力觉传感器及用于其的结构体的制作方法

本发明涉及力觉传感器，尤其涉及适于检测三维直角坐标系中的特定的坐标轴方向的力及绕特定的坐标轴的力矩的传感器。

背景技术：

为了进行机器人、工业机械的动作控制，正在利用各种类型的力觉传感器。另外，作为电子设备的输入装置的人机界面，也组装有小型的力觉传感器。为了实现小型化及成本降低，对用于这样的用途的力觉传感器，要求做到能够以尽量简单的结构分别独立地检测关于三维空间内的各坐标轴的力。

从这样的角度出发，目前，在一般利用的多轴力觉传感器中，作为机械结构部分，采用了一种基本结构体，其包括：接收作为检测对象的力的受力体、用于支撑该受力体的支撑体以及设于受力体与支撑体之间并产生弹性变形的变形体。通过在该基本结构体中进一步增加用于电气检测变形体的变形状态的检测元件和根据得到的检测结果输出表示作用于受力体的规定的坐标轴方向的力以及绕规定的坐标轴的力矩的电信号的检测电路，从而能够构成期望的力觉传感器。

作为检测变形体的变形状态的检测元件，正在利用将变形体的特定部分上所产生的机械应变作为电信号而提取的元件、将变形体的特定部分的位移作为电信号而提取的元件等。前者的应变检测类型的检测元件的代表物为粘贴于变形体的特定部位的应变仪，因作用的力而产生的机械应变被电气检测为应变仪的电阻的变化。另一方面，后者的位移检测类型的检测元件的代表物为由固定于变形体的特定部分上的位移电极以及固定于支撑体的相对部分上的固定电极构成的电容元件。当因作用的力而在变形体上发生位移时，位移电极与固定电极之间的距离变化，因此，该位移作为电容元件的静电电容值的变化而被电气检测。

例如，在下述的专利文献1和2中公开了一种使用多个柱状部件及多个膜片作为连接受力体与支撑体之间的变形体的力觉传感器。各柱状部件的上端经由膜片而固定于受力体，下端经由膜片而固定于支撑体。为此，当在将支撑体固定的状态下有力作用于受力体时，由于膜片的弹性变形，各个柱状部件发生位移，通过使用电容元件来检测该位移状态，从而能够检测XYZ三维直角坐标系中的各坐标轴方向的力及绕各坐标轴的力矩。另外，在下述的专利文献3中，作为在专利文献1和2中公开的力觉传感器的变形，公开了一种将倾斜配置为V字型的柱状部件对的组用作变形体的力觉传感器。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第6915709号公报

专利文献2：美国专利第7219561号公报

专利文献3：美国专利第8408075号公报

技术实现要素：

发明要解决的技术问题

一般而言，在将物体配置于了XYZ三维直角坐标系中的情况下，作为作用于该物体的外力，考虑有各坐标轴方向的力(沿特定的坐标轴方向推该物体的平移力)和绕各坐标轴的力矩(使该物体绕特定的坐标轴旋转的旋转力)。具体而言，作为前者，考虑有X轴方向的力Fx、Y轴方向的力Fy、Z轴方向的力Fz这三个轴分量；作为后者，考虑有绕X轴的力矩Mx、绕Y轴的力矩My、绕Z轴的力矩Mz这三个轴分量，所以需要考虑合计六个轴分量。

上述专利文献1～3中公开的现有的力觉传感器能够分别独立地检测这六个轴分量，在需要区别对待各轴分量的用途上，利用价值高。不过，实际应用上，优选进行平衡各个轴分量以便使各轴分量的检测范围相同的设计。

例如，在使用电容元件作为检测元件的情况下，所施加的外力的检测值将作为特定的电容元件的静电电容值的变动量而获得。在这种情况下，如果每个所作用的轴在静电电容值的变动量上存在大的差异，则会导致各轴分量的检测范围产生大的差异。当然，由于各个检测值作为电信号而获得，所以灵敏度低的轴分量可通过模拟放大处理、数字放大处理来进行校正。然而，如果进行这样的放大处理，则会导致噪声等误差分量也被放大，因此产生检测精度下降这样的问题，导致力觉传感器的潜在性能受到限制。

特别地，关于力矩的检测灵敏度，存在力矩特有的问题。这是因为，力矩的值并非施加于作用点的外力的大小本身，而是被定义为将离旋转中心的距离乘以所施加的外力的大小所得的值。

例如，试着考虑以下的情况：以物体的重心点为中心画半径为100mm(0.1m)的圆，朝着圆的切线方向在该圆周上的作用点上作用对该物体的1N的外力。这种情况下，作为旋转力而作用于重心点的力矩的值为IN×0.1m＝0.1N·m。与此相对，在相同的1N的外力沿通过重心点的直线进行作用的情况下，作为平移力而作用于重心点的力的值为1N。这样，即使对相同物体作用相同的1N的外力时，根据将其作为规定轴向的力(平移力)而检出，还是作为绕规定轴的力矩(旋转力)而检出，所获得的检测值会产生差异。

因此，在设计力觉传感器时，需要留意将特定的利用环境作为前提而恰当地保持各轴分量的检测范围的平衡。例如，在将作为力矩而检测的外力的作用点设定于离旋转的中心点100mm的位置这样的利用环境作为前提的力觉传感器的情况下，如果进行使力矩(旋转力)的检测灵敏度与力(平移力)的检测灵敏度的比率为10:1这样的设计，则能够适当地保持力矩与力的检测值(检测范围)的平衡。同样地，在中心点与作用点的距离为200mm这样的利用环境的情况下，优选将检测灵敏度的比率设定为5:1；在中心点与作用点的距离为50mm这样的利用环境的情况下，优选将检测灵敏度的比率设定为20:1。

可是，如上所述，力觉传感器的利用形态从机械手、操纵器等工业机械多元化至控制杆这样的输入装置，中心点与作用点的距离也各种各样。特别地，在控制杆这样的输入装置的情况下，由于外力施加于用户直接用手接触的操作部件，因此中心点与作用点的距离依赖于该操作部件的大小。因此，实际应用上，需要按每个具体的用途进行使力矩的检测灵敏度与力的检测灵敏度的比率最优化这样的设计。可是，在现有的力觉传感器的结构中，这样的使检测灵敏度的比率最优化的设计是困难的，在安装好的产品中，难以将力矩的检测灵敏度与力的检测灵敏度的平衡设定为恰当的值。

例如，在采用了上述专利文献1～3中公开的结构的力觉传感器的情况下，由于力矩的检测灵敏度与力的检测灵敏度的实际比率为100:1左右，因此，在从中心点至作用点的距离为100mm左右的一般用途的情况下，产生力矩的检测值(输出电信号)与力的检测值(输出电信号)相比过大的问题。

因此，本发明的目的在于，提供在设计时容易调整力矩的检测灵敏度与力的检测灵敏度的平衡的力觉传感器，另外，其目的在于，提供能够用于那样的力觉传感器的辅助结构体。

用于解决技术问题的方案

下面，基于几个方式说明本发明的本质特征。需要注意的是，在以下的说明中，为了易于理解，在圆括号中引用表示关于附图中所示的代表性实施例的对应构成部分的符号。当然，在该圆括号中所示的符号表示的只是实施例中的对应构成部分的一个例子，各构成部分并非只限定于以该符号引用的实施例中的特定构成部分。关于权利要求书中所记载的圆括号的符号也是同样。

(1)本发明的第一方面为一种力觉传感器，用于检测XYZ三维直角坐标系中的各坐标轴方向的力及绕各坐标轴的力矩中的、至少Z轴方向的力Fz及绕Y轴的力矩My，包括：基本结构体(1000)，具有：在以Z轴为垂直轴的方式定义了坐标系时配置于Z轴上的受力体(100)、配置于受力体的下方的支撑体(200)、以及连接受力体与支撑体并因力或力矩的作用而至少局部产生弹性变形的变形体(300)；检测元件(C1C4)，检测变形体的变形或位移、或者受力体或支撑体的位移；以及检测电路(900)，基于检测元件的检测结果，输出表示在负荷施加于受力体及支撑体中一方的状态下作用于另一方的Z轴方向的力Fz及绕Y轴的力矩My的电信号，变形体(300)具有：规定部位与受力体(100)连接并产生弹性变形的弹性变形部(310)；以及将该弹性变形部的规定部位固定于支撑体(200)的第一基座部(320)及第二基座部(330)，在通过XZ平面或平行于XZ平面的平面剖开了基本结构体(1000)时，将出现在受力体的截面上的几何学图形称为受力体图形(100f)，将出现在支撑体的截面上的几何学图形称为支撑体图形(200f)，将出现在变形体的截面上的几何学图形称为变形体图形(300f)，此时，变形体图形包括：作为弹性变形部(310)的截面的弹性变形部图形(310f)、作为第一基座部(320)的截面的第一基座部图形(320f)以及作为第二基座部(330)的截面的第二基座部图形(330f)，弹性变形部图形(310f)是沿着连接定义于受力体图形(100f)的轮廓上的第一受力点(P1)与第二受力点(P2)的规定的连接路径(R1)而配置并连结第一受力点(P1)与第二受力点(P2)的图形，第一基座部图形(320f)在定义于连接路径(R1)上的第一中继点(m1)的附近处与弹性变形部图形(310f)连接，第二基座部图形(330f)在定义于连接路径(R1)上的第二中继点(m2)的附近处与弹性变形部图形(310f)连接，弹性变形部(310)连结第一受力点(P1)与第二受力点(P2)，第一基座部(320)连结弹性变形部(310)的第一中继点(m1)的附近与定义于支撑体(200)上的第一支撑点(Q1)，第二基座部(330)连结弹性变形部(310)的第二中继点(m2)的附近与定义于支撑体(200)上的第二支撑点(Q2)，第一受力点(P1)配置于具有负的X坐标值的位置，第二受力点(P2)配置于具有正的X坐标值的位置，在将支撑体(200)固定的状态下力Fz作用于受力体(100)时、以及在将支撑体(200)固定的状态下力矩My作用于受力体(100)时，弹性变形部(310)的第一中继点(m1)的附近以与第一基座部(320)的连接点(ml')为支点，相对于第一基座部(320)在X轴方向上(向X轴方向)摆动，弹性变形部(310)的第二中继点(m2)的附近以与第二基座部(330)的连接点为支点，相对于第二基座部(330)在X轴方向上(向X轴方向)摆动。

(2)本发明的第二方面在上述第一方面所涉及的力觉传感器中，弹性变形部图形(310f)具有：沿连接路径(R1)的从第一受力点(P1)至第一中继点(m1)的区间而配置的第一外侧臂状部图形(311f)；沿连接路径(R1)的从第一中继点(m1)至第二中继点(m2)的区间而配置的内侧臂状部图形(312f)；以及沿连接路径(R1)的从第二中继点(m2)至第二受力点(P2)的区间而配置的第二外侧臂状部图形(313f)。

(3)本发明的第三方面在上述第二方面所涉及的力觉传感器中，第一基座部图形(320f)的连接端与弹性变形部图形(310f)的第一中继点(m1)的附近的下方连接，第二基座部图形(330f)的连接端与弹性变形部图形(310f)的第二中继点(m2)的附近的下方连接。

(4)本发明的第四方面在上述第三方面所涉及的力觉传感器中，第一基座部图形(320f)是沿连接定义于连接路径(R1)上的第一中继点(m1)与定义于支撑体图形(200f)的轮廓上的第一支撑点(Q1)的第一支撑路径(R2)而配置并连结弹性变形部图形(310f)与支撑体图形(200f)的图形，第二基座部图形(330f)是沿连接定义于连接路径(R1)上的第二中继点(m2)与定义于支撑体图形(200f)的轮廓上的第二支撑点(Q2)的第二支撑路径(R3)而配置并连结弹性变形部图形(310f)与支撑体图形(200f)的图形。

(5)本发明的第五方面在上述第四方面所涉及的力觉传感器中，在将支撑体(200)固定的状态下力Fz作用于受力体(100)时、以及在将支撑体(200)固定的状态下力矩My作用于受力体(100)时，弹性变形部图形(310f)的第一中继点(m1)的附近以第一支撑路径(R2)与弹性变形部图形(310f)的轮廓的交点(ml')为支点相对于第一基座部图形(320f)摆动，弹性变形部图形(310f)的第二中继点(m2)的附近以第二支撑路径(R3)与弹性变形部图形(310f)的轮廓的交点(m2')为支点相对于第二基座部图形(330f)摆动。

(6)本发明的第六方面在上述第三～第五方面所涉及的力觉传感器中，从第一中继点(m1)朝着第二中继点(m2)沿路前进的连接路径(R1、R4、R5、R7)具有沿与XY平面交叉的第一纵向(长边方向)轴(L1、L2、L4)往下方去的下降路径和沿与XY平面交叉的第二纵向(长边方向)轴(Z、L3、L5)往上方去的上升路径，内侧臂状部图形(312f、342f、352f)具有沿着下降路径的下降臂状部和沿着上升路径的上升臂状部。

(7)本发明的第七方面在上述第六方面所涉及的力觉传感器中，第一纵向轴(LI、L2)及第二纵向轴(Z、L3)为平行于Z轴的轴。

(8)本发明的第八方面在上述第七方面所涉及的力觉传感器中，第一纵向轴或第二纵向轴(Z)为包含在YZ平面中的轴。

(9)本发明的第九方面是在上述第七或第八方面所涉及的力觉传感器中，连接路径(R1、R4、R5、R7)具有平行于Z轴的纵向路径和平行于X轴的横向路径，纵向路径从第一受力点(P1)及第二受力点(P2)起伸展，第一中继点(m1)及第二中继点(m2)被定义于横向路径上。

(10)本发明的第十方面在上述第三方面所涉及的力觉传感器中，在连接路径(R6)的第一中继点(m1)与第二中继点(m2)之间的区间设有向下方弯曲之后再向上方弯曲的弯曲路，内侧臂状部图形(362f)具有沿着该弯曲路的弯曲部。

(11)本发明的第十一方面在上述第二方面所涉及的力觉传感器中，第一基座部图形(425f)的连接端与弹性变形部图形(470f)的第一中继点(m1)的附近的下方连接，第二基座部图形(435f)的连接端与弹性变形部图形(470f)的第二中继点(m2)的附近的上方连接。

(12)本发明的第十二方面在上述第十一方面所涉及的力觉传感器中，从第一中继点(m1)朝着第二中继点(m2)沿路前进的连接路径(R8)具有沿与XY平面交叉的纵向(长边方向)轴(L6)往下方去的下降路径，内侧臂状部图形(472f)具有沿着该下降路径的下降臂状部。

(13)本发明的第十三方面在上述第十二方面所涉及的力觉传感器中，纵向轴(L6)为平行于Z轴的轴。

(14)本发明的第十四方面在上述第二方面所涉及的力觉传感器中，第一基座部图形的连接端与弹性变形部图形的第一中继点(m1)的附近的上方连接，第二基座部图形的连接端与弹性变形部图形的第二中继点(m2)的附近的上方连接。

(15)本发明的第十五方面在上述第一方面所涉及的力觉传感器中，在连接路径(R9)上的第二中继点(m2)与第二受力点(P2)之间还定义有第三中继点(m3)，变形体除具有弹性变形部、第一基座部、第二基座部以外，还具有第三基座部，第三基座部连结弹性变形部的第三中继点(m3)的附近与定义于支撑体(250)上的第三支撑点(Q3)，弹性变形部图形(480f)具有：沿连接路径(R9)的从第一受力点(P1)至第一中继点(m1)的区间而配置的第一外侧臂状部图形(481f)、沿连接路径(R9)的从第一中继点(m1)至第二中继点(m2)的区间而配置的第一内侧臂状部图形(482f)、沿连接路径(R9)的从第二中继点(m2)至第三中继点(m3)的区间而配置的第二内侧臂状部图形(483f)、以及沿连接路径(R9)的从第三中继点(m3)至第二受力点(P2)的区间而配置的第二外侧臂状部图形(484f)。

(16)本发明的第十六方面在上述第十五方面所涉及的力觉传感器中，第一基座部图形(426f)的连接端与弹性变形部图形(480f)的第一中继点(m1)的附近的下方连接，第二基座部图形(436f)的连接端与弹性变形部图形(480f)的第二中继点(m2)的附近的下方连接，作为第三基座部的截面的第三基座部图形(496f)的连接端与弹性变形部图形(480f)的第三中继点(m3)的附近的上方连接。

(17)本发明的第十七方面在上述第二方面所涉及的力觉传感器中，在连接路径(R7)的第一受力点(P1)与第一中继点(m1)之间的区间设有呈U字状的第一U字状迂回路(U1)，第一外侧臂状部图形(411f)具有沿着第一U字状迂回路的第一U字状迂回部，在连接路径(R7)的第二中继点(m2)与第二受力点(P2)之间的区间设有呈U字状的第二U字状迂回路(U2)，第二外侧臂状部图形(413f)具有沿着第二U字状迂回路的第二U字状迂回部。

(18)本发明的第十八方面在上述第十七方面所涉及的力觉传感器中，第一U字状迂回路(U1)及第二U字状迂回路(U2)由平行于Z轴的一对纵向迂回路与连接这一对纵向迂回路的、平行于X轴的横向迂回路的组合构成。

(19)本发明的第十九方面在上述第二～第十八方面所涉及的力觉传感器中，在第一外侧臂状部图形(411f；451f)、内侧臂状部图形(442f；452f)和第二外侧臂状部图形(443f；453f)中的全部或部分上设有在与连接路径正交的方向上的宽度变窄的中间变细部(41～43；51a、51b、52a、52b、53a、53b)。

(20)本发明的第二十方面在上述第二～第十九方面所涉及的力觉传感器中，在第一外侧臂状部图形(461f)、内侧臂状部图形(462f)和第二外侧臂状部图形(463f)中的全部或部分上设有向与连接路径正交的方向突出的重量调整部图形(62f)。

(21)本发明的第二十一方面在上述第二～第二十方面所涉及的力觉传感器中，在第一外侧臂状部图形(461f)的与受力体图形(150f)的连接部及第二外侧臂状部图形(463f)的与受力体图形(150f)的连接部上设有向与连接路径正交的方向突出的凸缘部图形(61f、63f)。

(22)本发明的第二十二方面在上述第一～第二十一方面所涉及的力觉传感器中，第一基座部图形(320f)及第二基座部图形(330f)的与弹性变形部图形(310f)的连接端构成宽度比其它部分窄的狭窄图形。

(23)本发明的第二十三方面在上述第一～第二十二方面所涉及的力觉传感器中，受力体(100)及支撑体(200)由具有平行于XY平面的上表面及下表面的板状部件构成。

(24)本发明的第二十四方面在上述第一～第二十三方面所涉及的力觉传感器中，弹性变形部(310)由通过使细长的臂状部件弯曲而得到的结构体构成。

(25)本发明的第二十五方面在上述第一～第二十四方面所涉及的力觉传感器中，检测元件通过电气检测弹性变形部的规定部位的伸缩状态而进行变形体的变形状态的检测。

(26)本发明的第二十六方面在上述第一～第二十四方面所涉及的力觉传感器中，检测元件通过电气检测弹性变形部的规定部位与支撑体的规定部位之间的距离而进行变形体的位移状态的检测。

(27)本发明的第二十七方面在上述第二十六方面所涉及的力觉传感器中，检测元件由多个电容元件构成，电容元件具有：形成于弹性变形部的规定部位的位移电极和形成于支撑体的与位移电极相对的位置的固定电极，检测电路通过进行基于多个电容元件的静电电容值的运算处理而输出表示Z轴方向的力Fz及绕Y轴的力矩My的电信号。

(28)本发明的第二十八方面在上述第一～第二十三方面所涉及的力觉传感器中，变形体(500)具有：规定部位与受力体(150)连接并产生弹性变形的关于X轴的弹性变形部(510)；将该关于X轴的弹性变形部的规定部位固定于支撑体(250)的关于X轴的第一基座部(520)及关于X轴的第二基座部(530)；规定部位与受力体(150)连接并产生弹性变形的关于Y轴的弹性变形部(540)；以及将该关于Y轴的弹性变形部的规定部位固定于支撑体(250)的关于Y轴的第一基座部(550)及关于Y轴的第二基座部(560)，在通过XZ平面或平行于XZ平面的平面剖开了基本结构体时，将出现在受力体的截面上的几何学图形称为关于X轴的受力体图形(150fx)，将出现在支撑体的截面上的几何学图形称为关于X轴的支撑体图形(250fx)，将出现在变形体的截面上的几何学图形称为关于X轴的变形体图形(500fx)，此时，关于X轴的变形体图形包括：作为关于X轴的弹性变形部(510)的截面的关于X轴的弹性变形部图形(510f)、作为关于X轴的第一基座部(520)的截面的关于X轴的第一基座部图形(520f)以及作为关于X轴的第二基座部(530)的截面的关于X轴的第二基座部图形(530f)，在通过YZ平面或平行于YZ平面的平面剖开了基本结构体时，将出现在受力体的截面上的几何学图形称为关于Y轴的受力体图形(150fy)，将出现在支撑体的截面上的几何学图形称为关于Y轴的支撑体图形(250fy)，将出现在变形体的截面上的几何学图形称为关于Y轴的变形体图形(500fy)，此时，关于Y轴的变形体图形包括：作为关于Y轴的弹性变形部(540)的截面的关于Y轴的弹性变形部图形(540f)、作为关于Y轴的第一基座部(550)的截面的关于Y轴的第一基座部图形(550f)以及作为关于Y轴的第二基座部(560)的截面的关于Y轴的第二基座部图形(560f)，关于X轴的弹性变形部图形(510f)是沿着连接定义于关于X轴的受力体图形(150fx)的轮廓上的关于X轴的第一受力点(P11)与关于X轴的第二受力点(P12)的规定的关于X轴的连接路径(R10)而配置并连结关于X轴的第一受力点(P11)与关于X轴的第二受力点(P12)的图形，关于X轴的第一基座部图形(520f)在定义于关于X轴的连接路径(R10)上的关于X轴的第一中继点(m11)的附近处与关于X轴的弹性变形部图形(510f)连接，关于X轴的第二基座部图形(530f)在定义于关于X轴的连接路径(R10)上的关于X轴的第二中继点(m12)的附近处与关于X轴的弹性变形部图形(510f)连接，关于Y轴的弹性变形部图形(540f)是沿着连接定义于关于Y轴的受力体图形(150fy)的轮廓上的关于Y轴的第一受力点(P21)与关于Y轴的第二受力点(P22)的规定的关于Y轴的连接路径(R11)而配置并连结关于Y轴的第一受力点(P21)与关于Y轴的第二受力点(P22)的图形，关于Y轴的第一基座部图形(550f)在定义于关于Y轴的连接路径(R11)上的关于Y轴的第一中继点(m21)的附近处与关于Y轴的弹性变形部图形(540f)连接，关于Y轴的第二基座部图形(560f)在定义于关于Y轴的连接路径(R11)上的关于Y轴的第二中继点(m22)的附近处与关于Y轴的弹性变形部图形(540f)连接，关于X轴的弹性变形部(510)连结关于X轴的第一受力点(P11)和关于X轴的第二受力点(P12)，关于X轴的第一基座部(520)连结关于X轴的弹性变形部(510)的关于X轴的第一中继点(m11)的附近和定义于支撑体(250)上的关于X轴的第一支撑点(Q11)，关于X轴的第二基座部(530)连结关于X轴的弹性变形部(510)的关于X轴的第二中继点(m12)的附近与定义于支撑体(250)上的关于X轴的第二支撑点(Q12)，关于Y轴的弹性变形部(540)连结关于Y轴的第一受力点(P21)与关于Y轴的第二受力点(P22)，关于Y轴的第一基座部(550)连结关于Y轴的弹性变形部(540)的关于Y轴的第一中继点(m21)的附近与定义于支撑体(250)上的关于Y轴的第一支撑点(Q21)，关于Y轴的第二基座部(560)连结关于Y轴的弹性变形部(540)的关于Y轴的第二中继点(m22)的附近与定义于支撑体(250)上的关于Y轴的第二支撑点(Q22)，关于X轴的第一受力点(P11)配置于具有负的X坐标值的位置，关于X轴的第二受力点(P12)配置于具有正的X坐标值的位置，关于Y轴的第一受力点(P21)配置于具有负的Y坐标值的位置，关于Y轴的第二受力点(P22)配置于具有正的Y坐标值的位置，在将支撑体(250)固定的状态下力Fz作用于受力体(150)时、以及在将支撑体(250)固定的状态下力矩My作用于受力体(150)时，关于X轴的弹性变形部(510)的关于X轴的第一中继点(m11)的附近以与关于X轴的第一基座部(520)的连接点为支点相对于关于X轴的第一基座部(520)在X轴方向上(向X轴方向)摆动，关于X轴的弹性变形部(510)的关于X轴的第二中继点(m12)的附近以与关于X轴的第二基座部(530)的连接点为支点相对于关于X轴的第二基座部(530)在X轴方向上(向X轴方向)摆动，在将支撑体(250)固定的状态下力Fz作用于受力体(150)时、以及在将支撑体(250)固定的状态下力矩Mx作用于受力体(150)时，关于Y轴的弹性变形部(540)的关于Y轴的第一中继点(m21)的附近以与关于Y轴的第一基座部(550)的连接点为支点相对于关于Y轴的第一基座部(550)在Y轴方向上(向Y轴方向)摆动，关于Y轴的弹性变形部(540)的关于Y轴的第二中继点(m22)的附近以与关于Y轴的第二基座部(560)的连接点为支点相对于关于Y轴的第二基座部(560)在Y轴方向上(向Y轴方向)摆动，检测电路(900)基于检测元件的检测结果，除输出表示在负荷施加于受力体及支撑体中一方的状态下作用于另一方的Z轴方向的力Fz及绕Y轴的力矩My的电信号以外，还输出表示绕X轴的力矩Mx的电信号。

(29)本发明的第二十九方面在上述第二十八方面所涉及的力觉传感器中，关于X轴的弹性变形部(510)由通过使配置于XZ平面上的细长的臂状部件弯曲而得到的结构体构成，关于Y轴的弹性变形部(540)由通过使配置于YZ平面上的细长的臂状部件弯曲而得到的结构体构成，关于X轴的弹性变形部(510)与关于Y轴的弹性变形部(540)在与Z轴交叉的位置处结合。

(30)本发明的第三十方面在上述第二十八方面所涉及的力觉传感器中，关于X轴的变形体图形(500fx)是在通过XZ平面剖开变形体(500)时所获得的截面图形，关于Y轴的变形体图形(500fy)是在通过YZ平面剖开变形体(500)时所获得的截面图形，关于X轴的弹性变形部图形(510f)及关于Y轴的弹性变形部图形(540f)均关于Z轴呈对称形状，所述关于X轴的弹性变形部图形(510f)与关于Y轴的弹性变形部图形(540f)为几何学上的全等图形，关于X轴的弹性变形部(510)及关于Y轴的弹性变形部(540)由合并弹性变形部(570)的一部分构成，合并弹性变形部(570)由通过使全等图形以Z轴为中心轴旋转而得到的旋转体构成。

(31)本发明的第三十一方面在上述第三十方面所涉及的力觉传感器中，由关于X轴的第一基座部图形(520f)及关于X轴的第二基座部图形(530f)构成的关于X轴的基座部图形组和由关于Y轴的第一基座部图形(550f)及关于Y轴的第二基座部图形(560f)构成的关于Y轴的基座部图形组均关于Z轴呈对称形状，关于X轴的基座部图形组与关于Y轴的基座部图形组为几何学上的全等图形，关于X轴的第一基座部(520)、关于X轴的第二基座部(530)、关于Y轴的第一基座部(550)、关于Y轴的第二基座部(560)由合并基座部(580)的一部分构成，合并基座部(580)由通过使所述全等图形以Z轴为中心轴旋转而得到的旋转体构成。

(32)本发明的第三十二方面在上述第二十八～第三十一方面所涉及的力觉传感器中，在关于X轴的连接路径(R10)的关于X轴的第一受力点(P11)与关于X轴的第一中继点(m11)之间的区间设有呈U字状的关于X轴的第一U字状迂回路(U11)，在关于X轴的连接路径(R10)的关于X轴的第二中继点(m12)与关于X轴的第二受力点(P12)之间的区间设有呈U字状的关于X轴的第二U字状迂回路(U12)，在关于Y轴的连接路径(R11)的关于Y轴的第一受力点(P21)与关于Y轴的第一中继点(m21)之间的区间设有呈U字状的关于Y轴的第一U字状迂回路(U21)，在关于Y轴的连接路径(R11)的关于Y轴的第二中继点(m22)与关于Y轴的第二受力点(P22)之间的区间设有呈U字状的关于Y轴的第二U字状迂回路(U22)，检测元件具有：第一电容元件(C1)，第一电容元件(C1)由固定于关于X轴的弹性变形部(510)中的、沿关于X轴的第一U字状迂回路(U11)而配置的部分的底面上的第一位移电极(E11)和固定于支撑体(250)的上表面的与第一位移电极相对的部分上的第一固定电极(E21)构成；第二电容元件(C2)，第二电容元件(C2)由固定于关于X轴的弹性变形部(510)中的、沿关于X轴的第二U字状迂回路(U12)而配置的部分的底面上的第二位移电极(E12)和固定于支撑体(250)的上表面的与第二位移电极相对的部分上的第二固定电极(E22)构成；第三电容元件(C3)，所第三电容元件(C3)由固定于关于Y轴的弹性变形部(540)中的、沿关于Y轴的第一U字状迂回路(U21)而配置的部分的底面上的第三位移电极(E13)和固定于支撑体(250)的上表面的与第三位移电极相对的部分上的第三固定电极(E23)构成；以及第四电容元件(C4)，第四电容元件(C4)由固定于关于Y轴的弹性变形部(540)中的、沿关于Y轴的第二U字状迂回路(U22)而配置的部分的底面上的第四位移电极(E14)和固定于支撑体(250)的上表面的与第四位移电极相对的部分上的第四固定电极(E24)构成，检测电路(900)将第一电容元件(C1)的静电电容值与第二电容元件(C2)的静电电容值之差作为表示绕Y轴的力矩My的电信号而输出，将第三电容元件(C3)的静电电容值与第四电容元件(C4)的静电电容值之差作为表示绕X轴的力矩Mx的电信号而输出，并将第一电容元件(C1)的静电电容值、第二电容元件(C2)的静电电容值、第三电容元件(C3)的静电电容值和第四电容元件(C4)的静电电容值的总和作为表示Z轴方向的力Fz的电信号而输出。

(33)本发明的第三十三方面通过与上述第一～第二十二方面所涉及的力觉传感器中的变形体相同的结构体而构成了力觉传感器用的辅助结构体。

(34)本发明的第三十四方面在通过组装上述第三十三方面所涉及的辅助结构体而构成的力觉传感器(5000)中，力觉传感器具有检测XYZ三维直角坐标系中的各坐标轴方向的力及绕各坐标轴的力矩中的、至少Z轴方向的力Fz及绕Y轴的力矩My的功能，力觉传感器设有：在以Z轴为垂直轴的方式定义了坐标系时配置于Z轴上的受力体(5100)；配置于受力体的下方的支撑体(5200)；连接受力体与支撑体、并因力或力矩的作用而至少局部产生弹性变形的检测用变形体(5300)；连接在受力体与支撑体之间的所述辅助结构体(5401～5404)；检测检测用变形体的变形或位移、或者受力体或支撑体的位移的检测元件；以及检测电路，基于检测元件的检测结果，输出表示在负荷施加于受力体及支撑体中一方的状态下作用于另一方的Z轴方向的力Fz及绕Y轴的力矩My的电信号。

(35)本发明的第三十五方面是一种力觉传感器用的辅助结构体，作为部件的一部分组装在力觉传感器中进行使用，力觉传感器具有受力体(5100)、支撑体(5200)、以及连接受力体与支撑体的检测用变形体(5300)，并通过检测因力或力矩的作用而产生的检测用变形体的弹性变形来进行所作用的力或力矩的检测，辅助结构体具有弹性变形部(5410)、第一基座部(5420)以及第二基座部(5430)，弹性变形部(5410)是至少一部分产生弹性变形的结构体，在弹性变形部(5410)的一端设有用于固定于受力体(5100)的第一部位的第一受力点(P1)，在弹性变形部(5410)的另一端设有用于固定于受力体(5100)的第二部位的第二受力点(P2)，弹性变形部(5410)形成为沿着连接第一受力点和第二受力点的规定的连接路径(R12)的臂状结构体，第一基座部(5420)的一端在定义于连接路径(R12)上的第一中继点(m1)的附近处与弹性变形部(5410)连接，在第一基座部(5420)的另一端设有用于固定于支撑体(5200)的第一部位的第一支撑点(Q1)，第二基座部(5430)的一端在定义于连接路径(R12)上的第二中继点(m2)的附近处与弹性变形部(5410)连接，在第二基座部(5430)的另一端设有用于固定于支撑体(5200)的第二部位的第二支撑点(Q2)，当在将第一基座部(5420)的第一支撑点(Q1)及第二基座部(5430)的第二支撑点(Q2)固定的状态下，力作用于弹性变形部(5410)的第一受力点(P1)及第二受力点(P2)时，弹性变形部(5410)的第一中继点(m1)的附近以与第一基座部(5420)的连接点为支点相对于所述第一基座部(5420)摆动，弹性变形部(5410)的第二中继点(m2)的附近以与第二基座部(5430)的连接点为支点相对于第二基座部(5430)摆动。

(36)本发明的第三十六方面在上述第三十五方面所涉及的力觉传感器用的辅助结构体中，连接路径(R12)设于VW二维直角坐标系的VW平面上，弹性变形部(5410)形成为沿VW平面伸展的臂状结构体，在将VW二维直角坐标系的原点(G)定义于重心位置时，第一受力点(P1)位于VW二维直角坐标系的第二象限，第二受力点(P2)位于VW二维直角坐标系的第一象限，第一支撑点(Q1)位于VW二维直角坐标系的第三象限，第二支撑点(Q2)位于VW二维直角坐标系的第四象限。

(37)本发明的第三十七方面是将上述第三十六方面所涉及的力觉传感器用的辅助结构体通过具有由平行于VW平面的平面构成的上表面和由平行于VW平面的平面构成的下表面的板状部件而构成。

(38)本发明的第三十八方面在上述第三十六或第三十七方面所涉及的力觉传感器用的辅助结构体中，在从第一中继点(m1)朝着第二中继点(m2)沿连接路径(R12)前进时，连接路径(R12)具有向W轴负方向前进的第一行进路(r1)和向W轴正方向前进的第二行进路(r2)。

(39)本发明的第三十九方面在上述第三十八方面所涉及的力觉传感器用的辅助结构体中，第一行进路(r1)或第二行进路(r2)为通过VW二维直角坐标系的原点(G)的路径。

(40)本发明的第四十方面在上述第三十六～第三十九方面所涉及的力觉传感器用的辅助结构体中，连接路径(R12)具有平行于W轴的纵向路径和平行于V轴的横向路径，纵向路径从第一受力点(P1)及第二受力点(P2)起伸展，第一中继点(m1)及第二中继点(m2)被定义于横向路径上。

(41)本发明的第四十一方面在上述第三十六～第四十方面所涉及的力觉传感器用的辅助结构体中，在连接路径(R12)的第一受力点(P1)与第一中继点(m1)之间的区间设有呈U字状的第一U字状迂回路(U1)，在连接路径(R12)的第二中继点(m2)与第二受力点(P2)之间的区间设有呈U字状的第二U字状迂回路(U2)。

(42)本发明的第四十二方面在上述第四十一方面所涉及的力觉传感器用的辅助结构体中，第一U字状迂回路(U1)及第二U字状迂回路(U2)由平行于W轴的一对纵向迂回路和连接这一对纵向迂回路的、平行于V轴的横向迂回路的组合而构成。

(43)本发明的第四十三方面在上述第三十六～第四十二方面所涉及的力觉传感器用的辅助结构体中，在构成弹性变形部(5410；5510)的臂状结构体的一部分上设有在与连接路径(R12)正交的方向上的宽度变窄的中间变细部(54；55)。

(44)本发明的第四十四方面在上述第三十六～第四十三方面所涉及的力觉传感器用的辅助结构体中，在构成弹性变形部(5410；5510)的臂状结构体的特定部位上设有向与连接路径(R12)正交的方向突出的重量调整部(62)。

(45)本发明的第四十五方面在上述第三十六～第四十四方面所涉及的力觉传感器用的辅助结构体中，第一基座部(5420；5520)及第二基座部(5430；5530)的与弹性变形部(5410；5510)的连接端构成宽度比其它部分窄的狭窄前端部(5421，5431；5521，5531)。

(46)本发明的第四十六方面是一种力觉传感器，上述第三十六～第四十五方面所涉及的力觉传感器用的辅助结构体作为部件的一部分组装在力觉传感器(5000)中，力觉传感器设有：受力体(5100)、支撑体(5200)、连接受力体与支撑体的检测用变形体(5300)、检测检测用变形体的弹性变形的检测元件(D)、基于检测元件的检测结果输出所作用的力或力矩的检测信号的检测电路(5900)以及所述辅助结构体(5400；5500)，辅助结构体的第一受力点(P1)及第二受力点(P2)与受力体(5100)的下表面接合，辅助结构体的第一支撑点(Q1)及第二支撑点(Q2)与支撑体(5200)的上表面接合。

(47)本发明的第四十七方面在上述第四十六方面所涉及的力觉传感器中，受力体(5100)及支撑体(5200)由具有平行于XY平面的上表面及下表面的板状部件构成，Z轴插入通过受力体(5100)及支撑体(5200)，四组辅助结构体组装成围绕在连接受力体(5100)与支撑体(5200)的检测用变形体(5300)的周围，第一辅助结构体(5401)以V轴与Y轴平行、W轴与Z轴平行的朝向配置于其VW平面与正的X轴交叉的位置上，第二辅助结构体(5402)以V轴与X轴平行、W轴与Z轴平行的朝向配置于其VW平面与正的Y轴交叉的位置上，第三辅助结构体(5403)以V轴与Y轴平行、W轴与Z轴平行的朝向配置于其VW平面与负的X轴交叉的位置上，第四辅助结构体(5404)以V轴与X轴平行、W轴与Z轴平行的朝向配置于其VW平面与负的Y轴交叉的位置上，各辅助结构体的第一受力点(P1)及第二受力点(P2)与受力体(5100)的下表面接合，各辅助结构体的第一支撑点(Q1)及第二支撑点(Q2)与支撑体(5200)的上表面接合。

发明的效果

在本发明所涉及的力觉传感器中，由于采用了通过基座部将两端与受力体连接的弹性变形部的两处的中继点固定于支撑体的结构，因此能够根据作用于受力体的外力的种类使阻碍弹性变形部的变形的阻力选择性地起作用。因此，可以提供在设计时容易调整力矩的检测灵敏度与力的检测灵敏度的平衡的力觉传感器。

另外，由于本发明所涉及的力觉传感器用的辅助结构体采用了具有用于将两端连接于受力体的弹性变形部和用于将其两处的中继点固定于支撑体的基座部的结构，因此，在组装有该辅助结构体的力觉传感器中，能够根据作用于受力体的外力的种类使阻碍弹性变形部的变形的阻力选择性地起作用。因此，可以提供在设计时容易调整力矩的检测灵敏度与力的检测灵敏度的平衡的力觉传感器。

附图说明

图1为示出通过使用了一对柱状部件的现有的力觉传感器检测力及力矩的检测原理的主视图。

图2为示出采用了通过膜片来支撑柱状部件的上下的结构的现有的力觉传感器的结构的正截面图。

图3为示出将一对柱状部件配置在倾斜的状态下的现有的力觉传感器的结构的主视图。

图4为本发明的基本实施方式所涉及的力觉传感器用的基本结构体的主视图。

图5为示出用XZ平面剖开图4所示的基本结构体而得到的截面的正截面图。

图6为将图5的局部放大后的局部放大正截面图。

图7为说明图6所示的部分的摆动位移的近似截面图。

图8为示出向下的力-Fz作用于了图4所示的基本结构体中的受力体100时的各部的变形状态的主视图。

图9为示出顺时针转的力矩+My作用于了图4所示的基本结构体中的受力体100时的各部的变形状态的主视图。

图10为说明图4所示的基本结构体中的内侧臂状部312的结构的正截面图(示出用XZ平面剖开后的截面)。

图11为说明图10所示的基本结构体的第一变形例的正截面图(示出用XZ平面剖开后的截面)。

图12为说明图10所示的基本结构体的第二变形例的正截面图(示出用XZ平面剖开后的截面)。

图13为说明图10所示的基本结构体的第三变形例的正截面图(示出用XZ平面剖开后的截面)。

图14为说明图10所示的基本结构体的第四变形例的正截面图(示出用XZ平面剖开后的截面)。

图15为说明图10所示的基本结构体的第五变形例的正截面图(示出用XZ平面剖开后的截面)。

图16为说明图10所示的基本结构体的第六变形例的正截面图(示出用XZ平面剖开后的截面)。

图17为说明图10所示的基本结构体的第七变形例的正截面图(示出用XZ平面剖开后的截面)。

图18为说明图10所示的基本结构体的第八变形例的正截面图(示出用XZ平面剖开后的截面)。

图19为说明图10所示的基本结构体的第九变形例的正截面图(示出用XZ平面剖开后的截面)。

图20为示出本发明的基本实施方式所涉及的力觉传感器的构成的截面图及框图(基本结构体的部分为用XZ平面剖开后的正截面图)。

图21为示出本发明的基本实施方式所涉及的力觉传感器的构成的截面图及框图(基本结构体的部分为沿YZ平面剖开后的侧截面图)。

图22为示出本发明的基本实施方式所涉及的力觉传感器的第一三维结构例的俯视图及框图(俯视图示出将受力体150卸下后的状态)。

图23为示出本发明的基本实施方式所涉及的力觉传感器的第二三维结构例的俯视图及框图(俯视图示出将受力体150卸下后的状态)。

图24为示出现有的一般力觉传感器的构成的示意图(图(a)为支撑体的俯视图，图(b)为主视图，图(c)为侧视图)。

图25为示出组装有本发明所涉及的辅助结构体的力觉传感器的构成的俯视图及框图。

图26为本发明所涉及的辅助结构体的更具实用性的实施例的主视图。

图27为图26所示的辅助结构体的变形例的主视图。

图28为示出图25所示的力觉传感器中的四组辅助结构体的具体配置的图(图(a)为俯视图，图(b)为右视图，图(c)为后视图，图(d)为左视图，图(e)为主视图)。

图29为关于图25所示的力觉传感器示出在Z轴负方向的力-Fz作用于了受力体时四组辅助结构体的变形形式的图(图(a)为俯视图，图(b)为右视图，图(c)为后视图，图(d)为左视图，图(e)为主视图)。

图30为关于图25所示的力觉传感器示出在Z轴正方向的力+Fz作用于了受力体时四组辅助结构体的变形形式的图(图(a)为俯视图，图(b)为右视图，图(c)为后视图，图(d)为左视图，图(e)为主视图)。

图31为关于图25所示的力觉传感器示出在绕正Y轴的力矩+My作用于了受力体时四组辅助结构体的变形形式的图(图(a)为俯视图，图(b)为右视图，图(c)为后视图，图(d)为左视图，图(e)为主视图)。

图32为关于图25所示的力觉传感器示出在X轴正方向的力+Fx作用于了受力体时四组辅助结构体的变形形式的图(图(a)为俯视图，图(b)为右视图，图(c)为后视图，图(d)为左视图，图(e)为主视图)。

图33为关于图25所示的力觉传感器示出在绕正Z轴的力矩+Mz作用于了受力体时四组辅助结构体的变形形式的图(图(a)为俯视图，图(b)为右视图，图(c)为后视图，图(d)为左视图，图(e)为主视图)。

图34为示出图26所示的辅助结构体的各部的构成的主视图(阴影线用于示出各部的区域，并非表示截面)。

图35为示出当各轴方向的力及绕各轴的力矩作用于了图34所示的辅助结构体时各部所发生的变形形式的表。

图36为针对图24所示的现有的力觉传感器与图25所示的本发明所涉及的力觉传感器比较在各轴方向的力及绕各轴的力矩作用时所获得的检测值的表。

具体实施方式

下面，根据图示的实施方式说明本发明。需要注意的是，这里，由于将多个实施方式分篇描述，因此，首先记载关于各章的目录。

<<<目录>>>

§1.现有的力觉传感器的基本结构及其问题(图1～图3)

§2.本发明所涉及的基本结构体的结构(图4～图7)

§3.本发明所涉及的基本结构体的本质功能(图8、图9)

§4.本发明所涉及的基本结构体的变形例

4-0.基本结构体1000的特征(图10)

4-1.第一变形例(图11)

4-2.第二变形例(图12)

4-3.第三变形例(图13)

4-4.第四变形例(图14)

4-5.第五变形例(图15)

4-6.第六变形例(图16)

4-7.第七变形例(图17)

4-8.第八变形例(图18)

4-9.第九变形例(图19)

4-10.各变形例的组合

4-11.基本结构体的三维结构

4-12.力矩Mx的检测灵敏度调整

§5.本发明所涉及的力觉传感器的基本实施方式

5-1.本发明所涉及的力觉传感器的基本构成部分

5-2.力觉传感器3000的截面结构(图20、图21)

5-3.力觉传感器3000的检测动作

5-4.力觉传感器3000的第一三维结构例(图22)

5-5.力觉传感器3000的第二三维结构例(图23)

5-6.力觉传感器3000的其它实施例

§6.本发明所涉及的辅助结构体及组装(装入)有该辅助结构体的力觉传感器

6-1.辅助结构体的概念(图24)

6-2.组装有辅助结构体的力觉传感器(图25)

6-3.具有实用性的辅助结构体的实施方式(图26、图27)

6-4.辅助结构体的具体变形方式(图28图36)

<<<§1.现有的力觉传感器的基本结构及其问题>>>

首先，为便于说明，预先阐述上述专利文献1～3中公开的现有的多轴力觉传感器的基本结构及其问题。图1为示出通过专利文献1中公开的力觉传感器检测力及力矩的检测原理的主视图。

正如图1(a)所示的，构成该力觉传感器的机械结构部分的基本结构体包括受力体10、支撑体20、变形体31、32。在此，为方便起见，如图所示，取原点O为该基本结构体的中心位置，取X轴朝图的右方，取Z轴朝图的上方，取Y轴朝图的纸面垂直向里方向来定义XYZ三维直角坐标系。在图示的例子的情况下，受力体10及支撑体20均由具有平行于XY平面的上下两面的板状部件构成，变形体31、32由一对柱状部件构成。

变形体31、32虽然为连接受力体10与支撑体20的柱状部件，但由发生弹性变形的材料(例如金属)构成。因此，当在将支撑体20已固定的状态(施加有负荷的状态)下有外力作用于受力体10时，变形体31、32发生对应于所作用的外力的弹性变形，该基本结构体整体上变形。

图1(b)为示出向Z轴负方向的力-Fz(向图的下方的力)作用于了受力体10时的基本结构体的变形状态的主视图。变形体31、32发生在图的纵向上收缩的变形，受力体10向下方位移。另一方面，图1(c)为示出绕Y轴的力矩(图中的顺时针方向的旋转力)作用于了受力体10时的基本结构体的变形状态的主视图。变形体31发生在图的纵向上伸展、而变形体32发生在图的纵向上收缩的变形，受力体10成为向右下倾斜的状态。在图1(b)、图1(c)中，虽然相当夸张地画出了变形状态，但实际上即使未发生如此大程度的变形也能进行检测。

需要说明的是，在本申请中，由于将使右旋螺纹向特定的坐标轴的正向前进的旋转方向定义为绕该特定的坐标轴的正的旋转方向，因此图1(c)中由白箭头所示的力矩说成是绕Y轴的正的力矩+My。在此，XYZ三维直角坐标系的原点O是应定义在作用于受力体10的力矩的旋转中心的位置处的点，其准确的位置实际上由组装有该基本结构体的整个体系的结构决定。例如，在力矩+My以受力体10内的规定点为旋转中心而作用的体系的情况下，严格来说，必须将该规定点作为原点O对待。但是，实际应用上，即使原点O的位置偏离一些，力矩的检测精度也并不产生那么大的误差。因此，在本申请中，为方便起见，示出取原点O于基本结构部的中心位置的例子。

图1中例示了力-Fz及力矩+My作用的状态，但当力+Fz作用时受力体10向上方位移，当力矩-My作用时，受力体10变为向左下倾斜的状态。另外，虽未被图示，但在X轴方向的力Fx、Y轴方向的力Fy、绕X轴的力矩Mx、绕Z轴的力矩Mz作用的情况下，该基本结构部也分别变形为固有的状态。另外，各个情况下的变形量取决于所作用的力的大小。因此，如果预先设置用于检测该固有的变形状态及变形量的检测元件，则就可以检测XYZ三维直角坐标系中的各坐标轴方向的力Fx、Fy、Fz以及绕各坐标轴的力矩Mx、My、Mz。实际上追加有检测电路，其根据检测元件的检测结果而对表示各轴分量的电信号进行运算并加以输出。

作为检测元件，可利用检测变形体31、32的变形或位移(例如相对于支撑体20的位移)、受力体10相对于支撑体20的位移、支撑体20相对于受力体10的位移的任意元件。

例如，作为检测变形的元件，可利用粘贴于变形体31、32的特定部位上的应变仪。当由柱状部件构成的变形体31、32如图示那样变形时，各部产生机械应变，所以能够将该应变作为应变仪的电阻的变化而电气检出。另一方面，作为检测位移的元件，可利用由固定于产生位移侧的位移电极和固定于不产生位移侧的固定电极构成的电容元件。例如，如果预先使固定于变形体31、32的特定部位上的位移电极与固定于支撑体20上的固定电极相对而构成电容元件，则能够将位移电极的位移作为该电容元件的静电电容值的变化而电气检出。

在上述专利文献2中公开了一种力觉传感器，其通过构成包括四根柱状部件的变形体并使用电容元件作为检测元件，从而能够独立地检测XYZ三维直角坐标系中的六个轴分量Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz。另外，在该文献中还公开有为了使变形体的变形变容易而采用了如图2的正截面图所示那样通过膜片来支撑柱状部件的上下的结构的例子。在该例子的情况下，柱状部件33的上端经由膜片11而连接于受力体13，下端经由膜片21而连接于支撑体23。另一方面，柱状部件34的上端经由膜片12而连接于受力体13，下端经由膜片22而连接于支撑体23。

在该图2所示的例子的情况下，通过柱状部件33、34和膜片11、12、21、22来构成变形体，该变形体的变形主要由膜片11、12、21、22的变形所带来。因此，可通过设定膜片11、12、21、22的厚度来调整检测灵敏度。另外，如果通过形成于膜片11、12、21、22的位移电极和固定于支撑体23的固定电极来形成电容元件的话，则能够将膜片的位移检测为该电容元件的静电电容值的变化。

另外，在上述专利文献3中公开了一种力觉传感器，其如图3的主视图所示，将构成变形体的一对柱状部件35、36以呈倒V字型的方式倾斜配置于受力体15与支撑体25之间。如果利用如此地倾斜配置柱状部件35、36的基本结构体，则可以使检测元件的构成更加简单。

以上，将在现有的一般力觉传感器中使用的基本结构体例示于了图1～图3。这些基本结构体均具有在受力体与支撑体之间设置变形体的结构，通过用检测元件来检测该变形体上产生的弹性变形形式，从而进行作用的力、力矩的检测。特别地，在上述专利文献1～3中所公开的力觉传感器的情况下，能独立地检测XYZ三维直角坐标系中的六个轴分量Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz。

然而，该六个轴分量的检测灵敏度未必均匀，如果直接利用检测元件的检测值，则会导致各轴分量的检测范围产生差异。为此，在实际应用上，必须对灵敏度低的轴分量实施模拟放大处理、数字放大处理来进行灵敏度校正，但是，如果进行了这样的放大处理，则导致噪声等误差分量也被放大，因此产生检测精度下降这样的问题，这一点已在上面描述。

这样的检测灵敏度的差异特别是在力与力矩之间易于变得明显。如上所述，这是因为力矩的大小为从作用点至旋转中心(原点O)的距离与所施加的外力的大小相乘所得的值的缘故。

例如，在图1(c)中示出了力矩+My直接作用于受力体10的状态，但在将该力觉传感器组装在控制杆这样的输入装置中进行使用的情况下，在图示的受力体10上安装向上方突出这样的操作杆，用户对该操作杆进行操作。因此，该操作杆越长，所作用的力矩(绕原点O的旋转力)的值就越大，推倒操作杆的操作(产生力矩My的操作)的检测灵敏度变得越高。与此相对，向图的下方按入操作杆的操作(产生力-Fz的操作)的检测灵敏度不论操作杆的长度如何都为一定。

本申请发明人试制了组装有专利文献1～3中所公开的力觉传感器的控制杆型的输入装置，结果，当将原点O与作用点(操作杆的前端部)的距离设定为100mm(0.1m)左右时，推倒操作杆的操作(产生力矩My的操作)的检测灵敏度与按入操作杆的操作(产生力-Fz的操作)的检测灵敏度相比为高数倍左右的值。因此，当实际应用该输入装置时，需要进行将力-Fz的检测值放大使用的校正处理。

当然，力与力矩的检测灵敏度的差异可通过改变变形体各部的结构、尺寸而在一定程度上进行调整。然而，在现有已提出的变形体的结构中，无法进行灵活的平衡调整。特别地，在图1～图3所例示的基本结构体的情况下，难以进行力Fz的检测灵敏度与力矩My的检测灵敏度的平衡调整。本发明提出一种适于进行这样的平衡调整的新的基本结构体。

〈〈〈§2.本发明所涉及的基本结构体的结构〉〉〉

图4为本发明的基本实施方式所涉及的力觉传感器用的基本结构体1000的主视图。该基本结构体1000与在§1中已述的现有的基本结构体同样地包括受力体100、支撑体200、变形体300。在此，也取原点O为该基本结构体1000的中心位置，取X轴朝图的右方，取Z轴朝图的上方，取Y轴朝图的纸面垂直向里方向来定义XYZ三维直角坐标系。在此，受力体100及支撑体200由具有平行于XY平面的上表面及下表面的板状部件构成，这一点与在§1中已述的现有的基本结构体相同，但是，变形体300的结构与现有的相比却大地不同。

如图所示，变形体300具有：规定部位与受力体100连接并产生弹性变形的弹性变形部310和将该弹性变形部310的规定部位固定于支撑体200的第一基座部320及第二基座部330。弹性变形部310由通过使细长的臂状部件弯曲而得到的结构体构成，左端与设于受力体100的下表面左方的第一受力点P1连接，右端与设于受力体100的下表面右方的第二受力点P2连接。因此，将弹性变形部310说成是连结第一受力点P1与第二受力点P2的部件。

另一方面，第一基座部320的上端与弹性变形部310的第一中继点m1的附近连接，下端与设于支撑体200的上表面左方的第一支撑点Q1连接，将第一基座部320说成是连结弹性变形部310的第一中继点m1的附近与定义于支撑体200上的第一支撑点Q1的部件。另外，第二基座部330的上端与弹性变形部310的第二中继点m2的附近连接，下端与设于支撑体200的上表面右方的第二支撑点Q2连接，将第二基座部330说成是连结弹性变形部310的第二中继点m2的附近与定义于支撑体200上的第二支撑点Q2的部件。

在此，为了说明弹性变形部310的结构，考虑连接第一受力点P1与第二受力点P2的连接路径R1(图中用粗实线示出)。连接路径R1只要是连接两点P1、P2的路径，则为怎样的路径都没关系，但是，在此处所示的例子的情况下，由包含于XZ平面上的弯曲的路径构成。另外，在图示的例子的情况下，连接路径R1是通过XYZ三维直角坐标系的原点O的路径。需要注意的是，为方便起见，在图4中画出了点P1、P2、Q1、Q2、m1、m2、O，但这些点实际上为XZ平面上的点。

连接路径R1发挥作为弹性变形部310的中心轴的作用，弹性变形部310由沿该连接路径R1伸展的细长的臂状部件构成。弹性变形部310的横截面(沿着与连接路径R1正交的平面切开的切断面)的形状既可以为矩形，也可以为圆形，还可以为其它任意形状。另外，如有必要，也可以由内部为中空的管构成。弹性变形部310的材质只要为在作为检测对象的外力的作用下发生弹性变形的材质，则是什么样的材质都没关系，但在谋求商业利用上，优选使用容易加工的金属、树脂来构成。

在图4中用x符号所示的第一中继点m1及第二中继点m2是定义于连接路径R1上的点。在此，为便于说明起见，将弹性变形部310中的、配置于从第一受力点P1直至第一中继点m1的区间的部分称为第一外侧臂状部311，将配置于从第一中继点m1直至第二中继点m2的区间的部分称为内侧臂状部312，将配置于从第二中继点m2直至第二受力点P2的区间的部分称为第二外侧臂状部313。

第一基座部320是沿着连接第一中继点m1与第一支撑点Q1的第一支撑路径R2(图中用粗虚线示出)而配置的连接部件，第二基座部330是沿着连接第二中继点m2与第二支撑点Q2的第二支撑路径R3(图中用粗虚线示出)而配置的连接部件。在图示的例子的情况下，由于第一支撑点Q1定义于第一中继点m1的正下方、第二支撑点Q2定义于第二中继点m2的正下方，因此，第一支撑路径R2及第二支撑路径R3为平行于Z轴的直线。

第一基座部320及第二基座部330只要能够发挥将弹性变形部310在第一中继点m1及第二中继点m2的附近处支撑于支撑体200的上方的功能，则由什么样形状的部件构成都没关系。在图示的实施例的情况下，第一基座部320由以第一支撑路径R2为中心轴的圆柱状的结构体构成，在其上端形成有半径小的第一基座狭窄部321。弹性变形部310的第一中继点m1的附近与该第一基座狭窄部321的上表面连接。同样地，第二基座部330由以第二支撑路径R3为中心轴的圆柱状的结构体构成，在其上端形成有半径小的第二基座狭窄部331。弹性变形部310的第二中继点m2的附近与该第二基座狭窄部331的上表面连接。

第一基座部320及第二基座部330弹性变不变形均可，从而可由任意的材质构成。不过，在谋求商业利用上，优选与弹性变形部310同样地使用容易加工的金属、树脂来构成。在这种情况下，当外力作用于受力体100时，第一基座部320及第二基座部330与弹性变形部310一起弹性变形。需要注意的是，受力体100、支撑体200也可以使用金属、树脂构成。

图5为示出用XZ平面剖开图4所示的基本结构体1000后的截面的正截面图。需要注意的是，在本申请中，将用规定平面剖开构成基本结构体的各部时出现在截面上的各个几何学图形分别用在原来的各部的名称的末尾附加了“图形”这个词的名称来称呼，并标以在原来的各部的符号的末尾追加了“f”这个符号(图形(figure)的意思)的符号而示出。

因此，在图5所示的正截面图的情况下，将在受力体100的截面上出现的图形称为受力体图形100f，将在支撑体200的截面上出现的图形称为支撑体图形200f，将在变形体300的截面上出现的图形称为变形体图形300f。在此处所示的例子的情况下，受力体100及支撑体200均为上下两面平行于XY平面的板状部件，因此受力体图形100f及支撑体图形200f均如图示那样为矩形。

另外，夹在受力体图形100f与支撑体图形200f之间的变形体图形300f是包括作为弹性变形部310的截面的弹性变形部图形310f、作为第一基座部320的截面的第一基座部图形320f以及作为第二基座部330的截面的第二基座部图形330f的图形。在此，弹性变形部图形310f由第一外侧臂状部图形311f、内侧臂状部图形312f、第二外侧臂状部图形313f构成。另一方面，第一基座部图形320f的上端部由第一基座狭窄部图形321f构成，第二基座部图形330f的上端部由第二基座狭窄部图形331f构成。

在图5的正截面图中，连接路径R1也用粗线示出。该连接路径R1是连接定义于受力体图形100f的轮廓上的第一受力点P1与第二受力点P2的折线状的路径，是包含在XZ平面上的路径。弹性变形部图形310f沿该折线状的连接路径R1而配置，为连结第一受力点P1与第二受力点P2的臂状的图形。而且，第一基座部图形320f为在定义于连接路径R1上的第一中继点m1的附近处与弹性变形部图形310f连接的图形，第二基座部图形330f为在定义于连接路径R1上的第二中继点m2的附近处与弹性变形部图形310f连接的图形。

正如图4的主视图所示，第一基座部320及第二基座部330是从下方支撑弹性变形部310的部件，因此在图5的正截面图中，作为第一基座部图形320f的上方的连接端的第一基座狭窄部图形321f连接于弹性变形部图形310f的第一中继点m1的附近的下方，作为第二基座部图形330f的上方的连接端的第二基座狭窄部图形331f连接于弹性变形部图形310f的第二中继点m2的附近的下方。

另外，正如图5的正截面图所示，第一基座部图形320f沿着连接定义于连接路径R1上的第一中继点m1与定义于支撑体图形200f的轮廓上的第一支撑点Q1的第一支撑路径R2(图中用粗虚线示出)而配置，是连结弹性变形部图形310f与支撑体图形200f的图形。同样地，第二基座部图形330f沿着连接定义于连接路径R1上的第二中继点m2与定义于支撑体图形200f的轮廓上的第二支撑点Q2的第二支撑路径R3(图中用粗虚线示出)而配置，是连结弹性变形部图形310f与支撑体图形200f的图形。

在此，在第一基座部320的上端形成有第一基座狭窄部321，在第二基座部330的上端形成有第二基座狭窄部331这一点是重要的。在为图5的正截面图的情况下，这意味着弹性变形部图形310f的第一中继点m1的附近由宽度窄的第一基座狭窄部图形321f支撑，第二中继点m2的附近由宽度窄的第二基座狭窄部图形331f支撑。使各基座部的前端变窄来支撑弹性变形部310的理由是因为，当外力作用于了受力体100时，使弹性变形部310的第一中继点m1的附近及第二中继点m2的附近相对于第一基座部320及第二基座部330摆动。以下，对这点进行详述。

图6为将图5的一部分(第一中继点m1的附近部分)放大后的局部放大正截面图。在此，一面参照该截面图，一面试着考虑在外力作用于了受力体100的情况下各部的变形形式。正如图所示，弹性变形部图形310f以第一中继点m1的位置为边界分为位于其左侧的第一外侧臂状部图形311f和位于其右侧的内侧臂状部图形312f。而且，如上所述，沿着连接第一中继点m1与定义于支撑体图形200f的轮廓上的第一支撑点Q1的第一支撑路径R2而配置有第一基座部图形320f。

第一基座部图形320f的上端部分是作为与弹性变形部图形310f的连接端而发挥作用的部分，但构成宽度比其它部分窄的狭窄图形，因此，在此称为第一基座狭窄部图形321f。同样地，第二基座部图形330f的上端部分是作为与弹性变形部图形310f的连接端而发挥作用的部分，但构成宽度比其它部分窄的狭窄图形，因此，在此称为第二基座狭窄部图形331f。

这样，第一基座部图形320f的上端部分形成第一基座狭窄部图形321f，因此第一基座部图形320f与弹性变形部图形310f在接近于点接触的状态下连接。同样地，第二基座部图形330f的上端部分形成第二基座狭窄部图形331f，因此第二基座部图形330f与弹性变形部图形310f在接近于点接触的状态下连接。换言之，在图4中，第一基座部320的上端(第一基座狭窄部321)与弹性变形部310的下表面在接近于接触面积小的点接触的状态下连接，第二基座部330的上端(第二基座狭窄部331)与弹性变形部310的下表面在接近于接触面积小的点接触的状态下连接。

正如图6的截面图所示，第一基座狭窄部图形321f连接于弹性变形部图形310f的轮廓上的点m1，(第一支撑路径R2与弹性变形部图形310f的轮廓的交点)的位置。不过，如上所述，由于该连接形态为接近于点接触的状态，因此，在这里，为方便起见，近似为两图形处于点接触的状态来试着考虑外力作用时的各部的变形形式。

图7为针对图6所示的部分示出进行了上述近似的状态的近似截面图。参照该近似截面图，当作用有外力时，容易理解在弹性变形部图形310f上产生摆动位移。如图7所示，假设第一基座部图形320f与弹性变形部图形310f在连接点m1'处点接触，连接点m1'作为支点而发挥作用。

参照图4所示的基本结构体1000的整体结构，当在将支撑体200已固定的状态下有外力作用于受力体100时，可知，该外力从第一受力点P1传递至第一外侧臂状部311，并从第二受力点P2传递至第二外侧臂状部313。

因此，如图7所示，试着考虑向下的力-fz从第一受力点P1作用于第一外侧臂状部图形311f的情况。在这种情况下，第一外侧臂状部图形311f向下方位移，但由于支点ml'由第一基座部图形320f支撑，因此内侧臂状部图形312f反过来向上方位移。换句话说，对内侧臂状部图形312f作用向上的力+fz。其结果，弹性变形部图形310f以点ml'为支点如白箭头S所示地向逆时针方向摆动。

相反，当向上的力+fz从第一受力点P1作用于第一外侧臂状部图形311f时，第一外侧臂状部图形311f向上方位移，内侧臂状部图形312f向下方位移，弹性变形部图形310f以点ml'为支点与由白箭头S所示的方向相反地向顺时针的方向摆动。当然，关于由第二基座部330支撑的第二中继点m2的附近，也是以点m2'为支点发生同样的摆动。

结果，在图4所示的基本结构体1000中，在将支撑体200已固定的状态下有外力作用于受力体100时(如在§3中已述的，至少Z轴方向的力Fz或绕Y轴的力矩My作用时)，弹性变形部310的第一中继点m1的附近以与第一基座部320的连接点m1'为支点，相对于第一基座部320在X轴方向上(向X轴方向)摆动，弹性变形部310的第二中继点m2的附近以与第二基座部330的连接点m2'为支点，相对于第二基座部330在X轴方向上(向X轴方向)摆动。

用图5的截面图说明上述摆动现象，弹性变形部图形310f的第一中继点m1的附近以第一支撑路径R2与弹性变形部图形310f的轮廓的交点m1'为支点相对于第一基座部图形320f摆动，弹性变形部图形310f的第二中继点m2的附近以第二支撑路径R3与弹性变形部图形310f的轮廓的交点m2'为支点相对于第二基座部图形330f摆动。

〈〈〈§3.本发明所涉及的基本结构体的本质功能〉〉〉

在上述§2中，关于图4所示的基本结构体1000说明了作用有外力时在弹性变形部310的第一中继点m1的附近及第二中继点m2的附近产生摆动位移。在此，将产生这样的摆动位移作为前提，试着考虑在将支撑体200已固定的状态下Z轴方向的力Fz或绕Y轴的力矩My作用于受力体100时的基本结构体1000的整体的变形形式。

需要注意的是，在考虑该变形形式时，第一受力点P1配置于具有负的X坐标值的位置、第二受力点P2配置于具有正的X坐标值的位置这一点也拿来作为前提条件之一。在图4中，该前提条件表示第一受力点P1位于Z轴的左侧，第二受力点P2位于Z轴的右侧，如后所述，在考虑绕Y轴的力矩My作用时的变形形式时，对于保证第一受力点P1和第二受力点P2上所作用的力方向相反是一个重要的条件。

图8为针对图4所示的基本结构体1000示出在将支撑体200已固定的状态下向下的力-Fz作用于了受力体100时各部的变形状态的主视图(通过点接触进行基座部的支撑的近似图)。如图所示，向下的力-fz(力-Fz的分力)从受力体100作用于左侧的第一外侧臂状部311，向下的力-fz(力-Fz的分力)也从受力体100作用于右侧的第二外侧臂状部313。这是因为，施加于受力体100的力-Fz为朝向Z轴负方向的平移力(並進力)。

在此，如果考虑在弹性变形部310上产生上述的摆动位移，则当向下的力-fz作用于第一外侧臂状部311时，在第一中继点m1的附近产生如图中用白箭头S1所示那样的逆时针方向的摆动位移。同样地，当向下的力-fz作用于第二外侧臂状部313时，在第二中继点m2的附近产生如图中用白箭头S2所示那样的顺时针方向的摆动位移。其结果，在内侧臂状部312的左侧部分(第一中继点m1的附近部分)上作用有向上的力+fz，在内侧臂状部312的右侧部分(第二中继点m2的附近部分)上也作用有向上的力+fz，所以内侧臂状部312整体向上方位移。由于这样的位移，受力体100向下方位移。图8示出了基本结构体1000的这样的变形状态。

另一方面，在向上的力+fz作用于了受力体100的情况下，将产生与上述相反的位移。即，由于在第一外侧臂状部311及第二外侧臂状部313上作用有向上的力+fz，因而在内侧臂状部312上作用有向下的力-fz而整体向下方位移。这里应关注的点是，在Z轴方向的平移力-Fz或+Fz作用于了受力体100的情况下在内侧臂状部312的左右作用有相同方向的力(+fz或-fz)这点。在像这样地从左右作用相同方向的力而位移的情况下，内侧臂状部312作为对位移的阻力成分(resistance element)的作用极其小(有用于使内侧臂状部312产生一些弹性变形的能量就足矣)。

与此相对，在作用有力矩My的情况下，产生施加于内侧臂状部312的左右的力的方向相反的现象。图9为针对图4所示的基本结构体1000示出在将支撑体200已固定的状态下绕Y轴的力矩+My作用于受力体100时各部的变形状态的主视图(通过点接触进行基座部的支撑的近似图)。

根据上述的前提，由于第一受力点P1配置于具有负的X坐标值的位置，因此当力矩+My作用时，从受力体100对左侧的第一外侧臂状部311作用向上的力+fz(力矩+My的分力)。可是，由于第二受力点P2配置于具有正的X坐标值的位置，因此当力矩+My作用时，从受力体100对右侧的第二外侧臂状部313作用向下的力-fz(力矩+My的分力)。这是因为，施加于受力体100的力矩+My是以原点O为中心的顺时针方向的旋转力。

在这种情况下也是如果考虑在弹性变形部310上产生上述的摆动位移，则当向上的力+fz作用于第一外侧臂状部311时，在第一中继点m1的附近产生如图中用白箭头S3所示那样的顺时针方向的摆动位移。另一方面，当向下的力-fz作用于第二外侧臂状部313时，在第二中继点m2的附近产生如图中用白箭头S4所示那样的顺时针方向的摆动位移。其结果，在内侧臂状部312的左侧部分(第一中继点m1的附近部分)上作用有向下的力-fz，在内侧臂状部312的右侧部分(第二中继点m2的附近部分)上作用有向上的力+fz。但是，由于内侧臂状部312的左侧部分与右侧部分连结，因此，最后在内侧臂状部312处产生向上的力+fz与向下的力-fz相反的现象。

例如，如图所示，如果着眼于原点O的位置，则基于在第一中继点m1的附近所产生的摆动位移(白箭头S3)的向下的力-fz与基于在第二中继点m2的附近所产生的摆动位移(白箭头S4)的向上的力+fz变为对抗的状态。当然，这样的对抗状态由于内侧臂状部312的弹性变形而产生。具体而言，在内侧臂状部312的原点O的附近作用有使其向图的上下伸长的力，产生向图的上下方向伸展的弹性变形。图9示出了基本结构体1000的这样的变形状态。换句话说，为了使基本结构体1000处于图9所示那样的变形状态，必须使内侧臂状部312产生与之相应的弹性变形。

另一方面，当反转(图9中的逆时针方向)的力矩-My作用于受力体100时，从受力体100对左侧的第一外侧臂状部311作用向下的力-fz，对右侧的第二外侧臂状部313作用向上的力+fz。因此，作用于内侧臂状部312的力变为与图中用白箭头所示的力方向相反的力，但从左侧对内侧臂状部312作用的力与从右侧对内侧臂状部312作用的力的方向相反这一点并没有变化。例如，如果着眼于原点O的位置，则反向的力变为对抗的状态，在内侧臂状部312的原点O的附近作用有使其向图的上下压缩的力，产生向压缩方向的弹性变形。

这样，在绕Y轴的力矩(旋转力)作用于了受力体100的情况下，从内侧臂状部312的左右作用反向的力(+fz或-fz)这一点是重要的。在像这样地从左右作用反向的力而位移的情况下，内侧臂状部312作为对位移的阻力很大的成分而发挥作用。即，用于使内侧臂状部312产生伸长或压缩的弹性变形的能量是必要的。

这样，图4所示的基本结构体1000在Z轴方向的力Fz(平移力)作用于受力体100的情况下与绕Y轴的力矩My(旋转力)作用于受力体100的情况下显示出完全不同的行为。这是因为，构成该基本结构体1000的变形体300中包含的弹性变形部310沿连结配置于具有负的X坐标值的位置的第一受力点P1与配置于具有正的X坐标值的位置的第二受力点P2的连接路径R1而配置，而且，该连接路径R1上的第一中继点m1及第二中继点m2的附近在能向X轴方向摆动的状态下被第一基座部320及第二基座部330支撑。

由于采用了这样的结构，因此产生如下这样的现象：即、在Z轴方向的力Fz(平移力)作用于了受力体100的情况下，从连结第一中继点m1和第二中继点m2的内侧臂状部312的左右两端作用同向的力，而在绕Y轴的力矩My(旋转力)作用于了受力体100的情况下，从内侧臂状部312的左右两端作用反向的力。在前者的情况下，内侧臂状部312几乎不作为阻碍变形的阻力成分发挥作用，而在后者的情况下，内侧臂状部312作为阻碍变形的阻力成分发挥很大的作用。这是本发明所涉及的基本结构体1000的本质功能。

结果，图示的基本结构体1000具有下述这样的固有特征：即、与Z轴方向的力Fz(平移力)作用的情况相比，在绕Y轴的力矩My(旋转力)作用的情况下，限制变形的更大的阻力成分发挥作用。因此，如果利用这样的基本结构体1000来设计力觉传感器，则力矩的检测灵敏度与力的检测灵敏度的平衡调整将变得容易。特别地，在上述的现有的力觉传感器的情况下，可以看到力矩My的检测灵敏度比力Fz的检测灵敏度更高的倾向，而如果利用上述的基本结构体1000的话，由于限制力矩My作用时的变形的阻力成分发挥作用，因此可使力矩My的检测灵敏度降低。

〈〈〈§4.本发明所涉及的基本结构体的变形例〉〉〉

接着，关于在§2及§3中已述的基本结构体1000，阐述几个变形例。

<4-0.基本结构体1000的特征>

首先，在阐述变形例之前，预先说明图4所示的基本结构体1000的特征。图10为说明图4所示的基本结构体1000中的内侧臂状部312的结构的正截面图，其实质的内容与图5完全相同。不过，为便于说明，Z轴及纵向轴(longitudinal direction axis)L1用点划线画出。

如图所示，连接路径R1为连接第一受力点P1与第二受力点P2的、包含在XZ平面上的路径，弹性变形部310为沿着该连接路径R1而配置的臂状部件。

内侧臂状部312为沿着该连接路径R1中的、第一中继点m1与第二中继点m2之间的区间而配置的臂状部件，出现在图10的截面图中的内侧臂状部图形312f为以连接第一中继点m1与第二中继点m2的连接路径R1为中心轴在四处折弯的臂状图形。在此，当该连接路径R1从第一中继点m1朝着第二中继点m2沿路前进时，该连接路径R1能够分成从第一中继点m1向右方延伸的第一水平路径、沿纵向轴L1往下方去的下降路径、再向右方延伸的第二水平路径、沿着Z轴往上方去的上升路径、再向右方延伸并到达第二中继点m2的第三水平路径。

沿着这样的连接路径R1配置的内侧臂状部图形312f包括U字状部U，其具有沿着下降路径的下降臂状部(沿着纵向轴L1的部分)和沿着上升路径的上升臂状部(沿着Z轴的部分)(需要注意的是，在本申请中，“U字状”这个用语按不仅包括弯曲的曲线图形，而且还包括如图示那样弯曲成曲柄状的图形的意义来使用)。作为内侧臂状部图形312f，如果采用具有这样的U字状部U的图形，则在提高阻碍基于绕Y轴的力矩My的变形的效果上是优选的。

其理由是因为，如图9所示，当考虑在某一着眼点处向上的力+fz与向下的力-fz对抗的情况时，如果预先使内侧臂状部312的一部分包括长边方向朝着上下方向(Z轴方向)的部分，则通过反向的力+fz/-fz，能够使内侧臂状部在该长边方向上压缩或伸展。一般来说，与为使细长的臂状部件弯曲所需的力相比，为了使其在长边方向上压缩或伸展所需的力更大。因此，如果在内侧臂状部312的一部分上设有朝向Z轴方向的下降臂状部、上升臂状部，则在绕Y轴的力矩My作用的情况下，能够使阻碍变形的阻力发挥至最大限度。

图10所示的基本结构体1000中的内侧臂状部312的另一个特征在于，连接路径R1为在垂直方向(平行于Z轴的方向)上横穿原点O的路径这点。图9中示出了在绕Y轴的力矩My作用的情况下，以原点O为着眼点，向上的力+fz与向下的力-fz对抗的例子。其示出了在上述的上升臂状部(原点O的附近部分)处，反向的力+fz/-fz对抗的状态。在图9所示的例子的情况下，作用于原点O的附近的向下的力-fz是从作用于第一受力点P1的力+fz发源的左侧传递而来的力，作用于原点O的附近的向上的力+fz是从作用于第二受力点P2的-fz发源的右侧传递而来的力。

如果如图示的例子那样连接路径R1为通过原点O的路径，则由于反向的力+fz/-fz对抗的上升臂状部配置于原点O的位置，因此，能够使从左侧传递而来的力与从右侧传递而来的力在基本结构体1000的中心附近处平衡性良好地对抗，在使基本结构体1000的变形形式稳定上是优选的。

<4-1.第一变形例>

图11为说明图10所示的基本结构体1000的第一变形例的正截面图。图10所示的基本结构体1000与图11所示的基本结构体1001的区别只是前者的变形体图形300f在后者中被替换为变形体图形301f这点。更具体而言，对于第一基座部图形320f及第二基座部图形330f并没有变更，所以两者的区别只是前者的弹性变形部图形310f在后者中被替换为弹性变形部图形340f这点。

正如图11所示的，弹性变形部图形340f为沿着连接路径R4而配置的细长的臂状图形，由第一外侧臂状部图形341f、内侧臂状部图形342f、第二外侧臂状部图形343f构成。在此，第一外侧臂状部图形341f及第二外侧臂状部图形343f是与图10所示的第一外侧臂状部图形311f及第二外侧臂状部图形313f完全相同的图形，所以最终图10所示的基本结构体1000与图11所示的基本结构体1001的区别只是前者的内侧臂状部图形312f在后者中被替换为内侧臂状部图形342f这点。

而且，图10的内侧臂状部图形312f与图11的内侧臂状部图形342f均呈具有U字状部U的类似的形状，基本的区别只是构成U字状部U的下降臂状部和上升臂状部的配置。即，在图10的内侧臂状部图形312f中，沿纵向轴L1配置下降臂状部，沿Z轴配置上升臂状部，而在图11的内侧臂状部图形342f中，沿纵向轴(longitudinal direction axis)L2配置下降臂状部，沿纵向轴(longitudinal direction axis)L3配置上升臂状部。

如果如图10的内侧臂状部图形312f那样沿Z轴配置上升臂状部(沿Z轴配置下降臂状部的情况也同样)，则如上所述，能够在配置于该中心位置的臂状部处使从左右传递而来的力平衡性良好地对抗，获得使基本结构体1000的变形形式稳定的效果。

与此相对，在图11的内侧臂状部图形342f的情况下，下降臂状部被配置于沿着从Z轴向左偏离少许的纵向轴L2的位置，上升臂状部被配置于沿着从Z轴向右偏离少许的纵向轴L3的位置。在此，纵向轴L2、L3均为平行于Z轴的XZ平面上的轴。在该内侧臂状部图形342f的情况下，由于在中心位置(沿着Z轴的位置)上不存在沿垂直方向伸展的臂状部，因此不能够使从左右传递而来的力在中心位置的垂直臂状部处对抗，但是，如果将纵向轴L2、L3配置于关于Z轴对称的位置，则能够使基本结构体1001成为关于YZ平面而对称的结构，所以可获得使从左右传递而来的力具有左右对称性地对抗的效果。

另外，如图所示，如果用XZ平面剖开后的截面图成为左右对称图形，则如§4-11中所述地，也可以通过使该截面图形以Z轴为中心轴旋转而获得的旋转体来构成基本结构体1001。

<4-2.第二变形例>

图12为说明图10所示的基本结构体1000的第二变形例的正截面图。图10所示的基本结构体1000与图12所示的基本结构体1002的区别只是前者的变形体图形300f在后者中被替换为变形体图形302f这点。更具体而言，对于第一基座部图形320f及第二基座部图形330f并没有变更，所以两者的区别只是前者的弹性变形部图形310f在后者中被替换为弹性变形部图形350f这点。

正如图12所示的，弹性变形部图形350f为沿着连接路径R5而配置的细长的臂状图形，由第一外侧臂状部图形351f、内侧臂状部图形352f、第二外侧臂状部图形353f构成。在此，第一外侧臂状部图形351f及第二外侧臂状部图形353f是与图10所示的第一外侧臂状部图形311f及第二外侧臂状部图形313f完全相同的图形，所以最终图10所示的基本结构体1000与图12所示的基本结构体1002的区别只是前者的内侧臂状部图形312f在后者中被替换为内侧臂状部图形352f这点。

图12的内侧臂状部图形352f与作为第一变形例而描述的图11的内侧臂状部图形342f同样地是关于Z轴对称的图形。不过，在图11的内侧臂状部图形342f中，沿纵向轴L2配置下降臂状部，沿纵向轴L3配置上升臂状部，而在图12的内侧臂状部图形352f中，沿纵向轴(longitudinal direction axis)L4配置下降臂状部，沿纵向轴(longitudinal direction axis)L5配置上升臂状部。两者的基本区别只有纵向轴的倾斜角。

即，在图11的内侧臂状部图形342f中，定义有两条纵向轴L2、L3作为平行于Z轴的轴，而在图12的内侧臂状部图形352f中，定义有两条纵向轴L4、L5作为相对于Z轴倾斜少许的轴。不论纵向轴L2、L3还是纵向轴L4、L5，均为与XY平面交叉的轴，在这一点上是共通的，但在前者的情况下，交叉角为90°，而在后者的情况下，交叉角被设定为不到90°。不过，在图示的截面图上，纵向轴L4与纵向轴L5是关于Z轴对称的轴，因此内侧臂状部图形352f是关于Z轴对称的图形。

在该图12所示的变形例的情况下，从左右传递而来的反向的力+fz/-fz也同时作用于内侧臂状部352，在这一点上没有变化，所以在力矩My作用的情况下，内侧臂状部352能够发挥作为阻碍变形的阻力成分的功能。只是，沿纵向轴L4配置的下降臂状部以及沿纵向轴L5配置的上升臂状部朝着相对于Z轴倾斜的方向而配置，因此在绕Y轴的力矩My作用的情况下，无法使阻碍变形的阻力发挥至最大限度。

正如上所述的，关于细长的臂状部件，与为使其弯曲所需的力相比，为使其在长边方向上压缩或伸展所需的力更大。因此，在需要阻碍变形的最大限度的阻力的情况下，优选如图11所示的例子那样，设定为下降臂状部及上升臂状部的长边方向相对于Z轴平行。从这样的角度出发，图12所示的第二变形例可说成是在不需要如第一变形例那样大的阻力的情况下应采用的实施例。

总之，至此为止已述的各种实施例能够说成是在从第一中继点m1朝着第二中继点m2沿路前进的连接路径上设有沿与XY平面交叉的第一纵向轴L1、L2、L4往下方去的下降路径和沿与XY平面交叉的第二纵向轴Z、L3、L5往上方去的上升路径的实施例。在这样的实施例中，出现在沿着XZ平面的截面上的内侧臂状部图形312f、342f，352f具有沿着下降路径的下降臂状部和沿着上升路径的上升臂状部，所以在绕Y轴的力矩My作用的情况下，阻碍变形的阻力将起作用。

图12所示的实施例为使第一纵向轴及第二纵向轴相对于Z轴倾斜的例子，而图10及图11所示的实施例为将第一纵向轴及第二纵向轴设定为相对于Z轴平行的轴的例子。在绕Y轴的力矩My作用的情况下，从使阻碍变形的阻力最大限度发挥的角度来看，优选将第一纵向轴及第二纵向轴设定为相对于Z轴平行的轴。

<4-3.第三变形例>

图13为说明图10所示的基本结构体1000的第三变形例的正截面图。图10所示的基本结构体1000与图13所示的基本结构体1003的区别只是前者的变形体图形300f在后者中被替换为变形体图形303f这点。更具体而言，对于第一基座部图形320f及第二基座部图形330f并没有作出变更，所以两者的区别只是前者的弹性变形部图形310f在后者中被替换为弹性变形部图形360f这点。

正如图13所示的那样，弹性变形部图形360f为沿着连接路径R6而配置的细长的臂状图形，由第一外侧臂状部图形361f、内侧臂状部图形362f、第二外侧臂状部图形363f构成。在此，第一外侧臂状部图形361f及第二外侧臂状部图形363f是与图10所示的第一外侧臂状部图形311f及第二外侧臂状部图形313f完全相同的图形，所以最终图10所示的基本结构体1000与图13所示的基本结构体1003的区别只是前者的内侧臂状部图形312f在后者中被替换为内侧臂状部图形362f这点。

图13的内侧臂状部图形362f与作为第一变形例描述的图11的内侧臂状部图形342f同样地为关于Z轴对称的图形。不过，图11的内侧臂状部图形342f由弯曲成曲柄状的、只是通过直线的轮廓围成的细长图形构成，而图13的内侧臂状部图形362f由平缓弯曲的、通过包含曲线的轮廓围成的细长图形构成。如上所述，本申请中的“U字状”这个用语虽然也涵盖如图11的内侧臂状部图形342f那样弯曲成曲柄状的图形，但图13的内侧臂状部图形362f中包含的“U字状”的部分是正好如“U”那样弯曲成曲线状的图形。

总之，在图13所示的实施例中，在连接路径R6的第一中继点m1与第二中继点m2之间的区间设有向下方弯曲之后再向上方弯曲的弯曲路，内侧臂状部图形362f具有沿着该弯曲路的弯曲部。在像这样地于内侧臂状部362设置有弯曲部的实施例的情况下，从左右传递而来的反向的力+fz/-fz也同时作用于内侧臂状部362，在这一点上并没有变化，所以在力矩My作用的情况下，内侧臂状部362能够发挥作为阻碍变形的阻力成分的功能。只是，该作为阻力成分的功能与图10、图11所示的实施例相比变弱。

<4-4.第四变形例>

到目前为止，作为图10所示的基本结构体1000的变形例，已阐述对内侧臂状部312的结构进行了变更的例子。这里，将阐述对第一外侧臂状部311及第二外侧臂状部313的结构进行了变更的例子。

图14为说明图10所示的基本结构体1000的第四变形例的正截面图。图10所示的基本结构体1000与图14所示的基本结构体2000的第一区别是整体的横宽。在图14所示的基本结构体2000中，如上所述，对外侧臂状部的结构进行了变更，因此横宽整体上变宽。因此，图10所示的受力体图形100f在图14中被替换为宽度更宽的受力体图形150f，图10所示的支撑体图形200f在图14中被替换为宽度更宽的支撑体图形250f。不过，图14所示的变形例中的受力体150及支撑体250均为上下两面平行于XY平面的板状部件，与图10所示的受力体100及支撑体200没有本质上的区别。

图14所示的第四变形例的特征在于使用了横宽更宽的变形体400来代替图10所示的基本结构体1000的变形体300这点。图14的正截面图中示出了用XZ平面剖开了该变形体400时所出现的变形体图形400f的形状。即，在该第四变形例中，图10所示的变形体图形300f被替换为图14所示的变形体图形400f。

变形体图形400f是包括弹性变形部图形410f、第一基座部图形420f、第二基座部图形430f的图形。而且，弹性变形部图形410f是沿连接第一受力点P1与第二受力点P2的连接路径R7而配置的细长的臂状图形，由第一外侧臂状部图形411f、内侧臂状部图形412f、第二外侧臂状部图形413f构成。

在此，第一基座部图形420f是与图10所示的第一基座部图形320f完全相同的图形，第二基座部图形430f是与图10所示的第二基座部图形330f完全相同的图形。因此，第一基座部420发挥沿朝着支撑点Q1的第一支撑路径R2支撑弹性变形部410的第一中继点m1的附近的作用，第二基座部430发挥沿朝着支撑点Q2的第二支撑路径R3支撑弹性变形部410的第二中继点m2的附近的作用，这点与到目前为止已阐述的实施例完全相同。

另外，图14所示的连接路径R7的第一中继点m1与第二中继点m2之间的区间的形状与图10所示的连接路径R1的同区间的形状完全相同，内侧臂状部图形412f是与图10所示的内侧臂状部图形312f完全相同的图形。结果，图10所示的弹性变形部310与图14所示的弹性变形部410只有外侧臂状部的部分有区别。即，图10所示的第一外侧臂状部图形311f被替换为图14所示的第一外侧臂状部图形411f，图10所示的第二外侧臂状部图形313f被替换为图14所示的第二外侧臂状部图形413f。

最初，第一外侧臂状部的原本的作用是连接第一受力点P1与第一中继点m1，第二外侧臂状部的原本的作用是连接第二受力点P2与第二中继点m2。如果只是发挥这样的原本的作用的话，具有图10所示的第一外侧臂状部图形311f及第二外侧臂状部图形313f这样的截面形状的部件就足矣，没有必要准备具有图14所示的第一外侧臂状部图形411f及第二外侧臂状部图形413f这样的截面形状的部件。

在为图14所示的实施例的情况下，在连接路径R7上设有第一U字状迂回路U1及第二U字状迂回路U2。这些迂回路U1、U2是使原本所需的路径迂回的冗长的路径，在发挥上述原本的作用上是不需要的。然而，作为截面图形，如果采用沿这样的迂回路U1、U2伸展的第一外侧臂状部图形411f及第二外侧臂状部图形413f，则能够使变形体400的变形形式多样化，能够使变形体400变形为各种各样的形状。

在§3中，参照图8及图9示出了Z轴方向的力Fz及绕Y轴的力矩My作用于构成基本结构体1000的受力体100时的变形状态。然而，在利用这样的基本结构体1000的实际环境中，对受力体100作用的外力不仅有力Fz、力矩My，而且力Fx、Fy、力矩Mx、Mz等其它轴分量也会作用于受力体100。而且，在上述的专利文献1～3中公开的那样的六轴检测型的力觉传感器中，在外力的六个轴分量Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz中哪一个发生作用的情况下，都会使变形体产生规定的变形，必须基于该变形形式来检测所作用的外力的各个轴分量。

从这样的角度出发，使变形体的结构可具有尽量多样的变形形式是优选的。在图14所示的第四变形例中，采用了在连接路径R7上设置U字状迂回路U1、U2的冗长结构。即，在连接路径R7的第一受力点P1与第一中继点m1之间的区间设有呈U字状的第一U字状迂回路U1，第一外侧臂状部图形411f具有沿着该第一U字状迂回路的第一U字状迂回部。同样地，在连接路径R7的第二受力点P2与第二中继点m2之间的区间设有呈U字状的第二U字状迂回路U2，第二外侧臂状部图形413f具有沿着该第二U字状迂回路的第二U字状迂回部。

通过这样的冗长结构，变形体400能够取得更多样的变形形式。特别地，在图14所示的实施例的情况下，第一U字状迂回路U1及第二U字状迂回路U2由平行于Z轴的一对纵向迂回路与连接这一对纵向迂回路的、平行于X轴的横向迂回路的组合而构成。具有这样的结构的U字状迂回路U1、U2能够在三维上以各种各样的形式变形，所以能够使整个变形体400的变形形式多样化。在后述的§5及§6中说明的力觉传感器中也采用了在外侧臂状部设置沿着U字状迂回路的U字状迂回部的结构，实现了变形体的变形形式的多样化。

<4-5.第五变形例>

图15为说明图10所示的基本结构体1000的第五变形例的正截面图。实际上，该图15所示的基本结构体2001是对图14所示的基本结构体2000实施了一些变更的结构体。即，图14所示的基本结构体2000与图15所示的基本结构体2001的不同点只是前者的变形部图形400f在后者中被替换为变形部图形401f这点。

更具体而言，对于第一基座部图形420f及第二基座部图形430f并没有变更，所以两者的区别只是前者的弹性变形部图形410f在后者中被替换为弹性变形部图形440f这点。正如图示的那样，图15所示的弹性变形部图形440f由第一外侧臂状部图形441f、内侧臂状部图形442f、第二外侧臂状部图形443f构成。这些各图形分别对应于图14所示的第一外侧臂状部图形411f、内侧臂状部图形412f、第二外侧臂状部图形413f。

这些对应的各个图形的区别只是有无中间变细部。即，第一外侧臂状部图形441f(图15)是在第一外侧臂状部图形411f(图14)上形成有中间变细部41的图形，内侧臂状部图形442f是在内侧臂状部图形412f上形成有中间变细部42的图形，第二外侧臂状部图形443f是在第二外侧臂状部图形413f上形成有中间变细部43的图形。中间变细部41、42、43是在与连接路径R7正交的方向上的宽度变窄的部分，可说成是比其它部分更易发生弹性变形的部位。

在图15所示的实施例中，在第一外侧臂状部图形441f、内侧臂状部图形442f、第二外侧臂状部图形443f各自上各设有一处中间变细部，但不一定必须在这些各臂状部图形441f、442f、443f的全部上都设置中间变细部，也可以只在一部分上设置中间变细部。另外，中间变细部不必为一处，也可以设于数处。

设置这样的中间变细部的理由是为了使各臂状部441、442、443的弹性变形变得容易，使变形体401的变形形式多样化。如上所述，在六轴检测型的力觉传感器中，优选形成为变形体由于外力的六个轴分量的作用而具有多样的变形形式的结构。如果预先在各臂状部441、442、443上设置中间变细部，则在该中间变细部的部分上易于产生挠曲、扭转，可使变形体401的变形形式多样化。

<4-6.第六变形例>

图16为说明图10所示的基本结构体1000的第六变形例的正截面图。实际上，该图16所示的基本结构体2002是对图15所示的基本结构体2001中的中间变细部的位置及形状实施了一些变更的结构体。即，图15所示的基本结构体2001与图16所示的基本结构体2002的不同点只是前者的变形部图形401f在后者中被替换为变形部图形402f这点。

更具体而言，对于第一基座部图形420f及第二基座部图形430f并没有作出变更，所以两者的区别只是前者的弹性变形部图形440f在后者中被替换为弹性变形部图形450f这点，只是中间变细部的位置及形状有些许不同。即，正如图示的那样，图16所示的弹性变形部图形450f由第一外侧臂状部图形451f、内侧臂状部图形452f、第二外侧臂状部图形453f构成。而且，在第一外侧臂状部图形451f上形成有中间变细部51a、51b，在内侧臂状部图形452f上形成有中间变细部52a、52b，在第二外侧臂状部图形453f上形成有中间变细部53a、53b。

在图15所示的实施例中，在各臂状部图形441f、442f、443f各自的一处形成有较长的中间变细部41、42、43，而在图16所示的实施例中，在各臂状部图形451f、452f、453f各自的两处形成有较短的中间变细部5la、51b、52a、52b、53a、53b。设置这样的中间变细部的理由是因为，如上所述，使各臂状部451、452、453的弹性变形变得容易，使变形体402的变形形式多样化。当增加中间变细部的形成部位时，虽然加工工序相应地变复杂，但能够应对更灵活的变形，能够使变形形式的多样化的程度提高。

<4-7.第七变形例>

图17为说明图10所示的基本结构体1000的第七变形例的正截面图。实际上，该图17所示的基本结构体2003是对图14所示的基本结构体2000实施了些许变更的结构体。即，图14所示的基本结构体2000与图17所示的基本结构体2003的不同点只是前者的变形部图形400f在后者中被替换为变形部图形403f这点。

更具体而言，对于第一基座部图形420f及第二基座部图形430f并没有作出变更，所以两者的区别只是前者的弹性变形部图形410f在后者中被替换为弹性变形部图形460f这点。如图所示，图17所示的弹性变形部图形460f具有第一外侧臂状部图形461f、内侧臂状部图形462f、第二外侧臂状部图形463f，这些各图形分别对应于图14所示的第一外侧臂状部图形411f、内侧臂状部图形412f、第二外侧臂状部图形413f。

只是，在图17所示的弹性变形部图形460f上新增加了两个部分。第一增加部分为重量调整部图形62f。该重量调整部图形62f为向内侧臂状部图形462f的右侧的水平部分的下方突出的图形(在图中标有网眼状影线加以示出)。另外，第二增加部分为凸缘部图形61f、63f。凸缘部图形61f为设于第一外侧臂状部图形461f的上端部(与第一受力点P1的连接部分)的图形，凸缘部图形63f为设于第二外侧臂状部图形463f的上端部(与第二受力点P2的连接部分)的图形。以下，对这些增加部分的作用进行说明。

首先，重量调整部图形62f相当于在三维的基本结构体2003中形成重量调整部62的部分的截面图形。该重量调整部62虽然并非直接参与弹性变形部460原本的功能、即调整力矩的检测灵敏度与力的检测灵敏度的平衡的功能的部分，但其发挥调整变形体403的重量的平衡的作用。如果比较图14所示的变形体图形400f的整体形状与图17所示的变形体图形403f的整体形状，则能够容易理解该作用。

图14所示的变形体图形400f在图中是关于Z轴左右非对称的图形。这是因为，如上所述，进行了内侧臂状部图形412f的一部分通过原点O这样的设计。当然，图17所示的变形体图形403f也是关于Z轴左右非对称的图形，这一点并没有变化。只是，在变形体图形403f上增加有重量调整部图形62f，因此在切断面这一二维平面上的面积的平衡成为接近于关于Z轴左右对称的平衡。如果以三维的基本结构体2003来考虑的话，这意味着重量调整部62发挥相对于YZ平面使左右的重量平衡均衡的作用。

如上所述，在六轴检测型的力觉传感器中，由于外力的六个轴分量的作用，变形体具有多样的变形形式。因此，基本结构体2003的三维重量分布优选尽量关于坐标轴具有对称性。如果基本结构体2003的重量分布出现不均，则变形动作就变得不稳定，具有给检测结果带来坏影响的可能性。重量调整部62发挥进行调整以免基本结构体2003的重量分布出现不均，从而使稳定的检测变为可能的作用。

需要说明的是，在图17所示的实施例的情况下，重量调整部图形62f设于内侧臂状部图形462f旁边的空间中，但配置重量调整部图形的场所只要是具有使重量分布均匀化的效果的场所，则为任意的场所都没关系。因此，实际上，既可以在第一外侧臂状部图形461f、内侧臂状部图形462f、第二外侧臂状部图形463f中的全部上分别增加重量调整部图形，也可以在其中的部分上增加重量调整部图形。另外，重量调整部图形只要为向与连接路径正交的方向突出这样的图形，则是什么样的形状的图形都没关系。

接下来，说明凸缘部图形61f、63f的作用。如图所示，凸缘部图形61f是设于第一外侧臂状部图形461f与受力体图形150f的连接部(第一受力点P1附近)的、向与连接路径正交的方向突出的图形，相当于在三维的基本结构体2003中形成凸缘部61的部分的截面图形。同样地，凸缘部图形63f是设于第二外侧臂状部图形463f与受力体图形150f的连接部(第二受力点P2附近)的、向与连接路径正交的方向突出的图形，相当于在三维的基本结构体2003中形成凸缘部63的部分的截面图形。

如果像这样地将凸缘部61、63预先设于与受力体150的连接部分上，则能够使与受力体150的连接坚固。在通过细长的臂状部件来构成弹性变形部460的情况下，由于其横截面的面积有限，因此也可能会有与受力体150的接合不充分的情况。在这样的情况下，如果将凸缘部61、63预先形成于弹性变形部460的端部，则能够使接合面的面积增加，能够进行更坚固的接合。

<4-8.第八变形例>

图18为说明图10所示的基本结构体1000的第八变形例的正截面图。该图18所示的基本结构体2004也具有在受力体160与支撑体260之间设有变形体404的结构。而且，作为受力体160及支撑体260，使用了上下两面平行于XY平面的板状部件，这点也与以前的实施例同样。

因此，如图18所示，用XZ平面剖开该基本结构体2004后的截面由矩形状的受力体图形160f、矩形状的支撑体图形260f以及连接两者的变形体图形404f构成。而且，变形体图形404f由弹性变形部图形470f、第一基座部图形425f、第二基座部图形435f构成，弹性变形部图形470f由沿着连接第一受力点P1与第二受力点P2的、XZ平面上的连接路径R8的细长的臂状图形构成。

该图18所示的实施例的特征在于第一基座部425及第二基座部435的支撑形态。如图所示，第一基座部图形425f的上端(连接端)与弹性变形部图形470f的第一中继点m1的附近的下方连接。因此，与到目前为止已述的实施例同样地，第一基座部425为从下方支撑弹性变形部470的部件。可是，第二基座部435与到目前为止已阐述的实施例相反，为从上方支承弹性变形部470的部件。如图所示，第二基座部图形435f是使第一基座部图形425f的上下颠倒这样的图形，其下端(连接端)与弹性变形部图形470f的第二中继点m2的附近的上方连接。

需要注意的是，在图中，为方便起见，示出了第二基座部图形435f的上端固定于在空间上画出的第二支撑点Q2的状态，但实际上，该第二支撑点Q2是设于支撑体260的上表面的点(例如，位于XZ平面的后面的点)，第二基座部435可说成是连接弹性变形部470的第二中继点m2的附近与设于支撑体260的上表面的第二支撑点Q2的部件。

因此，第二基座部435实际上呈弯曲为例如U字状的形状，其一端如图18的截面图上所画出的那样与弹性变形部470的第二中继点m2的附近的上方连接，另一端与设于支撑体260的上表面的第二支撑点Q2连接。在图18的截面图中，由于无法画出该第二基座部435的另一端与第二支撑点Q2连接的实际状态(由于第二支撑点Q2不在切断面上)，因而为方便起见，在空间上画出第二支撑点Q2，并示出了第二基座部435的另一端与第二支撑点Q2连接。

这样，图18所示的实施例与到目前为止已阐述的实施例相比较，基座部的支撑形态有些不同，但其本质功能并没有变化。即，弹性变形部图形470f由第一外侧臂状部图形471f、内侧臂状部图形472f、第二外侧臂状部图形473f构成，能够发挥调整力矩的检测灵敏度与力的检测灵敏度的平衡的功能。虽然弹性变形部470的第二中继点m2的附近由第二基座部435从上方支承，但因从受力体160传递来的力，该第二中继点m2的附近部分摆动这一点并没有变化，所以图18所示的基本结构体2004与图10所示的基本结构体1000同样地发挥调整力矩的检测灵敏度与力的检测灵敏度的平衡的功能。

即，在图18所示的基本结构体2004的情况下，当从第一中继点m1朝着第二中继点m2沿连接路径R8前进时，存在沿与XY平面交叉的纵向轴(longitudinal direction axis)L6往下方去的下降路径，内侧臂状部图形472f具有沿着该下降路径的下降臂状部。因此，在绕Y轴的力矩My作用的情况下，该下降臂状部使从左右传递而来的方向相反的力对抗，从而作为阻碍变形的阻力成分而发挥作用。需要说明的是，若要使作为该阻力成分的功能发挥至最大限度，正如已述的那样，优选设定为纵向轴L6平行于Z轴。

在至目前为止已阐述的实施例中，采用了通过基座部从下方支撑两个中继点m1、m2双方的结构，而图18所示的基本结构体2004的特征在于采用了通过基座部从下方支撑两个中继点m1、m2中的一方、并通过基座部从上方支承另一方的结构这点。即使像这样地将基座部的支撑位置从下方变更为上方，如上所述，基本结构体的本质功能也并没有变化。

当然，也能采用通过基座部从上方支承两个中继点m1、m2双方的结构。在这种情况下，从截面图上来看，第一基座部图形的连接端与弹性变形部图形的第一中继点m1的附近的上方连接，第二基座部图形的连接端与弹性变形部图形的第二中继点m2的附近的上方连接。只是，在图18所示的实施例的情况下，连接路径R8变为以图示那样的形态向上下弯曲的路径，因此如果采用如图示那样从下方支撑第一中继点m1的附近、并从上方支承第二中继点m2的附近的结构，则就能够在三维空间内高效地配置各零部件。

<4-9.第九变形例>

图19为说明图10所示的基本结构体1000的第九变形例的正截面图。该图19所示的基本结构体2005也具有在受力体150与支撑体250之间设有变形体405的结构。而且，作为受力体150及支撑体250，使用了上下两面平行于XY平面的板状部件，这点也与以前的实施例同样。

因此，如图19所示，用XZ平面剖开该基本结构体2005后的截面由矩形状的受力体图形150f、矩形状的支撑体图形250f以及连接两者的变形体图形405f构成。而且，变形体图形405f包括弹性变形部图形480f、第一基座部图形426f、第二基座部图形436f，弹性变形部图形480f由沿着连接第一受力点P1和第二受力点P2的、XZ平面上的连接路径R9的细长的臂状图形构成。该图19所示的实施例的特征在于除了第一基座部426及第二基座部436以外还增加了第三基座部496这点。

正如图所示的，在该实施例的情况下也定义有连接路径R9作为连接第一受力点P1与第二受力点P2的、XZ平面上的路径，但在该连接路径R9上不仅定义有第一中继点m1及第二中继点m2，而且在第二中继点m2与第二受力点P2之间还定义有第三中继点m3，为了支撑该第三中继点m3的附近而增加了第三基座部496。因此，变形体405除了弹性变形部480、第一基座部426、第二基座部436以外还具有第三基座部496。第三基座部496为连结弹性变形部480的第三中继点m3的附近与定义于支撑体250上的第三支撑点Q3的部件。

因此，如图19的截面图所示，弹性变形部图形480f具有：沿连接路径R9的从第一受力点P1至第一中继点m1的区间而配置的第一外侧臂状部图形481f、沿连接路径R9的从第一中继点m1至第二中继点m2的区间而配置的第一内侧臂状部图形482f、沿连接路径R9的从第二中继点m2至第三中继点m3的区间而配置的第二内侧臂状部图形483f以及沿连接路径R9的从第三中继点m3至第二受力点P2的区间而配置的第二外侧臂状部图形484f。

特别地，在图19所示的实施例的情况下，第一基座部图形426f的连接端与弹性变形部图形480f的第一中继点m1的附近的下方连接，第二基座部图形436f的连接端与弹性变形部图形480f的第二中继点m2的附近的下方连接，作为第三基座部的截面的第三基座部图形496f的连接端与弹性变形部图形480f的第三中继点m3的附近的上方连接。

因此，在该图19中，为方便起见，也示出了第三基座部图形496f的上端被固定于在空间上画出的第三支撑点Q3的状态，但实际上，该第三支撑点Q3是设于支撑体250的上表面的点(例如，位于XZ平面的后面的点)，第三基座部496可说成是连接弹性变形部480的第三中继点m3的附近与设于支撑体250的上表面的第三支撑点Q3的部件。

例如，第三基座部496可由呈弯曲为U字状的形状的部件构成。在这种情况下，第三基座部496的一端如在图19的截面图中所画出地，与弹性变形部480的第三中继点m3的附近的上方连接，另一端与设于支撑体250的上表面的第三支撑点Q3连接。在图19的截面图中，由于无法画出该第三基座部496的另一端与第三支撑点Q3连接的实际状态(由于第三支撑点Q3不在切断面上)，因而为方便起见，在空间上画出第三支撑点Q3，并示出了第三基座部496的另一端与第三支撑点Q3连接。

需要注意的是，正如上所述的，不论将基座部的支撑位置设为下方还是上方，基本结构体2005的本质功能都没有变化，所以使三个中继点ml、m2、m3附近的支撑形态为下方支撑还是为上方支撑可任意地设定。只是，在图19所示的实施例的情况下，连接路径R9是以图示那样的形态向上下弯曲的路径，因此如果采用如图示那样从下方支撑第一中继点m1的附近及第二中继点m2的附近、并从上方支承第三中继点m3的附近的结构，则能够在三维空间内高效地配置各零部件。

这里应留意的点是：当如图19所示的实施例那样采用分别支撑三个中继点ml、m2、m3的附近的方式时，虽然在获得调整力矩的检测灵敏度与力的检测灵敏度的平衡的功能这一点上并没有变化，但是该调整功能的内容与到目前为止已述的实施例中的调整功能的内容并不相同。

具体而言，在到目前为止已阐述的实施例(支撑两个中继点ml、m2附近的方式)的情况下，基本结构体的本质功能是，与作为平移力的力Fz作用的情况相比，在作为旋转力的力矩My作用的情况下，作为阻碍变形的更大的阻力成分起作用。起到这样的功能的原理正如在§3中参照图8及图9所说明的。

即，在作为平移力的力-Fz作用于受力体100的情况下，如图8所示，从左右向内侧臂状部312施加相同方向的力+fz，而在作为旋转力的力矩+My作用的情况下，如图9所示，从左右向内侧臂状部312施加反向的力+fz/-fz，从而使原点O的附近部分上下伸展的应力起作用，相对于该应力，源自弹性材料的阻力产生作用。为此，在力矩My作用的情况下，弹性变形部310作为阻碍变形的大的阻力成分起作用。

可是，在图19所示的实施例(支撑三个中继点ml、m2、m3的附近的方式)时，情况却发生大的变化。在此，关于图19所示的基本结构体2005，试考虑在外力作用于了受力体150的情况下，怎样的力会从左右施加于第一内侧臂状部图形482f的原点O的附近部分。

首先，考虑作为平移力的力-Fz作用于受力体150的情况。在这种情况下，由于在第一受力点P1上施加向下的力-fz，所以第一外侧臂状部图形481f向下方位移。其结果，第一中继点m1的左侧向下方位移，右侧反过来向上方位移。因此，从左侧对原点O的附近部分施加向上的力+fz。

另一方面，由于在第二受力点P2上也施加向下的力-fz，所以第二外侧臂状部图形484f向下方位移。其结果，第三中继点m3的右侧向下方位移，左侧反过来向上方位移。因此，第二内侧臂状部图形483f向上方位移。其结果，第二中继点m2的右侧向上方位移，左侧反过来向下方位移。因此，从右侧对原点O的附近部分施加向下的力-fz。

结果，在作为平移力的力-Fz作用于了受力体150的情况下，向上下方向压缩原点O的附近部分的应力起作用，从而相对于该应力，源自弹性材料的阻力产生作用。为此，在作为平移力的力-Fz作用的情况下，弹性变形部480作为阻碍变形的大的阻力成分而起作用。

接着，考虑作为旋转力的力矩My作用于受力体150的情况。在这种情况下，由于在第一受力点P1上施加向上的力+fz，所以第一外侧臂状部图形481f向上方位移。其结果，第一中继点m1的左侧向上方位移，右侧反过来向下方位移。因此，从左侧对原点O的附近部分施加向下的力-fz。

另一方面，由于在第二受力点P2上施加向下的力-fz，所以第二外侧臂状部图形484f向下方位移。其结果，第三中继点m3的右侧向下方位移，左侧反过来向上方位移。因此，第二内侧臂状部图形483f向上方位移。其结果，第二中继点m2的右侧向上方位移，左侧反过来向下方位移。因此，从右侧对原点O的附近部分施加向下的力-fz。

这样，在作为旋转力的力矩My作用于了受力体150的情况下，从左右向原点O的附近部分施加相同方向的力-fz，从而向上下方向伸展或压缩该部分的应力不会起作用。因此，在图19所示的实施例的情况下，当作用力Fz时，弹性变形部480会作为阻碍变形的大的阻力成分而起作用。

结果，在到目前为止已阐述的、支撑两个中继点m1、m2的附近的实施例中，与力Fz(平移力)的检测灵敏度相比，使力矩My(旋转力)的检测灵敏度降低的调整功能生效，而在图19所示的支撑三个中继点m1、m2、m3的附近的实施例中，与之相反地，与力矩My(旋转力)的检测灵敏度相比，使力Fz(平移力)的检测灵敏度降低的调整功能生效。

如上所述，在专利文献1～3中公开的力觉传感器的情况下，具有力矩My(旋转力)的检测灵敏度高于力Fz(平移力)的检测灵敏度的趋势。因此，要纠正这样的趋势，采用支撑两个中继点m1、m2的附近的实施例来抑制力矩My的检测灵敏度即可。相反，在需要抑制力Fz的检测灵敏度的情况下，如图19所示，采用支撑三个中继点m1、m2、m3的附近的实施例即可。

当然，也能够采用将定义于连接路径上的中继点的数量增加至四个以上并通过四个以上的基座部来支撑各中继点的构成，但在实际应用上，抑制力矩My的检测灵敏度时使用两个中继点、抑制力Fz的检测灵敏度时使用三个中继点就足矣。

<4-10.各变形例的组合>

到目前为止，在§4-0中说明了图4所示的基本结构体1000的特征，在§4-1至§4-9中阐述了对该基本结构体1000的各种各样的变形例。当然，各个变形例能自由地组合。例如，虽然在§4-1至§4-3中阐述了关于内侧臂状部的形态的各种变形例、在§4-4中阐述了关于外侧臂状部的形态的各种变形例，但这些变形例能够相互地组合。当然，在§4-5，§4-6中描述的中间变细部、在§4-7中描述的重量调整部和凸缘部例如也能在§4-8、§4-9中描述的变形例中利用。总之，到目前为止已阐述的各个变形例的概念能够在不产生技术上的矛盾的范围内相互地组合利用。

<4-11.基本结构体的三维结构>

如在§2中所说明的，在图4所示的基本结构体1000中，弹性变形部310由通过使沿连接路径R1伸展的细长的臂状部件弯曲而得到的结构体构成。在此，该细长的臂状部件的横截面既可以为矩形、也可以为圆形，还可以为其它任意形状。另外，由内部中空的管构成也没关系。

该基本结构体1000中的弹性变形部310的作用如参照图8及图9所说明的，在于调整力Fz(平移力)的检测灵敏度与力矩My(旋转力)的检测灵敏度的平衡。正如已阐述的，在图4所示的基本结构体1000的情况下，与力Fz的检测灵敏度相比，使力矩My的检测灵敏度降低的调整功能生效，而在图19的变形例所示的基本结构体2005的情况下，与力矩My的检测灵敏度相比，使力Fz的检测灵敏度降低的调整功能生效。

这样，力Fz与力矩My的检测灵敏度的调整功能生效的基本原理是因为，用XZ平面剖开基本结构体后的截面上所出现的结构具有到目前为止已阐述的固有的特征。例如，在为基本结构体1000的情况下，用XZ平面剖开后的截面上所出现的各截面图形具有图5的正截面图所示的截面结构，由于具有这样的截面结构，因此参照图8及图9所说明的调整功能将发挥作用。在图10～图19中，将各种各样的变形例所涉及的基本结构体的特征作为用XZ平面剖开后的截面上所出现的各截面图形的特征进行了说明，这是因为，上述调整功能基于用XZ平面剖开时的截面结构的固有的特征而起作用。

因此，在设计本发明所涉及的基本结构体时，如果使以XZ平面剖开时的截面结构(各截面图形的形状、配置)具有到目前为止已述的特征，则实际的三维结构采用什么样的形态都没有关系。在§2中，作为图4所示的基本结构体1000的三维结构的典型例，列举了由沿连接路径R1伸展的细长的臂状部件构成弹性变形部310的例子，但弹性变形部310的三维结构未必限定于由细长的臂状部件构成的结构。

例如，可以由通过使图5所示的弹性变形部图形310f在Y轴方向(图的纵深方向)上平行移动与受力体100及支撑体200的纵深宽度大致相同的距离而获得的三维立体(将平板折弯这样的形状的立体)来构成弹性变形部310。在这种情况下，基座部320、330也优选由通过使图5所示的基座部图形320f、330f在Y轴方向上平行移动与受力体100及支撑体200的纵深宽度大致相同的距离而获得的三维立体来构成。

或者，如图11所示，如果是利用具有相对于Z轴左右对称的形状的弹性变形部图形340f的话，则也可以由通过使该图形以Z轴为中心轴旋转而获得的旋转体来构成弹性变形部340。在这种情况下，基座部320、330也优选由以Z轴为中心轴的旋转体构成。因此，实际上，可以由通过使图11所示的所有的截面图形(100f、200f、301f)以Z轴为中心轴旋转而获得的旋转体来构成基本结构体1001。在这种情况下，受力体100及支撑体200由圆盘状部件构成，弹性变形部340由圆形的盘状部件构成，基座部320、330由共通的甜甜圈状部件构成。

从这样的角度出发，在本申请中称为“臂状部”的部件不一定必须是三维形状呈臂状的部件。例如，在图5所示的实施例的说明中，作为各截面图形的名称，使用了第一外侧臂状部图形311f、内侧臂状部图形312f、第二外侧臂状部图形313f这样的用语，虽然将截面为第一外侧臂状部图形311f的部件称为第一外侧臂状部311，将截面为内侧臂状部图形312f的部件称为内侧臂状部312，将截面为第二外侧臂状部图形313f的部件称为第二外侧臂状部313，但这些各臂状部311、312、313不一定必须是三维形状呈臂状的部件，二维的截面图形呈臂状就足矣。

需要注意的是，到目前为止，关于用XZ平面剖开基本结构体后的截面图形的形状及配置，说明了其特征，但用于本发明的弹性变形部不一定必须配置于XZ平面上，只要被配置在平行于XZ平面的任意的平面上，则就能够获得上述的检测灵敏度的调整功能。例如，在图4中示出了将连接路径R1定义于XZ平面上并由沿该连接路径R1伸展的细长的臂状部件来构成弹性变形部310的实施例，根据该实施例，说明了如图8及图9所示那样的检测灵敏度的调整功能生效。

然而，连接路径R1不一定必须为定义于XZ平面上的路径，即使是定义于平行于XZ平面的任意平面上的路径也没关系。例如，在图8及图9中，即使弹性变形部310不是配置于XZ平面上，而是配置于图的近前侧的平面(平行于XZ平面的平面)上，根据上述的原理能够容易理解，检测灵敏度的调整功能也生效。因此，在图10～图19中，虽然将各种各样的变形例所涉及的基本结构体的特征作为用XZ平面剖开后的截面上所出现的各截面图形的特征进行了说明，但实际上，只要通过XZ平面或平行于XZ平面的平面剖开后的截面上所出现的各截面图形的特征具有到目前为止已阐述的特征，则就会获得检测灵敏度的调整功能，能作为本发明所涉及的基本结构体加以利用。

例如，在图10所示的实施例的情况下，设计成连接路径R1通过原点O。这是为了在配置于原点O附近的垂直的臂状部分处使方向相反的力+f/-fz对抗的考虑。即，如果进行这样的设计，则能够使从左侧传递过来的力与从右侧传递过来的力在基本结构体1000的中心附近处平衡性良好地对抗，在使基本结构体1000的变形形式稳定上是优选的。

只是，正如上所述的，连接路径R1不一定必须定义为XZ平面上的路径，定义为XZ平面或平行于XZ平面的任意平面上的路径就足矣。因此，要进行使左右的力在基本结构体1000的中心附近处平衡性良好地对抗这样的设计，图10所示的纵向轴(图中作为Z轴而示出的轴)不一定必须是Z轴(XZ平面上的轴)，可以为包含于YZ平面中的轴。

总之，要进行构成为在连接路径R1上设置平行于Z轴的第一纵向轴及第二纵向轴而使阻碍变形的阻力发挥至最大限度、且使左右的力在中心附近处平衡性良好地对抗的设计，可以使第一纵向轴或第二纵向轴成为包含于YZ平面中的轴。

需要说明的是，在量产基本结构体时，优选采用容易加工的结构。从这样的角度出发，例如与设置图12所示那样的倾斜的弹性变形部350、图13所示那样的弯曲的弹性变形部360相比，优选设置图10、图11、图14等所示那样的曲柄型的弹性变形部。因此，实际应用上，优选地，采用具有平行于Z轴的纵向路径和平行于X轴的横向路径的路径作为连接第一受力点P1与第二受力点P2的连接路径，并使纵向路径从第一受力点P1及第二受力点P2延伸，将第一中继点m1及第二中继点m2定义于横向路径上。

当然，基本结构体的各部的材质是任意的，一般而言，使用金属、树脂来构成即可。

<4-12.力矩Mx的检测灵敏度调整>

到目前为止，基于图8及图9所示的原理说明了具有调整力Fz的检测灵敏度与力矩My的检测灵敏度的平衡的功能的基本结构体，但能够容易理解的是，根据完全相同的原理，能够实现具有调整力Fz的检测灵敏度与力矩Mx的检测灵敏度的平衡的功能的基本结构体。即，如果将图8及图9中的横轴X替换成Y轴，则图9所示的绕Y轴的力矩My被替换成绕X轴的力矩Mx，从而该基本结构体1000发挥调整力Fz的检测灵敏度与力矩Mx的检测灵敏度的平衡的作用。

因此，在为图10～图19所示的各基本结构体的情况下，如果采用将横轴X替换成Y轴的构成，则也发挥调整力Fz的检测灵敏度与力矩Mx的检测灵敏度的平衡的作用。这意味着，如果对基本结构体的三维结构进行设计，则能够实现调整力Fz的检测灵敏度、力矩Mx的检测灵敏度、力矩My的检测灵敏度这三个轴分量的检测灵敏度的平衡的功能。

例如，如果制作具有如下这样的三维结构的基本结构体：即、用XZ平面或平行于XZ平面的任意的平面剖开后的截面结构具有图5所示那样的结构，并且用YZ平面或平行于YZ平面的任意的平面剖开后的截面结构也同样地具有图5所示那样的结构，则该基本结构体将具有调整上述三个轴分量的检测灵敏度的平衡的功能。

例如，如果如图4所示的实施例那样通过使细长的臂状部件弯曲而得到的结构体来构成弹性变形部310时，若准备两组那样的弹性变形部310并使其中一方旋转90°相组合，则能够实现具有三个轴分量的检测灵敏度调整功能的基本结构体。或者，如果由通过使图11中所示的截面图形以Z轴为中心轴旋转而得到的旋转体来构成基本结构体的话，由于用XZ平面剖开该基本结构体后的截面形状与用YZ平面剖开该基本结构体后的截面形状均为图11的截面图中所示的形状，所以仍然获得具有三个轴分量的检测灵敏度调整功能的基本结构体。关于利用了这样的基本结构体的力觉传感器，将在§5中详述。

<§5.本发明所涉及的力觉传感器的基本实施方式>

到目前为止，在§2§4中，以各种各样的实施例说明了本发明涉及的基本结构体。该基本结构体的重要特征如前所述，在于具有进行力Fz的检测灵敏度与力矩My的检测灵敏度的平衡调整的功能这点，本发明固有的作用效果是基于该基本结构体的平衡调整功能而达到的。因此，在这里，说明使用了之前描述的基本结构体的力觉传感器的基本实施方式。

<5-1.本发明所涉及的力觉传感器的基本构成部分>

如在上述专利文献1～3中也已公开的，采用包括接收作为检测对象的外力的受力体、用于支撑该受力体的支撑体以及设于受力体与支撑体之间并产生弹性变形的变形体的基本结构体作为机械结构部分的力觉传感器是公知的。本发明所涉及的力觉传感器也采用具有受力体、支撑体、变形体的基本结构体，这一点并没有变化。只是，本发明的特征在于进行力Fz的检测灵敏度与力矩My的检测灵敏度的平衡调整的功能，所以本发明所涉及的力觉传感器可说成是具有检测XYZ三维直角坐标系中的各坐标轴方向的力及绕各坐标轴的力矩中的、至少Z轴方向的力Fz及绕Y轴的力矩My的功能的传感器。

例如，如图4的实施例中所示，该力觉传感器具有基本结构体1000，基本结构体1000包括：在以Z轴为垂直轴的方式定义了坐标系时配置于Z轴上的受力体100；Z轴上的、配置于受力体100的下方的支撑体200；以及连接受力体100与支撑体200并因力或力矩的作用而至少局部产生弹性变形的变形体300。而且，该力觉传感器通过在基本结构体1000上进一步增加检测元件和检测电路而构成。

在此，检测元件既可以是检测变形体300的变形的元件，也可以是检测变形体300的位移的元件。具体而言，在检测变形体300的变形状态的情况下，电气检测弹性变形部310的规定部位的伸缩状态即可。例如，能够将粘贴于弹性变形部310的特定部位上的应变仪用作检测元件。如果考虑图8及图9所示那样的变形形式，可知，在弹性变形部310的各部上产生对应于所作用的外力的固有的应变。因此，如果预先将应变仪粘贴于弹性变形部310的规定部位(表面产生伸缩的部位)，则能够将各部上产生的机械应变电气检测为应变仪的电阻的变化，并能检测关于所作用的外力的特定轴分量的大小。

另一方面，在检测变形体300的位移状态的情况下，电气检测弹性变形部310的规定部位与支撑体200的规定部位之间的距离即可。在这种情况下，将具有形成于弹性变形部310的规定部位上的位移电极和形成于支撑体200的与位移电极相对的位置上的固定电极的多个电容元件用作检测元件即可。当两电极间距离由于位移电极的位移而变化时，电容元件的静电电容值发生变化，所以能够将发生的位移电气检测为静电电容值的变化。检测电路通过进行基于多个电容元件的静电电容值的运算处理，从而能够输出至少表示Z轴方向的力Fz及绕Y轴的力矩My的电信号。

<5-2.力觉传感器3000的截面结构>

接着，说明能够检测XYZ三维直角坐标系的六个轴分量中的力Fz、力矩Mx、力矩My这三个轴分量的力觉传感器3000的截面结构。图20及图21为示出这样的力觉传感器3000的构成的截面图及框图。在图20的上段画出的截面图是用XZ平面将该力觉传感器3000的基本结构体的部分切开后的正截面图，在图21的上段画出的截面图是用YZ平面将基本结构体的部分切开后的侧截面图。

在图20中，通过取原点O于该基本结构体的中心位置、取X轴朝着图的右方、取Z轴朝着图的上方、取Y轴朝着图的纸面垂直向内方向来定义XYZ三维直角坐标系。另一方面，在图21中，取Y轴朝着图的右方、取Z轴朝着图的上方、取X轴朝着图的纸面垂直向外方向。实际上，图20的上段的正截面图与图21的上段的侧截面图在几何学上是完全相同的。换句话说，这里所示的基本结构体具有不论用XZ平面剖开还是用YZ平面剖开均获得相同的截面的三维结构。

图示的基本结构体是与图14中例示的基本结构体2000近似的结构体，具有受力体150、支撑体250、变形体500。受力体150及支撑体250与图14中例示的同样，由具有平行于XY平面的上表面及下表面的板状部件构成。在此处所示的实施例的情况下，受力体150及支撑体250均由平面呈正方形的相同大小的板状部件构成。

另一方面，变形体500为用XZ平面剖开后的截面具有图20所示的结构、且用YZ平面剖开后的截面具有图21所示的结构这样的三维结构体。在此，为便于说明，将图20中所示的用XZ平面剖开后的截面上所出现的部件称为“关于X轴的部件”，将图21中所示的用YZ平面剖开后的截面上所出现的部件称为“关于Y轴的部件”。

那样的话，该变形体500中的“关于X轴的部件”正如其截面图形在图20中所示出的那样，由规定部位与受力体150连接并产生弹性变形的关于X轴的弹性变形部510、以及将该关于X轴的弹性变形部510的规定部位固定于支撑体250的关于X轴的第一基座部520及关于X轴的第二基座部530构成。同样地，该变形体500中的“关于Y轴的部件”正如其截面图形在图21中所示出的那样，由规定部位与受力体150连接并产生弹性变形的关于Y轴的弹性变形部540、以及将该关于Y轴的弹性变形部540的规定部位固定于支撑体250的关于Y轴的第一基座部550及关于Y轴的第二基座部560构成。

需要注意的是，如上所述，在本申请中，将用规定平面剖开构成基本结构体的各部时在截面上所出现的各个几何学图形分别用在原来的各部的名称的末尾附加了“图形”这个词的名称来进行称呼，并标注在原来的各部的符号的末尾追加了“f”这个符号(图形(figure)的意思)的符号加以示出。因此，在图20及图21中所示出的各截面图形的符号的末尾附加有“f”。

另外，关于截面出现在图20及图21双方中的部件，可通过在其截面图形的符号的末尾标以“fx”或“fy”来加以区分。例如，由于受力体150、支撑体250、变形体500的各截面图形在图20及图21双方中均出现，所以在图20中称为关于X轴的受力体图形150fx、关于X轴的支撑体图形250fx、关于X轴的变形体图形500fx，在图21中称为关于Y轴的受力体图形150fy、关于Y轴的支撑体图形250fy、关于Y轴的变形体图形500fy。

首先，一面参照在图20的上段所示的正截面图，一面详述用XZ平面剖开该基本结构体时的截面结构。正如上所述的，在该正截面图中包括有关于X轴的受力体图形150fx、关于X轴的支撑体图形250fx以及关于X轴的变形体图形500fx。而且，关于X轴的变形体图形500fx包括：作为关于X轴的弹性变形部510的截面的关于X轴的弹性变形部图形510f、作为关于X轴的第一基座部520的截面的关于X轴的第一基座部图形520f以及作为关于X轴的第二基座部530的截面的关于X轴的第二基座部图形530f。

进而，关于X轴的弹性变形部图形510f是沿着连接定义于关于X轴的受力体图形150fx的轮廓上的关于X轴的第一受力点P11与关于X轴的第二受力点P12的规定的关于X轴的连接路径R10而配置并连结关于X轴的第一受力点P11与关于X轴的第二受力点P12的图形。

另外，关于X轴的第一基座部图形520f在定义于关于X轴的连接路径R10上的关于X轴的第一中继点m11的附近处与关于X轴的弹性变形部图形510f连接，关于X轴的第二基座部图形530f在定义于关于X轴的连接路径R10上的关于X轴的第二中继点m12的附近处与关于X轴的弹性变形部图形510f连接。

接下来，一面参照在图21的上段所示的侧截面图，一面详述用YZ平面剖开该基本结构体时的截面结构。正如上所述的，在该侧截面图中包括有关于Y轴的受力体图形150fy、关于Y轴的支撑体图形250fy以及关于Y轴的变形体图形500fy。而且，关于Y轴的变形体图形500fy包括：作为关于Y轴的弹性变形部540的截面的关于Y轴的弹性变形部图形540f、作为关于Y轴的第一基座部550的截面的关于Y轴的第一基座部图形550f以及作为关于Y轴的第二基座部560的截面的关于Y轴的第二基座部图形560f。

进而，关于Y轴的弹性变形部图形540f是沿着连接定义于关于Y轴的受力体图形150fy的轮廓上的关于Y轴的第一受力点P21与关于Y轴的第二受力点P22的规定的关于Y轴的连接路径R11而配置并连结关于Y轴的第一受力点P21与关于Y轴的第二受力点P22的图形。

另外，关于Y轴的第一基座部图形550f在定义于关于Y轴的连接路径R11上的关于Y轴的第一中继点m21的附近处与关于Y轴的弹性变形部图形540f连接，关于Y轴的第二基座部图形560f在定义于关于Y轴的连接路径R11上的关于Y轴的第二中继点m22的附近处与关于Y轴的弹性变形部图形540f连接。

结果，在此所示的变形体500可说成是由关于X轴的弹性变形部510、关于X轴的第一基座部520、关于X轴的第二基座部530、关于Y轴的弹性变形部540、关于Y轴的第一基座部550、以及关于Y轴的第二基座部560构成的部件。

在此，正如图20所示的，关于X轴的弹性变形部510连结关于X轴的第一受力点P11与关于X轴的第二受力点P12，关于X轴的第一基座部520连结关于X轴的弹性变形部510的关于X轴的第一中继点m11的附近与定义于支撑体250上的关于X轴的第一支撑点Q11，关于X轴的第二基座部530连结关于X轴的弹性变形部510的关于X轴的第二中继点m12的附近与定义于支撑体250上的关于X轴的第二支撑点Q12。

另一方面，正如图21所示的，关于Y轴的弹性变形部540连结关于Y轴的第一受力点P21和关于Y轴的第二受力点P22，关于Y轴的第一基座部550连结关于Y轴的弹性变形部540的关于Y轴的第一中继点m21的附近与定义于支撑体250上的关于Y轴的第一支撑点Q21，关于Y轴的第二基座部560连结关于Y轴的弹性变形部540的关于Y轴的第二中继点m22的附近与定义于支撑体250上的关于Y轴的第二支撑点Q22。

在这里所示的实施例中，也与在§2§4中所述的实施例同样地，各基座部图形520f、530f、550f、560f的与弹性变形部图形510f、540f的连接端构成宽度比其它部分窄的狭窄图形。为此，弹性变形部的各中继点附近被支撑为相对于基座部摆动。具体而言，发生如下这样的摆动现象。

首先，在将支撑体250已固定的状态下力Fz作用于受力体150时、以及在将支撑体250已固定的状态下力矩My作用于受力体150时，在图20中，关于X轴的弹性变形部510的关于X轴的第一中继点m11的附近以与关于X轴的第一基座部520的连接点为支点，相对于关于X轴的第一基座部520在X轴方向上(向X轴方向)摆动，关于X轴的弹性变形部510的关于X轴的第二中继点m12的附近以与关于X轴的第二基座部530的连接点为支点，相对于关于X轴的第二基座部530在X轴方向上(向X轴方向)摆动。在此，所谓的“在X轴方向上(向X轴方向)摆动”意思是，以通过上述支点并平行于Y轴的轴为中心轴进行旋转运动。

另一方面，在将支撑体250已固定的状态下力Fz作用于受力体150时、以及在将支撑体250已固定的状态下力矩Mx作用于受力体150时，在图21中，关于Y轴的弹性变形部540的关于Y轴的第一中继点m21的附近以与关于Y轴的第一基座部550的连接点为支点，相对于关于Y轴的第一基座部550在Y轴方向上(向Y轴方向)摆动，关于Y轴的弹性变形部540的关于Y轴的第二中继点m22的附近以与关于Y轴的第二基座部560的连接点为支点，相对于关于Y轴的第二基座部560在Y轴方向上(向Y轴方向)摆动。在此，所谓的“在Y轴方向上(向Y轴方向)摆动”意思是，以通过上述支点并平行于X轴的轴为中心轴进行旋转运动。

需要注意的是，如图20所示，关于X轴的第一受力点P11配置于具有负的X坐标值的位置，关于X轴的第二受力点P12配置于具有正的X坐标值的位置。另外，如图21所示，关于Y轴的第一受力点P21配置于具有负的Y坐标值的位置，关于Y轴的第二受力点P22配置于具有正的Y坐标值的位置。

具有这样的结构性特征的基本结构体具有调整力矩的检测灵敏度与力的检测灵敏度的平衡的功能，这一点已在前面进行了叙述。具体而言，在此所示的基本结构体由于具有图20所示的结构作为用XZ平面剖开后的截面，因此与作为平移力的力Fz作用的情况相比，在作为旋转力的力矩My作用的情况下，阻碍变形的更大的阻力成分发挥作用。另一方面，在此所示的基本结构体由于具有图21所示的结构作为用YZ平面剖开后的截面，因此与作为平移力的力Fz作用的情况相比，在作为旋转力的力矩Mx作用的情况下，阻碍变形的更大的阻力成分也会发挥作用。

正如上所述的，该力觉传感器3000具有检测力Fz、力矩Mx、力矩My这三个轴分量的功能，但由于与力Fz的检测灵敏度相比，力矩Mx、My的检测灵敏度降低，因此能够使三个轴分量Fz、Mx、My的检测灵敏度尽量地均匀。在上述的专利文献1～3中所公开的现有的力觉传感器的情况下，存在力矩Mx、My的检测灵敏度相比于力Fz的检测灵敏度变得过高的倾向，而在这里所示的力觉传感器300中，那样的问题得到纠正。

<5-3.力觉传感器3000的检测动作>

接着，说明由图20及图21所示的力觉传感器3000进行的具体的检测动作。该力觉传感器3000通过在§5-2中已述的基本结构体的基础上增加检测元件和检测电路而构成。在此所示的实施例使用了四组电容元件作为检测元件。

在图20的上段的正截面图及图21的上段的侧截面图上，用粗线画出了用于构成四组电容元件C1C4的位移电极E11E14以及固定电极E21E24的截面。四组电容元件C1C4发挥作为检测变形体500的特定部位的位移的检测元件的作用。另一方面，在图20及图21的下段画出了表示检测电路900的方框。该检测电路900基于检测元件(四组电容元件C1C4)的检测结果，输出表示在负荷施加于受力体150和支撑体250中一方的状态下作用于另一方的外力的三个轴分量、即Z轴方向的力Fz、绕Y轴的力矩My、绕X轴的力矩Mx的电信号。

需要注意的是，图示的电容元件C1C4虽然是检测变形体500的特定部位相对于支撑体250的位移的检测元件，但即使使用检测变形体500相对于受力体150的位移的检测元件也没关系(在这种情况下，将固定电极形成于受力体150侧)。或者，也可以设置检测受力体150相对于支撑体250的位移、支撑体250相对于受力体150的位移的检测元件(例如，通过使固定于支撑体250的固定电极与固定于受力体150的位移电极相对来构成电容元件即可)。

另外，在此虽然对检测在负荷施加于支撑体250的状态(例如将支撑体250固定的状态)下作用于受力体150的外力的各轴分量的动作进行了说明，但是，根据力的作用反作用定律，反过来检测在负荷施加于受力体150的状态(例如将受力体150固定的状态)下作用于支撑体250的外力的各轴分量的动作实质上也是等效的。

这里，在图20中，将由位移电极E11和固定电极E21构成的对置电极对称为电容元件C1，其静电电容值也用相同的符号C1表示，将由位移电极E12和固定电极E22构成的对置电极对称为电容元件C2，其静电电容值也用相同的符号C2表示。如图所示，检测电路900取得表示这些静电电容值C1、C2的电信号。

同样地，在图21中，将由位移电极E13和固定电极E23构成的对置电极对称为电容元件C3，其静电电容值也用相同的符号C3表示，将由位移电极E14和固定电极E24构成的对置电极对称为电容元件C4，其静电电容值也用相同的符号C4表示。如图所示，检测电路900取得表示这些静电电容值C3、C4的电信号。结果，向检测电路900供给表示四组静电电容值C1、C2、C3、C4的电信号。

需要注意的是，如图20所示，在关于X轴的连接路径R10的关于X轴的第一受力点P11与关于X轴的第一中继点m11之间的区间设有呈U字状的关于X轴的第一U字状迂回路U11，在关于X轴的连接路径R10的关于X轴的第二中继点m12与关于X轴的第二受力点P12之间的区间设有呈U字状的关于X轴的第二U字状迂回路U12。因此，关于X轴的第一外侧臂状部511具有沿着第一U字状迂回路U11的迂回部，关于X轴的第二外侧臂状部513具有沿着第二U字状迂回路U12的迂回部。

同样地，如图21所示，在关于Y轴的连接路径R11的关于Y轴的第一受力点P21与关于Y轴的第一中继点m21之间的区间设有呈U字状的关于Y轴的第一U字状迂回路U21，在关于Y轴的连接路径R11的关于Y轴的第二中继点m22与关于Y轴的第二受力点P22之间的区间设有呈U字状的关于Y轴的第二U字状迂回路U22。因此，关于Y轴的第一外侧臂状部541具有沿着第一U字状迂回路U21的迂回部，关于Y轴的第二外侧臂状部543具有沿着第二U字状迂回路U22的迂回部。

在此，着眼于各位移电极E11E14的形成位置可知，其均被形成于外侧臂状部的U字状迂回部的下表面。即，如图20所示，位移电极E11形成于关于X轴的第一外侧臂状部511的沿着U字状迂回路U11的迂回部的底面，位移电极E12形成于关于X轴的第二外侧臂状部513的沿着U字状迂回路U12的迂回部的底面。另外，如图21所示，位移电极E13形成于关于Y轴的第一外侧臂状部541的沿着U字状迂回路U21的迂回部的底面，位移电极E14形成于关于Y轴的第二外侧臂状部543的沿着U字状迂回路U22的迂回部的底面。

一般而言，如果在外侧臂状部设置U字状迂回部，则能够使变形体500的变形形式多样化，获得能够使变形体500变形为各种形状的优点，这一点正如以前在§4-4中所述的。而且，在如这里所述的力觉传感器3000那样使用电容元件作为检测元件的实施例中，设于外侧臂状部的U字状迂回部还能发挥提供位移电极的形成场所的作用。正如图所示的，由于U字状迂回部的底面位于支撑体250的上表面的附近，因此如果将位移电极形成于该底面上并将固定电极形成于支撑体250的上表面的相对位置，则就可以获得最适于作为检测元件的作用的电容元件C1C4。

即，正如图20所示的，由固定于关于X轴的弹性变形部510中的、沿关于X轴的第一U字状迂回路U11而配置的部分的底面的第一位移电极E11和固定于支撑体250的上表面的与第一位移电极E11相对的部分上的第一固定电极E21构成第一电容元件C1。另外，由固定于关于X轴的弹性变形部510中的、沿关于X轴的第二U字状迂回路U12而配置的部分的底面的第二位移电极E12和固定于支撑体250的上表面的与第二位移电极E12相对的部分上的第二固定电极E22构成第二电容元件C2。

同样地，正如图21所示的，由固定于关于Y轴的弹性变形部540中的、沿关于Y轴的第一U字状迂回路U21而配置的部分的底面的第三位移电极E13和固定于支撑体250的上表面的与第三位移电极E13相对的部分上的第三固定电极E23构成第三电容元件C3。另外，由固定于关于Y轴的弹性变形部540中的、沿关于Y轴的第二U字状迂回路U22而配置的部分的底面的第四位移电极E14和固定于支撑体250的上表面的与第四位移电极E14相对的部分上的第四固定电极E24构成第四电容元件C4。

这里，试考虑在将支撑体250固定的状态下外力作用于受力体150时各电容元件C1C4的举动。首先，在向下方的力-Fz作用于了受力体150的情况下，外侧臂状部511、513、541、543均向下方位移，因此四组电容元件C1C4的电极间隔均变窄，静电电容值C1C4均增加。相反，在向上方的力+Fz作用于了受力体150的情况下，外侧臂状部511、513、541、543均向上方位移，因此四组电容元件C1C4的电极间隔均扩大，静电电容值C1C4均减少。

因此，如果预先使检测电路900具有通过-Fz＝C1+C2+C3+C4的运算处理来求出所作用的力Fz的值的功能，则能够输出表示力Fz的电信号。在这种情况下，实际上，需要将没有任何力作用于受力体150时的运算值Fz的值设定为作为基准的零点的处理。

另一方面，在图20中，当在将支撑体250固定的状态下有顺时针方向的力矩+My作用于受力体150时，外侧臂状部511向上方位移，外侧臂状部513向下方位移，因此电容元件C1的电极间隔扩大，静电电容值C1减少，而电容元件C2的电极间隔变窄，静电电容值C2增加。相反，在逆时针方向的力矩-My作用于受力体150的情况下，外侧臂状部511向下方位移，外侧臂状部513向上方位移，因此电容元件C1的电极间隔变窄，静电电容值C1增加，而电容元件C2的电极间隔扩大，静电电容值C2减少。

这样，在作用有力矩+My、-My时，图21所示的外侧臂状部541、543在X轴方向上倾斜少许，位移电极E13、E14倾斜少许，因此电容元件C3、C4的电极间隔为一部分变窄而另一部分变大，所以平均电极间隔并没有发生变化。为此，静电电容值C3、C4并没有发生变化。

因此，如果预先使检测电路900具有通过My＝C2-C1的运算处理来求出所作用的力矩My的值的功能，则能够输出表示力矩My的电信号。在这种情况下，如果基本结构体预先设计成相对于YZ平面具有对称性，则在没有任何力作用于受力体150时，静电电容值为C1＝C2，所以通过My＝C2-C1这一运算处理求出的力矩My的值为直接表示正确的零点的检测值。

同样地，在图21中，当在将支撑体250固定的状态下有顺时针方向的力矩-Mx作用于受力体150时，外侧臂状部541向上方位移，外侧臂状部543向下方位移，因此电容元件C3的电极间隔扩大，静电电容值C3减少，而电容元件C4的电极间隔变窄，静电电容值C4增加。相反，在逆时针方向的力矩+Mx作用于受力体150的情况下，外侧臂状部541向下方位移，外侧臂状部543向上方位移，因此电容元件C3的电极间隔变窄，静电电容值C3增加，而电容元件C4的电极间隔扩大，静电电容值C4减少。

这样，在作用有力矩+Mx、-Mx时，图20所示的外侧臂状部511、513在Y轴方向上倾斜少许，位移电极E11、E12倾斜少许，因此电容元件C1、C2的电极间隔为一部分变窄而另一部分变大，所以平均电极间隔并没有发生变化。为此，静电电容值C1、C2并没有发生变化。

因此，如果预先使检测电路900具有通过Mx＝C3-C4的运算处理来求出所作用的力矩Mx的值的功能，则能够输出表示力矩Mx的电信号。在这种情况下，如果基本结构体预先设计成相对于XZ平面具有对称性，则在没有任何力作用于受力体150时，静电电容值变为C3＝C4，所以通过Mx＝C3-C4这一运算处理而求出的力矩Mx的值为直接表示正确的零点的检测值。

结果，包含在力觉传感器3000中的检测电路900进行如下的处理：即、将第一电容元件C1的静电电容值与第二电容元件C2的静电电容值之差作为表示绕Y轴的力矩My的电信号而输出，将第三电容元件C3的静电电容值与第四电容元件C4的静电电容值之差作为表示绕X轴的力矩Mx的电信号而输出，将第一电容元件C1的静电电容值、第二电容元件C2的静电电容值、第三电容元件C3的静电电容值以及第四电容元件C4的静电电容值的总和作为表示Z轴方向的力Fz的电信号而输出。

通过这样的检测原理，图20以及图21所示的力觉传感器3000能够输出三个轴分量Fz、Mx、My的检测值。而且，通过上述运算处理求出的Fz、Mx、My的各轴分量的检测值是不包含其它轴分量的值，因此能够没有相互干涉地独立地获得三个轴分量的检测值。另外，正如上所述的，如果利用图20及图21所示的基本结构体，则能够调整力矩的检测灵敏度与力的检测灵敏度的平衡。即，能够使力矩Mx、My的检测灵敏度与力Fz的检测灵敏度相比降低，因此能够使三个轴分量Fz、Mx、My的检测灵敏度尽量均匀化。

需要注意的是，在图示的实施例中，与位移电极E11E14的尺寸相比，相对的固定电极E21E24的尺寸更大，这是出于即便两电极的相对位置发生了偏离，实效相对面积也总是为一定(位移电极的面积总是为实效相对面积)的考虑。

即，由于变形体500具有多样的变形形式，所以存在位移电极与固定电极的相对位置发生偏离的可能性，但是，如果如图示的例子那样预先使位移电极的尺寸比固定电极的尺寸小一圈，则即使在相对位置发生了偏离的情况下，作为电容元件发挥功能的实效相对面积也总是为一定。因此，静电电容值的变动将会完全起因于相对的电极的电极间距离的变化而产生。当然，也可以预先使固定电极的尺寸比位移电极的尺寸小一圈。

〈5-4.力觉传感器3000的第一三维结构例〉

至目前为止，在§5-2中说明了力觉传感器3000的截面结构，在§5-3中说明了力觉传感器3000的检测动作。而且，根据该力觉传感器3000，还说明了获得使三个轴分量Fz、Mx、My的检测灵敏度均匀化的优点这点。在此，力Fz的检测灵敏度与力矩My的检测灵敏度被均匀化的效果是由于通过XZ平面剖开基本结构体时的截面结构具有图20所示的固有特征而获得的效果，力Fz的检测灵敏度与力矩Mx的检测灵敏度被均匀化的效果是由于通过YZ平面剖开基本结构体时的截面结构具有图21所示的固有特征而获得的效果。

因此，如果是各截面结构具有图20及图21所示的固有特征的基本结构体的话，则不论具体的三维结构为什么样的，都可以获得使三个轴分量Fz、Mx、My的检测灵敏度均匀化的效果。换句话说，在设计具体的力觉传感器3000上，如果满足出现在XZ切断面上的截面结构具有图20那样的特征、出现在YZ切断面上的截面结构具有图21那样的特征的条件，则基本结构体的具体三维结构可以为任意的结构。不过，在此阐述具有适于商业利用的三维结构的基本结构体的具体例。

图22是示出将图20及图21所示的力觉传感器3000作为三维结构体具体化后的作为第一实施例的力觉传感器3001的俯视图及框图。上段的俯视图示出了将受力体150卸下后的状态的基本结构体及检测元件(构成电容元件的电极)，下段的框图示出了检测电路900。

在上段的俯视图中，取X轴朝着图的右方，取Y轴朝着图的上方，取Z轴朝着纸面垂直方向。如图所示，支撑体250为正方形状的基板，在其上配置有变形体500。Z轴贯通该正方形状的支撑体250的中心，原点O被画在支撑体250的中心点。在实际的力觉传感器3001中，在变形体500的上方(图的近前方向)配置由正方形状的基板构成的受力体150，图22中示出的是将受力体150卸下后的状态。当然，如果在该图22所示的结构体上追加受力体150并用XZ平面剖开，则可获得图20所示的截面图，如果用YZ平面剖开，则可获得图21所示的截面图。

该力觉传感器3001是通过使配置于XZ平面上的细长的臂状部件弯曲而得到的结构体来构成关于X轴的弹性变形部510(在图20中示出了截面图形510f)并通过使配置于YZ平面上的细长的臂状部件弯曲而得到的结构体来构成关于Y轴的弹性变形部540(在图21中示出了截面图形540f)的例子。不过，关于X轴的弹性变形部510与关于Y轴的弹性变形部540在与Z轴交叉的位置处结合，实际上，构成一体化的结构体。在图22的俯视图中，该一体化的结构体作为十字状的部件而被示出。

在图示的例子中，作为构成弹性变形部510、540的细长的臂状部件，使用了横截面为矩形的棱柱部件，但既可以使用横截面为圆的圆柱部件，也可以使用内部中空的管。当然，也可以根据需要而适当使用在§4-5、§4-6、§4-7的变形例中说明过的中间变细部、重量调整部、凸缘部等。

在图22中，定义于关于X轴的连接路径R10(弹性变形部510所沿的路径)上的关于X轴的第一中继点m11及关于X轴的第二中继点m12用x符号画出，定义于关于Y轴的连接路径R11(弹性变形部540所沿的路径)上的关于Y轴的第一中继点m21及关于Y轴的第二中继点m22也用x符号画出。而且，示出了各中继点m11、m12、m21、m22的下方位置分别由基座部520、530、550、560支撑着的状态。在该实施例中，各基座部520、530、550、560由圆柱状的结构体构成。当然，各基座部520、530、550、560的上端窄，在接近于点接触的状态下支撑弹性变形部510、540的下表面。

在图22中画出了固定于支撑体250的上表面的四组固定电极E21E24。在图示的例子中，各固定电极E21E24呈正方形状。弹性变形部510、540的U字状迂回部的底面位于这些固定电极E21E24的上方，在该底面上形成有位移电极E11E14(未在图中出现)。

对四组固定电极E21E24和未图示的四组位移电极E11E14实施与检测电路900间的布线(省略图示)。检测电路900经由这些布线来检测四组电容元件C1C4的静电电容值，并通过上述的运算处理而输出三个轴分量Fz、Mx、My的检测值。

〈5-5.力觉传感器3000的第二三维结构例〉

图23是示出将图20及图21所示的力觉传感器3000作为三维结构体具体化后的作为第二实施例的力觉传感器3002的俯视图及框图。仍然是上段的俯视图示出了将受力体150卸下后的状态的基本结构体及检测元件(构成电容元件的电极)，下段的框图示出了检测电路900。

在上段的俯视图中，取X轴朝着图的右方，取Y轴朝着图的上方，取Z轴朝着纸面垂直方向。如图所示，支撑体250为正方形状的基板，在其上配置有变形体500。Z轴贯通该正方形状的支撑体250的中心，原点O被画在支撑体250的中心点。在实际的力觉传感器3002中，在变形体500的上方(图的近前方向)配置由正方形状的基板构成的受力体150，但在图23中示出的是将受力体150卸下后的状态。

当然，如果在该图23所示的结构体上追加受力体150并用XZ平面剖开，则可获得图20所示的截面图，如果用YZ平面剖开，则可获得图21所示的截面图。即，图20所示的关于X轴的变形体图形500fx是通过XZ平面剖开图23所示的变形体500时所获得的截面图形，图21所示的关于Y轴的变形体图形500fy是通过YZ平面剖开图23所示的变形体500时所获得的截面图形。结果，不论是图22所示的力觉传感器3001还是图23所示的力觉传感器3002，关于其基本结构体的XZ切断面如图20所示，YZ切断面如图21所示，所以在获得使三个轴分量Fz、Mx、My的检测灵敏度均匀化的效果这一点上并没有区别。两者只是作为三维结构体的具体化方法不同。

在图23所示的力觉传感器3002的情况下，关于X轴的弹性变形部510(在图20中示出了截面图形510f)以及关于Y轴的弹性变形部540(在图21中示出了截面图形540f)通过共同的旋转体而被具体化。如图20以及图21所示，关于X轴的弹性变形部510以及关于Y轴的弹性变形部540f均关于Z轴呈对称形状。而且，关于X轴的弹性变形部图形510f与关于Y轴的弹性变形部图形540f为几何学上的全等(congruent)图形。

因此，如果由通过使该全等图形以Z轴为中心轴旋转而获得的旋转体来形成合并(统合)弹性变形部570(参照图23)，则该合并弹性变形部570的一部分作为关于X轴的弹性变形部510而发挥功能，另外的一部分作为关于Y轴的弹性变形部540而发挥功能。

同样地，在图23所示的力觉传感器3002的情况下，各基座部520、530、550、560也通过共同的旋转体而被具体化。如图20所示，如果考虑通过关于X轴的第一基座部图形520f和关于X轴的第二基座部图形530f构成的关于X轴的基座部图形组的话，则该关于X轴的基座部图形组关于Z轴呈对称形状。另外，如图21所示，如果考虑通过关于Y轴的第一基座部图形550f和关于Y轴的第二基座部图形560f构成的关于Y轴的基座部图形组的话，则该关于Y轴的基座部图形组也关于Z轴呈对称形状。而且，关于X轴的基座部图形组与关于Y轴的基座部图形组为几何学上的全等图形。

因此，如果由通过使该全等图形以Z轴为中心轴旋转而获得的旋转体来形成合并基座部580(参照图23)的话，则能够分别由该合并基座部580的一部分来构成关于X轴的第一基座部520、关于X轴的第二基座部530、关于Y轴的第一基座部550、关于Y轴的第二基座部560。

在图23的上段的俯视图中所示出的变形体500为具有上述的合并弹性变形部570和合并基座部580的三维结构体。图中用实线及虚线画出的同心圆表示合并弹性变形部570的轮廓及阶梯部分，图中用点划线画出的同心圆表示合并基座部580的轮廓及阶梯部分。从上方观察变形体500时能够确认的只有图中用实线画出的线，用虚线及点划线画出的线是出现在合并弹性变形部570的下方的线。当然，也能根据需要而设置在§4-5、§4-6、§4-7的变形例中说明过的中间变细部、重量调整部、凸缘部等。

在图23中，定义于关于X轴的连接路径R10上的关于X轴的第一中继点m11及关于X轴的第二中继点m12用x符号画出，定义于关于Y轴的连接路径R11上的关于Y轴的第一中继点m21及关于Y轴的第二中继点m22也用x符号画出。合并弹性变形部570的各中继点m11、m12、m21、m22的下方位置由合并基座部580的上端部支撑。在此，正如图中用点划线所画出的，合并基座部580的上端部呈环结构。

如图20的正截面图、图21的侧截面图所示，合并基座部580的上端窄，在截面图中，合并基座部580的上端处于在接近于点接触的状态下从下方支撑合并弹性变形部570的状态，但实际上，如图23的俯视图所示，合并弹性变形部570由呈细的环结构的合并基座部580的上端部支撑。

这样，在力觉传感器3002中采用了通过合并基座部580以环状来支撑合并弹性变形部570的结构，但在能够进行之前已描述过的摆动动作这一点上并没有变化。即，如果着眼于合并弹性变形部570的与XZ平面的交叉部分(作为关于X轴的弹性变形部510发挥功能的部分)，则第一中继点m11及第二中继点m12的附近相对于合并基座部580在X轴方向上摆动这一点并没有变化。同样地，如果着眼于合并弹性变形部570的与YZ平面的交叉部分(作为关于Y轴的弹性变形部540发挥功能的部分)，则第一中继点m21及第二中继点m22的附近相对于合并基座部580在Y轴方向上摆动这一点并没有变化。

在图23中画出了固定于支撑体250的上表面的四组固定电极E21E24。在图示的例子中，各固定电极E21E24呈正方形状。合并弹性变形部570的U字状迂回部的底面位于这些固定电极E21E24的上方，在该底面上形成有位移电极E11E14(未在图中出现)。

对四组固定电极E21E24和未图示的四组位移电极E11E14进行与检测电路900之间的布线(省略图示)。检测电路900经由这些布线检测四组电容元件C1C4的静电电容值并进行上述的运算处理，从而输出三个轴分量Fz、Mx、My的检测值。

〈5-6.力觉传感器3000的其它实施例〉

在§5-4及§5-5中说明了具有图20及图21所示的截面结构的力觉传感器3000的具体的三维结构的实施例，当然，本发明所涉及的力觉传感器的三维结构并不限定于这些实施例。并且，本发明所涉及的力觉传感器的截面结构并不局限于图20及图21所示的例子，例如，可以具有在§4中已述的各种各样的变形例所涉及的截面结构。

另外，至此为止已述的本发明所涉及的力觉传感器的基本结构体固有的截面结构的特征如在§4-11中描述地，不一定必须是以XZ平面剖开后的截面、以YZ平面剖开后的截面上所出现的特征，也可以是以平行于XZ平面的任意平面、平行于YZ平面的任意平面剖开后的截面上所出现的特征。

如果考虑这样的观点，则作为力觉传感器3000的具体的三维结构，只要为在通过XZ平面或平行于XZ平面的规定平面剖开了基本结构体时获得具有图20所示的特征的截面结构、并在通过YZ平面或平行于YZ平面的规定平面剖开了基本结构体时获得具有图21所示的特征的截面结构的结构体即可。

进而，在§5-3、§5-4、§5-5中示出了使用电容元件作为检测元件的例子，但毋庸置疑，用于本发明所涉及的力觉传感器的检测元件并非限定于电容元件。例如，在为图22所示的力觉传感器3001的情况下，可通过粘贴于关于X轴的弹性变形部510及关于Y轴的弹性变形部540的规定部位的应变仪来构成检测元件；在为图23所示的力觉传感器3001的情况下，也可以通过粘贴于合并弹性变形部570的规定部位的应变仪来构成检测元件。

〈〈〈§6.本发明所涉及的辅助结构体及组装(装入(incorporate))有该辅助结构体的力觉传感器〉〉〉

〈6-1.辅助结构体的概念〉

到目前为止，在§2、§3中说明了本发明所涉及的基本结构体的结构及本质功能(调整力矩的检测灵敏度与力的检测灵敏度的平衡的功能)，在§4中阐述了该基本结构体的变形例，在§5中阐述了使用了该基本结构体的力觉传感器的整体构成。

该在§5中已述的力觉传感器3000的重要特征在于，利用具有固有的截面结构的三维结构体作为变形体500，并通过检测元件来检测该变形体500的位移、变形这点。在力觉传感器3000中，获得三个轴分量Fz、Mx、My的检测灵敏度均匀化这一特有的作用效果完全得益于该变形体500的固有结构。

结果，图4所示的变形体300、图11所示的变形体301、图12所示的变形体302、图13所示的变形体303、图14所示的变形体400、图15所示的变形体401、图16所示的变形体402、图17所示的变形体403、图18所示的变形体404、图19所示的变形体405、以及图20～图23所示的变形体500均通过夹在构成力觉传感器的受力体与支撑体之间来使用而具有调整力矩的检测灵敏度与力的检测灵敏度的平衡的功能。

着眼于这样的观点可知，构成在此之前描述的各种变形体的部件可作为能够追加于力觉传感器中以发挥调整力矩的检测灵敏度与力的检测灵敏度的平衡的作用的辅助结构体而加以利用。换句话说，通过在以往采用的一般的力觉传感器(具有受力体、支撑体以及夹在它们之间的产生弹性变形的变形体的力觉传感器)中装入具有与图4所示的变形体300等相同结构的部件作为辅助结构体，从而能够调整该力觉传感器中的力矩的检测灵敏度与力的检测灵敏度的平衡。

〈6-2.组装有辅助结构体的力觉传感器〉

在此，具体说明通过在上述专利文献3中所公开的传统型的力觉传感器中装入本发明所涉及的辅助结构体(在此之前作为本发明所涉及的力觉传感器用的变形体而说明过的结构体)而成功调整了该传统型的力觉传感器中的力矩的检测灵敏度与力的检测灵敏度的平衡的例子。

图24为示出在上述专利文献3中所公开的传统型的力觉传感器4000的构成的图。该力觉传感器4000具有：受力体4100、支撑体4200、夹在两者间的检测用变形体4300、检测检测用变形体4300的位移或变形的检测元件D、以及根据该检测元件D的检测结果输出表示作用于受力体4100的外力的电信号的检测电路4900。在此，图(a)为支撑体4200的俯视图，图(b)为构成力觉传感器4000的基本结构体的主视图，图(c)为其侧视图，对于检测用变形体4300以及检测元件D的部分并非表示实际结构的图，只是简单的示意图。详细的结构由于在上述专利文献3中已公开，所以在此省略说明。

检测用变形体4300是对应于在§5中描述的本发明所涉及的力觉传感器3000的变形体500的构成部分，但为了与本发明所涉及的“变形体”相区分，在此称为“检测用变形体”。该传统型的力觉传感器4000的特征在于，如图3所示，将一对柱状部件35、36在受力体15与支撑体25之间倾斜配置成倒V字型这点。实际上，检测用变形体4300由八根柱状部件构成，设置共四组将两根柱状部件配置成倒V字型的单元。

如图24(a)所示，支撑体4200由正方形状的板状部件构成，受力体4100也由相同形状相同尺寸的板状部件构成。另外，在图24(b)及图24(c)的示意图中，由Z字形线示出的是构成检测用变形体4300的八根柱状部件4310～4380。这八根柱状部件实际上是由弹性部件构成的圆柱状的结构体，但在图24中示意性地用Z字形线画出。另外，为了便于图示，在图(b)以及图(c)中均只示出了近前侧的四根柱状部件。

图24(a)所示的支撑体4200上的点B1B8是表示八根柱状部件4310～4380的下端的位置的基点，图中用点划线示出的线表示该基点B1B8的配置线。各柱状部件4310～4380分别沿着图中用点划线示出的线配置成倾斜。

因此，图24(b)中画出的四根柱状部件4350、4360、4370、4380的下端分别配置于图24(a)中所示的基点B5、B6、B7、B8，图24(c)中画出的四根柱状部件4370、4380、4310、4320的下端分别配置于图24(a)中所示的基点B7、B8、B1、B2。

在此，一对柱状部件4360、4370以呈倒V字型的方式倾斜配置于通过基点B6、B7的配置线上，一对柱状部件4310、4380以呈倒V字型的方式倾斜配置于通过基点B1、B8的配置线上，一对柱状部件4320、4330以呈倒V字型的方式倾斜配置于通过基点B2、B3的配置线上，一对柱状部件4340、4350以呈倒V字型的方式倾斜配置于通过基点B4、B5的配置线上。

另一方面，在图24(b)及图24(c)中，画在表示各柱状部件的Z字形线的旁边的四角框是用于检测各个柱状部件的位移或变形的检测元件D，实际上例如由应变仪、电容元件构成。检测电路4900电气检测由该应变仪、电容元件检测出的八根柱状部件的位移、变形，并输出表示在将支撑体4200固定的状态下作用于受力体4100的外力的电信号。

在图24(a)中，X轴定义为朝着图的右方，Y轴定义为朝着图的上方，Z轴为纸面垂直方向。图24(b)为主视图，因此朝着图的右方是X轴，朝着图的上方是Z轴，图24(c)为侧视图，因此朝着图的上方是X轴，朝着图的左方是Z轴。检测电路4900将这样的XYZ三维直角坐标系中的各坐标轴方向的力Fx、Fy、Fz以及绕各坐标轴的力矩Mx、My、Mz的检测值作为电信号而输出。

正如在§1中所述的，这样的传统型的力觉传感器4000中存在力与力矩的检测灵敏度产生很大差异的问题。具体而言，在利用于一般的控制杆型的输入装置中的情况下，具有力矩Mx、My的检测灵敏度与力Fz的检测灵敏度相比过高的趋势。因此，在这里，说明通过在该传统型的力觉传感器4000中增加本发明所涉及的辅助结构体来调整力矩的检测灵敏度与力的检测灵敏度的平衡的方法。

图25为示出组装有本发明所涉及的辅助结构体的力觉传感器5000的构成的俯视图及框图。该力觉传感器5000具有检测XYZ三维直角坐标系中的各坐标轴方向的力及绕各坐标轴的力矩中的、至少Z轴方向的力Fz及绕Y轴的力矩My的功能。

在以Z轴为垂直轴的方式定义了坐标系时，力觉传感器5000的构成部分为：配置于Z轴上的受力体5100、Z轴上的配置于受力体5100的下方的支撑体5200、连接受力体5100与支撑体5200并因力或力矩的作用而至少一部分产生弹性变形的检测用变形体5300、连接于受力体5100与支撑体5200之间的四组辅助结构体5401～5404、检测检测用变形体5300的变形或位移、或者受力体5100或支撑体5200的位移的检测元件D、以及基于该检测元件D的检测结果输出表示在负荷施加于了受力体5100及支撑体5200中一方的状态下作用于另一方的至少Z轴方向的力Fz及绕Y轴的力矩My的电信号的检测电路5900。

在图25的上段的俯视图中画出了这些构成部分中的支撑体5200和四组辅助结构体5401～5404，省略了受力体5100、检测用变形体5300、检测元件D的图示。并且，关于四组辅助结构体5401～5404，只示出了其配置，而省略了详细结构的图示。关于检测电路5900，在下段以方框形式画出。

在该图25中，也取X轴朝着图的右方、取Y轴朝着图的上方、取Z轴朝着纸面垂直方向来定义XYZ三维直角坐标系。支撑体5200由正方形状的板状部件构成，受力体5100也由相同形状相同尺寸的板状部件构成。这里，在支撑体5200的上表面上画出的虚线区域是与在图24(a)中画出的支撑体4200的上表面对应的区域，配置于该区域内的检测用变形体5300是与图24所示的检测用变形体4300完全相同的结构体。即，通过图24说明了的八根柱状部件作为检测用变形体5300而被配置于八个基点B1B8的位置。并且，在该检测用变形体5300上安装由应变仪、电容元件构成的检测元件D，表示位移、变形的检测值的电信号被供给至检测电路5900。

结果，图25所示的力觉传感器5000成为将图24所示的传统型的力觉传感器4000中的受力体4100及支撑体4200(均为正方形状的板状部件)更换为由大一圈的板状部件构成的受力体5100及支撑体5200并在该受力体5100与支撑体5200之间插入了四组辅助结构体5401～5404的力觉传感器。

在此，四组辅助结构体5401～5404并非是发挥作为力觉传感器的原本的检测功能的构成部分，所以在四组辅助结构体5401～5404上并未安装检测元件D。即，终究还是通过检测元件D检测检测用变形体5300的位移或变形、受力体5100相对于支撑体5200的位移或者支撑体5200相对于受力体5100的位移来进行力觉传感器5000的外力检测。

四组辅助结构体5401～5404的作用在于调整作用于受力体5100上的力矩和力的检测灵敏度的平衡。例如，如果准备四组在图4中作为变形部300而示出的结构体并分别插入受力体5100与支撑体5200之间作为辅助结构体5401～5404的话，则当力矩Mx、My作用于了受力体5100时，辅助结构体5401～5404将作为抑制受力体5100的位移的阻力成分而发挥作用，所以能够使力矩Mx、My的检测灵敏度降低，结果，能够使Fz、Mx、My的检测灵敏度均匀化。

在图25所示的实施例中，虽然示出了沿着支撑体5200的四条边以从周围包围配置于中央的检测用变形体5300的方式配置四组辅助结构体5401～5404的例子，但不一定非要将四组辅助结构体配置于该位置。在平行于X轴的方向上配置的辅助结构体5402、5404发挥力矩My的检测灵敏度的调整功能，在平行于Y轴的方向上配置的辅助结构体5401、5403发挥力矩Mx的检测灵敏度的调整功能。因此，如果是只调整力矩My的检测灵敏度的话，则配置辅助结构体5402或5404的至少一方就足矣；如果是只调整力矩Mx的检测灵敏度的话，则配置辅助结构体5401或5403的至少一方就足矣。

〈6-3.实用的辅助结构体的实施方式〉

在此，阐述在§6-2中描述的辅助结构体5401～5404的更实用的实施方式。在图25中，虽然以矩形示出了辅助结构体5401～5404的配置位置，但却省略了其具体结构的图示。不过，该辅助结构体5401～5404的作用是调整力矩和力的检测灵敏度的平衡，所以如上所述，至目前为止已描述的变形体300、301、302、303、400、401、402、403、404、405、500均能作为辅助结构体来利用。

只是，如果考虑追加至像在§6-2中描述的传统型的力觉传感器4000那样具有检测六个轴分量的功能的力觉传感器中来使用的话，作为辅助结构体，优选可以根据六个轴分量的作用而具有多样的变形形式的结构。另外，如果考虑商业上的利用，则优选加工容易且制造成本低的结构。在此，从这样的观点出发，阐述辅助结构体的更优选的实施例。

图26为本发明所涉及的辅助结构体的更实用的实施例的主视图。该实施例所涉及的辅助结构体5400为在图中用实线画出的部分，但为了明确其利用方式，用虚线示出了受力体5100及支撑体5200。如图所示，该辅助结构体5400插入力觉传感器的受力体5100与支撑体5200之间，将其上端的第一受力点P1及第二受力点P2连接于受力体5100的下表面并将其下端的第一支撑点Q1及第二支撑点Q2连接于支撑体5200的上表面来加以利用。

在此，图示的辅助结构体5400作为部件的一部分组装在其中的力觉传感器5000为如下这样的力觉传感器：即、如在§6-2中边参照图25边所说明的，具有受力体5100、支撑体5200以及连接受力体5100与支撑体5200的检测用变形体5300，并通过检测因力或力矩的作用而产生的检测用变形体5300的弹性变形来进行所作用的力或力矩的检测。当然，作为检测用变形体5300的弹性变形的检测方法，既可以采用通过各种各样的检测元件来检测检测用变形体5300本身的位移或变形的方法，也可以采用通过各种各样的检测元件来检测受力体5100相对于支撑体5200的位移或支撑体5200相对于受力体5100的位移的方法。

在此，为便于说明，如图所示，取原点G于辅助结构体5400的重心位置、取V轴朝着图的右方、取W轴朝着图的上方来定义VW二维直角坐标系。在此，V轴及W轴对应于在以前的各变形体的说明中的X轴及Z轴。

图26所示的辅助结构体5400实质上具有与图16所示的变形体402(在§4-6中作为第六变形例示出的基本结构体2002中包含的变形体)相同的结构，是具有弹性变形部5410、第一基座部5420以及第二基座部5430的一体结构体。

在此，弹性变形部5410是至少一部分产生弹性变形的结构体，在其一端设有用于固定于受力体5100的第一部位的第一受力点P1，在其另一端设有用于固定于受力体5100的第二部位的第二受力点P2，弹性变形部5410形成为沿着连接该第一受力点P1和第二受力点P2的规定的连接路径R12的臂状结构体。

另一方面，第一基座部5420的一端在定义于连接路径R12上的第一中继点m1的附近处与弹性变形部5410连接，在其另一端设有用于固定于支撑体5200的第一部位的第一支撑点Q1。另外，第二基座部5430的一端在定义于连接路径R12上的第二中继点m2的附近处与弹性变形部5410连接，在其另一端设有用于固定于支撑体5200的第二部位的第二支撑点Q2。

而且，具有如下这样的特征：即、当在将第一基座部5420的第一支撑点Q1及第二基座部5430的第二支撑点Q2固定的状态下，力作用于弹性变形部5410的第一受力点P1及第二受力点P2时，弹性变形部5410的第一中继点m1的附近以与第一基座部5420的连接点为支点相对于第一基座部5420摆动，弹性变形部5410的第二中继点m2的附近以与第二基座部5430的连接点为支点相对于第二基座部5430摆动。

为了实现这样的可摆动的结构，第一基座部5420与弹性变形部5410的连接端构成宽度比其它部分窄的狭窄前端部5421，第二基座部5430与弹性变形部5410的连接端构成宽度比其它部分窄的狭窄前端部5431。

连接路径R12设于VW二维直角坐标系的VW平面上，弹性变形部5410的基本部分由沿VW平面伸展的臂状结构体构成。而且，在图示的实施例的情况下，当将VW二维直角坐标系的原点G定义于辅助结构体5400的重心位置时，第一受力点P1位于VW二维直角坐标系的第二象限，第二受力点P2位于VW二维直角坐标系的第一象限，第一支撑点Q1位于VW二维直角坐标系的第三象限，第二支撑点Q2位于VW二维直角坐标系的第四象限。如果使四点P1、P2、Q1、Q2的位置为这样的配置，则当以重心G为中心的旋转力矩作用于了受力体5100时，结果方向相反的应力作用于重心G的附近，能够作用限制位移的阻力，这点正如以前所述的那样。

实际应用上，该辅助结构体5400优选通过具有由平行于VW平面的平面构成的上表面和由平行于VW平面的平面构成的下表面的板状部件而构成。那样的话，辅助结构体5400成为沿VW平面扩展的板状部件，通过对一张金属板或树脂板实施规定的加工工序，从而能够容易地制成。

需要注意的是，在图示的实施例的情况下，当从第一中继点m1朝着第二中继点m2沿着连接路径R12前进时，连接路径R12具有向W轴负方向前进的第一行进路r1和向W轴正方向前进的第二行进路r2。如果采用这样的结构，则如在§4-0中所述的，形成沿着第一行进路r1的下降臂状部和沿着第二行进路r2的上升臂状部，在力矩作用的情况下，能够使阻碍变形的阻力发挥至最大限度。

另外，如果如图示的实施例那样使第二行进路r2(或者也可以是第一行进路r1)成为通过VW二维直角坐标系的原点G的路径，则如在§4-0中所述的，能够使从左侧传递而来的力与从右侧传递而来的力在辅助结构体5400的中心附近处平衡性良好地对抗，在使辅助结构体5400的变形形式稳定上是优选的。

如图所示，在本实施例中，连接路径R12具有平行于W轴的纵向路径和平行于V轴的横向路径，纵向路径从第一受力点P1及第二受力点P2起延伸，第一中继点m1及第二中继点m2被定义于横向路径上。如在§4-11中已述的，如果采用这样的构成，则容易对辅助结构体5400进行加工，能够实现适于量产的结构体。

进而，在为图示的实施例的情况下，在连接路径R12的第一受力点P1与第一中继点m1之间的区间设有呈U字状的第一U字状迂回路U1，在连接路径R12的第二中继点m2与第二受力点P2之间的区间设有呈U字状的第二U字状迂回路U2。如果像这样地在外侧臂状部上设置U字状迂回部这样的冗长结构，则如在§4-4中所述的，辅助结构体5400能够取得更多样的变形形式，从而可获得适于组装在§6-2中所述的六轴检测型的力觉传感器中的结构。

需要说明的是，为了使对辅助结构体5400的加工变得容易，优选不使U字状迂回路为弯曲的路径，而是使其为成直角屈曲的路径。在图26所示的实施例的情况下，第一U字状迂回路U1及第二U字状迂回路U2由平行于W轴的一对纵向迂回路与连接这一对纵向迂回路的、平行于V轴的横向迂回路的组合构成，因此U字状迂回部的轮廓由平行于W轴的部分和平行于V轴的部分而构成。因此，在制造上无需形成弯曲结构，加工比较容易。

在图示的实施例的情况下，在构成弹性变形部5410的臂状结构体的一部分上设有与连接路径R12正交的方向上的宽度变窄的中间变细部54。这样的中间变细部54使弹性变形部5410的变形变得容易，起到使辅助结构体5400的变形形式多样化的效果，这一点在§4-5中已阐述。

另外，在图示的实施例的情况下，在构成弹性变形部5410的臂状结构体的特定部位设有向与连接路径R12正交的方向突出的重量调整部62。这样的重量调整部62纠正辅助结构体5400的重量分布的失衡，起到使变形动作稳定的效果，这一点在§4-7中已阐述。

图27为示出图26所示的辅助结构体5400的变形例的主视图。该图27所示的辅助结构体5500具有与图26所示的辅助结构体5400大致相同的结构，其具有：沿着连接第一受力点P1和第二受力点P2的连接路径R12而设置的弹性变形部5510、以及用于将该弹性变形部5510的规定部位连接于第一支撑点Q1及第二支撑点Q2的第一基座部5520及第二基座部5530。而且，弹性变形部5510的第一中继点m1的附近由设于第一基座部5520的上端的狭窄前端部5521支撑，弹性变形部5510的第二中继点m2的附近由设于第二基座部5530的上端的狭窄前端部5531支撑，这一点也与图26所示的辅助结构体5400同样。

图26所示的辅助结构体5400与图27所示的辅助结构体5500的不同点只是中间变细部的数量和形状。在图26所示的辅助结构体5400中，比较短的中间变细部54共设于六处，而在图27所示的辅助结构体5500中，对左右的外侧臂状部各设一处比较长的中间变细部55，对中央的内侧臂状部设两处比较短的中间变细部。

图26所示的辅助结构体5400与图27所示的辅助结构体5500的性能优劣虽然不能一概而论，但两者间变形形式有些不同，因此，实际应用上，根据用途灵活应用即可。

〈6-4.辅助结构体的具体的变形方式〉

接着，简单说明组装在力觉传感器5000中的辅助结构体5400具体地怎样变形。图28为示出图25所示的力觉传感器中的四组辅助结构体的具体配置的图。在此，图(a)为俯视图，图(b)为右侧视图，图(c)为后视图，图(d)为左侧视图，图(e)为主视图。

图(a)的俯视图示出在由正方形的板状部件构成的支撑体5200的上表面配置了四组辅助结构体5401～5404的状态，其示出的是将受力体5100卸下后的状态。在此，四组辅助结构体5401～5404均为与图26所示的辅助结构体5400相同的结构体。与图25同样地，对于四组辅助结构体5401～5404，只示出了其配置，省略了详细结构的图示。与此相反，在图(b)～图(e)中，连同受力体5100及支撑体5200一起图示了各辅助结构体5401～5404的详细结构。

图(a)中示出了针对该力觉传感器定义的XYZ三维直角坐标系，而图(b)～图(e)中分别示出了在图26中定义的VW二维直角坐标系，从而可容易理解各辅助结构体5401～5404在三维空间上的朝向。需要注意的是，该图28由于是用于图示各辅助结构体5401～5404在支撑体5200上的配置的图，因此省略了关于其它构成部分的图示，但实际上，为了构成力觉传感器，要在被四组辅助结构体5401～5404包围的内部配置检测用变形体5300，并在必要的部位配置检测元件。

即，实际的力觉传感器5000包括：受力体5100、支撑体5200、连接受力体5100与支撑体5200的检测用变形体5300、检测该检测用变形体5300的弹性变形的检测元件D、根据该检测元件D的检测结果输出所作用的力或力矩的检测信号的检测电路5900以及四组辅助结构体5401～5404。在此，在将四组辅助结构体5401～5404中的一个代表性地称为辅助结构体5400的情况下，如图26所示，辅助结构体5400的第一受力点P1及第二受力点P2与受力体5100的下表面接合，辅助结构体5400的第一支撑点Q1及第二支撑点Q2与支撑体5200的上表面接合。

并且，受力体5100及支撑体5200由具有平行于XY平面的上表面及下表面的板状部件构成，Z轴插入通过受力体5100及支撑体5200。而且，四组辅助结构体5401～5404被配置成围绕在检测用变形体5300的周围。

更详细说明的话，如图28所示，第一辅助结构体5401以V轴与Y轴平行、W轴与Z轴平行的朝向配置于其VW平面与正的X轴交叉的位置上，第二辅助结构体5402以V轴与X轴平行、W轴与Z轴平行的朝向配置于其VW平面与正的Y轴交叉的位置上，第三辅助结构体5403以V轴与Y轴平行、W轴与Z轴平行的朝向配置于其VW平面与负的X轴交叉的位置上，第四辅助结构体5404以V轴与X轴平行、W轴与Z轴平行的朝向配置于其VW平面与负的Y轴交叉的位置上。

而且，各辅助结构体5401～5404的第一受力点P1及第二受力点P2与受力体5100的下表面接合，各辅助结构体5401～5404的第一支撑点Q1及第二支撑点Q2与支撑体5200的上表面接合。

图28示出在没有任何外力作用于受力体5100时的状态，受力体5100与支撑体5200维持平行的状态，各辅助结构体5401～5404的形状也处于未发生变形的状态。因此，以该图28所示的状态为基准，试考虑在将支撑体5200固定的状态下各种各样的外力作用于受力体5100时的变形形态。

图29为针对图25所示的力觉传感器示出在Z轴负方向的力-Fz作用于了受力体5100时四组辅助结构体的变形形式的图。与图28同样地，图(a)为俯视图，图(b)为右侧视图，图(c)后视图，图(d)为左侧视图，图(e)为主视图。为了避免图变得复杂，省略了各部的符号。图中所示的白箭头表示基于所作用的力-Fz而施加于各部的分力的方向。另外，图的虚线表示变形前的受力体5100的位置。可知，经由中间变细部54而连接的辅助结构体5400的各部根据各自的位置而发生各种各样的位移。

图30为针对图25所示的力觉传感器示出在Z轴正方向的力+Fz作用于了受力体5100时四组辅助结构体的变形形式的图。同样地，图31示出了在力矩+My作用时的状态(在力矩+Mx作用时，变为使其旋转90°的状态)，图32示出了在力+Fx作用时的状态(在力+Fy作用时，变为使其旋转90°的状态)。另外，图33示出了在力矩+Mz作用时的状态。不论在哪一个图中，白箭头均表示基于所作用的外力施加于各部的分力的方向，虚线均表示变形前的受力体5100的位置。

如前所述，在力Fz作用时，从左右向内侧臂上部传递过来的力的方向是相同的，所以在图29和图30所示的变形状态下，本发明固有的限制位移的阻力(为使臂状部伸缩而产生的阻力)不发生作用。与此相反，在如图31所示力矩My作用时或力矩Mx作用时，从左右向内侧臂上部传递过来的力的方向相反，所以本发明固有的限制位移的阻力(为使臂状部伸缩而产生的阻力)起作用，变形受到阻碍。需要说明的是，在力Fx、Fy或力矩Mz作用的情况下，本发明固有的限制位移的阻力不起作用。

图34为示出图26所示的辅助结构体5400的各部的构成的主视图(影线用于表示各部的区域，而非表示截面)。在图中被全面涂黑的部分为中间变细部54(也包括基座狭窄部)，标有斜阴影的部分为沿着连接路径R12的臂状部。另外，空白的矩形部分为重量调整部62。在此处所示的实施例的情况下，图示的各部分的尺寸d1d4为d1＝14mm、d2＝40mm、d3＝1mm、d4＝0.5mm，该辅助结构体5400的厚度d5为d5＝4mm。当然，这些尺寸值是一实施例的尺寸设定例，本发明所涉及的辅助结构体的各部可根据其利用方式而进行任意的尺寸设定。

图35为示出在各轴方向的力Fx、Fy、Fz及绕各轴的力矩Mx、My、Mz作用于图34所示的辅助结构体5400(具有上述尺寸值的试制品)时各部所发生的变形形式的表。在此，“中间变细部的弯曲”是指向沿着VW平面的方向的变形，“中间变细部的倒塌”是指向与VW平面正交的方向的变形，“中间变细部的扭转”是指以连接路径R12(基座狭窄部的情况下为支撑路径R2、R3)的方向为旋转轴的扭转。另外，在表中，〇符号表示对应的各部的变形形式大大地有助于辅助结构体5400的变形，X符号表示贡献的程度小。

根据该表，在力Fx、Fy作用的情况下，中间变细部的弯曲及倒塌大大地有助于辅助结构体5400的变形。在力+Fx作用时，如图32所示，受力体被向X轴正方向推出，因此，关于正面侧的辅助结构体5404和背面侧的辅助结构5402，发生中间变细部的弯曲；关于侧面的辅助结构体5401、5403，发生中间变细部的倒塌。其结果，侧面的辅助结构体5401、5403向X轴正方向倾斜。此时辅助结构体5400对受力体5100的支撑刚度为对中间变细部的弯曲的刚度与对中间变细部的倒塌的刚度之和。一般而言，后者具更大的主导性，因此通过调整中间变细部的厚度尺寸d5和中间变细部的高度尺寸d3，从而能够调整对力Fx的检测灵敏度。关于力Fy，也是同样。

与此相对，在力Fz作用的情况下，中间变细部的弯曲大大地有助于辅助结构体5400的变形。例如，在力-Fz作用时，如图29所示，受力体整体被压向下方，因此朝向下方的相同方向的力同时作用于四组辅助结构体5400的各受力点P1、P2。在反向的力+Fz作用时，如图30所示，受力体被整体提向上方，因此朝向上方的相同方向的力同时作用于四组辅助结构体5400的各受力点P1、P2。因此，不论在哪一种情况下，结果均为主要在各中间变细部发生弯曲。此时辅助结构体5400对受力体5100的支撑刚度主要是对中间变细部的弯曲的刚度。因此，通过主要调整中间变细部的宽度尺寸d4，从而可以调整对力Fz的检测灵敏度。

假设在检测用变形体5300对受力体5100的支撑刚度足够大于四组辅助结构体5400对受力体5100的支撑刚度的情况下，即使追加了四组辅助结构体5400，也几乎不会对有关力Fz的检测灵敏度产生影响。

另一方面，在力矩Mx、My作用的情况下，除中间变细部的弯曲以外，臂状部的伸缩也大大地有助于辅助结构体5400的变形。例如，在力矩+My作用时，如图31所示，关于正面侧的辅助结构体5404和背面侧的辅助结构体5402，发生中间变细部的弯曲和臂状部的伸缩。在此，发生臂状部的伸缩的理由是因为，从左右传递至内侧臂状部的力的方向相反。当使该臂状部产生伸缩时，本发明固有的限制位移的阻力将起作用。另一方面，关于侧面的辅助结构体5401、5403，发生中间变细部的弯曲。力矩Mx作用的情况下也是同样。

这样，在力矩Mx、My作用的情况下，不仅发生中间变细部的变形，而且还发生臂状部的伸缩，所以用于限制变形的大的阻力将生效。为此，通过增加辅助结构体5400，能够使力矩Mx、My的检测灵敏度降低，这正如以前所述的，这点是本发明的重要的作用效果。换句话说，通过增加辅助结构体5400，从而可以选择性地只强化在力矩Mx、My作用时的刚度。该刚度的程度能够通过臂状部的尺寸来调整。

最后，在力矩Mz作用的情况下，如图33所示，发生以Z轴为中心轴扭转的变形，因此就中间变细部而言，发生弯曲和扭转。此时辅助结构体5400对受力体5100的支撑刚度为对中间变细部的弯曲的刚度与对中间变细部的扭转的刚度之和。因此，通过除调整中间变细部的宽度尺寸d4和中间变细部的高度尺寸d3以外，还调整整个辅助结构体5400的宽度尺寸d2，从而能够调整对力矩Mz的检测灵敏度。

最后，结果表明，由于追加了四组辅助结构体5401～5404，从而成功进行了力矩的检测灵敏度与力的检测灵敏度的平衡调整。图36为针对图24所示的传统型的力觉传感器4000(在专利文献3中公开的传感器)与图25所示的本发明所涉及的力觉传感器5000(追加了四组辅助结构体5401～5404的传感器)比较在各轴方向的力及绕各轴的力矩作用时获得的检测值的表。

需要说明的是，为了以相同的尺度比较力的检测灵敏度与力矩的检测灵敏度，在此，将从旋转的中心点至作用点的距离设定为0.1m(在一般的控制杆等中几乎大都是这种程度的设定)，施加200N的平移力作为力F，施加相当于将相同的200N的力施加于作用点的情况的、20N·m的旋转力作为力矩M，对于这种情况，直接求出了从检测电路输出的电信号的值。

正如表所示的，在现有的力觉传感器4000的情况下，力矩Mx、My的检测值相对于力Fx、Fy的检测值超出了20倍，在利用于控制杆等用途的情况下，必须进行某些校正处理。关于力Fz和力矩My，也产生了2倍左右的差异。与此相对比，在本发明的力觉传感器5000的情况下，力矩Mx、My的检测值相对于力Fx、Fy的检测值降低至2倍左右，特别是，关于力Fz和力矩My，差异消除至大致1倍左右。

现有的力觉传感器4000和本发明的力觉传感器5000使用了完全相同的检测用变形体4300，检测元件及检测电路也完全相同。两者的本质区别只是在后者中附加了四组辅助结构体5401～5404这一点。这样，只将本发明所涉及的辅助结构体附加到传统型的任意的力觉传感器中就可以调整检测灵敏度，能够实现具有所期望的检测灵敏度的力觉传感器。

工业适用性

本发明所涉及的力觉传感器能广泛利用于用来进行机器人、工业机械的动作控制的装置、电子设备的输入装置的人机界面等。另外，本发明所涉及的力觉传感器用的辅助结构体通过组装在检测插入于受力体与支撑体之间的变形体的变形形式的类型的力觉传感器中而能够利用于调整检测灵敏度的用途。