JP3172413U - 力覚センサ - Google Patents

Abstract

【課題】単純な構造で、三次元の各軸に関する力やモーメントを正確に検出する力覚センサを提供する。
【解決手段】上方基板１００の下方に下方基板２００を配置し、両基板を４本の柱状部材Ｔａ〜Ｔｃ等で接続する。各柱状部材Ｔａ〜Ｔｃ等の下端には、ダイアフラム２１０，２２０等が設けられる。支持基板３００上の、ダイアフラム２１０の対向部分には、奥行き方向に３枚の電極Ａ２等が配置され、ダイアフラム２２０の対向部分には、奥行き方向に３枚の電極Ｂ２等が配置される。同様に、柱状部材Ｔｃ等の下方のダイアフラムの対向部分には、それぞれ３枚の電極が配置される。支持基板３００上の合計１２枚の電極と、対向するダイアフラムとによって、合計１２組の容量素子が構成される。原点Ｏに作用した力やモーメントの各軸成分は、ダイアフラムの変形に起因した１２組の容量素子の静電容量値の変化に基づいて検出される。
【選択図】図３

Description

本考案は、力覚センサに関し、特に、ＸＹＺ三次元座標系における所定座標軸方向の力もしくは所定座標軸まわりのモーメントまたはその双方を検出する力覚センサに関する。

ロボットや産業機械の動作制御を行うために、種々のタイプの力覚センサが利用されている。また、電子機器の入力装置のマン・マシンインターフェイスとしても、小型の力覚センサが組み込まれている。このような用途に用いる力覚センサには、小型化およびコストダウンを図るために、できるだけ構造を単純にするとともに、三次元空間内での各座標軸に関する力およびモーメントをそれぞれ独立して検出できるようにすることが要求される。

一般に、力覚センサの検出対象には、所定の座標軸方向を向いた力成分と、所定の座標軸まわりのモーメント成分とがある。三次元空間内にＸＹＺ三次元座標系を定義した場合、検出対象は、各座標軸方向の力成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚと、各座標軸まわりのモーメント成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚとの６つの成分になる。たとえば、下記の特許文献１および２には、互いに平行になるように配置された２枚の基板間に複数の柱状体を渡し、各柱状体から基板に加わる押圧力や各柱状体の傾斜を静電容量素子を利用して個別に測定することにより、上述した６つの成分を独立して検出することができる力覚センサが開示されている。また、特許文献３には、このような力覚センサの静電容量素子の構成をより単純化した構造が開示され、特許文献４には、他軸成分の干渉を排除したより正確な検出を行うための工夫が開示されている。

特開２００４−３２５３６７号公報 特開２００４−３５４０４９号公報 特開２００８−０９６２２９号公報 特開２００９−２５７９９２号公報

しかしながら、上述した各特許文献に開示された力覚センサでは、検出精度を向上させるためには静電容量素子の構成が複雑にならざるを得ず、静電容量素子の構成を単純化しようとすると、検出精度が低下せざるを得ない。

そこで本考案は、できるだけ単純な構造をもち、しかも三次元空間内での各座標軸に関する力やモーメントについての正確な検出値を得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。

(1) 本考案の第１の態様は、ＸＹＺ三次元座標系における所定座標軸方向の力もしくは所定座標軸まわりのモーメントまたはその双方を検出する力覚センサにおいて、
検出対象となる力もしくはモーメントを受けるために座標系の原点位置に配置され、ＸＹ平面に沿って広がる上方基板と、
上方基板の下方に所定間隔をあけて配置され、ＸＹ平面に平行な平面に沿って広がる下方基板と、
下方基板の下面に接合され、ＸＹ平面に平行な平面に沿って広がる支持基板と、
Ｚ軸方向を長手方向とする構造をなし、上端が上方基板に接続され、下端が下方基板に接続され、ＸＹ平面への投影像がＸ軸の正領域に形成される第１の柱状部材と、
Ｚ軸方向を長手方向とする構造をなし、上端が上方基板に接続され、下端が下方基板に接続され、ＸＹ平面への投影像がＸ軸の負領域に形成される第２の柱状部材と、
Ｚ軸方向を長手方向とする構造をなし、上端が上方基板に接続され、下端が下方基板に接続され、ＸＹ平面への投影像がＹ軸の正領域に形成される第３の柱状部材と、
Ｚ軸方向を長手方向とする構造をなし、上端が上方基板に接続され、下端が下方基板に接続され、ＸＹ平面への投影像がＹ軸の負領域に形成される第４の柱状部材と、
を設け、
上方基板の第１の柱状部材に対する接続部分は可撓性を有しており、下方基板の第１の柱状部材に対する接続部分には、可撓性をもった第１のダイアフラムが形成されており、第１の柱状部材の下端は第１のダイアフラムの中心部に接続されており、第１のダイアフラムと支持基板の上面との間には空隙部が形成されており、
上方基板の第２の柱状部材に対する接続部分は可撓性を有しており、下方基板の第２の柱状部材に対する接続部分には、可撓性をもった第２のダイアフラムが形成されており、第２の柱状部材の下端は第２のダイアフラムの中心部に接続されており、第２のダイアフラムと支持基板の上面との間には空隙部が形成されており、
上方基板の第３の柱状部材に対する接続部分は可撓性を有しており、下方基板の第３の柱状部材に対する接続部分には、可撓性をもった第３のダイアフラムが形成されており、第３の柱状部材の下端は第３のダイアフラムの中心部に接続されており、第３のダイアフラムと支持基板の上面との間には空隙部が形成されており、
上方基板の第４の柱状部材に対する接続部分は可撓性を有しており、下方基板の第４の柱状部材に対する接続部分には、可撓性をもった第４のダイアフラムが形成されており、第４の柱状部材の下端は第４のダイアフラムの中心部に接続されており、第４のダイアフラムと支持基板の上面との間には空隙部が形成されており、
支持基板の上面における第１のダイアフラムの対向部分には、Ｙ軸に平行な配置軸に沿って並べられた第１グループ第１電極Ａ１、第１グループ第２電極Ａ２、第１グループ第３電極Ａ３が設けられており、第１グループ第１電極Ａ１は、Ｙ座標値が正となる位置に配置され、第１グループ第２電極Ａ２は、ＸＺ平面と交差する位置に配置され、第１グループ第３電極Ａ３は、Ｙ座標値が負となる位置に配置され、
支持基板の上面における第２のダイアフラムの対向部分には、Ｙ軸に平行な配置軸に沿って並べられた第２グループ第１電極Ｂ１、第２グループ第２電極Ｂ２、第２グループ第３電極Ｂ３が設けられており、第２グループ第１電極Ｂ１は、Ｙ座標値が正となる位置に配置され、第２グループ第２電極Ｂ２は、ＸＺ平面と交差する位置に配置され、第２グループ第３電極Ｂ３は、Ｙ座標値が負となる位置に配置され、
支持基板の上面における第３のダイアフラムの対向部分には、Ｘ軸に平行な配置軸に沿って並べられた第３グループ第１電極Ｃ１、第３グループ第２電極Ｃ２、第３グループ第３電極Ｃ３が設けられており、第３グループ第１電極Ｃ１は、Ｘ座標値が正となる位置に配置され、第３グループ第２電極Ｃ２は、ＹＺ平面と交差する位置に配置され、第３グループ第３電極Ａ３は、Ｘ座標値が負となる位置に配置され、
支持基板の上面における第４のダイアフラムの対向部分には、Ｘ軸に平行な配置軸に沿って並べられた第４グループ第１電極Ｄ１、第４グループ第２電極Ｄ２、第４グループ第３電極Ｄ３が設けられており、第４グループ第１電極Ｄ１は、Ｘ座標値が正となる位置に配置され、第４グループ第２電極Ｄ２は、ＹＺ平面と交差する位置に配置され、第４グループ第３電極Ｄ３は、Ｘ座標値が負となる位置に配置され、
各ダイアフラムは導電性を有し、各電極とこれに対向する各ダイアフラムの一部分とによって静電容量素子が構成され、これら静電容量素子の静電容量値の変化に基づいて、作用した力もしくはモーメントの検出を行う検出処理部を更に設けるようにしたものである。

(2) 本考案の第２の態様は、上述した第１の態様に係る力覚センサにおいて、
少なくとも、第１〜第４の柱状部材、第１〜第４のダイアフラム、および各グループの第１〜第３電極からなる合計１２枚の電極によって構成される構造体が、ＸＺ平面に関して面対称をなし、かつ、ＹＺ平面に関して面対称をなすようにしたものである。

(3) 本考案の第３の態様は、上述した第２の態様に係る力覚センサにおいて、
電極Ａ１，Ａ３，Ｂ１，Ｂ３，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３をそれぞれ含む各容量素子の静電容量値を、同じ符号を用いてそれぞれＡ１，Ａ３，Ｂ１，Ｂ３，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３としたときに、
検出処理部が、
Ｘ軸まわりのモーメントＭｘを、Ｍｘ＝Ｄ２−Ｃ２なる式に基づいて検出し、
Ｚ軸まわりのモーメントＭｚを、Ｍｚ＝（Ａ１−Ａ３）＋（Ｂ３−Ｂ１）＋（Ｃ３−Ｃ１）＋（Ｄ１−Ｄ３）なる式に基づいて検出し、
少なくとも、ＭｘおよびＭｚを検出できるようにしたものである。

(4) 本考案の第４の態様は、上述した第２の態様に係る力覚センサにおいて、
電極Ａ２，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ３，Ｄ１，Ｄ３をそれぞれ含む各容量素子の静電容量値を、同じ符号を用いてそれぞれＡ２，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ３，Ｄ１，Ｄ３としたときに、
検出処理部が、
Ｘ軸方向の力Ｆｘを、Ｆｘ＝（Ｃ１＋Ｄ１）−（Ｃ３＋Ｄ３）なる式、もしくは、Ｆｘ＝（Ｃ１＋Ｄ１）−（Ｃ３＋Ｄ３）−Ｋ１（Ａ２−Ｂ２）なる式（但し、Ｋ１は所定の定数）に基づいて検出し、
Ｙ軸まわりのモーメントＭｙを、Ｍｙ＝Ａ２−Ｂ２なる式に基づいて検出し、
少なくとも、ＦｘおよびＭｙを検出できるようにしたものである。

(5) 本考案の第５の態様は、上述した第２の態様に係る力覚センサにおいて、
電極Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３をそれぞれ含む各容量素子の静電容量値を、同じ符号を用いてそれぞれＡ１，Ａ２，Ａ３，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３としたときに、
検出処理部が、
Ｘ軸まわりのモーメントＭｘを、Ｍｘ＝Ｄ２−Ｃ２なる式に基づいて検出し、
Ｙ軸まわりのモーメントＭｙを、Ｍｙ＝Ａ２−Ｂ２なる式に基づいて検出し、
Ｚ軸方向の力Ｆｚを、Ｆｚ＝−（Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ２＋Ｄ２）なる式、もしくは、Ｆｚ＝Ｋ３（Ａ１＋Ａ３＋Ｂ１＋Ｂ３＋Ｃ１＋Ｃ３＋Ｄ１＋Ｄ３）−（Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ２＋Ｄ２）なる式（但し、Ｋ３は所定の定数）に基づいて検出し、
少なくとも、Ｍｘ，ＭｙおよびＦｚを検出できるようにしたものである。

(6) 本考案の第６の態様は、上述した第２の態様に係る力覚センサにおいて、
電極Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３をそれぞれ含む各容量素子の静電容量値を、同じ符号を用いてそれぞれＡ１，Ａ２，Ａ３，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３としたときに、
検出処理部が、
Ｘ軸方向の力Ｆｘを、Ｆｘ＝（Ｃ１＋Ｄ１）−（Ｃ３＋Ｄ３）なる式、もしくは、Ｆｘ＝（Ｃ１＋Ｄ１）−（Ｃ３＋Ｄ３）−Ｋ１（Ａ２−Ｂ２）なる式（但し、Ｋ１は所定の定数）に基づいて検出し、
Ｙ軸方向の力Ｆｙを、Ｆｙ＝（Ａ１＋Ｂ１）−（Ａ３＋Ｂ３）なる式、もしくは、Ｆｙ＝（Ａ１＋Ｂ１）−（Ａ３＋Ｂ３）−Ｋ２（Ｃ２−Ｄ２）なる式（但し、Ｋ２は所定の定数）に基づいて検出し、
Ｚ軸方向の力Ｆｚを、Ｆｚ＝−（Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ２＋Ｄ２）なる式、もしくは、Ｆｚ＝Ｋ３（Ａ１＋Ａ３＋Ｂ１＋Ｂ３＋Ｃ１＋Ｃ３＋Ｄ１＋Ｄ３）−（Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ２＋Ｄ２）なる式（但し、Ｋ３は所定の定数）に基づいて検出し、
Ｘ軸まわりのモーメントＭｘを、Ｍｘ＝Ｄ２−Ｃ２なる式に基づいて検出し、
Ｙ軸まわりのモーメントＭｙを、Ｍｙ＝Ａ２−Ｂ２なる式に基づいて検出し、
Ｚ軸まわりのモーメントＭｚを、Ｍｚ＝（Ａ１−Ａ３）＋（Ｂ３−Ｂ１）＋（Ｃ３−Ｃ１）＋（Ｄ１−Ｄ３）なる式に基づいて検出し、
Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚの６成分を検出できるようにしたものである。

(7) 本考案の第７の態様は、上述した第１の態様に係る力覚センサにおいて、
各ダイアフラムと支持基板上面との間に形成された空隙部が、各ダイアフラムの輪郭より外側の領域にまで広がるようにし、
第１のダイアフラムの輪郭を支持基板上面に投影した投影像とＸ軸の正領域の投影像との外側交点位置に配置された第１グループ第４電極Ａ４と、第２のダイアフラムの輪郭を支持基板上面に投影した投影像とＸ軸の負領域の投影像との外側交点位置に配置された第２グループ第４電極Ｂ４と、第３のダイアフラムの輪郭を支持基板上面に投影した投影像とＹ軸の正領域の投影像との外側交点位置に配置された第３グループ第４電極Ｃ４と、第４のダイアフラムの輪郭を支持基板上面に投影した投影像とＹ軸の負領域の投影像との外側交点位置に配置された第４グループ第４電極Ｄ４と、を更に設け、
各第４電極に対向する下方基板の下面は、各ダイアフラムの部分を含めて導電性を有し、各第４電極とこれに対向する下方基板の下面の一部分とによって静電容量素子が構成され、
検出処理部が、各第４電極をそれぞれ含む各容量素子の静電容量値の変化も考慮して、作用した力もしくはモーメントの検出を行うようにしたものである。

(8) 本考案の第８の態様は、上述した第７の態様に係る力覚センサにおいて、
少なくとも、第１〜第４の柱状部材、第１〜第４のダイアフラム、および各グループの第１〜第４電極からなる合計１６枚の電極によって構成される構造体が、ＸＺ平面に関して面対称をなし、かつ、ＹＺ平面に関して面対称をなすようにしたものである。

(9) 本考案の第９の態様は、上述した第８の態様に係る力覚センサにおいて、
電極Ａ１，Ａ３，Ｂ１，Ｂ３，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４をそれぞれ含む各容量素子の静電容量値を、同じ符号を用いてそれぞれＡ１，Ａ３，Ｂ１，Ｂ３，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４としたときに、
検出処理部が、
Ｘ軸まわりのモーメントＭｘを、Ｍｘ＝Ｄ２−Ｃ２なる式に基づいて検出し、
Ｚ軸まわりのモーメントＭｚを、Ｍｚ＝（Ａ１−Ａ３）＋（Ｂ３−Ｂ１）＋（Ｃ３−Ｃ１）＋（Ｄ１−Ｄ３）なる式に基づいて検出し、
少なくとも、ＭｘおよびＭｚを検出できるようにしたものである。

(10) 本考案の第１０の態様は、上述した第８の態様に係る力覚センサにおいて、
電極Ａ２，Ａ４，Ｂ２，Ｂ４，Ｃ１，Ｃ３，Ｄ１，Ｄ３をそれぞれ含む各容量素子の静電容量値を、同じ符号を用いてそれぞれＡ２，Ａ４，Ｂ２，Ｂ４，Ｃ１，Ｃ３，Ｄ１，Ｄ３としたときに、
検出処理部が、
Ｘ軸方向の力Ｆｘを、Ｆｘ＝（Ｃ１＋Ｄ１）−（Ｃ３＋Ｄ３）−Ｋ１（Ａ２−Ｂ２）なる式（但し、Ｋ１は所定の定数）に基づいて検出し、
Ｙ軸まわりのモーメントＭｙを、Ｍｙ＝Ａ２−Ｂ２なる式に基づいて検出し、
少なくとも、ＦｘおよびＭｙを検出できるようにしたものである。

(11) 本考案の第１１の態様は、上述した第８の態様に係る力覚センサにおいて、
電極Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４をそれぞれ含む各容量素子の静電容量値を、同じ符号を用いてそれぞれＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４としたときに、
検出処理部が、
Ｘ軸まわりのモーメントＭｘを、Ｍｘ＝Ｄ２−Ｃ２なる式に基づいて検出し、
Ｙ軸まわりのモーメントＭｙを、Ｍｙ＝Ａ２−Ｂ２なる式に基づいて検出し、
Ｚ軸方向の力Ｆｚを、Ｆｚ＝Ｋ４（Ａ４＋Ｂ４＋Ｃ４＋Ｄ４）−（Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ２＋Ｄ２）なる式（但し、Ｋ４は所定の定数）に基づいて検出し、
少なくとも、Ｍｘ，ＭｙおよびＦｚを検出できるようにしたものである。

(12) 本考案の第１２の態様は、上述した第８の態様に係る力覚センサにおいて、
電極Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４をそれぞれ含む各容量素子の静電容量値を、同じ符号を用いてそれぞれＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４としたときに、
検出処理部が、
Ｘ軸方向の力Ｆｘを、Ｆｘ＝（Ｃ１＋Ｄ１）−（Ｃ３＋Ｄ３）−Ｋ１（Ａ２−Ｂ２）なる式（但し、Ｋ１は所定の定数）に基づいて検出し、
Ｙ軸方向の力Ｆｙを、Ｆｙ＝（Ａ１＋Ｂ１）−（Ａ３＋Ｂ３）−Ｋ２（Ｃ２−Ｄ２）なる式（但し、Ｋ２は所定の定数）に基づいて検出し、
Ｚ軸方向の力Ｆｚを、Ｆｚ＝Ｋ４（Ａ４＋Ｂ４＋Ｃ４＋Ｄ４）−（Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ２＋Ｄ２）なる式（但し、Ｋ４は所定の定数）に基づいて検出し、
Ｘ軸まわりのモーメントＭｘを、Ｍｘ＝Ｄ２−Ｃ２なる式に基づいて検出し、
Ｙ軸まわりのモーメントＭｙを、Ｍｙ＝Ａ２−Ｂ２なる式に基づいて検出し、
Ｚ軸まわりのモーメントＭｚを、Ｍｚ＝（Ａ１−Ａ３）＋（Ｂ３−Ｂ１）＋（Ｃ３−Ｃ１）＋（Ｄ１−Ｄ３）なる式に基づいて検出し、
Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚの６成分を検出できるようにしたものである。

本考案に係る力覚センサによれば、比較的単純な構造により、三次元空間内での各座標軸に関する力やモーメントについての正確な検出値を得ることができるようになる。

本考案に係る力覚センサの正面図である。 図１に示す力覚センサの上面図である。 図１に示す力覚センサをＸＺ平面で切断した断面図である。 図１に示す力覚センサの下方基板２００の上面図である。 図１に示す力覚センサの支持基板３００の上面図である。 図１に示す力覚センサにＸ軸正方向の力＋Ｆｘが作用したときの変形態様を示す断面図（ＸＺ平面で切断した断面を示す）である。 図１に示す力覚センサにＺ軸正方向の力＋Ｆｚが作用したときの変形態様を示す断面図（ＸＺ平面で切断した断面を示す）である。 図１に示す力覚センサにＹ軸正まわりのモーメント＋Ｍｙが作用したときの変形態様を示す断面図（ＸＺ平面で切断した断面を示す）である。 図１に示す力覚センサにおける各成分の検出に用いる式を示す図である。 図９に示す式の一部についての変形例を示す図である。 図１に示す力覚センサの一部分の変形態様を示す拡大断面図である。 本考案の変形例に係る力覚センサをＸＺ平面で切断した断面図である。 図１２に示す力覚センサの支持基板３００の上面図である。 図１２に示す力覚センサにおける各成分の検出に用いる式を示す図である。

以下、本考案を図示する実施形態に基づいて説明する。

＜＜＜ §１． 力覚センサの基本構造 ＞＞＞
図１は、本考案に係る力覚センサの正面図である。この力覚センサは、ＸＹＺ三次元座標系における所定座標軸方向の力もしくは所定座標軸まわりのモーメントまたはその双方を検出する機能をもったセンサであり、その主たる構成要素は、図示のとおり、３枚の基板１００，２００，３００と、４本の柱状部材Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄである（柱状部材Ｔｃは、Ｔｄの奥に位置するため、図には現れていない）。

上方基板１００は、検出対象となる力もしくはモーメントを受けるための基板であり、ここでは、説明の便宜上、この上方基板１００の内部の中心位置に原点Ｏをとり、図の右方向にＸ軸、図の上方向にＺ軸、図の紙面垂直奥方向にＹ軸をとり、ＸＹＺ三次元座標系を定義する。上方基板１００は、この座標系の原点Ｏの位置に配置され、ＸＹ平面に沿って広がる基板ということになる。

一方、下方基板２００は、上方基板１００の下方に所定間隔をあけて配置され、ＸＹ平面に平行な平面に沿って広がる基板であり、支持基板３００は、下方基板２００の下面に接合され、ＸＹ平面に平行な平面に沿って広がる基板である。結局、上方基板１００、下方基板２００、支持基板３００は、いずれもＸＹ平面に平行な上面および下面をもった基板ということになる。図２は、この図１に示す力覚センサの上面図である。上方から見ると、上方基板１００、下方基板２００、支持基板３００は、いずれも同じサイズの正方形をなす。

４本の柱状部材Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄは、Ｚ軸方向を長手方向とする構造をなし、上方基板１００と下方基板２００とを連結する機能を有している。すなわち、各柱状部材Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄは、上端が上方基板１００の下面に接続され、下端が下方基板２００の上面に接続されている。また、ここに示す実施例の場合、各柱状部材Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄは、いずれも円柱状の部材であり、その軸芯がＺ軸に平行になるように配置されている。

図２の上面図に示されているように、４本の柱状部材Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄは、その投影像がＸ軸もしくはＹ軸上にくるような位置に配置されている。すなわち、第１の柱状部材ＴａのＸＹ平面への投影像はＸ軸の正領域に形成され、第２の柱状部材ＴｂのＸＹ平面への投影像はＸ軸の負領域に形成され、第３の柱状部材ＴｃのＸＹ平面への投影像はＹ軸の正領域に形成され、第４の柱状部材ＴｄのＸＹ平面への投影像はＹ軸の負領域に形成されている。しかも、この実施例の場合、各柱状部材Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄは、原点Ｏから等距離の位置に配置されている。

図２に示す円は、可撓性接続部１１０，１２０，１３０，１４０であり、上方基板１００において、厚みが小さい円盤状の可撓性をもった部分である。各柱状部材Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄの上端は、いずれもこの可撓性接続部１１０，１２０，１３０，１４０の下面の中心部分に、固定ねじ１１１，１２１，１３１，１４１によって接続されている。

図３は、図１に示す力覚センサをＸＺ平面で切断した断面図であり、第１の柱状部材Ｔａおよび第２の柱状部材Ｔｂの上下両端の接続状態が明瞭に示されている。上述したとおり、可撓性接続部１１０，１２０は、上方基板１００の一部であり、厚みが小さく可撓性をもっている。第１の柱状部材Ｔａの上端は、可撓性接続部１１０の下面に固定ねじ１１１によって固定され、第２の柱状部材Ｔｂの上端は、可撓性接続部１２０の下面に固定ねじ１２１によって固定されている。

一方、下方基板２００にも、同様に、厚みが小さい円盤状の可撓性をもった部分が形成されている。ここでは、この下方基板２００に設けられた厚みの小さい部分をダイアフラムと呼ぶことにする。第１のダイアフラム２１０は、可撓性接続部１１０の真下に配置された円盤状の肉薄部であり、第１の柱状部材Ｔａの下端は、この第１のダイアフラム２１０の中心に接合されている。同様に、第２のダイアフラム２２０は、可撓性接続部１２０の真下に配置された円盤状の肉薄部であり、第２の柱状部材Ｔｂの下端は、この第２のダイアフラム２２０の中心に接合されている。

以上、第１の柱状部材Ｔａおよび第２の柱状部材Ｔｂの上下両端の接続状態を説明したが、第３の柱状部材Ｔｃおよび第４の柱状部材Ｔｄについても全く同様である。別言すれば、この力覚センサをＺ軸を中心軸として９０°回転させても、全く同じ構造体が得られることになる。

この実施例では、４本の柱状部材Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄを、下方基板２００と一体構造の部材として形成している。図４は、この下方基板２００の上面図である。図示のとおり、下方基板には、肉薄部分として、４枚のダイアフラム２１０，２２０，２３０，２４０が形成されており、その中心位置から上方に（図４の場合は、紙面垂直手前方向に）、４本の柱状部材Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄが伸びている。上方基板１００は、これら４本の柱状部材Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄの上端に形成されたねじ穴に、固定ねじを締めつけることにより固定される。

支持基板３００は、下方基板２００の下面（各ダイアフラムを除いた部分）に接合され、各ダイアフラムの下面と支持基板３００の上面との間には空隙部が形成される。図３には、第１のダイアフラム２１０の下方に空隙部Ｓ１が形成され、第２のダイアフラム２２０の下方に空隙部Ｓ２が形成された状態が示されている。同様に、第３のダイアフラム２３０の下方および第４のダイアフラム２４０の下方にも、それぞれ空隙部が形成されている。

支持基板３００の上面における、これら空隙部の位置には、それぞれ電極が設けられている。図３には、空隙部Ｓ１内に設けられた電極Ａ２と、空隙部Ｓ２内に設けられた電極Ｂ２のみが示されているが、実際には、電極Ａ２の奥および手前、電極Ｂ２の奥および手前にも同じサイズの電極が配置されている。また、第３のダイアフラム２３０の下方および第４のダイアフラム２４０の下方にも、それぞれ３枚ずつの電極が配置されている。

このような電極配置は、図５に明瞭に示されている。図５は、支持基板３００の上面図であり、破線の円は、その上方に配置された４組のダイアフラム２１０，２２０，２３０，２４０の位置を示している。図示のとおり、各ダイアフラムの対向部分には、それぞれ３枚の電極が配置されており、合計で１２枚の電極が設けられている。これらの電極は、同一サイズの円形形状をなす。ここでは、第１のダイアフラム２１０の対向部分に設けられた３枚の電極を第１グループの電極Ａ１〜Ａ３、第２のダイアフラム２２０の対向部分に設けられた３枚の電極を第２グループの電極Ｂ１〜Ｂ３、第３のダイアフラム２３０の対向部分に設けられた３枚の電極を第３グループの電極Ｃ１〜Ｃ３、第４のダイアフラム２４０の対向部分に設けられた３枚の電極を第４グループの電極Ｄ１〜Ｄ３と呼ぶことにする。

ここで、これら１２枚の電極の配置は非常に重要である。まず、第１グループの電極は、Ｙ軸に平行な配置軸に沿って並べられた第１グループ第１電極Ａ１、第１グループ第２電極Ａ２、第１グループ第３電極Ａ３によって構成されている。ここで、第１グループ第１電極Ａ１は、Ｙ座標値が正となる位置に配置され、第１グループ第２電極Ａ２は、ＸＺ平面と交差する位置に配置され、第１グループ第３電極Ａ３は、Ｙ座標値が負となる位置に配置されている。

また、第２グループの電極は、Ｙ軸に平行な配置軸に沿って並べられた第２グループ第１電極Ｂ１、第２グループ第２電極Ｂ２、第２グループ第３電極Ｂ３によって構成されている。ここで、第２グループ第１電極Ｂ１は、Ｙ座標値が正となる位置に配置され、第２グループ第２電極Ｂ２は、ＸＺ平面と交差する位置に配置され、第２グループ第３電極Ｂ３は、Ｙ座標値が負となる位置に配置されている。

一方、第３グループの電極は、Ｘ軸に平行な配置軸に沿って並べられた第３グループ第１電極Ｃ１、第３グループ第２電極Ｃ２、第３グループ第３電極Ｃ３によって構成されている。ここで、第３グループ第１電極Ｃ１は、Ｘ座標値が正となる位置に配置され、第３グループ第２電極Ｃ２は、ＹＺ平面と交差する位置に配置され、第３グループ第３電極Ｃ３は、Ｘ座標値が負となる位置に配置されている。

そして、第４グループの電極は、Ｘ軸に平行な配置軸に沿って並べられた第４グループ第１電極Ｄ１、第４グループ第２電極Ｄ２、第４グループ第３電極Ｄ３によって構成されている。ここで、第４グループ第１電極Ｄ１は、Ｘ座標値が正となる位置に配置され、第４グループ第２電極Ｄ２は、ＹＺ平面と交差する位置に配置され、第４グループ第３電極Ｄ３は、Ｘ座標値が負となる位置に配置されている。

以上が、この力覚センサの基本構造である。ここで、図３に示す構造体において、上方基板１００および下方基板２００は、金属などの導電性材料によって構成されており、各ダイアフラム２１０，２２０，２３０，２４０は、それぞれ全体が電極として機能する。一方、支持基板３００は、個々の電極が互いに絶縁されるように、絶縁材料によって構成されている。結局、各電極とこれに対向する各ダイアフラムの一部分とによって静電容量素子が構成される。本考案に係る力覚センサは、更に、これら静電容量素子の静電容量値の変化に基づいて、作用した力もしくはモーメントの検出を行う検出処理部（図示されていない）を備えている。

＜＜＜ §２． 力覚センサの検出動作 ＞＞＞
続いて、上述した検出処理部による検出動作を説明する。この力覚センサは、上方基板１００に対して加わったＸ軸方向の力Ｆｘ、Ｙ軸方向の力Ｆｙ、Ｚ軸方向の力Ｆｚ、Ｘ軸まわりのモーメントＭｘ、Ｙ軸まわりのモーメントＭｙ、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚの６成分を検出することが可能である。

まず、Ｘ軸方向の力Ｆｘの検出動作を説明する。図６は、この力覚センサの上方基板１００に対して、Ｘ軸正方向の力＋Ｆｘが作用したときの変形態様を示す断面図（ＸＺ平面で切断した断面を示す）である。力＋Ｆｘは、上方基板１００を図の右方へと平行移動させる力であるため、４本の柱状部材Ｔａ〜Ｔｄは、いずれも右方向に傾斜する。ここで、各ダイアフラム２１０，２２０，２３０，２４０は、図示のように変形し、それぞれ、図の右側半分は下方へ撓み、左側半分は上方へ撓むことになる。

このような撓みが生じると、図５に示す電極Ｃ１，Ｄ１を含む容量素子は電極間隔が狭まり、静電容量値は増加するが、電極Ｃ３，Ｄ３を含む容量素子は電極間隔が広がり、静電容量値は減少する。その他の電極を含む容量素子の静電容量値に有意な変化は生じない。

ここに示す実施例に係る力覚センサの場合、少なくとも、第１〜第４の柱状部材Ｔａ〜Ｔｄ、第１〜第４のダイアフラム２１０，２２０，２３０，２４０、および各グループの第１〜第３電極からなる合計１２枚の電極Ａ１〜Ｄ３によって構成される構造体は、ＸＺ平面に関して面対称をなし、かつ、ＹＺ平面に関して面対称をなす。このような対称性を有していると、静電容量値の増減変化に関しても対称性が得られるので、作用した力を単純な演算式で求めることができる。

ここでは、便宜上、電極Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３をそれぞれ含む各容量素子の静電容量値を、同じ符号を用いてそれぞれＡ１，Ａ２，Ａ３，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３と表すことにする。そうすると、上例の場合、静電容量値Ｃ１，Ｄ１は増加し、静電容量値Ｃ３，Ｄ３は減少し、増減変化は対称性を有しているので、Ｘ軸方向の力Ｆｘは、Ｆｘ＝（Ｃ１＋Ｄ１）−（Ｃ３＋Ｄ３）なる式で求めることができる。Ｘ軸負方向の力−Ｆｘが作用したときには、増減の関係が逆になるので、Ｆｘは負の値になる。したがって、上式は、作用した力Ｆｘの向きにかかわらず成り立つ。

また、Ｙ軸方向の力Ｆｙが作用した場合の変形態様は、上述したＸ軸方向の力Ｆｘが作用した場合の変形態様を、Ｚ軸を回転軸として９０°回転させたものになるので、Ｙ軸方向の力Ｆｙは、Ｆｙ＝（Ａ１＋Ｂ１）−（Ａ３＋Ａ３）なる式で求めることができる。

一方、図７は、この力覚センサの上方基板１００に対して、Ｚ軸正方向の力＋Ｆｚが作用したときの変形態様を示す断面図（ＸＺ平面で切断した断面を示す）である。力＋Ｆｚは、上方基板１００を図の上方へと平行移動させる力であるため、４本の柱状部材Ｔａ〜Ｔｄは、いずれも上方に持ち上げられる。ここで、各ダイアフラム２１０，２２０，２３０，２４０は、図示のように変形し、いずれも伏せた椀状に撓むことになる。

このような撓みが生じると、図５に示す各電極を含むすべての容量素子は電極間隔が広がり、静電容量値は減少する。逆に、力−Ｆｚが作用すると、上方基板１００は図の下方へと平行移動し、４本の柱状部材Ｔａ〜Ｔｄは、いずれも下方に押し下げられる。このため、各ダイアフラム２１０，２２０，２３０，２４０は、図示とは逆に撓むことになり、静電容量値は増加する。このような増減の変動幅は、特に、電極Ａ２，Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２を含む４つの容量素子において顕著である。

そこで、Ｚ軸方向の力Ｆｚは、Ｆｚ＝−（Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ２＋Ｄ２）なる式で求めることができる。もっとも、上式で得られる値Ｆｚは、力Ｆｚの値それ自身を直接示すものではない。すなわち、力Ｆｚが０の場合でも、各容量素子は所定の静電容量値を有しているので、上式で得られる値Ｆｚは所定の基準値をとる。したがって、実際には、この基準値を予め求めておき、上式で得られる値Ｆｚと基準値との差として、力Ｆｚの値を求めることができる。なお、上式で右辺の頭にマイナス符号がついているのは、静電容量値が減少すると、Ｚ軸正方向の力が作用したことを示すものである。

続いて、モーメントの検出動作を説明しよう。ここでは、モーメントの向きとして、ある座標軸の正方向に右ねじを進める回転方向に作用するモーメントを、当該座標軸まわりの正のモーメントと定義することにする。図８は、この力覚センサの上方基板１００に対して、Ｙ軸正まわりのモーメント＋Ｍｙが作用したときの変形態様を示す断面図（ＸＺ平面で切断した断面を示す）である。上方基板１００に、このようなモーメントが作用すると、第１の柱状部材Ｔａは下方へ移動し、第２の柱状部材Ｔｂは上方へ移動する。このため、第１グループの各電極Ａ１，Ａ２，Ａ３を含む容量素子は電極間隔が狭まり、静電容量値は増加するが、第２グループの各電極Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を含む容量素子は電極間隔が広がり、静電容量値は減少する。

このような増減の変動幅は、特に、電極Ａ２およびＢ２を含む２つの容量素子において顕著である。そこで、Ｙ軸まわりのモーメントＭｙは、Ｍｙ＝Ａ２−Ｂ２なる式で求めることができる。同様に、Ｘ軸まわりのモーメントＭｘは、Ｍｘ＝Ｄ２−Ｃ２なる式で求めることができる。

最後に、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚが作用した場合を考える。この場合、図２に示す上方基板１００を、図において反時計まわりに回転させる力が作用するので、柱状部材ＴａにはＹ軸正方向に傾斜させる力が働き、柱状部材ＴｃにはＸ軸負方向に傾斜させる力が働き、柱状部材ＴｂにはＹ軸負方向に傾斜させる力が働き、柱状部材ＴｄにはＸ軸正方向に傾斜させる力が働く。このため、図５に示す電極配置において、電極Ａ１，Ｃ３，Ｂ３，Ｄ１を含む容量素子は電極間隔が狭まり、静電容量値は増加するが、電極Ａ３，Ｃ１，Ｂ１，Ｄ３を含む容量素子は電極間隔が広がり、静電容量値は減少する。そこで、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚは、Ｍｚ＝（Ａ１−Ａ３）＋（Ｂ３−Ｂ１）＋（Ｃ３−Ｃ１）＋（Ｄ１−Ｄ３）なる式で求めることができる。

図９は、上述した各成分の検出に用いる式を示す図である。検出処理部として、このような式に基づいて各成分を検出する構成要素を設けておけば、６成分の検出を行う力覚センサが実現できる。もちろん、６成分すべての検出が必要なければ、検出に必要な成分についての検出機能だけを設けておけばよい。

個々の容量素子の静電容量値は、たとえば、特開平５−３４６３５７号公報などに開示されているように、インバータやＥＸＯＲ素子を用いた検出回路によって電圧値として検出することができるので、これらの電圧値に対してオペアンプなどを用いて加算や減算を行う電子回路を構成すれば、図９に示す式に基づく演算結果を電圧値として出力することが可能になる。もちろん、電圧値をデジタルデータとしてマイクロプロッサに入力し、マイクロプロッサによって図９に示す演算を行い、デジタルデータとして各成分の検出値を得るようにしてもかまわない。

図９に示す演算式は、図５に示す１２枚の電極配置を前提としたものである。この電極配置では、各ダイアフラムの対向領域に、それぞれ３個の円盤状の電極が配置されている。このように、比較的面積の小さい円形の電極を配置するようにしたため、支持基板３００上での配線（図示されていない個々の電極に対する配線）の自由度が高くなり、配線パターンの形成作業は非常に容易になる。この力覚センサの検出感度は、個々の容量素子の初期容量値をＣ０，容量値の変化量をΔＣとすれば、ΔＣ／Ｃ０になるため、たとえ電極面積が小さくなっても、ΔＣとともにＣ０も同じ割合で小さくなるので、理論上は、電極面積が小さくなっても、それ自体による検出感度の低下はない。もっとも、電極面積が小さくなれば、電極加工上の寸法精度を維持するのが困難になってくるため、寸法精度の影響を受けて検出精度が低下する可能性はある。

ここでは、力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚの検出精度を向上させるための工夫を述べておく。図１０は、図９に示す式の一部についての変形例を示す図である。この変形例では、図９に示す力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚに関する式の代わりに、それぞれ図１０に示す式を用いる。以下、これらの式の意味を順に説明する。

まず、Ｆｘ＝（Ｃ１＋Ｄ１）−（Ｃ３＋Ｄ３）−Ｋ１（Ａ２−Ｂ２）なる式は、図９に示すＦｘについての式に、補正項「−Ｋ１（Ａ２−Ｂ２）」を付加したものであり、Ｋ１は補正のための所定の定数である。この補正項は、他軸の検出成分による干渉を排除する役割を果たす。具体的には、モーメント成分Ｍｙが力成分Ｆｘの検出値に混入することを防ぐ役割を果たす。

モーメントＭｙが作用すると、図８に示すような変形が生じることになり、第１グループの各電極Ａ１，Ａ２，Ａ３を含む容量素子は電極間隔が狭まり、第２グループの各電極Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を含む容量素子は電極間隔が広がる。このとき、第３グループの各電極Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を含む容量素子および第４グループの各電極Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を含む容量素子の電極間隔には、大きな変化は生じないため、無視することも可能である。しかしながら、厳密に言えば、電極Ｃ１，Ｄ１を含む容量素子は電極間隔が狭まり、電極Ｃ３，Ｄ３を含む容量素子は電極間隔が広がるため、容量値Ｃ１，Ｄ１は増加し、容量値Ｃ３，Ｄ３は減少する。このため、Ｆｘ＝（Ｃ１＋Ｄ１）−（Ｃ３＋Ｄ３）なる式で力Ｆｘを算出すると、力Ｆｘが全く作用していないにもかかわらず、モーメントＭｙの成分が検出されてしまう。

補正項「−Ｋ１（Ａ２−Ｂ２）」における（Ａ２−Ｂ２）は、図９に示すとおり、モーメント成分Ｍｙの値を示すものであるので、これに所定の比例定数Ｋ１を乗じた補正値を減じる補正を行うことにより、モーメント成分Ｍｙに相当する検出値を相殺することができる。比例定数Ｋ１の値は、実測により適正値に定めることができる。

また、図１０に示すＦｙ＝（Ａ１＋Ｂ１）−（Ａ３＋Ｂ３）−Ｋ２（Ｃ２−Ｄ２）なる式は、図９に示すＦｙについての式に、補正項「−Ｋ２（Ｃ２−Ｄ２）」を付加したものであり、Ｋ２は補正のための所定の定数である。この補正項は、モーメント成分Ｍｘが力成分Ｆｙの検出値に混入することを防ぐ役割を果たす。すなわち、補正項「−Ｋ２（Ｃ２−Ｄ２）」における（Ｃ２−Ｄ２）は、図９に示すとおり、モーメント成分Ｍｘの値の符号を反転したものを示すものであり（符号を反転させるのは、モーメント＋Ｍｘが力−Ｆｙの成分として検出されるためである）、これに所定の比例定数Ｋ２を乗じた補正値を減じる補正を行うことにより、モーメント成分Ｍｘに相当する検出値を相殺することができる。比例定数Ｋ２の値も、実測により適正値に定めることができる。このように、他軸の検出成分による干渉を排除する方法のより詳細な説明は、たとえば、特開２００９−２５７９９２号公報などを参照されたい。

一方、図１０に示すＦｚ＝Ｋ３（Ａ１＋Ａ３＋Ｂ１＋Ｂ３＋Ｃ１＋Ｃ３＋Ｄ１＋Ｄ３）−（Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ２＋Ｄ２）なる式は、図９に示すＦｚについての式に、比較項「Ｋ３（Ａ１＋Ａ３＋Ｂ１＋Ｂ３＋Ｃ１＋Ｃ３＋Ｄ１＋Ｄ３）」を付加したものであり、力Ｆｚについても差分検出を行うようにするためのものである。図９に示す６本の式において、Ｆｚの式以外はすべて差分を求める式になっており、力やモーメントの値を直接得ることができる。これに対して、Ｆｚの式は、４つの静電容量値の和を求める式であり、前述したとおり、値Ｆｚは、力Ｆｚの値を直接的に示すものではない。

そこで、上述した差分検出を行うことにより、力やモーメントの値を直接得ることができる利点が得られるだけでなく、温度変化に基づく各部の寸法変化や同相ノイズの影響などに起因する検出誤差を相殺して、正確な検出値を得る利点も得られる。図５に示す電極配置をみると、同じグループ内では、近距離に同一形状の３個の電極が配置されており、力Ｆｚが作用した場合、中央の電極を含む容量素子の静電容量値の変化が、その両脇の容量素子の静電容量値の変化よりも大きくなる。

図１１は、第４グループに所属するダイアフラム２４０と３個の電極Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３の部分について、力−Ｆｚが作用したときの変形態様を示す拡大断面図である。図から明らかなように、電極間隔の変化は、中央の電極Ｄ２を含む容量素子が最も大きくなる。したがって、Ｚ軸方向の力が作用した場合、値Ｄ２の変動量は、値Ｄ１やＤ３の変動量よりも大きくなる。よって、Ｄ２とＫ３（Ｄ１＋Ｄ３）との差は、力Ｆｚの大きさを示すものになる。図１０に示すＦｚ＝Ｋ３（Ａ１＋Ａ３＋Ｂ１＋Ｂ３＋Ｃ１＋Ｃ３＋Ｄ１＋Ｄ３）−（Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ２＋Ｄ２）なる式は、このような原理に基づき、力Ｆｚを差分検出するための式ということになる。

ここで、定数Ｋ３は、たとえば、Ｋ３＝１／２など、実際の電極の配置やサイズに応じて適当となる値を設定すればよい。この図１０に示すＦｚの式を用いると、検出感度が低下することは否めないが、アンプのゲインを調整すれば問題は生じない。なお、力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｍｚの検出に関しては、中央の電極を含む容量素子よりも、両脇の電極を含む容量素子の方が、静電容量値の変動が大きくなるので、十分な検出感度を得ることができる。

結局、ここに示す力覚センサ用の検出処理部には、Ｘ軸方向の力Ｆｘを、Ｆｘ＝（Ｃ１＋Ｄ１）−（Ｃ３＋Ｄ３）なる式、もしくは、Ｆｘ＝（Ｃ１＋Ｄ１）−（Ｃ３＋Ｄ３）−Ｋ１（Ａ２−Ｂ２）なる式（但し、Ｋ１は所定の定数）に基づいて検出し、Ｙ軸方向の力Ｆｙを、Ｆｙ＝（Ａ１＋Ｂ１）−（Ａ３＋Ｂ３）なる式、もしくは、Ｆｙ＝（Ａ１＋Ｂ１）−（Ａ３＋Ｂ３）−Ｋ２（Ｃ２−Ｄ２）なる式（但し、Ｋ２は所定の定数）に基づいて検出し、Ｚ軸方向の力Ｆｚを、Ｆｚ＝−（Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ２＋Ｄ２）なる式、もしくは、Ｆｚ＝Ｋ３（Ａ１＋Ａ３＋Ｂ１＋Ｂ３＋Ｃ１＋Ｃ３＋Ｄ１＋Ｄ３）−（Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ２＋Ｄ２）なる式（但し、Ｋ３は所定の定数）に基づいて検出し、Ｘ軸まわりのモーメントＭｘを、Ｍｘ＝Ｄ２−Ｃ２なる式に基づいて検出し、Ｙ軸まわりのモーメントＭｙを、Ｍｙ＝Ａ２−Ｂ２なる式に基づいて検出し、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚを、Ｍｚ＝（Ａ１−Ａ３）＋（Ｂ３−Ｂ１）＋（Ｃ３−Ｃ１）＋（Ｄ１−Ｄ３）なる式に基づいて検出する機能をもたせておけばよい。

＜＜＜ §３． 変形例に係る力覚センサ ＞＞＞
図１２は、本考案の変形例に係る力覚センサをＸＺ平面で切断した断面図である。この変形例の構造は、基本的には、これまで述べてきた実施例と共通する、ただ、各ダイアフラム２１０，２２０，２３０，２４０と支持基板３００の上面との間に形成された空隙部が、各ダイアフラムの輪郭より外側の領域にまで広がっている。すなわち、図１２に示す構造を、図３に示す構造と比較すると、空隙部Ｓ１およびＳ２の横幅が、ダイアフラム２１０，２２０の輪郭より外側の領域にまで広がっていることがわかる。また、この変形例では、電極が追加されている。たとえば、図１２において、空隙部Ｓ１内には、第１グループ第４電極Ａ４が付加され、空隙部Ｓ２内には、第２グループ第４電極Ｂ４が付加されている。

図１３は、図１２に示す力覚センサの支持基板３００の上面図である。破線の円は、その上方に配置された４組のダイアフラム２１０，２２０，２３０，２４０の位置を示しており、一点鎖線の円は、各空隙部の内周位置を示している。このように、空隙部を各ダイアフラム２１０，２２０，２３０，２４０の輪郭より外側の領域にまで広げたため、各グループについて、第４電極Ａ４，Ｂ４，Ｃ４，Ｄ４を設けることができる。

ここで、第１グループ第４電極Ａ４は、第１のダイアフラム２１０の輪郭を支持基板３００の上面に投影した投影像とＸ軸の正領域の投影像との外側交点位置（図に示す破線の円とＸ軸の正領域の投影像との２つの交点のうち、原点Ｏから遠い方の交点の位置、以下、同様）に配置されており、第２グループ第４電極Ｂ４は、第２のダイアフラムの輪郭を支持基板３００の上面に投影した投影像とＸ軸の負領域の投影像との外側交点位置に配置されており、第３グループ第４電極Ｃ４は、第３のダイアフラム２３０の輪郭を支持基板３００の上面に投影した投影像とＹ軸の正領域の投影像との外側交点位置に配置されており、第４グループ第４電極Ｄ４は、第４のダイアフラムの輪郭を支持基板３００の上面に投影した投影像とＹ軸の負領域の投影像との外側交点位置に配置されている。

これら第４電極Ａ４，Ｂ４，Ｃ４，Ｄ４に対向する下方基板２００の下面は、各ダイアフラム２１０，２２０，２３０，２４０の部分を含めて導電性を有しているので、各第４電極Ａ４，Ｂ４，Ｃ４，Ｄ４とこれに対向する下方基板２００の下面の一部分とによって静電容量素子が構成される。検出処理部は、各第４電極Ａ４，Ｂ４，Ｃ４，Ｄ４をそれぞれ含む各容量素子の静電容量値の変化も考慮して、作用した力もしくはモーメントの検出を行うことになる。

この図１２および図１３に示す変形例においても、第１〜第４の柱状部材Ｔａ〜Ｔｄ、第１〜第４のダイアフラム２１０，２２０，２３０，２４０、および各グループの第１〜第４電極からなる合計１６枚の電極Ａ１〜Ｄ４によって構成される構造体が、ＸＺ平面に関して面対称をなし、かつ、ＹＺ平面に関して面対称をなすという対称性が確保されている。

図１４は、この図１２に示す力覚センサにおける各成分の検出に用いる式を示す図である。ここでも、便宜上、電極Ａ１〜Ａ４，Ｂ１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４，Ｄ１〜Ｄ４をそれぞれ含む各容量素子の静電容量値を、同じ符号を用いてそれぞれＡ１〜Ａ４，Ｂ１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４，Ｄ１〜Ｄ４と表すことにする。

図１４において、Ｆｘ，Ｆｙ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚに関する式は、これまでに述べた式と同じであるが、Ｆｚ＝Ｋ４（Ａ４＋Ｂ４＋Ｃ４＋Ｄ４）−（Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ２＋Ｄ２）なる式は、図１０に示す比較項を「Ｋ４（Ａ４＋Ｂ４＋Ｃ４＋Ｄ４）」に置き換えたものである（Ｋ４は所定の定数）。図１０に示す比較項は、第１電極および第３電極を利用したものであるが、図１４に示す式では、第４電極を利用した補正項が用いられている。第４電極に対するダイアフラムの変位は、第１電極および第３電極に対するダイアフラムの変位よりも小さいため、図１４に示すＦｚの式を用いれば、Ｆｚの検出感度低下を抑えるメリットが得られる。

結局、この変形例に係る力覚センサ用の検出処理部には、Ｘ軸方向の力Ｆｘを、Ｆｘ＝（Ｃ１＋Ｄ１）−（Ｃ３＋Ｄ３）−Ｋ１（Ａ２−Ｂ２）なる式（但し、Ｋ１は所定の定数）に基づいて検出し、Ｙ軸方向の力Ｆｙを、Ｆｙ＝（Ａ１＋Ｂ１）−（Ａ３＋Ｂ３）−Ｋ２（Ｃ２−Ｄ２）なる式（但し、Ｋ２は所定の定数）に基づいて検出し、Ｚ軸方向の力Ｆｚを、Ｆｚ＝Ｋ４（Ａ４＋Ｂ４＋Ｃ４＋Ｄ４）−（Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ２＋Ｄ２）なる式（但し、Ｋ４は所定の定数）に基づいて検出し、Ｘ軸まわりのモーメントＭｘを、Ｍｘ＝Ｄ２−Ｃ２なる式に基づいて検出し、Ｙ軸まわりのモーメントＭｙを、Ｍｙ＝Ａ２−Ｂ２なる式に基づいて検出し、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚを、Ｍｚ＝（Ａ１−Ａ３）＋（Ｂ３−Ｂ１）＋（Ｃ３−Ｃ１）＋（Ｄ１−Ｄ３）なる式に基づいて検出し、Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚの６成分を検出する機能をもたせておけばよい。

図１３に示すように、各グループの第４電極Ａ４，Ｂ４，Ｃ４，Ｄ４は、内側部分が各ダイアフラム２１０，２２０，２３０，２４０の対向領域内に入り、外側部分がその外側へと食み出す位置に配置されている。本願考案者が行った実験によると、このように、第４電極の一部がダイアフラムの対向領域から食み出るような配置を行うと、良好な検出結果が得られる事実が判明した。検出誤差を相殺するためには第４電極を第２電極に近接配置した方がよいが、補正項によるＦｚの検出感度低下を抑えるためには対向するダイアフラムの変位が小さい位置（すなわち、第２電極から離れた位置）に配置した方がよい、という事情があり、このような事情を考慮すると、図１３に示す配置が最適になるものと考えられる。したがって、実用上は、このような配置を採るのが好ましい。

１００：上方基板
１１０：第１の可撓性接続部
１１１：固定ねじ
１２０：第２の可撓性接続部
１２１：固定ねじ
１３０：第３の可撓性接続部
１３１：固定ねじ
１４０：第４の可撓性接続部
１４１：固定ねじ
２００：下方基板
２１０：第１のダイアフラム
２２０：第２のダイアフラム
２３０：第３のダイアフラム
２４０：第４のダイアフラム
３００：支持基板
Ａ１〜Ａ４：第１グループ第１電極〜第４電極
Ｂ１〜Ｂ４：第２グループ第１電極〜第４電極
Ｃ１〜Ｃ４：第３グループ第１電極〜第４電極
Ｄ１〜Ｄ４：第４グループ第１電極〜第４電極
Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ：各座標軸方向の力
Ｋ１〜Ｋ４：比例定数
Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ：各座標軸まわりのモーメント
Ｏ：ＸＹＺ三次元座標系の原点
Ｓ１，Ｓ２：空隙部
Ｔａ：第１の柱状部材
Ｔｂ：第２の柱状部材
Ｔｃ：第３の柱状部材
Ｔｄ：第４の柱状部材
Ｘ：ＸＹＺ三次元座標系の座標軸
Ｙ：ＸＹＺ三次元座標系の座標軸
Ｚ：ＸＹＺ三次元座標系の座標軸

Claims (12)

1. ＸＹＺ三次元座標系における所定座標軸方向の力もしくは所定座標軸まわりのモーメントまたはその双方を検出する力覚センサであって、
   検出対象となる力もしくはモーメントを受けるために前記座標系の原点位置に配置され、ＸＹ平面に沿って広がる上方基板と、
   前記上方基板の下方に所定間隔をあけて配置され、ＸＹ平面に平行な平面に沿って広がる下方基板と、
   前記下方基板の下面に接合され、ＸＹ平面に平行な平面に沿って広がる支持基板と、
   Ｚ軸方向を長手方向とする構造をなし、上端が前記上方基板に接続され、下端が前記下方基板に接続され、ＸＹ平面への投影像がＸ軸の正領域に形成される第１の柱状部材と、
   Ｚ軸方向を長手方向とする構造をなし、上端が前記上方基板に接続され、下端が前記下方基板に接続され、ＸＹ平面への投影像がＸ軸の負領域に形成される第２の柱状部材と、
   Ｚ軸方向を長手方向とする構造をなし、上端が前記上方基板に接続され、下端が前記下方基板に接続され、ＸＹ平面への投影像がＹ軸の正領域に形成される第３の柱状部材と、
   Ｚ軸方向を長手方向とする構造をなし、上端が前記上方基板に接続され、下端が前記下方基板に接続され、ＸＹ平面への投影像がＹ軸の負領域に形成される第４の柱状部材と、
   を備え、
   前記上方基板の前記第１の柱状部材に対する接続部分は可撓性を有しており、前記下方基板の前記第１の柱状部材に対する接続部分には、可撓性をもった第１のダイアフラムが形成されており、前記第１の柱状部材の下端は前記第１のダイアフラムの中心部に接続されており、前記第１のダイアフラムと前記支持基板の上面との間には空隙部が形成されており、
   前記上方基板の前記第２の柱状部材に対する接続部分は可撓性を有しており、前記下方基板の前記第２の柱状部材に対する接続部分には、可撓性をもった第２のダイアフラムが形成されており、前記第２の柱状部材の下端は前記第２のダイアフラムの中心部に接続されており、前記第２のダイアフラムと前記支持基板の上面との間には空隙部が形成されており、
   前記上方基板の前記第３の柱状部材に対する接続部分は可撓性を有しており、前記下方基板の前記第３の柱状部材に対する接続部分には、可撓性をもった第３のダイアフラムが形成されており、前記第３の柱状部材の下端は前記第３のダイアフラムの中心部に接続されており、前記第３のダイアフラムと前記支持基板の上面との間には空隙部が形成されており、
   前記上方基板の前記第４の柱状部材に対する接続部分は可撓性を有しており、前記下方基板の前記第４の柱状部材に対する接続部分には、可撓性をもった第４のダイアフラムが形成されており、前記第４の柱状部材の下端は前記第４のダイアフラムの中心部に接続されており、前記第４のダイアフラムと前記支持基板の上面との間には空隙部が形成されており、
   前記支持基板の上面における前記第１のダイアフラムの対向部分には、Ｙ軸に平行な配置軸に沿って並べられた第１グループ第１電極Ａ１、第１グループ第２電極Ａ２、第１グループ第３電極Ａ３が設けられており、前記第１グループ第１電極Ａ１は、Ｙ座標値が正となる位置に配置され、前記第１グループ第２電極Ａ２は、ＸＺ平面と交差する位置に配置され、前記第１グループ第３電極Ａ３は、Ｙ座標値が負となる位置に配置され、
   前記支持基板の上面における前記第２のダイアフラムの対向部分には、Ｙ軸に平行な配置軸に沿って並べられた第２グループ第１電極Ｂ１、第２グループ第２電極Ｂ２、第２グループ第３電極Ｂ３が設けられており、前記第２グループ第１電極Ｂ１は、Ｙ座標値が正となる位置に配置され、前記第２グループ第２電極Ｂ２は、ＸＺ平面と交差する位置に配置され、前記第２グループ第３電極Ｂ３は、Ｙ座標値が負となる位置に配置され、
   前記支持基板の上面における前記第３のダイアフラムの対向部分には、Ｘ軸に平行な配置軸に沿って並べられた第３グループ第１電極Ｃ１、第３グループ第２電極Ｃ２、第３グループ第３電極Ｃ３が設けられており、前記第３グループ第１電極Ｃ１は、Ｘ座標値が正となる位置に配置され、前記第３グループ第２電極Ｃ２は、ＹＺ平面と交差する位置に配置され、前記第３グループ第３電極Ａ３は、Ｘ座標値が負となる位置に配置され、
   前記支持基板の上面における前記第４のダイアフラムの対向部分には、Ｘ軸に平行な配置軸に沿って並べられた第４グループ第１電極Ｄ１、第４グループ第２電極Ｄ２、第４グループ第３電極Ｄ３が設けられており、前記第４グループ第１電極Ｄ１は、Ｘ座標値が正となる位置に配置され、前記第４グループ第２電極Ｄ２は、ＹＺ平面と交差する位置に配置され、前記第４グループ第３電極Ｄ３は、Ｘ座標値が負となる位置に配置され、
   前記各ダイアフラムは導電性を有し、前記各電極とこれに対向する前記各ダイアフラムの一部分とによって静電容量素子が構成され、これら静電容量素子の静電容量値の変化に基づいて、作用した力もしくはモーメントの検出を行う検出処理部を更に備えることを特徴とする力覚センサ。
2. 請求項１に記載の力覚センサにおいて、
   少なくとも、第１〜第４の柱状部材、第１〜第４のダイアフラム、および各グループの第１〜第３電極からなる合計１２枚の電極によって構成される構造体が、ＸＺ平面に関して面対称をなし、かつ、ＹＺ平面に関して面対称をなすことを特徴とする力覚センサ。
3. 請求項２に記載の力覚センサにおいて、
   電極Ａ１，Ａ３，Ｂ１，Ｂ３，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３をそれぞれ含む各容量素子の静電容量値を、同じ符号を用いてそれぞれＡ１，Ａ３，Ｂ１，Ｂ３，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３としたときに、
   検出処理部が、
   Ｘ軸まわりのモーメントＭｘを、Ｍｘ＝Ｄ２−Ｃ２なる式に基づいて検出し、
   Ｚ軸まわりのモーメントＭｚを、Ｍｚ＝（Ａ１−Ａ３）＋（Ｂ３−Ｂ１）＋（Ｃ３−Ｃ１）＋（Ｄ１−Ｄ３）なる式に基づいて検出し、
   少なくとも、ＭｘおよびＭｚを検出する機能を有することを特徴とする力覚センサ。
4. 請求項２に記載の力覚センサにおいて、
   電極Ａ２，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ３，Ｄ１，Ｄ３をそれぞれ含む各容量素子の静電容量値を、同じ符号を用いてそれぞれＡ２，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ３，Ｄ１，Ｄ３としたときに、
   検出処理部が、
   Ｘ軸方向の力Ｆｘを、Ｆｘ＝（Ｃ１＋Ｄ１）−（Ｃ３＋Ｄ３）なる式、もしくは、Ｆｘ＝（Ｃ１＋Ｄ１）−（Ｃ３＋Ｄ３）−Ｋ１（Ａ２−Ｂ２）なる式（但し、Ｋ１は所定の定数）に基づいて検出し、
   Ｙ軸まわりのモーメントＭｙを、Ｍｙ＝Ａ２−Ｂ２なる式に基づいて検出し、
   少なくとも、ＦｘおよびＭｙを検出する機能を有することを特徴とする力覚センサ。
5. 請求項２に記載の力覚センサにおいて、
   電極Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３をそれぞれ含む各容量素子の静電容量値を、同じ符号を用いてそれぞれＡ１，Ａ２，Ａ３，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３としたときに、
   検出処理部が、
   Ｘ軸まわりのモーメントＭｘを、Ｍｘ＝Ｄ２−Ｃ２なる式に基づいて検出し、
   Ｙ軸まわりのモーメントＭｙを、Ｍｙ＝Ａ２−Ｂ２なる式に基づいて検出し、
   Ｚ軸方向の力Ｆｚを、Ｆｚ＝−（Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ２＋Ｄ２）なる式、もしくは、Ｆｚ＝Ｋ３（Ａ１＋Ａ３＋Ｂ１＋Ｂ３＋Ｃ１＋Ｃ３＋Ｄ１＋Ｄ３）−（Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ２＋Ｄ２）なる式（但し、Ｋ３は所定の定数）に基づいて検出し、
   少なくとも、Ｍｘ，ＭｙおよびＦｚを検出する機能を有することを特徴とする力覚センサ。
6. 請求項２に記載の力覚センサにおいて、
   電極Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３をそれぞれ含む各容量素子の静電容量値を、同じ符号を用いてそれぞれＡ１，Ａ２，Ａ３，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３としたときに、
   検出処理部が、
   Ｘ軸方向の力Ｆｘを、Ｆｘ＝（Ｃ１＋Ｄ１）−（Ｃ３＋Ｄ３）なる式、もしくは、Ｆｘ＝（Ｃ１＋Ｄ１）−（Ｃ３＋Ｄ３）−Ｋ１（Ａ２−Ｂ２）なる式（但し、Ｋ１は所定の定数）に基づいて検出し、
   Ｙ軸方向の力Ｆｙを、Ｆｙ＝（Ａ１＋Ｂ１）−（Ａ３＋Ｂ３）なる式、もしくは、Ｆｙ＝（Ａ１＋Ｂ１）−（Ａ３＋Ｂ３）−Ｋ２（Ｃ２−Ｄ２）なる式（但し、Ｋ２は所定の定数）に基づいて検出し、
   Ｚ軸方向の力Ｆｚを、Ｆｚ＝−（Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ２＋Ｄ２）なる式、もしくは、Ｆｚ＝Ｋ３（Ａ１＋Ａ３＋Ｂ１＋Ｂ３＋Ｃ１＋Ｃ３＋Ｄ１＋Ｄ３）−（Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ２＋Ｄ２）なる式（但し、Ｋ３は所定の定数）に基づいて検出し、
   Ｘ軸まわりのモーメントＭｘを、Ｍｘ＝Ｄ２−Ｃ２なる式に基づいて検出し、
   Ｙ軸まわりのモーメントＭｙを、Ｍｙ＝Ａ２−Ｂ２なる式に基づいて検出し、
   Ｚ軸まわりのモーメントＭｚを、Ｍｚ＝（Ａ１−Ａ３）＋（Ｂ３−Ｂ１）＋（Ｃ３−Ｃ１）＋（Ｄ１−Ｄ３）なる式に基づいて検出し、
   Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚの６成分を検出する機能を有することを特徴とする力覚センサ。
7. 請求項１に記載の力覚センサにおいて、
   各ダイアフラムと支持基板上面との間に形成された空隙部は、各ダイアフラムの輪郭より外側の領域にまで広がっており、
   第１のダイアフラムの輪郭を支持基板上面に投影した投影像とＸ軸の正領域の投影像との外側交点位置に配置された第１グループ第４電極Ａ４と、第２のダイアフラムの輪郭を支持基板上面に投影した投影像とＸ軸の負領域の投影像との外側交点位置に配置された第２グループ第４電極Ｂ４と、第３のダイアフラムの輪郭を支持基板上面に投影した投影像とＹ軸の正領域の投影像との外側交点位置に配置された第３グループ第４電極Ｃ４と、第４のダイアフラムの輪郭を支持基板上面に投影した投影像とＹ軸の負領域の投影像との外側交点位置に配置された第４グループ第４電極Ｄ４と、を更に備え、
   前記各第４電極に対向する下方基板の下面は、各ダイアフラムの部分を含めて導電性を有し、前記各第４電極とこれに対向する前記下方基板の下面の一部分とによって静電容量素子が構成され、
   検出処理部が、前記各第４電極をそれぞれ含む各容量素子の静電容量値の変化も考慮して、作用した力もしくはモーメントの検出を行うことを特徴とする力覚センサ。
8. 請求項７に記載の力覚センサにおいて、
   少なくとも、第１〜第４の柱状部材、第１〜第４のダイアフラム、および各グループの第１〜第４電極からなる合計１６枚の電極によって構成される構造体が、ＸＺ平面に関して面対称をなし、かつ、ＹＺ平面に関して面対称をなすことを特徴とする力覚センサ。
9. 請求項８に記載の力覚センサにおいて、
   電極Ａ１，Ａ３，Ｂ１，Ｂ３，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４をそれぞれ含む各容量素子の静電容量値を、同じ符号を用いてそれぞれＡ１，Ａ３，Ｂ１，Ｂ３，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４としたときに、
   検出処理部が、
   Ｘ軸まわりのモーメントＭｘを、Ｍｘ＝Ｄ２−Ｃ２なる式に基づいて検出し、
   Ｚ軸まわりのモーメントＭｚを、Ｍｚ＝（Ａ１−Ａ３）＋（Ｂ３−Ｂ１）＋（Ｃ３−Ｃ１）＋（Ｄ１−Ｄ３）なる式に基づいて検出し、
   少なくとも、ＭｘおよびＭｚを検出する機能を有することを特徴とする力覚センサ。
10. 請求項８に記載の力覚センサにおいて、
    電極Ａ２，Ａ４，Ｂ２，Ｂ４，Ｃ１，Ｃ３，Ｄ１，Ｄ３をそれぞれ含む各容量素子の静電容量値を、同じ符号を用いてそれぞれＡ２，Ａ４，Ｂ２，Ｂ４，Ｃ１，Ｃ３，Ｄ１，Ｄ３としたときに、
    検出処理部が、
    Ｘ軸方向の力Ｆｘを、Ｆｘ＝（Ｃ１＋Ｄ１）−（Ｃ３＋Ｄ３）−Ｋ１（Ａ２−Ｂ２）なる式（但し、Ｋ１は所定の定数）に基づいて検出し、
    Ｙ軸まわりのモーメントＭｙを、Ｍｙ＝Ａ２−Ｂ２なる式に基づいて検出し、
    少なくとも、ＦｘおよびＭｙを検出する機能を有することを特徴とする力覚センサ。
11. 請求項８に記載の力覚センサにおいて、
    電極Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４をそれぞれ含む各容量素子の静電容量値を、同じ符号を用いてそれぞれＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４としたときに、
    検出処理部が、
    Ｘ軸まわりのモーメントＭｘを、Ｍｘ＝Ｄ２−Ｃ２なる式に基づいて検出し、
    Ｙ軸まわりのモーメントＭｙを、Ｍｙ＝Ａ２−Ｂ２なる式に基づいて検出し、
    Ｚ軸方向の力Ｆｚを、Ｆｚ＝Ｋ４（Ａ４＋Ｂ４＋Ｃ４＋Ｄ４）−（Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ２＋Ｄ２）なる式（但し、Ｋ４は所定の定数）に基づいて検出し、
    少なくとも、Ｍｘ，ＭｙおよびＦｚを検出する機能を有することを特徴とする力覚センサ。
12. 請求項８に記載の力覚センサにおいて、
    電極Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４をそれぞれ含む各容量素子の静電容量値を、同じ符号を用いてそれぞれＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４としたときに、
    検出処理部が、
    Ｘ軸方向の力Ｆｘを、Ｆｘ＝（Ｃ１＋Ｄ１）−（Ｃ３＋Ｄ３）−Ｋ１（Ａ２−Ｂ２）なる式（但し、Ｋ１は所定の定数）に基づいて検出し、
    Ｙ軸方向の力Ｆｙを、Ｆｙ＝（Ａ１＋Ｂ１）−（Ａ３＋Ｂ３）−Ｋ２（Ｃ２−Ｄ２）なる式（但し、Ｋ２は所定の定数）に基づいて検出し、
    Ｚ軸方向の力Ｆｚを、Ｆｚ＝Ｋ４（Ａ４＋Ｂ４＋Ｃ４＋Ｄ４）−（Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ２＋Ｄ２）なる式（但し、Ｋ４は所定の定数）に基づいて検出し、
    Ｘ軸まわりのモーメントＭｘを、Ｍｘ＝Ｄ２−Ｃ２なる式に基づいて検出し、
    Ｙ軸まわりのモーメントＭｙを、Ｍｙ＝Ａ２−Ｂ２なる式に基づいて検出し、
    Ｚ軸まわりのモーメントＭｚを、Ｍｚ＝（Ａ１−Ａ３）＋（Ｂ３−Ｂ１）＋（Ｃ３−Ｃ１）＋（Ｄ１−Ｄ３）なる式に基づいて検出し、
    Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚの６成分を検出する機能を有することを特徴とする力覚センサ。

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