JPH05215627A - 多次元方向に関する力・加速度・磁気の検出装置 - Google Patents

多次元方向に関する力・加速度・磁気の検出装置

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JPH05215627A
JPH05215627A JP4048055A JP4805592A JPH05215627A JP H05215627 A JPH05215627 A JP H05215627A JP 4048055 A JP4048055 A JP 4048055A JP 4805592 A JP4805592 A JP 4805592A JP H05215627 A JPH05215627 A JP H05215627A
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和廣 岡田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＸＹＺ三次元座標系における各軸方向の力と
ともに、各軸まわりのモーメントを検出することのでき
る力検出装置を提供する。 【構成】 変位体１０は、円盤状の平板１１と四角柱状
の柱状体１２とからなる。変位体１０の上面には５つの
変位電極Ｄ１〜Ｄ５が形成され、柱状体１２の４つの側
面には８つの変位電極Ｄ６〜Ｄ１３が形成される。この
変位体１０は、図示されていない固定体２０の内部に宙
吊り状態に保持される。固定体２０の内部には、各変位
電極Ｄ１〜Ｄ１３のそれぞれに対向する位置に固定電極
Ｅ１〜Ｅ１３が設けられ、各対向電極対により容量素子
Ｃ１〜Ｃ１３が構成される。各容量素子の容量値の変化
により、各軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚおよび各軸まわ
りのモーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚが求められる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は力・加速度・磁気の検出
装置、特に多次元の各成分ごとに検出値を得ることがで
きる検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車産業や機械産業などでは、力、加
速度、磁気といった物理量を正確に検出できる検出装置
の需要が高まっている。特に、二次元あるいは三次元の
各成分ごとにこれらの物理量を検出しうる小型の装置が
望まれている。
【０００３】このような需要に応えるため、シリコンな
どの半導体基板にゲージ抵抗を形成し、外部から加わる
力に基づいて基板に生じる機械的な歪みを、ピエゾ抵抗
効果を利用して電気信号に変換する力・加速度・磁気の
検出装置が提案されている。ただ、このようなゲージ抵
抗を用いた検出装置は、製造コストが高く、温度補償が
必要であるという問題がある。
【０００４】そこで、近年、容量素子あるいは圧電素子
を用いて物理量の検出を行う検出装置が提案されてい
る。たとえば、特願平２−２７４２９９号明細書、特願
平３−１３８１９１号明細書、特願平３−２０３８７５
明細書、特願平３−３０６５８７号明細書には、静電容
量の変化を利用した新規な検出装置が提案されている。
この新規な検出装置では、固定基板上に形成された固定
電極と、力の作用により変位を生じる変位電極と、によ
って容量素子が構成され、この容量素子の静電容量の変
化に基づいて、作用した力の多次元成分のそれぞれが検
出できる。また、特願平２−４１６１８８号明細書に
は、この新規な検出装置の製造方法が開示され、特許協
力条約に基づく国際出願に係るＰＣＴ／ＪＰ９１／００
４２８号明細書には、この新規な検出装置の検査方法が
開示されている。また、特願平３−２０３８７６号明細
書には、容量素子の代わりに、圧電素子を用いた検出装
置が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した検出装置は、
複数の容量素子あるいは圧電素子を平面的に配置し、Ｘ
ＹＺ三次元座標系におけるＸ軸まわりのモーメントＭ
ｘ、Ｙ軸まわりのモーメントＭｙ、Ｚ軸方向の力Ｆｚ、
のそれぞれを検出することを意図しているため、他のＸ
軸方向の力Ｆｘ、Ｙ軸方向の力Ｆｙ、Ｚ軸まわりのモー
メントＭｚの検出を同時に行うことはできない。しかし
ながら、産業機械などでは、各軸方向の力と各軸まわり
のモーメントの全成分の検出が必要になる場合がある。
【０００６】そこで本発明は、各軸方向の力とともに、
各軸まわりのモーメントを検出することのできる多次元
方向に関する力・加速度・磁気の検出装置を提供するこ
とを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
(1) 本願第１の発明は、ＸＹＺ三次元座標系における
力の多次元方向成分を検出する装置において、力の作用
により変形する可撓部をもった固定体と、可撓部によっ
て支持される変位体と、変位体の一部に定義された第１
の変位面と、この第１の変位面に対向し固定体の一部に
定義された第１の固定面と、の距離を検出する第１の検
出手段と、第１の変位面と交わり変位体の一部に定義さ
れた第２の変位面と、この第２の変位面に対向し固定体
の一部に定義された第２の固定面と、の距離を検出する
第２の検出手段と、第１の検出手段による検出値および
第２の検出手段による検出値に基づいて、変位体に作用
した力を座標軸方向の力成分および座標軸まわりのモー
メント成分ごとに演算して求める演算手段と、を設けた
ものである。
【０００８】(2) 本願第２の発明は、上述の第１の発
明に係る検出装置において、第１の変位面と第２の変位
面とが直交し、第１の固定面と第２の固定面とが直交す
るように形成したものである。
【０００９】(3) 本願第３の発明は、上述の第２の発
明に係る検出装置において、変位体の内部の所定位置に
ＸＹＺ三次元座標系の原点を定義し、ＸＹ平面に対して
平行な面上に第１の変位面を定義し、Ｚ軸に対して平行
な面上に第２の変位面を定義し、第１の検出手段による
検出値に基づいて、Ｘ軸まわりのモーメントＭｘおよび
Ｙ軸まわりのモーメントＭｙ、ならびにＺ軸方向の力Ｆ
ｚを求め、第２の検出手段による検出値に基づいて、Ｘ
軸方向の力ＦｘおよびＹ軸方向の力Ｆｙ、ならびにＺ軸
まわりのモーメントＭｚを求めるようにしたものであ
る。
【００１０】(4) 本願第４の発明は、上述の第２の発
明に係る検出装置において、変位体の内部の所定位置に
ＸＹＺ三次元座標系の原点を定義し、ＸＹ平面に対して
平行な面上に第１の変位面を定義し、Ｚ軸に対して平行
な面上に第２の変位面を定義し、第１の検出手段による
検出値に基づいて、Ｘ軸まわりのモーメントＭｘおよび
Ｚ軸方向の力Ｆｚを求め、第２の検出手段による検出値
に基づいて、Ｘ軸方向の力ＦｘおよびＹ軸方向の力Ｆ
ｙ、ならびにＹ軸まわりのモーメントＭｙおよびＺ軸ま
わりのモーメントＭｚを求めるようにしたものである。
【００１１】(5) 本願第５の発明は、上述の第２の発
明に係る検出装置において、変位体の内部の所定位置に
ＸＹＺ三次元座標系の原点を定義し、ＸＹ平面に対して
平行な面上に第１の変位面を定義し、Ｚ軸に対して平行
な面上に第２の変位面を定義し、第１の検出手段による
検出値に基づいて、Ｚ軸方向の力Ｆｚを求め、第２の検
出手段による検出値に基づいて、Ｘ軸方向の力Ｆｘおよ
びＸ軸まわりのモーメントＭｘ、Ｙ軸方向の力Ｆｙおよ
びＹ軸まわりのモーメントＭｙ、ならびに、Ｚ軸まわり
のモーメントＭｚを求めるようにしたものである。
【００１２】(6) 本願第６の発明は、上述の第１〜５
のいずれかの発明に係る検出装置において、第１の検出
手段に、第１の変位面上に形成された第１の変位電極と
第１の固定面上に形成された第１の固定電極とによって
構成される容量素子を設け、この容量素子の容量値に基
づいて距離の検出を行い、第２の検出手段に、第２の変
位面上に形成された第２の変位電極と第２の固定面上に
形成された第２の固定電極とによって構成される容量素
子を設け、この容量素子の容量値に基づいて距離の検出
を行うようにしたものである。
【００１３】(7) 本願第７の発明は、上述の第１〜６
のいずれかの発明に係る検出装置において、加速度に起
因して発生する力を変位体に作用させ、加速度の検出を
行い得るようにしたものである。
【００１４】(8) 本願第８の発明は、上述の第１〜６
のいずれかの発明に係る検出装置において、磁気に起因
して発生する力を変位体に作用させ、磁気の検出を行い
得るようにしたものである。
【００１５】
【作 用】変位体は固定体の一部に形成された可撓部に
よって支持されている。したがって、変位体に外部から
の力が作用すると、この可撓部が撓みを生じ、固定体に
対する変位体の位置が変化する。この位置の変化は、変
位体上に定義された変位面と固定体上に定義された固定
面との間の距離に変化をもたらす。この距離の変化は、
作用した力の大きさと方向の情報を含んでいるため、こ
の距離の検出値に基づいて所定の演算を行うことによ
り、作用した力の大きさと方向を求めることができる。
【００１６】本発明による検出装置の特徴は、変位体上
に第１の変位面と第２の変位面という２つの変位面を定
義し、これらに対向する面として、固定体上に第１の固
定面と第２の固定面という２つの固定面を定義した点に
ある。第１の変位面と第１の固定面との間の距離は第１
の検出手段によって検出され、第２の変位面と第２の固
定面との間の距離は第２の検出手段によって検出され
る。ここで、第１の変位面と第２の変位面とは互いに交
わる（より好ましくは直交する）面であるため、第１の
検出手段による検出値と第２の検出手段による検出値と
は、それぞれ独立した情報を含むことになる。したがっ
て、これら両検出手段による検出値を利用すれば、ＸＹ
Ｚ三次元座標系における各軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ
と各軸まわりのモーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚとを同時に
検出することが可能になる。
【００１７】
【実施例】§１ 本発明の基本原理 以下、本発明を図示する実施例に基づいて説明する。は
じめに、本発明の基本原理を、図１に示す基本的実施例
に基づいて説明する。この実施例に係る力検出装置は、
変位体１０と固定体２０とを備えている。変位体１０
は、図２にその斜視図を示すように、円盤状の平板１１
と四角柱の柱状体１２とからなる構造を有する。柱状体
１２は平板１１の下面に接合されている。なお、本明細
書では、構造説明の便宜上、変位体１０を平板１１と柱
状体１２との２つの構成要素に分けているが、実際に
は、変位体１０は一体成型により作成できる。平板１１
の上面１１ａには、電極Ａ１が形成されている。また、
柱状体１２の側面１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに
は、それぞれ電極Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５が形成されて
いる。なお、図２には、各側面の一部しか示されていな
いが、側面１２ｃは側面１２ａの反対側に位置する面で
あり、側面１２ｄは側面１２ｂの反対側に位置する面で
ある。また、電極Ａ４は図示されていない側面１２ｃ上
に形成され、電極Ａ５は図示されていない側面１２ｄ上
に形成されている。以下、これらの各電極を変位電極Ａ
１〜Ａ５と呼び、これら変位電極が形成されている面を
変位面と呼ぶことにする。
【００１８】なお、図１に示すように、変位体１０内の
一点（たとえば重心位置）に、原点Ｏを定義し、図１の
左方にＸ軸を、上方にＺ軸を、紙面に対して垂直上方に
Ｙ軸を、それぞれ定義してＸＹＺ三次元座標系を考える
と、変位体１０に関しては図２に示すようにＸ軸，Ｙ
軸，Ｚ軸が定義されることになる。図１には、図２に示
す変位体１０のＸＺ平面についての断面が示されている
ことになる。
【００１９】一方、固定体２０は、図１に示すように、
変位体１０の周囲を取り囲むような形状をしている。固
定体２０の外形は直方体であり、底部には、可撓部２１
が形成されている。この可撓部２１は、力の作用により
変形を生じるように形成されており、変位体１０はこの
可撓部２１によって支持された状態となっている。すな
わち、可撓部２１は薄い平板状の部材からなり、この実
施例ではその中央部に四角形の窓が開口されており、こ
の窓に柱状体１２が挿通した状態で固定されている。実
際には、可撓部２１の中心部に柱状体１２をねじ止め等
の方法により固定すれば、より確実な固定が可能であ
る。図１に示されているように、変位体１０は、この可
撓部２１だけで支持されており、この支持部分を除いて
固定体２０には接触していない状態となっている。柱状
体１２は、包囲部２２によって四方から取り囲まれてい
るが、両者間には所定の間隙が形成されている。結局、
固定体２０の内部に形成された空間に、変位体１０が宙
吊りの状態となっていることになる。前述したように、
可撓部２１は力の作用により変形を生じる。したがっ
て、柱状体１２の底面に定義した作用点Ｐに力を加える
と、可撓部２１に撓みが生じ、変位体１０が変位するこ
とになる。このときの変位状態は、加えられた力に基づ
いて決まる。本発明の基本原理は、この変位状態を検出
することにより、加えられた力を検出しようとするもの
である。
【００２０】固定体２０の内壁には、変位体１０の各変
位面に対向する固定面が形成されている。すなわち、固
定面２０ａは変位面１１ａに対向する面であり、固定面
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄは、それぞれ変位面１
２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに対向する面である。ま
た、各固定面には、それぞれ変位電極に対向する固定電
極が形成されている。すなわち、固定面２０ａには固定
電極Ｂ１が形成されており、固定面２２ａ，２２ｂ，２
２ｃ，２２ｄにはそれぞれ固定電極Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，
Ｂ５が形成されている。図３は、図１に示す装置をＸＹ
平面で切断した断面図であり、各対向面と各電極の位置
関係が明瞭に示されている。なお、図示を容易にするた
めに、本願図面中、斜視図（たとえば図２）においては
各電極の厚みを無視して描き、断面図（たとえば図１や
図３）においては各電極の厚みを強調して描いてある。
【００２１】ここで、対向する電極Ａ１とＢ１とによっ
て容量素子Ｃ１を形成し、対向する電極Ａ２とＢ２とに
よって容量素子Ｃ２を形成し、対向する電極Ａ３とＢ３
とによって容量素子Ｃ３を形成し、対向する電極Ａ４と
Ｂ４とによって容量素子Ｃ４を形成し、対向する電極Ａ
５とＢ５とによって容量素子Ｃ５を形成する。一般に、
容量素子の静電容量Ｃは、電極面積をＳ、電極間隔を
ｄ、誘電率をεとすると、 Ｃ＝εＳ／ｄ で定まる。したがって、対向する電極間隔が接近すると
静電容量Ｃは大きくなり、遠ざかると静電容量Ｃは小さ
くなる。そこで、各容量素子の容量値の変化に基づい
て、対向する各電極間距離（すなわち、各対向面間距
離）を求めることができる。本検出装置は、この原理を
利用し、各電極間の静電容量の変化を測定し、この測定
値に基づいて作用点Ｐに作用した外力を検出するもので
ある。
【００２２】たとえば、図１において、作用点ＰにＸ軸
方向の力Ｆｘが加わったとすると、可撓部２１の図の左
側部分は縮み、右側部分は伸び、変位体１０全体が図の
左方へ平行移動する。すなわち、原点ＯはＸ軸上を正の
方向へと移動する。このため、電極対Ａ２，Ｂ２で構成
される容量素子Ｃ２の電極間隔は小さくなり、容量値は
増加する。逆に、電極対Ａ４，Ｂ４で構成される容量素
子Ｃ４の電極間隔は大きくなり、容量値は減少する。こ
のとき、電極対Ａ１，Ｂ１、電極対Ａ３，Ｂ３、電極対
Ａ５，Ｂ５の間隔は変化しない。また、図４に示すよう
に、作用点Ｐに図の矢印Ｆで示すような外力が作用した
場合、この外力は、原点にＯに対してＹ軸まわりのモー
メント−Ｍｙ（モーメントの符号については後述）を与
えることになる。すなわち、可撓部２１が撓みを生じ、
変位体１０は固定体２０の内部で図のように傾く。な
お、図の矢印Ｆで示すような外力を加えると、実際には
モーメント−Ｍｙだけでなく、＋Ｆｘという力も加わる
ことになるが、ここでは説明の便宜上、Ｙ軸まわりのモ
ーメント−Ｍｙだけを考えている。この場合、各電極対
の間隔は、部分的に小さくなったり大きくなったりす
る。各軸まわりのモーメントを独立して検出する手法に
ついては、後に詳述するが、本発明の特徴は、作用した
外力が各軸方向の力であっても、各軸まわりのモーメン
トであっても、検出できる点にある。なお、本明細書に
おいては、各軸方向の力と各軸まわりのモーメントとの
両方の総称しても「力」という用語を用いることにす
る。
【００２３】要するに、本発明の基本原理は、各容量素
子の容量値がどのようなパターンで変化したかを調べる
ことにより、作用した外力の方向に関する情報を得るこ
とができ、容量値の変化量がどれだけであるかを調べる
ことにより作用した外力の大きさに関する情報を得るこ
とにある。しかも、本発明では、２とおりの変位面につ
いて変位を求めている。いま、電極Ａ１が形成された変
位面１１ａを第１の変位面と呼び、電極Ａ２，Ａ３，Ａ
４，Ａ５が形成された変位面１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，
１２ｄを第２の変位面と呼べば、第１の変位面と第２の
変位面とは、与えられた外力に応じてそれぞれ独特の変
位態様を示す。本発明の検出装置は、これら２とおりの
変位態様に基づいて、各軸方向の力と各軸まわりのモー
メントの両方を検出することができるのである。以下、
具体的な実施例に基づいて、本発明を更に詳しく説明す
る。
【００２４】§２ 第１の具体的な実施例 続いて、本発明の第１の具体的な実施例を説明する。図
５は、この具体的な実施例に係る力検出装置の側断面図
である。この装置は、前述した基本的実施例と同様に、
変位体１０と固定体２０とを備えており、これらの構造
は前述したとおりである。基本的実施例との違いは、電
極の数および配置にある。図６は、この実施例における
変位体１０の斜視図であり、図５には、この変位体１０
をＸＺ平面で切った断面が示されていることになる。こ
の実施例では、合計で１３個の変位電極Ｄ１〜Ｄ１３
（このうち電極Ｄ１０〜Ｄ１３については、図６には現
れていない）が配置されている。すなわち、第１の変位
面（平板１１の上面１１ａ）には、５枚の変位電極Ｄ１
〜Ｄ５がシンメトリックに配置されており、その様子
は、変位体１０の上面を示す図７に明瞭に示されてい
る。また、第２の変位面（柱状体１２の４つの側面）に
は、８枚の変位電極Ｄ６〜Ｄ１３がシンメトリックに配
置されており、その様子は、この検出装置をＸＹ平面で
切断した断面を示す図８に明瞭に示されている。更に、
各変位電極Ｄ１〜Ｄ１３に対向するように、固定体２０
の内面に固定電極Ｅ１〜Ｅ１３が配置されている。そこ
で、電極対Ｄ１，Ｅ１によって容量素子Ｃ１を形成し、
以下同様に、電極対Ｄ２，Ｅ２、電極対Ｄ３，Ｅ３、…
電極対Ｄ１３，Ｅ１３、によってそれぞれ容量素子Ｃ
２、Ｃ３、…Ｃ１３を形成する。
【００２５】ここで、変位体１０の底面に定義した作用
点Ｐに各軸方向の力を作用させた場合、各容量素子Ｃ１
〜Ｃ１３にどのような容量値の変化が現れるかを考えて
みる。まず、Ｘ軸方向の力Ｆｘを作用させると、図８に
おいて、柱状体１２全体が図の左方へ平行移動するた
め、電極対Ｄ６，Ｅ６および電極対Ｄ７，Ｅ７の電極間
隔は小さくなり、電極対Ｄ１０，Ｅ１０および電極対Ｄ
１１，Ｅ１１の電極間隔は大きくなる。このため、容量
素子Ｃ６，Ｃ７の容量値は増加し、容量素子Ｃ１０，Ｃ
１１の容量値は減少する。他の電極対間隔に変化はない
ため、他の容量素子の容量値には変化は生じない。図９
に示す表の第１行目（Ｆｘと記した行）には、Ｘ軸方向
の力Ｆｘが作用したときの各容量素子Ｃ１〜Ｃ１３の容
量値の変化を示してある。ここで、“０”は変化なし、
“＋”は容量値の増加、“−”は容量値の減少、をそれ
ぞれ示す。同様に、Ｙ軸方向の力Ｆｙを作用させると、
図９に示す表の第２行目（Ｆｙと記した行）のような結
果が得られる。更に、Ｚ軸方向の力Ｆｚを作用させる
と、図５において、変位体１０全体が図の上方へ平行移
動するため、電極対Ｄ１，Ｅ１〜電極対Ｄ５，Ｅ５の電
極間隔は小さくなり、容量素子Ｃ１〜Ｃ５の容量値は増
加する。他の電極対間隔に変化はないため、他の容量素
子の容量値には変化は生じない。したがって、図９に示
す表の第３行目（Ｆｚと記した行）に示すような結果が
得られる。なお、各軸についての負方向の力−Ｆｘ，−
Ｆｙ，−Ｆｚが作用した場合には、表における“＋”と
“−”の関係が逆転する。また、同じ方向の力でも、大
きな力であれば、それだけ容量値の変化量も大きくな
る。
【００２６】次に、変位体１０の底面に定義した作用点
Ｐに各軸まわりのモーメントを作用させた場合、各容量
素子Ｃ１〜Ｃ１３にどのような容量値の変化が現れるか
を考えてみる。まず、Ｙ軸まわりのモーメントＭｙを作
用させると、図５において、変位体１０全体が原点Ｏを
中心に反時計回り（ここでは、右ネジをＹ軸の正の方向
に進めるためにネジに与える回転方向を、Ｙ軸まわりの
モーメントの正の方向と定義している）に回転変位する
ため、電極対Ｄ１，Ｅ１の電極間隔は大きくなり、電極
対Ｄ３，Ｅ３の電極間隔は小さくなる。このため、容量
素子Ｃ１の容量値は減少し、容量素子Ｃ３の容量値は増
加する。他の電極対間隔については、それぞれについて
部分的に小さくあるいは大きくなるが、１組の電極対全
体では電極間隔の変化が相殺されるため、他の容量素子
の容量値には変化は生じない。したがって、図９に示す
表の第５行目（Ｍｙと記した行）のような結果が得られ
る。同様に、Ｘ軸まわりのモーメントＭｘを作用させる
と、図９に示す表の第４行目（Ｍｘと記した行）のよう
な結果が得られる。更に、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚ
を作用させると、図８において、柱状体１２全体が原点
Ｏを中心に反時計回りに回転変位するため、電極対Ｄ
６，Ｅ６、電極対Ｄ８，Ｅ８、電極対Ｄ１０，Ｅ１０、
電極対Ｄ１２，Ｅ１２、の電極間隔は小さくなり、容量
素子Ｃ６、Ｃ８、Ｃ１０、Ｃ１２の容量値は増加する。
逆に、電極対Ｄ７，Ｅ７、電極対Ｄ９，Ｅ９、電極対Ｄ
１１，Ｅ１１、電極対Ｄ１３，Ｅ１３、の電極間隔は大
きくなり、容量素子Ｃ７、Ｃ９、Ｃ１１、Ｃ１３の容量
値は減少する。他の電極対間隔に変化はないため、他の
容量素子の容量値には変化は生じない。したがって、図
９に示す表の第６行目（Ｍｚと記した行）に示すような
結果が得られる。なお、各軸について逆まわりのモーメ
ント−Ｍｘ，−Ｍｙ，−Ｍｚが作用した場合には、表に
おける“＋”と“−”の関係が逆転する。また、同じ方
向のモーメントでも、大きなモーメントであれば、それ
だけ容量値の変化量も大きくなる。
【００２７】ここで、図９の表を見ると、各軸方向の力
Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ、および各軸まわりのモーメントＭ
ｘ，Ｍｙ，Ｍｚについて、それぞれユニークな結果が得
られていることがわかる。そこで、各容量素子Ｃ１〜Ｃ
１３についての容量値を検出すれば、これら容量値に基
づいて、各軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ、および各軸ま
わりのモーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚを演算により求める
ことができる。図１０は、このような演算を行うための
回路図の一例である。この回路図の左側に示された容量
素子Ｃ１〜Ｃ１３は、上述の各容量素子である。この回
路では、各容量素子の容量値Ｃ１〜Ｃ１３をＣＶ変換回
路３０によって電圧値Ｖ１〜Ｖ１３に変換し、これら電
圧値Ｖ１〜Ｖ１３に対して演算器３１〜３６を用いた加
減算を行い、出力端子Ｔ１〜Ｔ６に各軸方向の力Ｆｘ，
Ｆｙ，Ｆｚおよび各軸まわりのモーメントＭｘ，Ｍｙ，
Ｍｚを電圧値として出力する。すなわち、モーメントＭ
ｘは、演算器３１によりＭｘ＝Ｖ２−Ｖ４なる演算を行
うことにより求まる。これは、図９の表においてＭｘの
行を見ると、Ｃ２が増加しＣ４が減少することから両者
の差分をとったものである。差分をとることによりＣ２
の変化量とＣ４の変化量との合計が得られることにな
る。以下同様に、モーメントＭｙは、演算器３２により
Ｍｙ＝Ｖ３−Ｖ１なる演算を行うことにより求まる。力
Ｆｚは、演算器３３によりＦｚ＝Ｖ５なる演算（演算器
３３は単なるバッファとして機能している）を行うこと
により求まる。更に、力Ｆｘは、演算器３４により、Ｆ
ｘ＝（Ｖ６＋Ｖ７）−（Ｖ１０＋Ｖ１１）なる演算を行
うことにより求まる。力Ｆｙは、演算器３５により、Ｆ
ｙ＝（Ｖ８＋Ｖ９）−（Ｖ１２＋Ｖ１３）なる演算を行
うことにより求まる。そして、モーメントＭｚは、演算
器３６によりＭｚ＝（Ｖ６＋Ｖ８＋Ｖ１０＋Ｖ１２）−
（Ｖ７＋Ｖ９＋Ｖ１１＋Ｖ１３）なる演算を行うことに
より求まる。なお、上述の演算はほんの一例を示したも
のであり、各軸方向の力や各軸まわりのモーメントは、
別な演算によっても求めることができる。たとえば、力
ＦｘはＦｘ＝Ｖ６−Ｖ１０なる演算により、力ＦｙはＦ
ｙ＝Ｖ８−Ｖ１２なる演算により、力ＦｚはＦｚ＝Ｖ１
＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４＋Ｖ５なる演算により、モーメント
ＭｚはＭｚ＝Ｖ６−Ｖ７なる演算により、それぞれ求め
てもよい。この場合は各演算に基づいた演算回路を構成
すればよい。また、各出力値を相互に規規格化するに
は、各演算器に増幅機能をもたせ、増幅率を調整するよ
うにすればよい。
【００２８】要するに、この第１の具体的な実施例で
は、第１の変位面（平板１１の上面１１ａ）に形成した
変位電極Ｄ１〜Ｄ５の変位に基づいて、Ｘ軸まわりのモ
ーメントＭｘ，Ｙ軸まわりのモーメントＭｙ，Ｚ軸方向
の力Ｆｚの検出を行い、第２の変位面（柱状体１２の４
つの側面）に形成した変位電極Ｄ６〜Ｄ１３の変位に基
づいて、Ｘ軸方向の力Ｆｘ、Ｙ軸方向の力Ｆｙ、Ｚ軸ま
わりのモーメントＭｚの検出を行っていることになる。
【００２９】§３ 第２の具体的な実施例 続いて、本発明の第２の具体的な実施例を説明する。図
１１は、この具体的な実施例に係る力検出装置の側断面
図である。この装置も、前述した基本的実施例と同様
に、変位体１０と固定体２０とを備えており、これらの
構造は前述したとおりである。図１２は、この実施例に
おける変位体１０の斜視図であり、図１１には、この変
位体１０をＸＺ平面で切った断面が示されていることに
なる。この実施例では、合計で１５個の変位電極Ｆ１〜
Ｆ１５（このうち電極Ｆ１０〜Ｆ１５については、図１
２には現れていない）が配置されている。すなわち、第
１の変位面（平板１１の上面１１ａ）には、３枚の変位
電極Ｆ１〜Ｆ３が配置されており、その様子は、変位体
１０の上面を示す図１３に明瞭に示されている。また、
第２の変位面（柱状体１２の４つの側面）には、１２枚
の変位電極Ｆ４〜Ｆ１５が配置されている。この配置の
様子は、この検出装置をＸＹ平面で切断した断面を示す
図１４にも示されているが、図１５および図１６の電極
配置図を見るとより明瞭になる。図１５は、Ｘ軸に対し
て垂直な４つの面、すなわち、固定面２２ａ、変位面１
２ａ、変位面１２ｃ、固定面２２ｃ（これらの各面の形
成位置については図３参照）上に配置された各電極の位
置を示すものであり、図１６は、Ｙ軸に対して垂直な４
つの面、すなわち、固定面２２ｂ、変位面１２ｂ、変位
面１２ｄ、固定面２２ｄ（これらの各面の形成位置につ
いては図３参照）上に配置された各電極の位置を示すも
のである。要するに、柱状体１２の４つの側面にそれぞ
れ３枚ずつ変位電極Ｆ４〜Ｆ１５が配置され、固定体２
０の内面には、この変位電極Ｆ４〜Ｆ１５に対向する位
置に固定電極Ｇ４〜Ｇ１５が配置されていることにな
る。なお、図１５に示す配置では、同一平面上の３枚の
電極は上下に並んでいるが、図１６に示す配置では、同
一平面上の３枚の電極は左右に並んでいる。
【００３０】さて、結局、各変位電極Ｆ１〜Ｆ１５に対
向するように、固定電極Ｇ１〜Ｇ１５が配置されたこと
になる。そこで、電極対Ｆ１，Ｇ１によって容量素子Ｃ
１を形成し、以下同様に、電極対Ｆ２，Ｇ２、電極対Ｆ
３，Ｇ３、…電極対Ｆ１５，Ｇ１５、によってそれぞれ
容量素子Ｃ２、Ｃ３、…Ｃ１５を形成する。そして、変
位体１０の底面に定義した作用点Ｐに各軸方向の力およ
び各軸まわりのモーメントを作用させた場合に、各容量
素子Ｃ１〜Ｃ１５にどのような容量値の変化が現れるか
を考えると、図１７に示すような表が得られる。なお、
このような結果が得られる理由は、前述した第１の具体
的な実施例において図９に示すような表が得られる理由
と同じであるため、ここでは、それぞれの場合について
の細かな解析は省略する。やはり、図１７の表を見る
と、各軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ、および各軸回りの
モーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚについて、それぞれユニー
クな結果が得られていることがわかる。そこで、各容量
素子Ｃ１〜Ｃ１５についての容量値を検出すれば、これ
ら容量値に基づいて、各軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ、
および各軸回りのモーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚを演算に
より求めることができる。このような演算を行うための
回路図の説明は省略する。
【００３１】要するに、この第２の具体的実施例では、
第１の変位面（平板１１の上面１１ａ）に形成した変位
電極Ｆ１〜Ｆ３の変位に基づいて、Ｘ軸まわりのモーメ
ントＭｘとＺ軸方向の力Ｆｚの検出を行い、第２の変位
面（柱状体１２の４つの側面）に形成した変位電極Ｆ４
〜Ｆ１５の変位に基づいて、Ｘ軸方向の力Ｆｘ、Ｙ軸方
向の力Ｆｙ、Ｙ軸まわりのモーメントＭｙ、Ｚ軸まわり
のモーメントＭｚの検出を行っていることになる。
【００３２】§４ 第３の具体的な実施例 続いて、本発明の第３の具体的な実施例を説明する。図
１８は、この具体的な実施例に係る力検出装置の側断面
図である。この装置も、前述した基本的実施例と同様
に、変位体１０と固定体２０とを備えており、これらの
構造は前述したとおりである。図１９は、この実施例に
おける変位体１０の斜視図であり、図１８には、この変
位体１０をＸＺ平面で切った断面が示されていることに
なる。この実施例では、合計で２５個の変位電極Ｈ１〜
Ｈ２５（このうち電極Ｈ１４〜Ｈ２５については、図１
９には現れていない）が配置されている。すなわち、第
１の変位面（平板１１の上面１１ａ）には、１枚の変位
電極Ｈ１が配置されており、第２の変位面（柱状体１２
の４つの側面）には、２４枚の変位電極Ｈ２〜Ｈ２５が
配置されている。この配置の様子は、図２０および図２
１の電極配置図を見るとより明瞭になる。図２０は、Ｘ
軸に対して垂直な４つの面、すなわち、固定面２２ａ、
変位面１２ａ、変位面１２ｃ、固定面２２ｃ（これらの
各面の形成位置については図３参照）上に配置された各
電極の位置を示すものであり、図２１は、Ｙ軸に対して
垂直な４つの面、すなわち、固定面２２ｂ、変位面１２
ｂ、変位面１２ｄ、固定面２２ｄ（これらの各面の形成
位置については図３参照）上に配置された各電極の位置
を示すものである。要するに、柱状体１２の４つの側面
にそれぞれ６枚ずつ変位電極Ｈ２〜Ｈ２５が配置され、
固定体２０の内面には、この変位電極Ｈ１〜Ｈ２５に対
向する位置に固定電極Ｉ１〜Ｉ２５が配置されているこ
とになる。
【００３３】さて、ここで、電極対Ｈ１，Ｉ１によって
容量素子Ｃ１を形成し、以下同様に、電極対Ｈ２，Ｉ
２、電極対Ｈ３，Ｉ３、…電極対Ｈ２５，Ｉ２５、によ
ってそれぞれ容量素子Ｃ２、Ｃ３、…Ｃ２５を形成す
る。そして、変位体１０の底面に定義した作用点Ｐに各
軸方向の力および各軸まわりのモーメントを作用させた
場合に、各容量素子Ｃ１〜Ｃ２５にどのような容量値の
変化が現れるかを考えると、図２２に示すような表が得
られる。なお、このような結果が得られる理由は、前述
した第１の具体的な実施例において図９に示すような表
が得られる理由と同じであるため、ここでは、それぞれ
の場合についての細かな解析は省略する。やはり、図２
２の表を見ると、各軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ、およ
び各軸回りのモーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚについて、そ
れぞれユニークな結果が得られていることがわかる。そ
こで、各容量素子Ｃ１〜Ｃ２５についての容量値を検出
すれば、これら容量値に基づいて、各軸方向の力Ｆｘ，
Ｆｙ，Ｆｚ、および各軸回りのモーメントＭｘ，Ｍｙ，
Ｍｚを演算により求めることができる。このような演算
を行うための回路図の説明は省略する。
【００３４】要するに、この第３の具体的実施例では、
第１の変位面（平板１１の上面１１ａ）に形成した変位
電極Ｈ１の変位に基づいて、Ｚ軸方向の力Ｆｚの検出を
行い、第２の変位面（柱状体１２の４つの側面）に形成
した変位電極Ｈ２〜Ｈ２５の変位に基づいて、Ｘ軸方向
の力Ｆｘ、Ｘ軸まわりのモーメントＭｘ、Ｙ軸方向の力
Ｆｙ、Ｙ軸まわりのモーメントＭｙ、Ｚ軸まわりのモー
メントＭｚの検出を行っていることになる。
【００３５】§５ その他の実施例 以上、本発明をいくつかの実施例に基づいて説明した
が、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものでは
なく、この他にも種々の態様で実施可能である。以下に
その他の実施例を開示しておく。
【００３６】(1) 各電極の形状および配置は、上述の
実施例に限られるものではなく、この他にも種々の形状
をした電極を種々の位置に配置することが可能である。
図２３には、第１の変位面（平板１１の上面１１ａ）に
形成する変位電極のいくつかの実施例を示す。また、図
２４には、第２の変位面（柱状体１２の４つの側面）に
形成する変位電極のいくつかの実施例（上述の実施例で
用いられたものも含む）を示す。
【００３７】(2) ＸＹＺ三次元座標系に対する各電極
の位置関係も任意である。たとえば、図６に示す実施例
では、変位電極Ｄ３の中心から変位電極Ｄ１の中心へ向
かう方向にＸ軸を定義し、変位電極Ｄ４の中心から変位
電極Ｄ２の中心へ向かう方向にＸ軸を定義しているが、
この座標定義を図２５に示すように変えてもよい。図２
５の実施例では、変位電極Ｄ１とＤ４との境界位置にＸ
軸を定義し、変位電極Ｄ１とＤ２との境界位置にＹ軸を
定義しており、ちょうど図６に示す定義をＸＹ平面上で
４５°回転させた関係になっている。もちろん、このよ
うな定義を行った場合には、図９に示す表のような結果
とは異なる結果が得られるため、図１０に示す回路とは
異なる回路を組む必要がある。
【００３８】(3) 変位体１０の形状も任意に変更する
ことができる。たとえば、図２６に示す変位体１０ａ
は、円盤状の平板１１の下面に、正方形状の平板１３を
接合したものであり、平板１３の一方の面に変位電極Ｊ
１，Ｊ２が形成され、他方の面に変位電極Ｊ３，Ｊ４
（図には現れていない）が形成されている。このような
電極構成では、６つの成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍ
ｙ，Ｍｚのすべてを検出することはできないが、本発明
は必ずしもこの６つの成分のすべてを検出する力検出装
置に限定されるものではない。特定の産業機械では、こ
の６つの成分のうちの特定のいくつかの検出だけが要求
される場合がある。このような場合には、要求された成
分の検出を行うのに必要な電極のみを配置すれば足り
る。したがって、変位体１０の形状は、必要な電極を必
要な位置に配置するのに最も適した形状となるように設
計すればよい。したがって、平板１１は円盤状である必
要はなく、矩形状であっても、三角形状であってもよい
し、柱状体１２は四角柱状である必要はなく、円柱状で
あっても、三角柱状であってもよい。
【００３９】(4) 上述の実施例では、各構成要素の材
質については特に触れていないが、各構成要素に要求さ
れる特有の性質を満足しうるものであれば、どのような
材質のものを用いてもかまわない。たとえば、各電極は
導電性のものであれば、金属をはじめとしてどのような
材質で構成してもよい。また、変位体１０や固定体２０
は、導電性の材質、絶縁性の材質、いずれでもかまわな
いが、導電性の材質のものを用いた場合には、その上に
絶縁膜を介して各電極を形成することになる。更に、上
述の実施例では、可撓部２１を、肉厚の薄い平板状の部
分によって形成しているが、この部分だけ可撓性の高い
別な材質を用いるようにしてもよいし、ダイヤフラムな
どの波形構造体を用いてもよいし、橋状の構造体を用い
るようにしてもよい。
【００４０】(5) 上述の実施例では、１組の容量素子
を形成するのに、必ず対向する一対の電極を用いていた
が、多数の容量素子について共通の電極を用いるように
してもよい。たとえば、図５に示す実施例では、変位体
１０側に１３枚の変位電極Ｄ１〜Ｄ１３を形成し、固定
体２０側に同じく１３枚の固定電極Ｅ１〜Ｅ１３を形成
して１３組の容量素子を構成しているが、変位体１０自
体を金属などの導電性材料で構成するようにすれば、図
２７に示すように、変位体１０側にはあえて１３枚の変
位電極を形成する必要はなくなる。すなわち、図２８に
破線で示すように、導電性の変位体１０の各部分が変位
電極Ｄ１〜Ｄ１３と同等の機能を果たすことになる。た
とえば、図１０に示す回路では、この変位体１０を１３
組の容量素子Ｃ１〜Ｃ１３に共通する一方の電極（回路
図における接地電位側の電極）として用いればよい。逆
に、固定体２０自体を金属などの導電性材料で構成する
ようにすれば、固定体２０の各部分が固定電極Ｅ１〜Ｅ
１３と同等の機能を果たすことになる。
【００４１】(6) 上述の実施例では、第１の変位面
（平板１１の上面１１ａ）と第２の変位面（柱状体１２
の４つの側面）とが互いに直交しているが、両変位面は
互いに交わる関係にあれば、必ずしも直交する必要はな
く、また両変位面とも必ずしも平面である必要もない。
しかしながら、ＸＹＺ三次元座標系における力の各軸成
分の演算を簡単にするためには、直交する２つの平面を
それぞれ両変位面として用いるのが好ましい。
【００４２】(7) 上述の実施例では、変位面とこれに
対向する固定面との距離を、変位面に形成した変位電極
と固定面に形成した固定電極とによって構成される容量
素子の静電容量の変化として検出しているが、距離の検
出方法はこのような容量素子を用いた方法に限定される
ものではない。たとえば、ピエゾ抵抗素子あるいは圧電
素子を変位電極と固定電極との間に挿入すれば、両電極
間の距離をピエゾ抵抗素子あるいは圧電素子によって発
生される電圧値として検出することが可能である。
【００４３】(8) 上述の実施例では、本発明を力検出
装置に適用した実施例であるが、本発明は加速度検出装
置あるいは磁気検出装置にも適用可能である。すなわ
ち、変位体１０をある程度重量をもった材質で構成して
おけば、この装置に加速度が作用すると、この作用した
加速度に対応した力が変位体１０に加わることになり、
加速度検出装置として利用することができる。また、変
位体１０を磁性体で構成しておけば、この装置を磁界内
におくと変位体１０に磁気力が加わることになり、磁気
検出装置として利用することができる。
【００４４】§６ 容量素子を用いる検出装置の利点 最後に、前述の各実施例で述べた容量素子を用いた検出
装置の利点について述べておく。第１の利点は、温度特
性が優れている点である。一般に、半導体を用いた検出
装置では、温度変化の影響を受けやすいという欠点があ
るが、容量素子を用いた検出装置は、温度変化の影響を
ほとんど受けない。このため、車載用など過酷な温度条
件への適用が可能になる。第２に、容量素子の容量値
は、電圧や周波数といった信号に変換しやすいため、信
号処理が簡単になるという利点がある。第３に、容量素
子では、一対の対向電極が非接触の状態に保たれている
ため、残留応力などの誤差要因がないという利点があ
る。ストレーンゲージやピエゾ抵抗素子を用いた検出装
置では、変位を生じさせる対象となる構造体に残留応力
が生じていると、正確な検出ができなくなる。そして、
第４に、構造が単純なため、低コストで生産できるとい
う利点がある。
【００４５】
【発明の効果】以上のとおり本発明に係る検出装置によ
れば、変位体上に第１の変位面と第２の変位面という２
つの変位面を定義し、これらに対向する面として、固定
体上に第１の固定面と第２の固定面という２つの固定面
を定義し、検出したそれぞれの面間距離に基づいて変位
体に作用した力を求めるようにしたため、ＸＹＺ三次元
座標系における各軸方向の力とともに、各軸まわりのモ
ーメントを検出することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本的な実施例に係る力検出装置の側
断面図である。
【図２】図１に示す力検出装置における変位体１０の斜
視図である。
【図３】図１に示す力検出装置をＸＹ平面で切断した横
断面図である。
【図４】図１に示す力検出装置にＹ軸まわりのモーメン
ト−Ｍｙを作用させた状態を示す側断面図である。
【図５】本発明の第１の具体的な実施例に係る力検出装
置の側断面図である。
【図６】図５に示す力検出装置における変位体１０の斜
視図である。
【図７】図５に示す力検出装置における変位体１０の上
面図である。
【図８】図５に示す力検出装置をＸＹ平面で切断した横
断面図である。
【図９】図５に示す力検出装置の動作を説明する表であ
る。
【図１０】図５に示す力検出装置に用いる演算回路の一
例を示す回路図である。
【図１１】本発明の第２の具体的な実施例に係る力検出
装置の側断面図である。
【図１２】図１１に示す力検出装置における変位体１０
の斜視図である。
【図１３】図１１に示す力検出装置における変位体１０
の上面図である。
【図１４】図１１に示す力検出装置をＸＹ平面で切断し
た横断面図である。
【図１５】図１１に示す力検出装置において、Ｘ軸に垂
直な平面上に配置された電極を示す図である。
【図１６】図１１に示す力検出装置において、Ｙ軸に垂
直な平面上に配置された電極を示す図である。
【図１７】図１１に示す力検出装置の動作を説明する表
である。
【図１８】本発明の第３の具体的な実施例に係る力検出
装置の側断面図である。
【図１９】図１８に示す力検出装置における変位体１０
の斜視図である。
【図２０】図１８に示す力検出装置において、Ｘ軸に垂
直な平面上に配置された電極を示す図である。
【図２１】図１８に示す力検出装置において、Ｙ軸に垂
直な平面上に配置された電極を示す図である。
【図２２】図１８に示す力検出装置の動作を説明する表
である。
【図２３】本発明に係る力検出装置における第１の変位
面上の種々の電極配置を示す図である。
【図２４】本発明に係る力検出装置における第２の変位
面上の種々の電極配置を示す図である。
【図２５】図５に示す力検出装置において、ＸＹＺ三次
元座標系について別な定義を行った実施例を示す図であ
る。
【図２６】本発明の更に別な実施例に係る力検出装置に
用いる変位体の斜視図である。
【図２７】変位体上の変位電極を共通の電極にした実施
例を示す側断面図である。
【図２８】図２７に示す実施例における変位体１０上の
電極領域を示す図である。
【符号の説明】
１０，１０ａ…変位体 １１…円盤状の平板 １１ａ…第１の変位面 １２…四角柱状の柱状体 １２ａ〜１２ｄ…第２の変位面 １３…正方形状の平板 ２０…固定体 ２０ａ…第１の固定面 ２１…可撓部 ２２…包囲部 ２２ａ〜２２ｄ…第２の固定面 ３０…ＣＶ変換回路 ３１〜３６…演算器 Ａ１〜Ａ５…変位電極 Ｂ１〜Ｂ５…固定電極 Ｃ１〜Ｃ２５…容量素子 Ｄ１〜Ｄ１３…変位電極 Ｅ１〜Ｅ１３…固定電極 Ｆ１〜Ｆ１５…変位電極 Ｇ１〜Ｇ１５…固定電極 Ｈ１〜Ｈ２５…変位電極 Ｉ１〜Ｉ２５…固定電極 Ｊ１〜Ｊ４…変位電極 Ｏ…原点 Ｐ…作用点 Ｔ１〜Ｔ６…出力端子
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年１月８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１７
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１７】

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ＸＹＺ三次元座標系における力の多次元
    方向成分を検出する装置であって、 力の作用により変形する可撓部をもった固定体と、 前記可撓部によって支持される変位体と、 前記変位体の一部に定義された第１の変位面と、この第
    １の変位面に対向し前記固定体の一部に定義された第１
    の固定面と、の距離を検出する第１の検出手段と、 前記第１の変位面と交わり前記変位体の一部に定義され
    た第２の変位面と、この第２の変位面に対向し前記固定
    体の一部に定義された第２の固定面と、の距離を検出す
    る第２の検出手段と、 前記第１の検出手段による検出値および前記第２の検出
    手段による検出値に基づいて、前記変位体に作用した力
    を座標軸方向の力成分および座標軸まわりのモーメント
    成分ごとに演算して求める演算手段と、 を備えることを特徴とする多次元方向に関する力の検出
    装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の装置において、 第１の変位面と第２の変位面とが直交し、第１の固定面
    と第２の固定面とが直交するように形成したことを特徴
    とする多次元方向に関する力の検出装置。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載の装置において、 変位体の内部の所定位置にＸＹＺ三次元座標系の原点を
    定義し、ＸＹ平面に対して平行な面上に第１の変位面を
    定義し、Ｚ軸に対して平行な面上に第２の変位面を定義
    し、 第１の検出手段による検出値に基づいて、Ｘ軸まわりの
    モーメントＭｘおよびＹ軸まわりのモーメントＭｙ、な
    らびにＺ軸方向の力Ｆｚを求め、 第２の検出手段による検出値に基づいて、Ｘ軸方向の力
    ＦｘおよびＹ軸方向の力Ｆｙ、ならびにＺ軸まわりのモ
    ーメントＭｚを求めることを特徴とする多次元方向に関
    する力の検出装置。
  4. 【請求項４】 請求項２に記載の装置において、 変位体の内部の所定位置にＸＹＺ三次元座標系の原点を
    定義し、ＸＹ平面に対して平行な面上に第１の変位面を
    定義し、Ｚ軸に対して平行な面上に第２の変位面を定義
    し、 第１の検出手段による検出値に基づいて、Ｘ軸まわりの
    モーメントＭｘおよびＺ軸方向の力Ｆｚを求め、 第２の検出手段による検出値に基づいて、Ｘ軸方向の力
    ＦｘおよびＹ軸方向の力Ｆｙ、ならびにＹ軸まわりのモ
    ーメントＭｙおよびＺ軸まわりのモーメントＭｚを求め
    ることを特徴とする多次元方向に関する力の検出装置。
  5. 【請求項５】 請求項２に記載の装置において、 変位体の内部の所定位置にＸＹＺ三次元座標系の原点を
    定義し、ＸＹ平面に対して平行な面上に第１の変位面を
    定義し、Ｚ軸に対して平行な面上に第２の変位面を定義
    し、 第１の検出手段による検出値に基づいて、Ｚ軸方向の力
    Ｆｚを求め、 第２の検出手段による検出値に基づいて、Ｘ軸方向の力
    ＦｘおよびＸ軸まわりのモーメントＭｘ、Ｙ軸方向の力
    ＦｙおよびＹ軸まわりのモーメントＭｙ、ならびに、Ｚ
    軸まわりのモーメントＭｚを求めることを特徴とする多
    次元方向に関する力の検出装置。
  6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかに記載の装置に
    おいて、 第１の検出手段が、第１の変位面上に形成された第１の
    変位電極と第１の固定面上に形成された第１の固定電極
    とによって構成される容量素子を有し、この容量素子の
    容量値に基づいて距離の検出を行い、 第２の検出手段が、第２の変位面上に形成された第２の
    変位電極と第２の固定面上に形成された第２の固定電極
    とによって構成される容量素子を有し、この容量素子の
    容量値に基づいて距離の検出を行うことを特徴とする多
    次元方向に関する力検出装置。
  7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかに記載の検出装
    置において、 加速度に起因して発生する力を変位体に作用させ、加速
    度の検出を行い得るようにしたことを特徴とする多次元
    方向に関する加速度検出装置。
  8. 【請求項８】 請求項１〜６のいずれかに記載の検出装
    置において、 磁気に起因して発生する力を変位体に作用させ、磁気の
    検出を行い得るようにしたことを特徴とする多次元方向
    に関する磁気検出装置。
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