts on the force receiving body 20 will be explained.

この場合、第1起歪体40Aは、図18に示す第1起歪体40Aと同様に弾性変形し、第1容量素子C1の静電容量値が増大するとともに第2容量素子C2の静電容量値が増大する。 In this case, the first flexural body 40A is elastically deformed in the same way as the first flexural body 40A shown in FIG. The capacitance value increases.

第2起歪体40Bにおいては、弾性変形体41が、Y軸方向において受力体20の中心Oと同じ位置に位置しているため、第2起歪体40Bの変位梁42の変位は、第1起歪体40Aの変位梁42の変位および第3起歪体40Cの変位梁42の変位に比べて小さい。ここでは、説明を簡略化するために、第2起歪体40Bの変位梁42は、変位しないと考える。このため、第3容量素子C3の静電容量値が変化せず、第4容量素子C4の静電容量値も変化しない。 In the second strain body 40B, since the elastic deformable body 41 is located at the same position as the center O of the force receiving body 20 in the Y-axis direction, the displacement of the displacement beam 42 of the second strain body 40B is This is smaller than the displacement of the displacement beam 42 of the first strain body 40A and the displacement of the displacement beam 42 of the third strain body 40C. Here, in order to simplify the explanation, it is assumed that the displacement beam 42 of the second strain body 40B is not displaced. Therefore, the capacitance value of the third capacitive element C3 does not change, and the capacitance value of the fourth capacitive element C4 also does not change.

第3起歪体40Cは、図17に示す第1起歪体40Aと同様に弾性変形し、第5容量素子C5の静電容量値が減少するとともに第6容量素子C6の静電容量値が減少する。 The third flexural body 40C is elastically deformed in the same way as the first flexural body 40A shown in FIG. Decrease.

第4起歪体40Dにおいては、弾性変形体41が、Y軸方向において受力体20の中心Oと同じ位置に位置しているため、第4起歪体40Dの変位梁42の変位は、第1起歪体40Aの変位梁42の変位および第3起歪体40Cの変位梁42の変位に比べて小さい。ここでは、説明を簡略化するために、第4起歪体40Dの変位梁42は、変位しないと考える。このため、第7容量素子C7の静電容量値が変化せず、第8容量素子C8の静電容量値も変化しない。 In the fourth strain body 40D, since the elastically deformable body 41 is located at the same position as the center O of the force receiving body 20 in the Y-axis direction, the displacement of the displacement beam 42 of the fourth strain body 40D is This is smaller than the displacement of the displacement beam 42 of the first strain body 40A and the displacement of the displacement beam 42 of the third strain body 40C. Here, in order to simplify the explanation, it is assumed that the displacement beam 42 of the fourth strain body 40D is not displaced. Therefore, the capacitance value of the seventh capacitive element C7 does not change, and the capacitance value of the eighth capacitive element C8 also does not change.

(+Myが作用した場合)
受力体20にY軸周りのモーメントMyが作用した場合について説明する。
(When +My acts)
A case where a moment My around the Y axis acts on the force receiving body 20 will be explained.

この場合、第1起歪体40Aにおいては、弾性変形体41が、X軸方向において受力体20の中心Oと同じ位置に位置しているため、第1起歪体40Aの変位梁42の変位は、第2起歪体40Bの変位梁42の変位および第4起歪体40Dの変位梁42の変位に比べて小さい。ここでは、説明を簡略化するために、第1起歪体40Aの変位梁42は、変位しないと考える。このため、第1容量素子C1の静電容量値が変化せず、第2容量素子C2の静電容量値も変化しない。 In this case, in the first strain body 40A, since the elastically deformable body 41 is located at the same position as the center O of the force receiving body 20 in the X-axis direction, the displacement beam 42 of the first strain body 40A is The displacement is smaller than the displacement of the displacement beam 42 of the second strain body 40B and the displacement of the displacement beam 42 of the fourth strain body 40D. Here, in order to simplify the explanation, it is assumed that the displacement beam 42 of the first strain body 40A is not displaced. Therefore, the capacitance value of the first capacitive element C1 does not change, and the capacitance value of the second capacitive element C2 also does not change.

第2起歪体40Bは、図18に示す第1起歪体40Aと同様に弾性変形し、第3容量素子C3の静電容量値が増大するとともに第4容量素子C4の静電容量値が増大する。 The second flexural body 40B is elastically deformed in the same way as the first flexural body 40A shown in FIG. increase

第3起歪体40Cにおいては、弾性変形体41が、X軸方向において受力体20の中心Oと同じ位置に位置しているため、第3起歪体40Cの変位梁42の変位は、第2起歪体40Bの変位梁42の変位および第4起歪体40Dの変位梁42の変位に比べて小さい。ここでは、説明を簡略化するために、第3起歪体40Cの変位梁42は、変位しないと考える。このため、第5容量素子C5の静電容量値が変化せず、第6容量素子C6の静電容量値も変化しない。 In the third strain body 40C, since the elastic deformation body 41 is located at the same position as the center O of the force receiving body 20 in the X-axis direction, the displacement of the displacement beam 42 of the third strain body 40C is This is smaller than the displacement of the displacement beam 42 of the second strain body 40B and the displacement of the displacement beam 42 of the fourth strain body 40D. Here, in order to simplify the explanation, it is assumed that the displacement beam 42 of the third strain body 40C is not displaced. Therefore, the capacitance value of the fifth capacitive element C5 does not change, and the capacitance value of the sixth capacitive element C6 also does not change.

第4起歪体40Dは、図17に示す第1起歪体40Aと同様に弾性変形し、第7容量素子C7の静電容量値が減少するとともに第8容量素子C8の静電容量値が減少する。 The fourth strain body 40D is elastically deformed in the same way as the first strain body 40A shown in FIG. Decrease.

このように、本実施の形態による力覚センサ10は、力Fx、力Fy、力Fz、モーメントMx、モーメントMyおよびモーメントMzを検出することができ、6軸成分を検出することができる。力Fx、力Fy、力Fz、モーメントMx、モーメントMyおよびモーメントMzが受力体20に作用した場合、各容量素子C1~C8の静電容量値の変化が検出され、受力体20に作用した力またはモーメントの向きと大きさが検出される。そして、図19に示すように、各容量素子C1~C8の静電容量値が変化する。 In this way, the force sensor 10 according to the present embodiment can detect force Fx, force Fy, force Fz, moment Mx, moment My, and moment Mz, and can detect six-axis components. When force Fx, force Fy, force Fz, moment Mx, moment My, and moment Mz act on force receiving body 20, changes in the capacitance values of each capacitive element C1 to C8 are detected, and the force acting on force receiving body 20 is detected. The direction and magnitude of the applied force or moment are detected. Then, as shown in FIG. 19, the capacitance value of each capacitive element C1 to C8 changes.

図19に示す表から、受力体20に作用したFx、力Fy、力Fz、モーメントMx、モーメントMyおよびモーメントMzは、以下の式で算出することができる。これにより、力の6軸成分を検出することができる。
[式14]
Fx=-C1+C2 +C5-C6
[式15]
Fy= -C3+C4 +C7-C8
[式16]
Fz=-C1-C2-C3-C4-C5-C6-C7-C8
[式17]
Mx= C1+C2 -C5-C6
[式18]
My= C3+C4 -C7-C8
[式19]
Mz=-C1+C2-C3+C4-C5+C6-C7+C8
From the table shown in FIG. 19, Fx, force Fy, force Fz, moment Mx, moment My, and moment Mz acting on the force receiving body 20 can be calculated using the following equations. Thereby, six axial components of force can be detected.
[Formula 14]
Fx=-C1+C2 +C5-C6
[Formula 15]
Fy= -C3+C4 +C7-C8
[Formula 16]
Fz=-C1-C2-C3-C4-C5-C6-C7-C8
[Formula 17]
Mx= C1+C2 -C5-C6
[Formula 18]
My=C3+C4 -C7-C8
[Formula 19]
Mz=-C1+C2-C3+C4-C5+C6-C7+C8

上述したように、図15および図16に示す力覚センサ10は、上述した[式14]~[式19]で示したように、力Fx、力Fy、力Fz、モーメントMx、モーメントMyおよびモーメントMzを検出することができるため、力の6軸成分を検出することが可能になっている。しかしながら、力覚センサ10が検出することが可能な力の軸成分は6つであることに限られることはなく、起歪体の個数や構造、形状に応じて、検出可能な軸成分は任意である。詳細な説明は省略するが、例えば、3つの起歪体と用いることによっても力とモーメントの6軸成分を検出することができる。 As described above, the force sensor 10 shown in FIGS. 15 and 16 has force Fx, force Fy, force Fz, moment Mx, moment My, and Since the moment Mz can be detected, it is possible to detect the six-axis components of force. However, the number of axial components of force that can be detected by the force sensor 10 is not limited to six, and the number of axial components that can be detected is arbitrary depending on the number, structure, and shape of the strain body. It is. Although a detailed explanation will be omitted, for example, by using three strain-generating bodies, six-axis components of force and moment can be detected.

図19に示す各容量素子C1~C8の静電容量値の変化を、上述の[式14]~[式19]に適用すると、図20の主軸感度および他軸感度を示す表が得られる。図20は、図19に示す静電容量値の変化に基づく主軸感度および他軸感度を示す表である。図20に示すVFxはX軸方向の力Fxが作用したときの出力であり、VFyはY軸方向の力Fyが作用したときの出力であり、VFzはZ軸方向の力Fzが作用したときの出力である。また、VMxはX軸周りのモーメントMxが作用したときの出力であり、VMyはY軸周りのモーメントMyが作用したときの出力であり、VMzはZ軸周りのモーメントMzが作用したときの出力である。 When the changes in the capacitance values of the capacitive elements C1 to C8 shown in FIG. 19 are applied to the above-mentioned [Formula 14] to [Formula 19], a table showing the main axis sensitivity and other axis sensitivity in FIG. 20 is obtained. FIG. 20 is a table showing the main axis sensitivity and other axis sensitivity based on the change in capacitance value shown in FIG. 19. VFx shown in Fig. 20 is the output when force Fx in the X-axis direction is applied, VFy is the output when force Fy in the Y-axis direction is applied, and VFz is the output when force Fz in the Z-axis direction is applied. This is the output of Also, VMx is the output when the moment Mx around the X axis acts, VMy is the output when the moment My around the Y axis acts, and VMz is the output when the moment Mz around the Z axis acts. It is.

図20の表中に示された数値は、図19の表に記載の各力Fx、Fy、Fzおよび各モーメントMx、My、Mzについて、「+」の符号が付された容量素子を「+1」とし、「-」の符号が付された容量素子を「-1」として、上述の[式14]~[式19]の右辺に代入して得られた数値である。例えば、Fxの列とVFxの行とが交わるマス目に記載の「4」という数値は、Fxを示す[式14]において、図19のFxの行に基づいて、C2およびC5に「+1」を代入し、C1およびC6に「-1」を代入して得られた数値である。また、Fxの列とVFyの行とが交わるマス目に記載の「0」という数値は、Fxを示す[式14]において、図19のFyの行に基づいてC1、C2、C5およびC6に0を代入して得られた数値である。 The numerical values shown in the table of FIG. 20 indicate that the capacitive elements marked with a "+" sign are "+1" for each force Fx, Fy, Fz and each moment Mx, My, Mz listed in the table of FIG. '', and the capacitive element with the sign "-" is set as "-1", and these are the numerical values obtained by substituting it into the right-hand side of the above-mentioned [Formula 14] to [Formula 19]. For example, the value "4" written in the square where the Fx column and the VFx row intersect is "+1" in C2 and C5 based on the Fx row in FIG. 19 in [Formula 14] indicating Fx. This is the numerical value obtained by substituting "-1" into C1 and C6. In addition, the numerical value "0" written in the square where the Fx column and the VFy row intersect is applied to C1, C2, C5, and C6 based on the Fy row in FIG. 19 in [Formula 14] indicating Fx. This is the numerical value obtained by substituting 0.

図20に示されているように、力Fxについては、VFxが「4」という数値になっているが、VFy、VFz、VMx、VMy、VMzは「0」という数値になっている。このことから、力Fxについては、他軸感度が無く、主軸感度のみを検出することができる。力Fy、Fzと、モーメントMx、My、Mzについても同様に他軸感度はなく、主軸感度のみをそれぞれ検出することができる。すなわち、他軸感度の発生を抑制することができる力覚センサ10を得ることができる。 As shown in FIG. 20, regarding force Fx, VFx has a numerical value of "4", but VFy, VFz, VMx, VMy, and VMz have numerical values of "0". From this, regarding the force Fx, there is no other axis sensitivity, and only the main axis sensitivity can be detected. Similarly, there is no other axis sensitivity for the forces Fy, Fz and the moments Mx, My, Mz, and only the main axis sensitivity can be detected. In other words, it is possible to obtain the force sensor 10 that can suppress the occurrence of other axis sensitivity.

なお、他軸感度が発生する場合も考えられる。例えば、第1起歪体40AについてZ軸方向正側に力Fzが作用した場合、第1容量素子C1の静電容量値の変化量と、第2容量素子C2の静電容量値の変化量とは、異なる場合がある。この場合、力Fzに対して他軸感度が発生し得る。また、力Fz、モーメントMx、Myが受力体20に作用した場合、第1起歪体40Aは、Z軸方向に変位するため、図19に示す表中のFzの行、Mxの行、Myの行では、同じ符号が付されていたとしても静電容量値の変化量が異なる場合がある。この場合、力Fz、モーメントMx、Myに対して他軸感度が発生し得る。力Fx、Fy、モーメントMzについても同様に他軸感度が発生し得る。例えば、モーメントMxが受力体20に作用した場合、図19に示すように、第3容量素子C3と第4容量素子C4と第7容量素子C7と第8容量素子C8では静電容量値が変化しないため、「0」という数値が記載されているが、静電容量値が変化して他軸感度が発生する場合がある。モーメントMy、Mzについても同様である。また、力Fx、Fyの行で、「0」という数値が記載されている容量素子についても、静電容量値が変化して他軸感度が発生する場合がある。 Note that there may also be cases where sensitivity in other axes occurs. For example, when force Fz acts on the first strain body 40A in the positive direction of the Z-axis, the amount of change in the capacitance value of the first capacitive element C1 and the amount of change in the capacitance value of the second capacitive element C2 may be different. In this case, other axis sensitivity may occur with respect to force Fz. Furthermore, when force Fz and moments Mx and My act on the force-receiving body 20, the first strain body 40A is displaced in the Z-axis direction. In the My row, the amount of change in capacitance value may be different even if the same reference numerals are assigned. In this case, sensitivity to other axes may occur with respect to force Fz, moments Mx, and My. Sensitivity to other axes may similarly occur with respect to forces Fx, Fy, and moment Mz. For example, when the moment Mx acts on the force receiving body 20, as shown in FIG. 19, the capacitance value is Although the value "0" is written because it does not change, the capacitance value may change and other axis sensitivity may occur. The same applies to moments My and Mz. Furthermore, in the rows of forces Fx and Fy, the capacitance values of capacitive elements for which a numerical value of "0" is written may change and other-axis sensitivity may occur.

しかしながら、他軸感度が発生した場合であっても、他軸感度のマトリックス(図20に示す表に対応する6行6列の行列、特性行列とも言う)の逆行列を求め、この逆行列を力覚センサの出力(特性行列)に乗じることによって補正演算を行うことができる。この結果、他軸感度を低減することができ、他軸感度の発生を抑制することができる。 However, even when other-axis sensitivity occurs, the inverse matrix of the other-axis sensitivity matrix (a 6-by-6 matrix corresponding to the table shown in Figure 20, also referred to as a characteristic matrix) is calculated, and this inverse matrix is Correction calculation can be performed by multiplying the output (characteristic matrix) of the force sensor. As a result, the other axis sensitivity can be reduced, and the occurrence of other axis sensitivity can be suppressed.

このように本実施の形態によれば、受力体20は、受力体本体部26と、受力体本体部26よりも薄い受力体薄肉部27と、を含み、受力体薄肉部27は、起歪体40A~40Dの受力体側端部43に接続されている。このことにより、受力体薄肉部27が、Z軸方向の力の作用により弾性変形することができ、受力体20にZ軸方向の力が作用した場合に、受力体20をZ軸方向に変位させることができる。このため、起歪体40A~40Dの変位梁42を変位させることができ、各容量素子C1~C8の静電容量値を変化させることができる。この結果、力またはモーメントの6軸成分を検出することができる。 As described above, according to the present embodiment, the force receiving body 20 includes the force receiving body main body portion 26 and the force receiving body thin wall portion 27 which is thinner than the force receiving body main body portion 26, and includes the force receiving body thin wall portion 27. 27 is connected to the force-receiving body side end portion 43 of the strain-generating bodies 40A to 40D. As a result, the force-receiving body thin portion 27 can be elastically deformed by the action of a force in the Z-axis direction, and when a force in the Z-axis direction is applied to the force-receiving body 20, the force-receiving body 20 is can be displaced in the direction. Therefore, the displacement beams 42 of the strain bodies 40A to 40D can be displaced, and the capacitance values of the capacitive elements C1 to C8 can be changed. As a result, six axial components of force or moment can be detected.

また、本実施の形態によれば、支持体30は、支持体本体部36と、支持体本体部36よりも薄い支持体薄肉部37と、を含み、支持体薄肉部37は、起歪体40A~40Dの支持体側端部44に接続されている。このことにより、支持体薄肉部37が、Z軸方向の力の作用により弾性変形することができ、受力体20にZ軸方向の力が作用した場合に、受力体20をZ軸方向に変位させることができる。このため、起歪体40A~40Dの変位梁42を変位させることができ、各容量素子C1~C8の静電容量値を変化させることができる。この結果、力またはモーメントの6軸成分を検出することができる。 Further, according to the present embodiment, the support body 30 includes a support body portion 36 and a support thin portion 37 that is thinner than the support body portion 36, and the support thin portion 37 is a strain-generating body. It is connected to the support side end portion 44 of 40A to 40D. As a result, the support body thin portion 37 can be elastically deformed by the action of a force in the Z-axis direction, and when a force in the Z-axis direction is applied to the force-receiving body 20, the force-receiving body 20 is moved in the Z-axis direction. can be displaced to Therefore, the displacement beams 42 of the strain bodies 40A to 40D can be displaced, and the capacitance values of the capacitive elements C1 to C8 can be changed. As a result, six axial components of force or moment can be detected.

なお、上述した本実施の形態においては、受力体薄肉部27の平面形状が円形である例について説明した。しかしながら、このことに限られることはない。例えば、受力体薄肉部27の平面形状は、円形リング形状であってもよい。この場合、受力体薄肉部27は、平面視で、受力体側端部43を囲んでいてもよい。平面視で、受力体薄肉部27の内側部分が、受力体本体部26と同じ厚さを有し、この内側部分を介して、受力体薄肉部27に受力体側端部43が接続されるようにしてもよい。この場合においても、受力体薄肉部27に、上述した貫通孔が形成されていてもよい。受力体薄肉部27の平面形状は、矩形の環状形状に形成されていてもよい。この場合、弾性変形体41のXY平面に沿う断面形状も、矩形であってもよい。 In addition, in this embodiment mentioned above, the example where the planar shape of the force receiving body thin part 27 was circular was demonstrated. However, it is not limited to this. For example, the planar shape of the force receiving body thin portion 27 may be a circular ring shape. In this case, the force receiving body thin portion 27 may surround the force receiving body side end portion 43 in plan view. In plan view, the inner part of the force-receiving body thin part 27 has the same thickness as the force-receiving body main body part 26, and the force-receiving body side end part 43 is connected to the force-receiving body thin part 27 through this inner part. It may also be connected. In this case as well, the above-described through hole may be formed in the force receiving body thin portion 27. The planar shape of the force-receiving body thin portion 27 may be formed in a rectangular annular shape. In this case, the cross-sectional shape of the elastically deformable body 41 along the XY plane may also be rectangular.

また、上述した本実施の形態においては、支持体薄肉部37の平面形状が円形である例について説明した。しかしながら、このことに限られることはない。例えば、支持体薄肉部37の平面形状は、円形リング形状であってもよい。この場合、支持体薄肉部37は、平面視で、支持体側端部44を囲んでいてもよい。平面視で、支持体薄肉部37の内側部分が、支持体本体部36と同じ厚さを有し、この内側部分を介して、支持体薄肉部37に支持体側端部44が接続されるようにしてもよい。この場合においても、支持体薄肉部37に、上述した貫通孔が形成されていてもよい。支持体薄肉部37の平面形状は、矩形の環状形状に形成されていてもよい。この場合、弾性変形体41のXY平面に沿う断面形状も、矩形であってもよい。 Furthermore, in the present embodiment described above, an example in which the planar shape of the thin support portion 37 is circular has been described. However, it is not limited to this. For example, the planar shape of the thin support portion 37 may be a circular ring shape. In this case, the thin support portion 37 may surround the support side end portion 44 in plan view. In plan view, the inner part of the thin support part 37 has the same thickness as the support main body part 36, and the support side end part 44 is connected to the thin support part 37 through this inner part. You can also do this. In this case as well, the above-mentioned through hole may be formed in the thin support portion 37. The planar shape of the thin support portion 37 may be formed into a rectangular annular shape. In this case, the cross-sectional shape of the elastically deformable body 41 along the XY plane may also be rectangular.

本発明は上記実施の形態および変形例そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施の形態および変形例に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。実施の形態および変形例に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態および変形例にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications as they are, but can be implemented by modifying the constituent elements within the scope of the invention at the implementation stage. Moreover, various inventions can be formed by appropriately combining the plurality of components disclosed in the above embodiments and modified examples. Some components may be deleted from all the components shown in the embodiments and modifications. Furthermore, components of different embodiments and modifications may be combined as appropriate.

1 ロボット
10 力覚センサ
20 受力体
21 第1受力体開口
22 第2受力体開口
26 受力体本体部
27 受力体薄肉部
30 支持体
31 第1支持体開口
32 第2支持体開口
36 支持体本体部
37 支持体薄肉部
40 起歪体
40A 第1起歪体
40B 第2起歪体
40C 第3起歪体
40D 第4起歪体
41 弾性変形体
42 変位梁
43 受力体側端部
44 支持体側端部
60 検出素子
70 検出回路
Ed1~Ed8、Ed21、Ed22、Ed31、Ed32、Ed61、Ed62、Ed71、Ed72 変位電極基板
Ef1~Ef8、Ef21、Ef22、Ef31、Ef32、Ef61、Ef62、Ef71、Ef72 固定電極基板



1 Robot 10 Force sensor 20 Force receiving body 21 First force receiving body opening 22 Second force receiving body opening 26 Force receiving body main body portion 27 Force receiving body thin wall portion 30 Support body 31 First support body opening 32 Second support body Opening 36 Support main body portion 37 Support thin wall portion 40 Strain body 40A First strain body 40B Second strain body 40C Third strain body 40D Fourth strain body 41 Elastic deformation body 42 Displacement beam 43 Force receiving body side End portion 44 Support side end portion 60 Detection element 70 Detection circuit Ed1 to Ed8, Ed21, Ed22, Ed31, Ed32, Ed61, Ed62, Ed71, Ed72 Displacement electrode substrate Ef1 to Ef8, Ef21, Ef22, Ef31, Ef32, Ef61, Ef62 , Ef71, Ef72 fixed electrode substrate



Claims (13)

検出対象となる力またはモーメントの作用を受ける受力体と、
第1方向において前記受力体の一方の側に配置され、前記受力体を支持する支持体と、
前記受力体と前記支持体とを接続し起歪体と、
前記受力体が受けた力またはモーメントの作用により生じた変位を検出する検出素子と、
前記検出素子の検出結果に基づいて、前記受力体に作用した力またはモーメントを示す電気信号を出力する検出回路と、を備え、
前記起歪体は、前記受力体に接続された受力体側端部から前記支持体に接続された支持体側端部にわたって前記第1方向に延びる接続体と、前記接続体から前記第1方向に直交する第2方向に突出する変位体と、を含み、
前記受力体は、受力体本体部と、前記起歪体の前記受力体側端部に接続された、前記受力体本体部よりも薄い受力体薄肉部と、を含み、
前記検出素子は、前記支持体に設けられた固定電極基板と、前記変位体に設けられた、前記固定電極基板に対向する変位電極基板と、を含む、力覚センサ。
a force receiving body subjected to the action of a force or moment to be detected;
a support body disposed on one side of the force receiving body in a first direction and supporting the force receiving body;
a strain-generating body connecting the force receiving body and the support body;
a detection element that detects displacement caused by the action of force or moment applied to the force receiving body ;
A detection circuit that outputs an electric signal indicating the force or moment acting on the force receiving body based on the detection result of the detection element,
The strain body includes a connecting body extending in the first direction from a force receiving body side end connected to the force receiving body to a support side end connected to the support body, and a connecting body extending in the first direction from the connecting body to the support side end connected to the support body. a displacement body protruding in a second direction perpendicular to;
The force-receiving body includes a force-receiving body main body portion, and a force-receiving body thin portion that is thinner than the force-receiving body main body portion and connected to the force-receiving body side end portion of the flexure body,
The detection element is a force sensor including a fixed electrode substrate provided on the support body and a displacement electrode substrate provided on the displacement body and facing the fixed electrode substrate.
前記支持体は、支持体本体部と、前記起歪体の前記支持体側端部に接続された、前記支持体本体部よりも薄い支持体薄肉部と、を含む、請求項1に記載の力覚センサ。 The force according to claim 1, wherein the support body includes a support body part and a support thin part that is thinner than the support body part and connected to the support body side end part of the flexure body. sense sensor. 前記第1方向および前記第2方向に直交する方向を第3方向とし、
前記接続体の前記第3方向の寸法は、前記接続体の前記第2方向の寸法よりも大きい、請求項1または2に記載の力覚センサ。
A direction perpendicular to the first direction and the second direction is a third direction,
The force sensor according to claim 1 or 2 , wherein a dimension of the connecting body in the third direction is larger than a dimension of the connecting body in the second direction.
前記起歪体は、前記接続体の両側で前記第2方向に突出する2つの前記変位体を含み、
前記検出素子は、2つの前記固定電極基板と、対応する前記固定電極基板に対向する2つの前記変位電極基板と、を含み、
前記変位体の各々に前記変位電極基板が設けられている、請求項1または2に記載の力覚センサ。
The strain body includes two displacement bodies protruding in the second direction on both sides of the connection body,
The detection element includes two of the fixed electrode substrates and two of the displacement electrode substrates facing the corresponding fixed electrode substrates,
The force sensor according to claim 1 or 2, wherein each of the displacement bodies is provided with the displacement electrode substrate.
前記受力体と前記支持体は、4つの前記起歪体で接続され、
4つの前記起歪体は、第1起歪体と、第2起歪体と、第3起歪体と、第4起歪体と、を含み、
第1方向をXYZ三次元座標系におけるZ軸方向とし、
前記Z軸方向で見たときに、前記受力体の中心に対してY軸方向負側に前記第1起歪体が配置され、前記受力体の中心に対してX軸方向正側に前記第2起歪体が配置され、前記受力体の中心に対してY軸方向正側に前記第3起歪体が配置され、前記受力体の中心に対してX軸方向負側に前記第4起歪体が配置され、
前記第1起歪体および前記第3起歪体の前記第2方向をX軸方向とし、
前記第2起歪体および前記第4起歪体の前記第2方向をY軸方向としている、請求項1または2に記載の力覚センサ。
The force-receiving body and the support body are connected by the four strain-generating bodies,
The four strain bodies include a first strain body, a second strain body, a third strain body, and a fourth strain body,
The first direction is the Z-axis direction in the XYZ three-dimensional coordinate system,
When viewed in the Z-axis direction, the first strain body is arranged on the negative side in the Y-axis direction with respect to the center of the force-receiving body, and on the positive side in the X-axis direction with respect to the center of the force-receiving body. The second strain-generating body is arranged, the third strain-generating body is arranged on the positive side in the Y-axis direction with respect to the center of the force-receiving body, and the third strain-generating body is arranged on the negative side in the X-axis direction with respect to the center of the force-receiving body. the fourth strain body is arranged,
The second direction of the first flexural body and the third flexural body is the X-axis direction,
The force sensor according to claim 1 or 2, wherein the second direction of the second strain body and the fourth strain body is the Y-axis direction.
前記変位体は、前記接続体の一方の側で前記接続体から前記第2方向に突出し、他方の側で突出していない、請求項1または2に記載の力覚センサ。 The force sensor according to claim 1 or 2, wherein the displacement body projects from the connection body in the second direction on one side of the connection body and does not protrude on the other side. 前記変位体に、複数の前記変位電極基板が設けられ、
前記支持体に、前記変位電極基板の各々に対向する前記固定電極基板が設けられている、請求項に記載の力覚センサ。
The displacement body is provided with a plurality of the displacement electrode substrates,
The force sensor according to claim 6 , wherein the support body is provided with the fixed electrode substrate facing each of the displacement electrode substrates.
前記受力体と前記支持体は、4つの前記起歪体で接続され、
4つの前記起歪体は、第1起歪体と、第2起歪体と、第3起歪体と、第4起歪体と、を含み、
第1方向をXYZ三次元座標系におけるZ軸方向とし、
前記Z軸方向で見たときに、前記受力体の中心に対してY軸方向負側に前記第1起歪体が配置され、前記受力体の中心に対してX軸方向正側に前記第2起歪体が配置され、前記受力体の中心に対してY軸方向正側に前記第3起歪体が配置され、前記受力体の中心に対してX軸方向負側に前記第4起歪体が配置され、
前記第1起歪体および前記第3起歪体の前記第2方向をX軸方向とし、
前記第2起歪体および前記第4起歪体の前記第2方向をY軸方向とし、
前記第1起歪体の前記変位体と、前記第2起歪体の前記変位体は、互いに向き合い、
前記第3起歪体の前記変位体と前記第4起歪体の前記変位体は、互いに向き合っている、請求項に記載の力覚センサ。
The force-receiving body and the support body are connected by the four strain-generating bodies,
The four strain bodies include a first strain body, a second strain body, a third strain body, and a fourth strain body,
The first direction is the Z-axis direction in the XYZ three-dimensional coordinate system,
When viewed in the Z-axis direction, the first strain body is arranged on the negative side in the Y-axis direction with respect to the center of the force-receiving body, and on the positive side in the X-axis direction with respect to the center of the force-receiving body. The second strain-generating body is arranged, the third strain-generating body is arranged on the positive side in the Y-axis direction with respect to the center of the force-receiving body, and the third strain-generating body is arranged on the negative side in the X-axis direction with respect to the center of the force-receiving body. the fourth strain body is arranged,
The second direction of the first flexural body and the third flexural body is the X-axis direction,
The second direction of the second flexure body and the fourth flexure body is the Y-axis direction,
The displacement body of the first strain body and the displacement body of the second strain body face each other,
The force sensor according to claim 6 , wherein the displacement body of the third strain body and the displacement body of the fourth strain body face each other.
前記受力体は、前記第1起歪体の前記受力体側端部と前記第2起歪体の前記受力体側端部を分断する第1受力体開口と、前記第3起歪体の前記受力体側端部と前記第4起歪体の前記受力体側端部を分断する第2受力体開口と、を含む、請求項に記載の力覚センサ。 The force receiving body includes a first force receiving body opening that separates the force receiving body side end portion of the first strain body and the force receiving body side end portion of the second strain body, and the third strain body. The force sensor according to claim 8 , further comprising a second force receiving body opening that separates the force receiving body side end portion of the fourth strain body from the force receiving body side end portion of the fourth strain body. 前記支持体は、前記第2起歪体の前記支持体側端部と前記第3起歪体の前記支持体側端部を分断する第1支持体開口と、前記第4起歪体の前記支持体側端部と前記第1起歪体の前記支持体側端部を分断する第2支持体開口と、を含む、請求項に記載の力覚センサ。 The support body includes a first support opening that separates the support side end portion of the second strain body and the support body side end portion of the third strain body, and a first support opening that separates the support side end portion of the fourth strain body. The force sensor according to claim 8 , comprising a second support opening that separates the end portion and the support side end portion of the first strain body. 前記受力体と前記支持体は、複数の前記起歪体で接続され、
前記検出素子は、前記変位体の個数よりも少ない偶数の前記変位電極基板で構成され、
いくつかの前記変位体の各々に、前記変位電極基板が設けられ、他の前記変位体に、前記変位電極基板は設けられておらず、
前記力覚センサに前記第1方向に沿う軸の周りのモーメントが作用した場合、一部の前記変位電極基板は、対向する前記固定電極基板から遠ざかり、残りの前記変位電極基板は、対向する前記固定電極基板に近づく、請求項1または2に記載の力覚センサ。
The force-receiving body and the support body are connected by a plurality of the strain-generating bodies,
The detection element is configured with an even number of the displacement electrode substrates, which is smaller than the number of the displacement bodies,
Each of some of the displacement bodies is provided with the displacement electrode substrate, and other displacement bodies are not provided with the displacement electrode substrate,
When a moment around the axis along the first direction acts on the force sensor, some of the displacement electrode substrates move away from the opposing fixed electrode substrate, and the remaining displacement electrode substrates move away from the opposing fixed electrode substrate. The force sensor according to claim 1 or 2, which approaches the fixed electrode substrate.
前記起歪体は、前記接続体の両側で前記第2方向に突出する2つの前記変位体を含む、請求項11に記載の力覚センサ。 The force sensor according to claim 11 , wherein the strain body includes two displacement bodies protruding in the second direction on both sides of the connection body. 前記変位体は、前記接続体の一方の側で前記接続体から前記第2方向に突出し、他方の側で突出していない、請求項11に記載の力覚センサ。 The force sensor according to claim 11 , wherein the displacement body projects from the connection body in the second direction on one side of the connection body and does not protrude on the other side.
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