JP6992386B2 - Force detector - Google Patents

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Description

本発明は、力検出装置に関する。 The present invention relates to a force detection device.

特許文献１には、力を受けることで、電極同士において対向する面積が変わり、それに伴って変化した電極間の静電容量に基づいて、その力の大きさを検出する力検出装置が開示されている。 Patent Document 1 discloses a force detecting device that detects the magnitude of a force based on the area of the electrodes facing each other changes by receiving a force and the capacitance between the electrodes changes accordingly. ing.

特開２０１１－１２８０９６号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-128096

上記特許文献１に開示された力検出装置では、複数の電極を用いて、複数の方向の力やモーメントが検出される。しかしながら、この力検出装置では、力が加えられた位置を検出するのは困難である。 In the force detection device disclosed in Patent Document 1, forces and moments in a plurality of directions are detected by using a plurality of electrodes. However, with this force detection device, it is difficult to detect the position where the force is applied.

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、力が加えられた位置を検出することができる力検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a force detection device capable of detecting a position where a force is applied.

上記目的を達成するために、本発明に係る力検出装置は、
固定して配置される固定体と、
検出対象となる一方向からの力を受ける受力体と、
前記受力体が受ける力の方向に交差する方向に配列され前記受力体と前記固定体との相対変位に応じて静電容量が変動する複数の静電容量素子を有し、前記複数の静電容量素子の静電容量の変化量の違いに基づいて、前記受力体が力を受ける位置を検出する検出手段と、
を備え、
前記受力体の中心を原点とし、前記受力体が受ける力の方向に沿った軸を縦軸とし、前記受力体が力を受ける位置座標を示す軸を横軸とする２次元直交座標系を規定した場合に、
前記受力体及び前記固定体の対向関係が、前記縦軸及び前記横軸に関して線対称であり、
前記検出手段では、
前記複数の静電容量素子が、前記２次元直交座標系の第１象限、第２象限、第３象限及び第４象限の各象限に配設されている。 In order to achieve the above object, the force detection device according to the present invention is
A fixed body that is fixedly placed and
A receiving body that receives a force from one direction to be detected,
It has a plurality of capacitance elements arranged in a direction intersecting the direction of the force received by the receiving body and whose capacitance varies according to the relative displacement between the receiving body and the fixed body. A detection means for detecting the position where the receiving body receives a force based on the difference in the amount of change in the capacitance of the capacitance element, and
Equipped with
Two-dimensional Cartesian coordinates with the center of the receiving body as the origin, the axis along the direction of the force received by the receiving body as the vertical axis, and the axis indicating the position coordinates where the receiving body receives the force as the horizontal axis. When the system is specified,
The facing relationship between the receiving body and the fixed body is axisymmetric with respect to the vertical axis and the horizontal axis.
In the detection means,
The plurality of capacitance elements are arranged in each of the first quadrant, the second quadrant, the third quadrant, and the fourth quadrant of the two-dimensional Cartesian coordinate system .

この場合、前記受力体と前記固定体との間を接続し、前記受力体で受けた力に応じて変形する変形体を備え、
前記検出手段では、
前記静電容量素子の一方の電極が、前記変形体に設けられ、
前記静電容量素子の他方の電極が、前記受力体又は前記固定体に設けられている、
こととしてもよい。 In this case, a deformed body that connects between the receiving body and the fixed body and is deformed according to the force received by the receiving body is provided.
In the detection means,
One electrode of the capacitance element is provided on the deformed body.
The other electrode of the capacitance element is provided on the receiving body or the fixed body.
It may be that.

前記変形体は、
前記受力体との接続点と前記固定体との接続点との間隔が、前記受力体が受ける力に応じて変化するように、前記受力体及び前記固定体に接続され、
前記接続点の間隔の変化に応じて前記一方の電極の位置が変化するように湾曲している、
こととしてもよい。 The variant is
The receiving body and the fixed body are connected so that the distance between the connection point with the receiving body and the connecting point with the fixed body changes according to the force received by the receiving body.
It is curved so that the position of one of the electrodes changes according to the change in the distance between the connection points.
It may be that.

前記静電容量素子の一方の電極が、前記受力体に設けられ、
前記静電容量素子の他方の電極が、前記固定体に設けられている、
こととしてもよい。 One electrode of the capacitance element is provided on the receiving body.
The other electrode of the capacitance element is provided on the fixed body.
It may be that.

前記検出手段では、
前記静電容量素子が、前記受力体が受ける力の方向に沿って複数配列されている、
こととしてもよい。 In the detection means,
A plurality of the capacitance elements are arranged along the direction of the force received by the receiving body.
It may be that.

前記受力体は、前記第３象限から前記第２象限に向かう力、または、前記第４象限から前記第１象限に向かう力を受け、
前記検出手段は、
前記第１象限と前記第２象限における静電容量素子の静電容量の変化量の違いと、前記第３象限と前記第４象限における静電容量素子の静電容量の変化量の違いと、に基づいて、前記受力体が受ける力の位置を算出する演算部を有する、
こととしてもよい。 The receiving body receives a force from the third quadrant toward the second quadrant, or a force from the fourth quadrant toward the first quadrant.
The detection means
The difference in the amount of change in the capacitance of the capacitance element between the first quadrant and the second quadrant, and the difference in the amount of change in the capacitance of the capacitance element in the third quadrant and the fourth quadrant. Has a calculation unit that calculates the position of the force received by the receiving body based on the above.
It may be that.

前記演算部は、
前記第１、第２、第３、第４象限の静電容量素子の静電容量の変化量の総和に基づいて、力の大きさを算出する、
こととしてもよい。 The arithmetic unit
The magnitude of the force is calculated based on the total amount of changes in the capacitance of the capacitance elements in the first, second, third, and fourth quadrants.
It may be that.

本発明によれば、受力体が受ける力の方向に交差する方向に配列され受力体と固定体との相対変位に応じて静電容量が変動する複数の静電容量素子を有しているので、その静電容量の変化量の違いに基づいて、力が加えられる位置を検出することができる。 According to the present invention, the present invention has a plurality of capacitance elements arranged in a direction intersecting the direction of the force received by the receiving body and whose capacitance varies according to the relative displacement between the receiving body and the fixed body. Therefore, it is possible to detect the position where the force is applied based on the difference in the amount of change in the capacitance.

図１（Ａ）は、本発明の実施の形態１に係る力検出装置の上面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の力検出装置の底面図である。図１（Ｃ）は、図１（Ａ）のＡ－Ａ断面図である。FIG. 1A is a top view of the force detection device according to the first embodiment of the present invention. 1 (B) is a bottom view of the force detection device of FIG. 1 (A). 1 (C) is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1 (A). 受力体が力を受ける位置がＸ＝０であるときの図１（Ｃ）のＢ－Ｂ断面図である。It is BB sectional view of FIG. 1C when the position where a receiving body receives a force is X = 0. 受力体が力を受けたときの変形体の変形の様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state of deformation of a deformed body when a receiving body receives a force. 受力体が力を受ける位置がＸ＝０であるときの静電容量の変化量を示す図である。It is a figure which shows the amount of change of the capacitance when the position where a receiving body receives a force is X = 0. 受力体が力を受ける位置がＸ＝Δｘであるときの図１（Ｃ）のＢ－Ｂ断面図である。It is BB sectional view of FIG. 1C when the position where a receiving body receives a force is X = Δx. 受力体が力を受ける位置がＸ＝Δｘであるときの静電容量の変化量を示す図である。It is a figure which shows the change amount of the capacitance when the position where a receiving body receives a force is X = Δx. 原点まわりのトルクに対する変形体の変形の様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state of the deformation of the deformed body with respect to the torque around the origin. 原点まわりのトルクに対する静電容量の変化量を示す図である。It is a figure which shows the change amount of the capacitance with respect to the torque around the origin. 図９（Ａ）は、本発明の実施の形態２に係る力検出装置の上面図である。図９（Ｂ）は、図９（Ａ）の力検出装置の底面図である。図９（Ｃ）は、図９（Ａ）のＣ－Ｃ断面図である。FIG. 9A is a top view of the force detection device according to the second embodiment of the present invention. 9 (B) is a bottom view of the force detection device of FIG. 9 (A). 9 (C) is a sectional view taken along the line CC of FIG. 9 (A). 図９（Ｃ）のＤ－Ｄ断面図である。9 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG. 9C. 受力体が力を受ける位置がＸ＝０であるときの受力体が力を受けたときの静電容量の変化量を示す図である。It is a figure which shows the change amount of the capacitance when the receiving body receives a force when the position where the receiving body receives a force is X = 0. 受力体が力を受ける位置がＸ＝Δｘであるときの静電容量の変化量を示す図である。It is a figure which shows the change amount of the capacitance when the position where a receiving body receives a force is X = Δx. 本発明の実施の形態３に係る力検出装置の上面図である。It is a top view of the force detection apparatus which concerns on Embodiment 3 of this invention. 受力体が力を受ける位置がＸ＝０であるときの受力体が力を受けたときの変位電極の移動方向を示す図である。It is a figure which shows the moving direction of the displacement electrode when the receiving body receives a force when the position where the receiving body receives a force is X = 0. 受力体が力を受ける位置がＸ＝Δｘであるときの受力体が力を受けたときの変位電極の移動方向を示す図である。It is a figure which shows the moving direction of the displacement electrode when the receiving body receives a force when the position where the receiving body receives a force is X = Δx.

実施の形態１
まず、本発明の実施の形態１について、図面を参照して詳細に説明する。 Embodiment 1
First, Embodiment 1 of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１（Ａ）、図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）に示すように、本実施の形態に係る力検出装置１Ａは、全体が矩形平板状である。力検出装置１Ａは、固定体２Ａと受力体３Ａとを主たる構成要素とし、固定体２Ａと受力体３Ａと第１のカバーＫＡと第２のカバーＫＢとで力検出装置１Ａの全体の外形が形成される。 As shown in FIGS. 1 (A), 1 (B) and 1 (C), the force detection device 1A according to the present embodiment has a rectangular flat plate shape as a whole. The force detection device 1A has a fixed body 2A and a receiving body 3A as main components, and the fixed body 2A, the receiving body 3A, the first cover KA, and the second cover KB make up the entire force detecting device 1A. The outer shape is formed.

図１（Ａ）に示すように、＋ｚ側では第１のカバーＫＡが面しており、図１（Ｂ）に示すように、－ｚ側では固定体２Ａと第２のカバーＫＢとが面している。第１のカバーＫＡと第２のカバーＫＢとで形成された内部空間に、固定体２Ａと受力体３Ａとが配置される。また、図１（Ａ）のＡ－Ａ断面を示す図１（Ｃ）に示すように、固定体２Ａと受力体３Ａとは、ｘｙ平面内に配列されている。ここで、受力体３Ａは、第１のカバーＫＡ及び第２のカバーＫＢに固定される。一方で、固定体２Ａは、第１のカバーＫＡ及び第２のカバーＫＢに固定されない。このため、固定体２Ａと受力体３Ａとを、それぞれ別々の外部の部材に保持させることで、受力体３Ａは、固定体２Ａに対し、予め定められた範囲においてｘｙ平面上を移動可能になる。 As shown in FIG. 1 (A), the first cover KA faces the + z side, and as shown in FIG. 1 (B), the fixed body 2A and the second cover KB face each other on the −z side. is doing. The fixed body 2A and the receiving body 3A are arranged in the internal space formed by the first cover KA and the second cover KB. Further, as shown in FIG. 1 (C) showing the AA cross section of FIG. 1 (A), the fixed body 2A and the receiving body 3A are arranged in the xy plane. Here, the receiving body 3A is fixed to the first cover KA and the second cover KB. On the other hand, the fixed body 2A is not fixed to the first cover KA and the second cover KB. Therefore, by holding the fixed body 2A and the receiving body 3A by separate external members, the receiving body 3A can move on the xy plane with respect to the fixed body 2A within a predetermined range. become.

図１（Ｃ）のＢ－Ｂ断面を示す図２に示すように、本実施の形態では、この力検出装置１Ａの中心位置に原点Ｏを有するＸＹ２次元直交座標系を定義する。図２では、図の左右方向にＸ軸（紙面右側が＋Ｘ方向）、図の上下方向にＹ軸（紙面上側が＋Ｙ方向）が定義されている。Ｘ軸はｘ軸に平行であり、Ｙ軸はｙ軸に平行である。本実施の形態では、一方向からの力として受力体３Ａが受ける＋Ｙ方向の力Ｆが検出対象となる。 As shown in FIG. 2, which shows a BB cross section of FIG. 1 (C), in the present embodiment, an XY two-dimensional Cartesian coordinate system having an origin O at the center position of the force detection device 1A is defined. In FIG. 2, the X-axis (the right side of the paper surface is the + X direction) is defined in the left-right direction of the figure, and the Y-axis (the upper side of the paper surface is the + Y direction) is defined in the vertical direction of the figure. The X-axis is parallel to the x-axis and the Y-axis is parallel to the y-axis. In the present embodiment, the force F in the + Y direction received by the receiving body 3A as the force from one direction is the detection target.

図２に示すように、力検出装置１Ａにおいて、固定体２Ａは、原点Ｏに中心が位置する円柱状の部分を有する。また、受力体３Ａは、その外側を取り囲むように配置された矩形枠状の部分を有する。固定体２Ａは、受力体３Ａと空間を隔てて配置されている。受力体３Ａは、検出対象となる＋Ｙ方向の力Ｆを受ける。力Ｆを受けていない状態では、固定体２Ａ（円柱状の部分）の中心と受力体３Ａの中心とが一致している。 As shown in FIG. 2, in the force detection device 1A, the fixed body 2A has a columnar portion whose center is located at the origin O. Further, the receiving body 3A has a rectangular frame-shaped portion arranged so as to surround the outside thereof. The fixed body 2A is arranged so as to be separated from the receiving body 3A. The receiving body 3A receives a force F in the + Y direction to be detected. In the state where the force F is not received, the center of the fixed body 2A (cylindrical portion) and the center of the receiving body 3A coincide with each other.

さらに、力検出装置１Ａは、４つの変形体４を備える。各変形体４は、固定体２Ａと受力体３Ａとの間に配置され、固定体２Ａと受力体３Ａとを接続する。より具体的には、変形体４は、固定体２Ａの外側面と受力体３Ａの内側面とを接続する。この力検出装置１Ａでは、変形体４として、ＸＹ２次元座標系の第１象限に配置された第１の変形体４Ａと、第２象限に配置された第２の変形体４Ｂと、第３象限に配置された第３の変形体４Ｃと、第４象限に配置された第４の変形体４Ｄと、が設けられている。以下、適宜、単に変形体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄとも呼ぶ。 Further, the force detection device 1A includes four variants 4. Each deformed body 4 is arranged between the fixed body 2A and the receiving body 3A, and connects the fixed body 2A and the receiving body 3A. More specifically, the deformed body 4 connects the outer surface of the fixed body 2A and the inner surface of the receiving body 3A. In this force detecting device 1A, as the deformed body 4, the first deformed body 4A arranged in the first quadrant of the XY two-dimensional coordinate system, the second deformed body 4B arranged in the second quadrant, and the third quadrant are used. A third variant 4C arranged in the fourth quadrant and a fourth variant 4D arranged in the fourth quadrant are provided. Hereinafter, they are also simply referred to as variants 4A, 4B, 4C, 4D as appropriate.

第１の変形体４Ａは、第１の突出体４Ａａと、第２の突出体４Ａｂと、延設体４Ａｃと、を備える。同様に、第２の変形体４Ｂは、第１の突出体４Ｂａと、第２の突出体４Ｂｂと、延設体４Ｂｃと、を備え、第３の変形体４Ｃは、第１の突出体４Ｃａと、第２の突出体４Ｃｂと、延設体４Ｃｃと、を備え、第４の変形体４Ｄは、第１の突出体４Ｄａと、第２の突出体４Ｄｂと、延設体４Ｄｃと、を備える。 The first deformed body 4A includes a first protruding body 4Aa, a second protruding body 4Ab, and an extended body 4Ac. Similarly, the second variant 4B comprises a first overhang 4Ba, a second overhang 4Bb, and an extension 4Bc, and the third variant 4C is a first overhang 4Ca. A second projecting body 4Cb and an extending body 4Cc are provided, and the fourth deformed body 4D includes a first projecting body 4Da, a second projecting body 4Db, and an extending body 4Dc. Be prepared.

第１の突出体４Ａａ～４Ｄａは、固定体２Ａにおける受力体３Ａを向いた面から受力体３Ａに向けて突出した板状の部材である。第２の突出体４Ａｂ～４Ｄｂは、受力体３Ａにおける固定体２Ａを向いた面から固定体２Ａに向けて突出した板状の部材である。延設体４Ａｃ～４Ｄｃは、第１の突出体４Ａａ～４Ｄａの先端と、第２の突出体４Ａｂ～４Ｄｂの先端とに接続されて延設された板状の部材である。延設体４Ａｃ～４Ｄｃは、原点Ｏを中心とする円の円周に沿って延びている。 The first projecting bodies 4Aa to 4Da are plate-shaped members projecting from the surface of the fixed body 2A facing the receiving body 3A toward the receiving body 3A. The second projecting bodies 4Ab to 4Db are plate-shaped members projecting from the surface of the receiving body 3A facing the fixed body 2A toward the fixed body 2A. The extending bodies 4Ac to 4Dc are plate-shaped members connected to the tips of the first protruding bodies 4Aa to 4Da and the tips of the second protruding bodies 4Ab to 4Db. The extending bodies 4Ac to 4Dc extend along the circumference of a circle centered on the origin O.

このように、４つの変形体４Ａ～４Ｄは、受力体３Ａ及び固定体２Ａに接続され、受力体３Ａとの接続点と固定体２Ａとの接続点との間隔が、受力体３Ａが受ける力Ｆに応じて変化するように、受力体３Ａ及び固定体２Ａに接続されている。 In this way, the four deformed bodies 4A to 4D are connected to the receiving body 3A and the fixed body 2A, and the distance between the connection point with the receiving body 3A and the connecting point with the fixed body 2A is the receiving body 3A. Is connected to the receiving body 3A and the fixed body 2A so as to change according to the force F received by.

ここで、第１の変形体４Ａ、第２の変形体４Ｂは、Ｘ軸を対称軸として、第４の変形体４Ｄ、第３の変形体４Ｃと線対称であり、第１の変形体４Ａ、第４の変形体４Ｄは、Ｙ軸を対称軸として、第２の変形体４Ｂ，第３の変形体４Ｃと線対称である。すなわち、本実施の形態では、受力体３Ａの中心を原点Ｏとし、受力体３Ａが受ける力Ｆの方向に沿った軸をＹ軸とし、受力体３Ａが力を受ける位置に関する軸をＸ軸とする２次元直交座標系を規定した場合に、受力体３Ａ及び固定体２Ａの対向関係が、Ｙ軸及びＸ軸に関して線対称である。 Here, the first deformed body 4A and the second deformed body 4B are line-symmetrical with the fourth deformed body 4D and the third deformed body 4C with the X axis as the axis of symmetry, and the first deformed body 4A. The fourth variant 4D is line-symmetric with the second variant 4B and the third variant 4C with the Y axis as the axis of symmetry. That is, in the present embodiment, the center of the receiving body 3A is the origin O, the axis along the direction of the force F received by the receiving body 3A is the Y axis, and the axis relating to the position where the receiving body 3A receives the force is. When a two-dimensional Cartesian coordinate system with the X axis is defined, the facing relationship between the receiving body 3A and the fixed body 2A is line symmetric with respect to the Y axis and the X axis.

ここで、４つの延設体４Ａｃ，４Ｂｃ，４Ｃｃ，４Ｄｃは、原点Ｏを中心とする半径方向の厚みが受力体３Ａと比較して薄い板状の部材であるため、受力体３Ａが受ける＋Ｙ方向の力Ｆにより、大きく弾性変形する。延設体４Ａｃ，４Ｂｃ，４Ｃｃ，４Ｄｃの中央部分には、原点Ｏを基準として若干外側へ向かって凸状に***した***部が形成されている。これらの各***部は、後述するように、変位電極を形成する便宜を図るためのものであり、本発明の検出原理上は、必要なものではない。 Here, since the four extension bodies 4Ac, 4Bc, 4Cc, and 4Dc are plate-shaped members whose thickness in the radial direction about the origin O is thinner than that of the receiving body 3A, the receiving body 3A has a thickness. Due to the force F in the + Y direction received, it is greatly elastically deformed. In the central portion of the extending bodies 4Ac, 4Bc, 4Cc, and 4Dc, a ridge portion that is slightly convex outward with respect to the origin O is formed. As will be described later, each of these raised portions is for the convenience of forming a displacement electrode, and is not necessary in terms of the detection principle of the present invention.

もちろん、力検出装置１Ａは、同一の材質からなる一体構造体であり、これを、例えば鉄、ステンレス、アルミニウムなどの金属によって構成すれば、力Ｆの作用により、すべての部分に弾性変形が生じることになる。しかしながら、固定体２Ａ、受力体３Ａに生じる弾性変形は、変形体４Ａ～４Ｄに生じる弾性変形に比べてわずかである。 Of course, the force detecting device 1A is an integral structure made of the same material, and if it is made of a metal such as iron, stainless steel, or aluminum, elastic deformation occurs in all parts due to the action of the force F. It will be. However, the elastic deformation that occurs in the fixed body 2A and the receiving body 3A is smaller than the elastic deformation that occurs in the deformed bodies 4A to 4D.

力検出装置１Ａは、検出手段５として、４組の検出体５Ａ～５Ｄを備える。これら４組の検出体５Ａ～５Ｄは、変形体４Ａ～４Ｄに生じる弾性変形を電気的に検出する機能を有しており、いずれも静電容量素子である。すなわち、検出体５Ａ～５Ｄは、変形体４Ａ～４Ｄの外側面に形成された変位電極と、受力体３Ａの内側面に形成された固定電極と、を対向させた静電容量素子を備えている。すなわち、検出体５Ａ～５Ｄは、変形体４Ａ～４Ｄと受力体３Ａとに対向して設けられた電極同士で構成される静電容量素子を有している。＋Ｙ方向の力Ｆにより、変形体４Ａ～４Ｄが弾性変形し、静電容量素子の特性値（静電容量）が変化する。 The force detection device 1A includes four sets of detectors 5A to 5D as the detection means 5. These four sets of detectors 5A to 5D have a function of electrically detecting elastic deformation occurring in the deformed bodies 4A to 4D, and all of them are capacitive elements. That is, the detectors 5A to 5D include a capacitance element in which a displacement electrode formed on the outer surface of the deformed bodies 4A to 4D and a fixed electrode formed on the inner surface of the receiving body 3A face each other. ing. That is, the detectors 5A to 5D have a capacitance element composed of electrodes provided facing the deformed bodies 4A to 4D and the receiving body 3A. Due to the force F in the + Y direction, the deformed bodies 4A to 4D are elastically deformed, and the characteristic value (capacitance) of the capacitance element changes.

続いて、図１に示す力検出装置１Ａの動作について、図３を参照しながら説明する。なお、実際には、受力体３Ａは矩形枠状であるが、図３においては、発明の理解を容易にするために、受力体３Ａを、円形枠状で示している。 Subsequently, the operation of the force detection device 1A shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. Actually, the receiving body 3A has a rectangular frame shape, but in FIG. 3, the receiving body 3A is shown in a circular frame shape in order to facilitate the understanding of the invention.

延設体４Ａｃ，４Ｂｃ，４Ｃｃ，４Ｄｃの外側面の４箇所には、それぞれ変位電極Ｅ１１，Ｅ１２，Ｅ１３，Ｅ１４が設けられており、変位電極Ｅ１１，Ｅ１２，Ｅ１３，Ｅ１４に対向する受力体３Ａの内側面の４箇所には、それぞれ固定電極Ｆ１１，Ｆ１２，Ｆ１３，Ｆ１４が設けられている。 Displacement electrodes E11, E12, E13, and E14 are provided at four locations on the outer surface of the extension body 4Ac, 4Bc, 4Cc, and 4Dc, respectively, and a receiving body facing the displacement electrodes E11, E12, E13, and E14. Fixed electrodes F11, F12, F13, and F14 are provided at four locations on the inner surface of the 3A, respectively.

より具体的には、延設体４Ａｃの外側面の***部には変位電極Ｅ１１が設けられ、受力体３Ａの対向面には、変位電極Ｅ１１に対向する固定電極Ｆ１１が設けられている。これら一対の電極（変位電極Ｅ１１，固定電極Ｆ１１）は、静電容量素子を構成する。第１の検出体５Ａは、この静電容量素子に他ならない。 More specifically, the displacement electrode E11 is provided on the raised portion of the outer surface of the extension body 4Ac, and the fixed electrode F11 facing the displacement electrode E11 is provided on the facing surface of the receiving body 3A. These pair of electrodes (displacement electrode E11, fixed electrode F11) constitute a capacitance element. The first detector 5A is nothing but this capacitance element.

また、延設体４Ｂｃの外側面の***部に変位電極Ｅ１２が設けられ、受力体３Ａの対向面に固定電極Ｆ１２が設けられて、第２の検出体５Ｂとなる静電容量素子が構成される。同様に、延設体４Ｃｃの外側面の***部に変位電極Ｅ１３が設けられ、受力体３Ａの対向面に固定電極Ｆ１３が設けられ、第３の検出体５Ｃとなる静電容量素子が構成される。また、延設体４Ｄｃの外側面の***部に変位電極Ｅ１４が設けられ、受力体３Ａの対向面に固定電極Ｆ１４が設けられて、第４の検出体５Ｄとなる静電容量素子が構成される。 Further, a displacement electrode E12 is provided on the raised portion of the outer surface of the extension body 4Bc, and a fixed electrode F12 is provided on the facing surface of the receiving body 3A to form a capacitance element to be the second detection body 5B. Will be done. Similarly, the displacement electrode E13 is provided on the raised portion of the outer surface of the extending body 4Cc, the fixed electrode F13 is provided on the facing surface of the receiving body 3A, and the capacitance element serving as the third detection body 5C is configured. Will be done. Further, a displacement electrode E14 is provided on the raised portion of the outer surface of the extending body 4Dc, and a fixed electrode F14 is provided on the facing surface of the receiving body 3A to form a capacitance element to be the fourth detection body 5D. Will be done.

なお、延設体４Ａｃ，４Ｂｃ，４Ｃｃ，４Ｄｃの外側面の***部と各変位電極Ｅ１１～Ｅ１４との間には絶縁基板が挿入され、受力体３Ａと各固定電極Ｆ１１～Ｆ１４との間にも絶縁基板が挿入されている。本実施の形態では、力検出装置１Ａが金属からなる一体構造体によって構成されており、個々の電極を電気的に独立させる必要があるためである。したがって、力検出装置１Ａを樹脂などの絶縁材料によって構成した場合は、絶縁基板を設ける必要はない。 An insulating substrate is inserted between the raised portion of the outer surface of the extending bodies 4Ac, 4Bc, 4Cc, and 4Dc and the displacement electrodes E11 to E14, and between the receiving body 3A and the fixed electrodes F11 to F14. Insulation substrate is also inserted in. This is because in the present embodiment, the force detection device 1A is composed of an integral structure made of metal, and it is necessary to make the individual electrodes electrically independent. Therefore, when the force detection device 1A is made of an insulating material such as resin, it is not necessary to provide an insulating substrate.

ここで、力検出装置１Ａの検出動作を説明するうえで、便宜上、図３に示すように、固定体２Ａと変形体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄとの接続点である内側支持点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４、及び、受力体３Ａと変形体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄとの接続点である外側支持点Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４、を定義する。 Here, in order to explain the detection operation of the force detecting device 1A, for convenience, as shown in FIG. 3, the inner support points P1 and P2 which are the connection points between the fixed body 2A and the deformed bodies 4A, 4B, 4C and 4D. , P3, P4, and outer support points Q1, Q2, Q3, Q4, which are connection points between the receiving body 3A and the deformed bodies 4A, 4B, 4C, and 4D.

固定体２Ａを固定した状態において、受力体３Ａに対して、図３に矢印で示すように、＋Ｙ方向の力ＦがＸ＝０の位置で作用した場合に、変形体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄにどのような変形が生じるかを考えてみる。この場合、内側支持点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、固定体２Ａに接続されているため固定点になる。一方、外側支持点Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４は、受力体３Ａに接続されているため、受力体３Ａに対して＋Ｙ方向の力ＦがＸ＝０の位置で作用した場合、その力Ｆの作用を受ける。 With the fixed body 2A fixed, when the force F in the + Y direction acts on the receiving body 3A at the position of X = 0 as shown by the arrow in FIG. 3, the deformed bodies 4A, 4B, 4C , Let's think about what kind of deformation occurs in 4D. In this case, the inner support points P1, P2, P3, and P4 are fixed points because they are connected to the fixed body 2A. On the other hand, since the outer support points Q1, Q2, Q3, and Q4 are connected to the receiving body 3A, when the force F in the + Y direction acts on the receiving body 3A at the position of X = 0, the force is applied. It is affected by F.

そうすると、例えば、点Ｑ１は点Ｐ１から遠ざかるように移動するので、第１の変形体４Ａ（延設体４Ａｃ）は半径方向内側にへこむように変形する。その結果、変位電極Ｅ１１は、固定電極Ｆ１１から遠ざかり、両電極によって構成される静電容量素子（第１の検出体５Ａ）の静電容量は減少する。この静電容量の変化量をＣ１とする。同様に、点Ｑ２は点Ｐ２から遠ざかるように移動するので、第２の変形体４Ｂ（延設体４Ｂｃ）も半径方向内側にへこむように変形する。その結果、変位電極Ｅ１２は、固定電極Ｆ１２から遠ざかり、両電極によって構成される静電容量素子（第２の検出体５Ｂ）の静電容量は減少する。この静電容量の変化量をＣ２とする。 Then, for example, since the point Q1 moves away from the point P1, the first deformed body 4A (extended body 4Ac) is deformed so as to be dented inward in the radial direction. As a result, the displacement electrode E11 moves away from the fixed electrode F11, and the capacitance of the capacitance element (first detector 5A) composed of both electrodes decreases. Let C1 be the amount of change in this capacitance. Similarly, since the point Q2 moves away from the point P2, the second deformed body 4B (extended body 4Bc) is also deformed so as to be dented inward in the radial direction. As a result, the displacement electrode E12 moves away from the fixed electrode F12, and the capacitance of the capacitance element (second detector 5B) composed of both electrodes decreases. Let C2 be the amount of change in this capacitance.

一方、点Ｑ３は点Ｐ３に近づくように移動するので、第３の変形体４Ｃ（延設体４Ｃｃ）は半径方向外側に膨らむように変形する。その結果、変位電極Ｅ１３は、固定電極Ｆ１３へ近づき、両電極によって構成される静電容量素子（第３の検出体５Ｃ）の静電容量は増加する。この静電容量の変化量をＣ３とする。また、点Ｑ４は点Ｐ４に近づくように移動するので、第４の変形体４Ｄ（延設体４Ｄｃ）は半径方向外側に膨らむように変形する。その結果、変位電極Ｅ１４は、固定電極Ｆ１４に近づき、両電極によって構成される静電容量素子（第４の検出体５Ｄ）の静電容量は増加する。この静電容量の変化量をＣ４とする。静電容量の変化量Ｃ１～Ｃ４を求めると、図４に示すようになる。 On the other hand, since the point Q3 moves so as to approach the point P3, the third deformed body 4C (extended body 4Cc) is deformed so as to bulge outward in the radial direction. As a result, the displacement electrode E13 approaches the fixed electrode F13, and the capacitance of the capacitance element (third detector 5C) composed of both electrodes increases. Let C3 be the amount of change in this capacitance. Further, since the point Q4 moves so as to approach the point P4, the fourth deformed body 4D (extended body 4Dc) is deformed so as to bulge outward in the radial direction. As a result, the displacement electrode E14 approaches the fixed electrode F14, and the capacitance of the capacitance element (fourth detector 5D) composed of both electrodes increases. Let C4 be the amount of change in this capacitance. When the changes in capacitance C1 to C4 are obtained, they are as shown in FIG.

なお、固定体２Ａを固定した状態において、－Ｙ方向の力が受力体３Ａに対して作用した場合、上述とは逆となる動きが生じ、静電容量の変化量Ｃ１～Ｃ４は、上述とは逆となる変化を示す。 In the state where the fixed body 2A is fixed, when a force in the −Y direction acts on the receiving body 3A, a movement opposite to the above occurs, and the changes in capacitance C1 to C4 are described above. Shows the opposite change.

このように、検出手段５では、複数の検出体（静電容量素子）５Ａ～５Ｄが、ＸＹ２次元直交座標系の第１象限から第４象限までの各象限に配設されている。変形体４Ａ～４Ｄは、固定体２Ａ及び受力体３Ａとの接続点の間隔の変化に応じて一方の電極の位置が変化するように湾曲しており、その湾曲により静電容量が変化する。その静電容量の変化量Ｃ１～Ｃ４に基づいて、力Ｆの大きさや力Ｆを受ける位置を検出することができる。 As described above, in the detection means 5, a plurality of detectors (capacitance elements) 5A to 5D are arranged in each quadrant from the first quadrant to the fourth quadrant of the XY two-dimensional Cartesian coordinate system. The deformed bodies 4A to 4D are curved so that the position of one of the electrodes changes according to the change in the distance between the connection points of the fixed body 2A and the receiving body 3A, and the capacitance changes due to the bending. .. Based on the changes in capacitance C1 to C4, the magnitude of the force F and the position where the force F is received can be detected.

図１に示すように、力検出装置１Ａには、駆動制御部１０が接続されている。駆動制御部１０は、力検出装置１Ａへ電力を供給するとともに、静電容量素子５Ａ～５Ｄの静電容量の変化量Ｃ１～Ｃ４を入力し、静電容量素子５Ａ～５Ｄの静電容量の変化量Ｃ１～Ｃ４に基づいて、力Ｆの大きさや力Ｆを受ける位置を演算により検出する検出手段５の一部としての演算部６を備える。 As shown in FIG. 1, a drive control unit 10 is connected to the force detection device 1A. The drive control unit 10 supplies electric power to the force detection device 1A, inputs the changes in capacitance C1 to C4 of the capacitance elements 5A to 5D, and inputs the capacitance of the capacitance elements 5A to 5D. A calculation unit 6 is provided as a part of the detection means 5 for detecting the magnitude of the force F and the position where the force F is received by calculation based on the amounts of change C1 to C4.

演算部６は、静電容量の変化量Ｃ１～Ｃ４を入力し、以下の式の計算結果Ｌ１に基づいて、力Ｆの大きさを算出する。
Ｌ１＝（Ｃ４－Ｃ１）＋（Ｃ３－Ｃ２）…（１）
計算結果Ｌ１と力Ｆとの間には相関関係がある。計算結果Ｌ１を求めれば、そのときの力Ｆを求めることができる。 The calculation unit 6 inputs the changes in capacitance C1 to C4, and calculates the magnitude of the force F based on the calculation result L1 of the following formula.
L1 = (C4-C1) + (C3-C2) ... (1)
There is a correlation between the calculation result L1 and the force F. If the calculation result L1 is obtained, the force F at that time can be obtained.

例えば、図４に示すように、受力体３Ａが＋Ｙ方向の力ＦをＸ＝０の位置で受けると、静電容量素子５Ａ～５Ｄにおける静電容量の変化量Ｃ１～Ｃ４については、Ｃ１，Ｃ２が－ΔＣだけ減少し、Ｃ３，Ｃ４が＋ΔＣだけ増加し、力Ｆの大きさが大きくなればなるほど、Ｃ１，Ｃ２が減少し、Ｃ３，Ｃ４が増加して、計算結果Ｌ１も大きくなる。逆に言えば、計算結果Ｌ１を求めれば、相関関係から、力Ｆの大きさを求めることができる。 For example, as shown in FIG. 4, when the receiving body 3A receives the force F in the + Y direction at the position of X = 0, the change amounts C1 to C4 of the capacitance in the capacitance elements 5A to 5D are C1. , C2 decreases by -ΔC, C3 and C4 increase by + ΔC, and as the magnitude of the force F increases, C1 and C2 decrease, C3 and C4 increase, and the calculation result L1 also increases. .. Conversely, if the calculation result L1 is obtained, the magnitude of the force F can be obtained from the correlation.

なお、上記式（１）では、Ｃ４とＣ１との差分となっているが、静電容量素子５Ａと静電容量素子５Ｄとは、固定体２Ａと受力体３Ａとの向きが逆となっているため、実際には、この項は、第１、第４象限の静電容量素子５Ａ，５Ｄの静電容量の変化量の和に対応する。また、上記式（１）では、Ｃ３とＣ２との差分となっているが、静電容量素子５Ｂと静電容量素子５Ｃとは、固定体２Ａと受力体３Ａとの向きが逆となっているため、実際には、この項は、第３、第２象限の静電容量素子５Ｃ，５Ｂの静電容量の変化量の和に対応する。したがって、上記式（１）は、第１、第２、第３、第４象限の静電容量素子５Ａ～５Ｄの静電容量の変化量の総和に対応する。 In the above equation (1), the difference between C4 and C1 is obtained, but the directions of the fixed body 2A and the receiving body 3A of the capacitance element 5A and the capacitance element 5D are opposite to each other. Therefore, in reality, this term corresponds to the sum of the changes in the capacitance of the capacitance elements 5A and 5D in the first and fourth quadrants. Further, in the above equation (1), the difference between C3 and C2 is obtained, but the directions of the fixed body 2A and the receiving body 3A of the capacitance element 5B and the capacitance element 5C are opposite to each other. Therefore, in reality, this term corresponds to the sum of the changes in the capacitance of the capacitance elements 5C and 5B in the third and second quadrants. Therefore, the above equation (1) corresponds to the total amount of changes in the capacitance of the capacitance elements 5A to 5D in the first, second, third, and fourth quadrants.

さらに、演算部６は、静電容量素子５Ａ～５Ｄの静電容量の変化量Ｃ１～Ｃ４を用いて、以下の式の計算結果Ｌ２に基づいて、受力体３Ａが力Ｆを受けるＸ軸上の位置Δｘ（図５参照）を検出する。
Ｌ２＝（Ｃ２－Ｃ１）＋（Ｃ４－Ｃ３）…（２）
計算結果Ｌ２と力Ｆを受けるＸ軸上の位置との間には相関関係があり、計算結果Ｌ２を用いれば、受力体３Ａが力Ｆを受けるＸ軸上の位置Δｘを検出することができる。 Further, the calculation unit 6 uses the capacitance changes C1 to C4 of the capacitance elements 5A to 5D, and the X-axis in which the receiving body 3A receives the force F based on the calculation result L2 of the following equation. The upper position Δx (see FIG. 5) is detected.
L2 = (C2-C1) + (C4-C3) ... (2)
There is a correlation between the calculation result L2 and the position on the X-axis that receives the force F, and if the calculation result L2 is used, it is possible to detect the position Δx on the X-axis where the receiving body 3A receives the force F. can.

ここで、受力体３Ａが＋Ｙ方向の力Ｆを受ける位置と、計算結果Ｌ２との関係について考える。図４に示すように、＋Ｙ方向の力Ｆを受ける位置がＸ＝０である場合には、Ｃ１＝Ｃ２＝－ΔＣ，Ｃ３＝Ｃ４＝＋ΔＣとなるため、計算結果Ｌ２は０となり、受力体３Ａが＋Ｙ方向の力Ｆを受ける位置はＸ＝０であると検出される。一方、図５に示すように、＋Ｙ方向の力Ｆを受ける位置がＸ＝０からＸ＝Δｘへ変化した場合には、静電容量素子５Ａ～５Ｄにおける静電容量の変化量Ｃ１～Ｃ４は、図４に示す状態から、図６に示す状態に変化する。 Here, consider the relationship between the position where the receiving body 3A receives the force F in the + Y direction and the calculation result L2. As shown in FIG. 4, when the position where the force F in the + Y direction is received is X = 0, C1 = C2 = −ΔC, C3 = C4 = + ΔC, so that the calculation result L2 is 0 and the receiving force is received. The position where the body 3A receives the force F in the + Y direction is detected as X = 0. On the other hand, as shown in FIG. 5, when the position where the force F in the + Y direction is received changes from X = 0 to X = Δx, the change amounts C1 to C4 of the capacitance in the capacitance elements 5A to 5D are , The state shown in FIG. 4 changes to the state shown in FIG.

図６に示すように、静電容量の変化量Ｃ１は－ΔＣから減少し、静電容量の変化量Ｃ２は－ΔＣから増加し、静電容量の変化量Ｃ３はΔＣから減少し、静電容量の変化量Ｃ４はΔＣから増加する。この場合、計算結果Ｌ２の各項であるＣ２－Ｃ１及びＣ４－Ｃ３は正の値となる。Δｘが大きくなればなるほど、計算結果Ｌ２の値は大きくなり単調増加となる。したがって、予め計算結果Ｌ２とΔｘとの相関関係が既知であれば、計算結果Ｌ２に基づいて、＋Ｙ方向の力Ｆを受ける位置Δｘを求めることができる。 As shown in FIG. 6, the change amount C1 of the capacitance decreases from −ΔC, the change amount C2 of the capacitance increases from −ΔC, and the change amount C3 of the capacitance decreases from ΔC, and the static electricity. The amount of change in capacitance C4 increases from ΔC. In this case, C2-C1 and C4-C3, which are the terms of the calculation result L2, have positive values. The larger Δx, the larger the value of the calculation result L2 and the monotonically increasing. Therefore, if the correlation between the calculation result L2 and Δx is known in advance, the position Δx that receives the force F in the + Y direction can be obtained based on the calculation result L2.

なお、上記式（２）では（Ｃ２－Ｃ１）と（Ｃ４－Ｃ３）との和を算出している。これは、静電容量素子５Ａ，５Ｂと静電容量素子５Ｄ，５Ｃとは、固定体２Ａと受力体３Ａとの向きが逆となっているためである。この式は、第１象限と第２象限における静電容量素子５Ａ，５Ｂの静電容量の変化量Ｃ１，Ｃ２の違いと、第３象限と第４象限における静電容量素子５Ｃ，５Ｄの静電容量の変化量Ｃ３，Ｃ４の違いとの和に対応する。 In the above formula (2), the sum of (C2-C1) and (C4-C3) is calculated. This is because the capacitance elements 5A and 5B and the capacitance elements 5D and 5C have opposite directions of the fixed body 2A and the receiving body 3A. This equation shows the difference between the changes in capacitance C1 and C2 of the capacitance elements 5A and 5B in the first and second quadrants, and the static of the capacitance elements 5C and 5D in the third and fourth quadrants. Corresponds to the sum of the changes in the capacitance C3 and C4.

ここで、図７に示すように、受力体３Ａが原点Ｏまわり（左まわり）のトルクを受けた場合について考える。この場合、Ｑ１－Ｐ１間、Ｑ３－Ｐ３間は広くなり、Ｑ２－Ｐ２間、Ｑ４－Ｐ４間は狭くなる。このため、図８に示すように、静電容量素子５Ａ，５Ｃの静電容量の変化量Ｃ１，Ｃ３は減少して－ΔＣとなり、静電容量素子５Ｂ，５Ｄの静電容量の変化量Ｃ２，Ｃ４は増加してΔＣとなるが、上記式（１）の計算結果Ｌ１は０となる。したがって、上記式（１）を用いれば、原点Ｏまわりのトルクの成分を除去した状態で力Ｆを検出することができる。 Here, as shown in FIG. 7, consider the case where the receiving body 3A receives the torque around the origin O (counterclockwise). In this case, the space between Q1-P1 and Q3-P3 becomes wide, and the space between Q2-P2 and Q4-P4 becomes narrow. Therefore, as shown in FIG. 8, the changes in capacitance C1 and C3 of the capacitance elements 5A and 5C decrease to −ΔC, and the change in capacitance of the capacitance elements 5B and 5D C2. , C4 increases to ΔC, but the calculation result L1 of the above equation (1) becomes 0. Therefore, if the above equation (1) is used, the force F can be detected in a state where the torque component around the origin O is removed.

このように複数の静電容量素子５Ａ～５Ｄを用いた検出は、検出誤差を低減する上で効果的である。例えば、温度環境の変化により、力検出装置１Ａの各部に膨張や収縮が生じ、各静電容量素子５Ａ～５Ｄの電極間隔が変化した場合にも、上記差分検出を行えば、そのような電極間隔の変化に基づいて生じる誤差を相殺することができる。 As described above, the detection using a plurality of capacitance elements 5A to 5D is effective in reducing the detection error. For example, even if each part of the force detection device 1A expands or contracts due to a change in the temperature environment and the electrode spacing of each capacitance element 5A to 5D changes, such an electrode can be detected by performing the above difference detection. The error caused by the change in the interval can be offset.

以上詳細に説明したように、本実施の形態によれば、受力体３Ａが受ける力Ｆの方向（Ｙ軸方向）に交差するＸ軸方向に配列され、受力体３Ａと固定体２Ａとの相対変位に応じて静電容量が変動する複数の静電容量素子５Ａ～５Ｄを有しているので、その静電容量の変化量Ｃ１～Ｃ４の違いに基づいて、力Ｆが加えられる位置を検出することができる。 As described in detail above, according to the present embodiment, the receiving body 3A is arranged in the X-axis direction intersecting the direction of the force F received (Y-axis direction), and the receiving body 3A and the fixed body 2A are arranged. Since it has a plurality of capacitance elements 5A to 5D whose capacitance varies according to the relative displacement of the above, the position where the force F is applied based on the difference in the amount of change in the capacitance C1 to C4. Can be detected.

また、本実施の形態によれば、静電容量素子５Ａ～５Ｄの変位電極Ｅ１１～Ｅ１４は、変形体４Ａ～４Ｄに設けられている。変形体４Ａ～４Ｄは、受力体３Ａとの接続点と固定体２Ａとの接続点との間隔が、受力体３Ａが受ける力に応じて変化するように、受力体３Ａ及び固定体２Ａに接続され、接続点の間隔の変化に応じて一方の電極（変位電極Ｅ１１～Ｅ１４）の位置が変化するように湾曲している。このような構成にすれば、変形体４Ａ～４Ｄの湾曲により変位電極Ｅ１１～Ｅ１４の変位を大きくすることができる。この結果、静電容量素子５Ａ～５Ｄの静電容量の変化量Ｃ１～Ｃ４を大きくすることができるので、力検出装置１Ａの感度を大きくして、力Ｆが加えられる位置の検出精度を高くすることができる。 Further, according to the present embodiment, the displacement electrodes E11 to E14 of the capacitance elements 5A to 5D are provided on the deformed bodies 4A to 4D. The deformed bodies 4A to 4D are the receiving body 3A and the fixed body so that the distance between the connecting point with the receiving body 3A and the connecting point with the fixed body 2A changes according to the force received by the receiving body 3A. It is connected to 2A and is curved so that the position of one of the electrodes (displacement electrodes E11 to E14) changes according to the change in the distance between the connection points. With such a configuration, the displacement of the displacement electrodes E11 to E14 can be increased by the curvature of the deformed bodies 4A to 4D. As a result, since the change amounts C1 to C4 of the capacitance of the capacitance elements 5A to 5D can be increased, the sensitivity of the force detection device 1A is increased and the detection accuracy of the position where the force F is applied is increased. can do.

なお、検出手段５では、静電容量素子５Ａ～５Ｄの一方の変位電極Ｅ１１～Ｅ１４が、変形体４Ａ～４Ｄに設けられ、静電容量素子５Ａ～５Ｄの他方の固定電極Ｆ１１～Ｆ１４が、受力体３Ａに設けられているが、他方の固定電極Ｆ１１～Ｆ１４は、固定体２Ａに設けられていてもよい。 In the detecting means 5, one of the displacement electrodes E11 to E14 of the capacitance elements 5A to 5D is provided on the deformed bodies 4A to 4D, and the other fixed electrodes F11 to F14 of the capacitance elements 5A to 5D are provided. Although it is provided on the receiving body 3A, the other fixed electrodes F11 to F14 may be provided on the fixed body 2A.

検出手段５では、静電容量素子５Ａ～５Ｄが、受力体３Ａが受ける力の方向に沿って複数配列されている。これにより、力Ｆの位置を検出するための情報の数を増やすことができるので、力Ｆの位置を精度良く検出することができる。 In the detecting means 5, a plurality of capacitance elements 5A to 5D are arranged along the direction of the force received by the receiving body 3A. As a result, the number of pieces of information for detecting the position of the force F can be increased, so that the position of the force F can be detected with high accuracy.

実施の形態２
次に、本発明の実施の形態２について図面を参照して詳細に説明する。 Embodiment 2
Next, Embodiment 2 of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図９に示すように、本実施の形態に係る力検出装置１Ｂは、全体が矩形平板状である。力検出装置１Ｂは、固定体２Ｂと受力体３Ｂとを主たる構成要素とし、固定体２Ｂと受力体３ＢとカバーＫＣとで力検出装置１Ａの全体の外形が形成される。図９（Ａ）、図９（Ｂ）及び図９（Ｃ）に示すように、固定体２Ｂと受力体３Ｂとがｚ軸方向に組み合わされて、力検出装置１Ｂが構成されている。 As shown in FIG. 9, the force detection device 1B according to the present embodiment has a rectangular flat plate shape as a whole. The force detecting device 1B has a fixed body 2B and a receiving body 3B as main components, and the fixed body 2B, the receiving body 3B, and the cover KC form the entire outer shape of the force detecting device 1A. As shown in FIGS. 9A, 9B and 9C, the fixed body 2B and the receiving body 3B are combined in the z-axis direction to form the force detecting device 1B.

固定体２Ｂは、受力体３Ｂと空間を隔てて配置されており、受力体３Ｂは、固定体２Ｂに固定される外部の部材とは別の部材に保持されている。カバーＫＣは、固定体２Ｂの一部及び受力体３Ｂを覆う。受力体３Ｂは、カバーＫＣに固定されており、検出対象となる＋Ｙ軸方向の力Ｆを、カバーＫＣを介して受ける。一方で、固定体２ＢはカバーＫＣに固定されていない。このため、固定体２ＢとカバーＫＣ（受力体３Ｂ）とを、それぞれ別々の外部の部材に保持させることで、受力体３Ｂは、固定体２Ｂに対し、予め定められた範囲においてｘｙ平面上を移動可能になる。なお、力Ｆを受けていない状態では、固定体２Ｂの中心と受力体３Ｂの中心とが原点Ｏで一致している。 The fixed body 2B is arranged so as to be separated from the receiving body 3B, and the receiving body 3B is held by a member different from the external member fixed to the fixed body 2B. The cover KC covers a part of the fixed body 2B and the receiving body 3B. The receiving body 3B is fixed to the cover KC, and receives a force F in the + Y-axis direction to be detected via the cover KC. On the other hand, the fixed body 2B is not fixed to the cover KC. Therefore, by holding the fixed body 2B and the cover KC (receiving body 3B) on separate external members, the receiving body 3B has an xy plane with respect to the fixed body 2B within a predetermined range. You will be able to move on. In the state where the force F is not received, the center of the fixed body 2B and the center of the receiving body 3B coincide with each other at the origin O.

力検出装置１Ｂにおいては、変形体４（４Ａ～４Ｄ）は設けられていない。一方、力検出装置１Ｂにおいて、固定体２Ｂには、受力体３Ｂ（＋ｚ方向に）に向けて突出する突出部２Ｂａ～２Ｂｄが設けられている。また、受力体３Ｂには、固定体２Ｂ（－ｚ方向に）に向けて突出する突出部３Ｂａが設けられている。図１０に示すように、突出部２Ｂａ～２Ｂｄと突出部３Ｂａとは、Ｙ軸方向に対向するように配置される。力検出装置１Ｂでは、検出手段５としての検出体５Ａ～５Ｄは、突出部２Ｂａ～２Ｂｄと、突出部３Ｂａとの間に設けられている。 In the force detection device 1B, the deformed body 4 (4A to 4D) is not provided. On the other hand, in the force detecting device 1B, the fixed body 2B is provided with protruding portions 2Ba to 2Bd protruding toward the receiving body 3B (in the + z direction). Further, the receiving body 3B is provided with a protruding portion 3Ba that protrudes toward the fixed body 2B (in the −z direction). As shown in FIG. 10, the protruding portions 2Ba to 2Bd and the protruding portions 3Ba are arranged so as to face each other in the Y-axis direction. In the force detection device 1B, the detection bodies 5A to 5D as the detection means 5 are provided between the protrusions 2Ba to 2Bd and the protrusions 3Ba.

突出部２Ｂａ～２Ｂｄの側面には、それぞれ固定電極（第２の電極）Ｆ１１，Ｆ１２，Ｆ１３，Ｆ１４が設けられている。突出部３Ｂａには、固定電極（第２の電極）Ｆ１１，Ｆ１２，Ｆ１３，Ｆ１４に対向して、それぞれ変位電極（第１の電極）Ｅ１１，Ｅ１２，Ｅ１３，Ｅ１４が設けられている。すなわち、力検出装置１Ｂでは、静電容量素子５Ａ～５Ｄの一方の変位電極Ｅ１１，Ｅ１２，Ｅ１３，Ｅ１４が、受力体３Ｂに設けられ、静電容量素子５Ａ～５Ｄの他方の固定電極Ｆ１１，Ｆ１２，Ｆ１３，Ｆ１４が、固定体２Ｂに設けられている。したがって、変位電極Ｅ１１，固定電極Ｆ１１によって静電容量素子５Ａが構成され、変位電極Ｅ１２，固定電極Ｆ１２によって静電容量素子５Ｂが構成され、変位電極Ｅ１３，固定電極Ｆ１３によって静電容量素子５Ｃが構成され、変位電極Ｅ１４，固定電極Ｆ１４によって静電容量素子５Ｄが構成される。 Fixed electrodes (second electrodes) F11, F12, F13, and F14 are provided on the side surfaces of the protrusions 2Ba to 2Bd, respectively. Displacement electrodes (first electrodes) E11, E12, E13, and E14 are provided on the protruding portion 3Ba so as to face the fixed electrodes (second electrodes) F11, F12, F13, and F14, respectively. That is, in the force detecting device 1B, one of the displacement electrodes E11, E12, E13, E14 of the capacitance elements 5A to 5D is provided on the receiving body 3B, and the other fixed electrode F11 of the capacitance elements 5A to 5D is provided. , F12, F13, F14 are provided on the fixed body 2B. Therefore, the capacitance element 5A is configured by the displacement electrode E11 and the fixed electrode F11, the capacitance element 5B is configured by the displacement electrode E12 and the fixed electrode F12, and the capacitance element 5C is configured by the displacement electrode E13 and the fixed electrode F13. The capacitance element 5D is configured by the displacement electrode E14 and the fixed electrode F14.

固定体２Ｂを固定した状態において、受力体３Ｂに対して＋Ｙ方向の力が作用した場合に、変位電極Ｅ１１は固定電極Ｆ１１に近づくように移動し、両電極によって構成される静電容量素子（第１の検出体５Ａ）の静電容量の変化量Ｃ１は増加する。同様に、変位電極Ｅ１２は固定電極Ｆ１２に近づくように移動し、両電極によって構成される静電容量素子（第２の検出体５Ｂ）の静電容量の変化量Ｃ２は増加する。 In a state where the fixed body 2B is fixed, when a force in the + Y direction acts on the receiving body 3B, the displacement electrode E11 moves so as to approach the fixed electrode F11, and a capacitance element composed of both electrodes. The amount of change C1 in the capacitance of (first detector 5A) increases. Similarly, the displacement electrode E12 moves closer to the fixed electrode F12, and the amount of change C2 in the capacitance of the capacitance element (second detector 5B) composed of both electrodes increases.

一方、変位電極Ｅ１３は固定電極Ｆ１３から遠ざかるように移動し、両電極によって構成される静電容量素子（第３の検出体５Ｃ）の静電容量の変化量Ｃ３は減少する。同様に、変位電極Ｅ１４は固定電極Ｆ１４から遠ざかるように移動し、両電極によって構成される静電容量素子（第４の検出体５Ｄ）の静電容量値の変化量Ｃ４は減少する。 On the other hand, the displacement electrode E13 moves away from the fixed electrode F13, and the amount of change C3 in the capacitance of the capacitance element (third detector 5C) composed of both electrodes decreases. Similarly, the displacement electrode E14 moves away from the fixed electrode F14, and the amount of change C4 in the capacitance value of the capacitance element (fourth detector 5D) composed of both electrodes decreases.

なお、固定体２Ｂを固定した状態において、－Ｙ方向の力が受力体３Ｂに対して作用した場合、上述とは逆となる動きが生じ、静電容量の変化量Ｃ１～Ｃ４は、上述とは逆となる変化を示す。 In the state where the fixed body 2B is fixed, when a force in the −Y direction acts on the receiving body 3B, a movement opposite to the above occurs, and the changes in capacitance C1 to C4 are described above. Shows the opposite change.

本実施の形態でも、検出手段５では、複数の静電容量素子５Ａ～５Ｄが、ＸＹ２次元直交座標系の第１象限から第４象限までの各象限にそれぞれ配設されている。演算部６は、これらの静電容量素子５Ａ～５Ｄの静電容量の変化量Ｃ１～Ｃ４に基づいて、力Ｆの大きさや位置を検出する。 Also in this embodiment, in the detection means 5, a plurality of capacitance elements 5A to 5D are arranged in each quadrant from the first quadrant to the fourth quadrant of the XY two-dimensional Cartesian coordinate system. The calculation unit 6 detects the magnitude and position of the force F based on the changes in capacitance C1 to C4 of the capacitance elements 5A to 5D.

演算部６は、静電容量の変化量Ｃ１～Ｃ４を入力し、以下の式の計算結果Ｌ３に基づいて、力Ｆの大きさを算出する。
Ｌ３＝（Ｃ１－Ｃ４）＋（Ｃ２－Ｃ３）…（３）
計算結果Ｌ３と力Ｆとの間には相関関係があり、計算結果Ｌ３を求めれば、そのときの力Ｆを求めることができる。 The calculation unit 6 inputs the changes in capacitance C1 to C4, and calculates the magnitude of the force F based on the calculation result L3 of the following formula.
L3 = (C1-C4) + (C2-C3) ... (3)
There is a correlation between the calculation result L3 and the force F, and if the calculation result L3 is obtained, the force F at that time can be obtained.

例えば、受力体３Ｂが＋Ｙ方向の力ＦをＸ＝０で受けると、静電容量素子５Ａ～５Ｄにおける静電容量の変化量Ｃ１～Ｃ４については、図１１に示すように、Ｃ１，Ｃ２がΔＣだけ増加し、Ｃ３，Ｃ４が－ΔＣ減少する。力Ｆの大きさが大きくなればなるほど、Ｃ１，Ｃ２は増加し、Ｃ３，Ｃ４が減少して、計算結果Ｌ３も大きくなる。したがって、計算結果Ｌ３を用いれば、相関関係から、力Ｆの大きさを求めることができる。 For example, when the receiving body 3B receives a force F in the + Y direction at X = 0, the changes in capacitance C1 to C4 in the capacitance elements 5A to 5D are C1 and C2 as shown in FIG. Increases by ΔC, and C3 and C4 decrease by −ΔC. As the magnitude of the force F increases, C1 and C2 increase, C3 and C4 decrease, and the calculation result L3 also increases. Therefore, if the calculation result L3 is used, the magnitude of the force F can be obtained from the correlation.

なお、上記式（３）は、Ｃ１とＣ４との差分の項を含んでいるが、静電容量素子５Ａと静電容量素子５Ｄとは、固定体２Ｂと受力体３Ｂとの向きが逆となっているため、実際には、この項は、第１、第４象限の静電容量素子５Ａ，５Ｄの静電容量の変化量の和に対応する。また、上記式（３）は、Ｃ２とＣ３との差分の項を含んでいるが、静電容量素子５Ｂと静電容量素子５Ｃとは、固定体２Ｂと受力体３Ｂとの向きが逆となっているため、実際には、この項は、第３、第２象限の静電容量素子５Ｃ，５Ｂの静電容量の変化量の和に対応する。したがって、上記式（３）は、第１、第２、第３、第４象限の静電容量素子５Ａ～５Ｄの静電容量の変化量の総和に対応する。 Although the above equation (3) includes the term of the difference between C1 and C4, the directions of the fixed body 2B and the receiving body 3B of the capacitance element 5A and the capacitance element 5D are opposite to each other. Therefore, in reality, this term corresponds to the sum of the changes in the capacitance of the capacitance elements 5A and 5D in the first and fourth quadrants. Further, although the above equation (3) includes the term of the difference between C2 and C3, the directions of the fixed body 2B and the receiving body 3B of the capacitance element 5B and the capacitance element 5C are opposite to each other. Therefore, in reality, this term corresponds to the sum of the changes in the capacitance of the capacitance elements 5C and 5B in the third and second quadrants. Therefore, the above equation (3) corresponds to the total amount of changes in the capacitance of the capacitance elements 5A to 5D in the first, second, third, and fourth quadrants.

さらに、演算部６は、静電容量素子５Ａ～５Ｄの静電容量の変化量Ｃ１～Ｃ４を用いて、以下の式の計算結果Ｌ４に基づいて、受力体３Ｂが力Ｆを受けるＸ軸上の位置Δｘ（図１２参照）を検出する。
Ｌ４＝（Ｃ１－Ｃ２）＋（Ｃ３－Ｃ４）…（４）
計算結果Ｌ４と力Ｆを受けるＸ軸上の位置との間には相関関係があるので、計算結果Ｌ４を用いれば、受力体３Ｂが力Ｆを受けるＸ軸上の位置Δｘを検出することができる。 Further, the calculation unit 6 uses the capacitance changes C1 to C4 of the capacitance elements 5A to 5D, and the X-axis in which the receiving body 3B receives the force F based on the calculation result L4 of the following equation. The upper position Δx (see FIG. 12) is detected.
L4 = (C1-C2) + (C3-C4) ... (4)
Since there is a correlation between the calculation result L4 and the position on the X-axis that receives the force F, if the calculation result L4 is used, the position Δx on the X-axis where the receiving body 3B receives the force F can be detected. Can be done.

ここで、受力体３Ｂが＋Ｙ方向の力Ｆを受ける位置と、計算結果Ｌ４との関係について考える。図１１に示すように、＋Ｙ方向の力Ｆを受ける位置がＸ＝０である場合には、Ｃ１＝Ｃ２＝ΔＣ，Ｃ３＝Ｃ４＝－ΔＣとなるため、計算結果Ｌ４は０となり、受力体３Ｂが＋Ｙ方向の力Ｆを受ける位置はＸ＝０であると検出される。一方、＋Ｙ方向の力Ｆを受ける位置がＸ＝０からＸ＝Δｘへ変化した場合には、静電容量素子５Ａ～５Ｄにおける静電容量の変化量Ｃ１～Ｃ４は、図１１に示す状態から、図１２に示す状態に変化する。 Here, consider the relationship between the position where the receiving body 3B receives the force F in the + Y direction and the calculation result L4. As shown in FIG. 11, when the position where the force F in the + Y direction is received is X = 0, C1 = C2 = ΔC, C3 = C4 = −ΔC, so that the calculation result L4 is 0 and the receiving force is received. The position where the body 3B receives the force F in the + Y direction is detected as X = 0. On the other hand, when the position where the force F in the + Y direction is received changes from X = 0 to X = Δx, the changes in capacitance C1 to C4 in the capacitance elements 5A to 5D are from the state shown in FIG. , The state changes to the state shown in FIG.

すなわち、静電容量の変化量Ｃ１はΔＣから増加し、静電容量の変化量Ｃ２はΔＣから減少し、静電容量の変化量Ｃ３は－ΔＣから増加し、静電容量の変化量Ｃ４は－ΔＣから減少する。これにより、Ｃ１－Ｃ２及びＣ３－Ｃ４は正の値となる。Δｘが大きくなればなるほど、計算結果Ｌ４の値は大きくなる。したがって、計算結果Ｌ４に基づいて、＋Ｙ方向の力Ｆを受ける位置Δｘを求めることができる。 That is, the change amount C1 of the capacitance increases from ΔC, the change amount C2 of the capacitance decreases from ΔC, the change amount C3 of the capacitance increases from −ΔC, and the change amount C4 of the capacitance increases. Decreases from -ΔC. As a result, C1-C2 and C3-C4 have positive values. The larger Δx, the larger the value of the calculation result L4. Therefore, based on the calculation result L4, the position Δx that receives the force F in the + Y direction can be obtained.

なお、上記式（４）では（Ｃ１－Ｃ２）と（Ｃ３－Ｃ４）との和を算出している。これは、静電容量素子５Ａ，５Ｂと静電容量素子５Ｄ，５Ｃについて、固定体２Ｂと受力体３Ｂとの向きが逆となっているためである。この式は、第１象限と第２象限における静電容量素子５Ａ，５Ｂの静電容量の変化量Ｃ１，Ｃ２の違いと、第３象限と第４象限における静電容量素子５Ｃ，５Ｄの静電容量の変化量Ｃ３，Ｃ４の違いとの和に対応する。 In the above formula (4), the sum of (C1-C2) and (C3-C4) is calculated. This is because the directions of the fixed body 2B and the receiving body 3B are opposite to each other for the capacitance elements 5A and 5B and the capacitance elements 5D and 5C. This equation shows the difference between the changes in capacitance C1 and C2 of the capacitance elements 5A and 5B in the first and second quadrants, and the static of the capacitance elements 5C and 5D in the third and fourth quadrants. Corresponds to the sum of the changes in the capacitance C3 and C4.

以上述べたように、本実施の形態によれば、静電容量素子５Ａ～５Ｄの一方の変位電極Ｅ１１～Ｅ１４が、受力体３Ｂに設けられ、静電容量素子５Ａ～５Ｄの他方の固定電極Ｆ１１～Ｆ１４が、固定体２Ｂに設けられている。このようにすれば、変形体４Ａ～４Ｄを備える必要がなくなるので、部品点数を減らし、装置構成を簡単なものとして、故障の発生を低減したり、装置の寿命を延ばしたりすることができる。 As described above, according to the present embodiment, one of the displacement electrodes E11 to E14 of the capacitance elements 5A to 5D is provided on the receiving body 3B, and the other of the capacitance elements 5A to 5D is fixed. The electrodes F11 to F14 are provided on the fixed body 2B. By doing so, it is not necessary to provide the deformed bodies 4A to 4D, so that the number of parts can be reduced, the device configuration can be simplified, the occurrence of failure can be reduced, and the life of the device can be extended.

実施の形態３
次に、本発明の実施の形態３について図面を参照して詳細に説明する。 Embodiment 3
Next, Embodiment 3 of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１３に示すように、本実施の形態では、固定体２Ｃと受力体３Ｃとの間を接続する接続体７が設けられている点が上記実施の形態と異なる。また、本実施の形態に係る力検出装置１Ｃでは、第１象限に第１の変形体４Ａ’及び第１の検出体５Ａが設けられ、第２象限に第２の変形体４Ｂ’及び第２の検出体５Ｂが設けられ、第３象限に第３の変形体４Ｃ’及び第３の検出体５Ｃが設けられ、第４象限に第４の変形体４Ｄ’及び第４の検出体５Ｄが設けられている。本実施の形態では、第１の変形体４Ａ’～第４の変形体４Ｄ’の形状と、第１の検出体５Ａ～第４の検出体５Ｄの向きが、上記実施の形態１と異なっている。 As shown in FIG. 13, the present embodiment is different from the above-described embodiment in that the connecting body 7 for connecting the fixed body 2C and the receiving body 3C is provided. Further, in the force detecting device 1C according to the present embodiment, the first deformed body 4A'and the first detecting body 5A are provided in the first quadrant, and the second deformed body 4B'and the second deformed body 4B'and the second in the second quadrant. The detector 5B is provided, the third variant 4C'and the third detector 5C are provided in the third quadrant, and the fourth variant 4D'and the fourth detector 5D are provided in the fourth quadrant. Has been done. In the present embodiment, the shapes of the first deformed body 4A'to the fourth deformed body 4D'and the orientations of the first detector 5A to the fourth detector 5D are different from those of the first embodiment. There is.

第１の変形体４Ａ’～第４の変形体４Ｄ’では、固定体２Ｃと接続する第１の突出体４Ａａ’～４Ｄａ’と、受力体３Ｃと接続する第２の突出体４Ａｂ’～４Ｄｂ’とがＸ軸方向に延びており、延設体４Ａｃ’～４Ｄｃ’は、Ｙ軸方向に延びている。 In the first deformed body 4A'to the fourth deformed body 4D', the first protruding body 4Aa'to 4Da' connected to the fixed body 2C and the second protruding body 4Ab'to connecting to the receiving body 3C. 4Db'extends in the X-axis direction, and the extension bodies 4Ac' to 4Dc' extend in the Y-axis direction.

図１４に示すように、受力体３Ｃが＋Ｙ軸方向の力ＦをＸ＝０の位置で受けると、第１の変形体４Ａ’、第２の変形体４Ｂ’は変形し、固定体２Ｃの接続点と受力体３Ｃの接続点とのＹ軸方向の距離が広がる。これにより、矢印で示すように、変位電極Ｅ１１，Ｅ１２は固定電極Ｆ１１，Ｆ１２から遠ざかるとともに－Ｙ方向にずれる。このため、両電極によって構成される静電容量素子５Ａ，５Ｂの静電容量の変化量Ｃ１，Ｃ２は減少する。 As shown in FIG. 14, when the receiving body 3C receives the force F in the + Y-axis direction at the position of X = 0, the first deformed body 4A'and the second deformed body 4B' are deformed and the fixed body 2C. The distance between the connection point of the above and the connection point of the receiving element 3C in the Y-axis direction increases. As a result, as shown by the arrows, the displacement electrodes E11 and E12 move away from the fixed electrodes F11 and F12 and shift in the −Y direction. Therefore, the changes in capacitance C1 and C2 of the capacitance elements 5A and 5B composed of both electrodes are reduced.

また、第３の変形体４Ｃ’、第４の変形体４Ｄ’は変形し、固定体２Ｃの接続点と受力体３Ｃの接続点とのＹ軸方向の距離が短くなる。これにより、矢印で示すように、変位電極Ｅ１３，Ｅ１４は固定電極Ｆ１３，Ｆ１４に近づくとともに＋Ｙ方向にずれる。このため、両電極によって構成される静電容量素子５Ｃ，５Ｄの静電容量の変化量Ｃ３，Ｃ４は増加する。 Further, the third deformed body 4C'and the fourth deformed body 4D'are deformed, and the distance between the connection point of the fixed body 2C and the connection point of the receiving body 3C in the Y-axis direction becomes short. As a result, as shown by the arrow, the displacement electrodes E13 and E14 approach the fixed electrodes F13 and F14 and shift in the + Y direction. Therefore, the amounts of change in capacitance C3 and C4 of the capacitance elements 5C and 5D composed of both electrodes increase.

また、図１５に示すように、受力体３Ｃが＋Ｙ軸方向の力ＦをＸ＝Δｘで受けた場合について考える。この場合、第１の変形体４Ａ’，第４の変形体４Ｄ’については、変位電極Ｅ１１，Ｅ１４の移動量を示すベクトルはさらに大きくなる。一方で、第２の変形体４Ｂ’，第３の変形体４Ｃ’については変位電極Ｅ１２，Ｅ１３の移動量を示すベクトルは図１４に比べて小さくなる。 Further, as shown in FIG. 15, consider the case where the receiving body 3C receives the force F in the + Y axis direction at X = Δx. In this case, for the first deformed body 4A'and the fourth deformed body 4D', the vector indicating the amount of movement of the displacement electrodes E11 and E14 becomes larger. On the other hand, for the second deformed body 4B'and the third deformed body 4C', the vectors showing the movement amounts of the displacement electrodes E12 and E13 are smaller than those in FIG.

上述のように、力Ｆの大きさ及び位置Δｘに対する静電容量素子５Ａ～５Ｄの静電容量の変化量Ｃ１～Ｃ４の変化は、上記実施の形態１と同様である。したがって、上記実施の形態１と同様に、上記式（１）、式（２）を用いて、静電容量の変化量Ｃ１～Ｃ４から力Ｆの大きさや位置Δｘを検出することができる。 As described above, the changes in the capacitance changes C1 to C4 of the capacitance elements 5A to 5D with respect to the magnitude of the force F and the position Δx are the same as those in the first embodiment. Therefore, similarly to the first embodiment, the magnitude and position Δx of the force F can be detected from the changes in capacitance C1 to C4 by using the above equations (1) and (2).

なお、本実施の形態では、力Ｆが加えられると、変位電極Ｅ１１～Ｅ１４は、固定電極Ｆ１１～Ｆ１４に対して近づいたり遠ざかったりするとともに、Ｙ軸方向にずれて、固定電極Ｆ１１～Ｆ１４と重複する面積も変化する。この面積変化により、静電容量の変化の傾きを大きくして、検出感度を向上することも可能となる。 In the present embodiment, when the force F is applied, the displacement electrodes E11 to E14 move closer to or farther from the fixed electrodes F11 to F14 and are displaced in the Y-axis direction to the fixed electrodes F11 to F14. The overlapping area also changes. This change in area makes it possible to increase the slope of the change in capacitance and improve the detection sensitivity.

以上述べたように、上記各実施の形態に係る力検出装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃでは、受力体３Ａ，３Ｂ，３Ｃの中心を原点Ｏとし、受力体３Ａ，３Ｂ，３Ｃが受ける力の方向に沿った軸をＹ軸とし、受力体３Ａ，３Ｂ，３Ｃが力Ｆを受ける位置に関する軸をＸ軸とする２次元直交座標系を規定した場合に、受力体３Ａ，３Ｂ，３Ｃ及び固定体２Ａ，２Ｂ，２Ｃの対向関係が、Ｙ軸及びＸ軸に関して線対称であり、検出手段５では、複数の静電容量素子５Ａ～５Ｄが、ＸＹ２次元直交座標系の第１象限から第４象限までの各象限に配設されている。そして、受力体３Ａ，３Ｂ，３Ｃが、第３象限から第２象限に向かう力、または、第４象限から第１象限に向かう力を受けた場合に、検出手段５の演算部６は、第１象限と第２象限における静電容量素子５Ａ～５Ｄの静電容量の変化量の違いと、第３象限と第４象限における静電容量素子５Ａ～５Ｄの静電容量の変化量の違いと、に基づいて、受力体３Ａ，３Ｂ，３Ｃが受ける力の位置Δｘを算出する。また、演算部６は、第１、第２、第３、第４象限の静電容量素子５Ａ～５Ｄの静電容量の変化量の総和に基づいて、力Ｆの大きさを算出する。 As described above, in the force detecting devices 1A, 1B, 1C according to each of the above embodiments, the center of the receiving bodies 3A, 3B, 3C is set as the origin O, and the force received by the receiving bodies 3A, 3B, 3C. When a two-dimensional Cartesian coordinate system is defined in which the axis along the direction is the Y axis and the axis related to the position where the receiving bodies 3A, 3B, 3C receive the force F is the X axis, the receiving bodies 3A, 3B, 3C are defined. The facing relationship between the fixed bodies 2A, 2B, and 2C is line-symmetrical with respect to the Y-axis and the X-axis. It is arranged in each quadrant up to the fourth quadrant. Then, when the receiving bodies 3A, 3B, and 3C receive a force from the third quadrant to the second quadrant or a force from the fourth quadrant to the first quadrant, the arithmetic unit 6 of the detecting means 5 receives a force. Difference in the amount of change in capacitance between the capacitive elements 5A to 5D in the first quadrant and the second quadrant, and the difference in the amount of change in capacitance between the capacitive elements 5A to 5D in the third and fourth quadrants. And, based on, the position Δx of the force received by the receiving bodies 3A, 3B, 3C is calculated. Further, the calculation unit 6 calculates the magnitude of the force F based on the total amount of changes in the capacitance of the capacitance elements 5A to 5D in the first, second, third, and fourth quadrants.

なお、静電容量素子５Ａ～５Ｄの静電容量の変化量Ｃ１～Ｃ４の極性は、その象限における固定体２Ａ～２Ｃと受力体３Ａ～３Ｃとの向きに応じて適宜変化する。固定体と受力体との向きが全ての象限で同じである場合には、以下の演算結果Ｌ５を用いて力Ｆの大きさが検出され、以下の演算結果Ｌ６を用いて力Ｆが加えられた位置Δｘが検出される。
Ｌ５＝（Ｃ４＋Ｃ１）＋（Ｃ３＋Ｃ２）…（５）
Ｌ６＝（Ｃ１－Ｃ２）＋（Ｃ４－Ｃ３）…（６） The polarities of the capacitance changes C1 to C4 of the capacitance elements 5A to 5D appropriately change depending on the orientation of the fixed bodies 2A to 2C and the receiving bodies 3A to 3C in the quadrant. When the orientations of the fixed body and the receiving body are the same in all quadrants, the magnitude of the force F is detected using the following calculation result L5, and the force F is applied using the following calculation result L6. The assigned position Δx is detected.
L5 = (C4 + C1) + (C3 + C2) ... (5)
L6 = (C1-C2) + (C4-C3) ... (6)

この発明は、この発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、この発明の範囲を限定するものではない。すなわち、この発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。 The present invention allows for various embodiments and variations without departing from the broad spirit and scope of the invention. Further, the above-described embodiments are for explaining the present invention, and do not limit the scope of the present invention. That is, the scope of the present invention is shown not by the embodiment but by the claims. And, various modifications made within the scope of the claims and the equivalent meaning of the invention are considered to be within the scope of the present invention.

本発明は、一方向の力が加えられる位置を検出するのに適用することができる。 The present invention can be applied to detect the position where a force is applied in one direction.

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 力検出装置、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 固定体、２Ｂａ，２Ｂｂ，２Ｂｃ，２Ｂｄ 突出部、３Ａ，３Ｂ，３Ｃ 受力体、３Ｂａ 突出部、４ 変形体、４Ａ，４Ａ’ 第１の変形体、４Ａａ，４Ａａ’ 第１の突出体、４Ａｂ，４Ａｂ’ 第２の突出体、４Ａｃ，４Ａｃ’ 延設体、４Ｂ，４Ｂ’ 第２の変形体、４Ｂａ，４Ｂａ’ 第１の突出体、４Ｂｂ，４Ｂｂ’ 第２の突出体、４Ｂｃ，４Ｂｃ’ 延設体、４Ｃ，４Ｃ’ 第３の変形体、４Ｃａ，４Ｃａ’ 第１の突出体、４Ｃｂ，４Ｃｂ’ 第２の突出体、４Ｃｃ，４Ｃｃ’ 延設体、４Ｄ，４Ｄ’ 第４の変形体、４Ｄａ，４Ｄａ’ 第１の突出体、４Ｄｂ，４Ｄｂ’ 第２の突出体、４Ｄｃ，４Ｄｃ’ 延設体、５ 検出手段、５Ａ 第１の検出体（静電容量素子）、５Ｂ 第２の検出体（静電容量素子）、５Ｃ 第３の検出体（静電容量素子）、５Ｄ 第４の検出体（静電容量素子）、６ 演算部、７ 接続体、１０ 駆動制御部、Ｅ１１，Ｅ１２，Ｅ１３，Ｅ１４ 変位電極、Ｆ１１，Ｆ１２，Ｆ１３，Ｆ１４ 固定電極、Ｆ 力、ＫＡ，ＫＢ，ＫＣ カバー、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４ 内側支持点、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４ 外側支持点 1A, 1B, 1C force detector, 2A, 2B, 2C fixed body, 2Ba, 2Bb, 2Bc, 2Bd protruding part, 3A, 3B, 3C receiving body, 3Ba protruding part, 4 variants, 4A, 4A'first 4Aa, 4Aa'first overhang, 4Ab, 4Ab' second overhang, 4Ac, 4Ac'extended, 4B, 4B'second variant, 4Ba, 4Ba' first overhang Body, 4Bb, 4Bb'second overhang, 4Bc, 4Bc' extension, 4C, 4C'third variant, 4Ca, 4Ca'first overhang, 4Cb, 4Cb'second overhang, 4Cc, 4Cc'extended body, 4D, 4D' fourth variant, 4Da, 4Da'first protruding body, 4Db, 4Db'second protruding body, 4Dc, 4Dc'extended body, 5 detection means, 5A 1st detector (capacitive element), 5B 2nd detector (capacitive element), 5C 3rd detector (capacitive element), 5D 4th detector (capacitive element) ), 6 Computation unit, 7 Connection body, 10 Drive control unit, E11, E12, E13, E14 Displacement electrode, F11, F12, F13, F14 Fixed electrode, F force, KA, KB, KC cover, P1, P2, P3 , P4 inner support point, Q1, Q2, Q3, Q4 outer support point

Claims (7)

固定して配置される固定体と、
検出対象となる一方向からの力を受ける受力体と、
前記受力体が受ける力の方向に交差する方向に配列され前記受力体と前記固定体との相対変位に応じて静電容量が変動する複数の静電容量素子を有し、前記複数の静電容量素子の静電容量の変化量の違いに基づいて、前記受力体が力を受ける位置を検出する検出手段と、
を備え、
前記受力体の中心を原点とし、前記受力体が受ける力の方向に沿った軸を縦軸とし、前記受力体が力を受ける位置座標を示す軸を横軸とする２次元直交座標系を規定した場合に、
前記受力体及び前記固定体の対向関係が、前記縦軸及び前記横軸に関して線対称であり、
前記検出手段では、
前記複数の静電容量素子が、前記２次元直交座標系の第１象限、第２象限、第３象限及び第４象限の各象限に配設されている、
力検出装置。 A fixed body that is fixedly placed and
A receiving body that receives a force from one direction to be detected,
It has a plurality of capacitance elements arranged in a direction intersecting the direction of the force received by the receiving body and whose capacitance varies according to the relative displacement between the receiving body and the fixed body. A detection means for detecting the position where the receiving body receives a force based on the difference in the amount of change in the capacitance of the capacitance element, and
Equipped with
Two-dimensional Cartesian coordinates with the center of the receiving body as the origin, the axis along the direction of the force received by the receiving body as the vertical axis, and the axis indicating the position coordinates where the receiving body receives the force as the horizontal axis. When the system is specified,
The facing relationship between the receiving body and the fixed body is axisymmetric with respect to the vertical axis and the horizontal axis.
In the detection means,
The plurality of capacitance elements are arranged in each of the first quadrant, the second quadrant, the third quadrant, and the fourth quadrant of the two-dimensional Cartesian coordinate system.
Force detector. 前記受力体と前記固定体との間を接続し、前記受力体で受けた力に応じて変形する変形体を備え、
前記検出手段では、
前記静電容量素子の一方の電極が、前記変形体に設けられ、
前記静電容量素子の他方の電極が、前記受力体又は前記固定体に設けられている、
請求項１に記載の力検出装置。 A deformed body that connects between the receiving body and the fixed body and deforms according to the force received by the receiving body is provided.
In the detection means,
One electrode of the capacitance element is provided on the deformed body.
The other electrode of the capacitance element is provided on the receiving body or the fixed body.
The force detection device according to claim 1. 前記変形体は、
前記受力体との接続点と前記固定体との接続点との間隔が、前記受力体が受ける力に応じて変化するように、前記受力体及び前記固定体に接続され、
前記接続点の間隔の変化に応じて前記一方の電極の位置が変化するように湾曲している、
請求項２に記載の力検出装置。 The variant is
The receiving body and the fixed body are connected so that the distance between the connection point with the receiving body and the connecting point with the fixed body changes according to the force received by the receiving body.
It is curved so that the position of one of the electrodes changes according to the change in the distance between the connection points.
The force detection device according to claim 2. 前記静電容量素子の一方の電極が、前記受力体に設けられ、
前記静電容量素子の他方の電極が、前記固定体に設けられている、
請求項１に記載の力検出装置。 One electrode of the capacitance element is provided on the receiving body.
The other electrode of the capacitance element is provided on the fixed body.
The force detection device according to claim 1. 前記検出手段では、
前記静電容量素子が、前記受力体が受ける力の方向に沿って複数配列されている、
請求項１から４のいずれか一項に記載の力検出装置。 In the detection means,
A plurality of the capacitance elements are arranged along the direction of the force received by the receiving body.
The force detection device according to any one of claims 1 to 4. 前記受力体は、前記第３象限から前記第２象限に向かう力、または、前記第４象限から前記第１象限に向かう力を受け、
前記検出手段は、
前記第１象限と前記第２象限における静電容量素子の静電容量の変化量の違いと、前記第３象限と前記第４象限における静電容量素子の静電容量の変化量の違いと、に基づいて、前記受力体が受ける力の位置を算出する演算部を有する、
請求項１から５のいずれか一項に記載の力検出装置。 The receiving body receives a force from the third quadrant toward the second quadrant, or a force from the fourth quadrant toward the first quadrant.
The detection means
The difference in the amount of change in the capacitance of the capacitance element between the first quadrant and the second quadrant, and the difference in the amount of change in the capacitance of the capacitance element in the third quadrant and the fourth quadrant. Has a calculation unit that calculates the position of the force received by the receiving body based on the above.
The force detection device according to any one of claims 1 to 5 . 前記演算部は、
前記第１、第２、第３、第４象限の静電容量素子の静電容量の変化量の総和に基づいて、力の大きさを算出する、
請求項６に記載の力検出装置。 The arithmetic unit
The magnitude of the force is calculated based on the total amount of changes in the capacitance of the capacitance elements in the first, second, third, and fourth quadrants.
The force detection device according to claim 6 .
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