力传感器制造技术

本发明专利技术提供一种小型且具有高刚性、并能够实现高生产效率的力传感器。所述力传感器具备：作用支撑体(70)，受到成为检测对象的力的作用；环状变形体(40，50)，具有沿着预定的基本环状路(R)伸展的环状构造，并具有位于在所述基本环状路上定义的检测点(Q1～Q4)的检测部(D1～D4；DD)和位于该检测部的两侧的连结部(L1～L4；L)；固定支撑体(20)，支撑所述环状变形体(40，50)；作用连接构件(71，72)，所述作用支撑体(70)连接于所述环状变形体(40，50)的作用连接点(P71，P72)的位置；以及固定连接构件(21，22)，将所述环状变形体(40，50)的固定连接点(P21，P22)的位置固定于所述固定支撑体(20)。

【技术实现步骤摘要】
力传感器本申请是国际申请日为2015年01月26日、申请号为201580078242.5、专利技术名称为“扭矩传感器”的专利技术专利申请的分案申请，其全部内容结合于此作为参考
本专利技术涉及一种扭矩传感器，尤其是涉及一种具有将绕预定的旋转轴作用的扭矩输出为电信号的功能的传感器。
技术介绍
检测绕预定的旋转轴作用的扭矩的扭矩传感器广泛应用于各种输送机械、工业机械。例如，在下述的专利文献1中，公开了利用应变计来检测由扭矩的作用产生的机械变形的类型的扭矩传感器。另外，在专利文献2中公开了在主轴表面通过镀金处理形成磁致伸缩膜并通过测定该磁致伸缩膜的磁特性的变化来检测作用于主轴的扭矩的传感器。另外，在专利文献3中公开了在扭杆的端部设置磁产生部并使用集磁环来检测由该磁产生部产生的磁的磁通密度的变化的类型的扭矩传感器，在专利文献4中公开了以使N极与S极沿周向交替排列的方式呈圆筒状配置多个磁铁并检测由这些磁铁产生的磁场的类型的扭矩传感器。另一方面，也提出了通过扭矩的作用使环状构件的形状变形、电检测其变形样态的扭矩传感器。例如，在专利文献5中，公开了准备通过扭矩的作用使环状构件的形状沿径向变形的连杆机构并利用负载传感器检测由于环状构件的变形朝其径向施加的力的扭矩传感器，在专利文献6中，公开了利用应变片(straingauge)来检测环状构件的各部分的伸缩状态的扭矩传感器。另外，例如在专利文献7、8中，公开了作为对构造体各部分所产生的位移进行电检测的机构而使用电容元件的方法。电容元件能够由相对的一对电极构成，能够将两电极间的距离检测为静电电容值，因此适合作为传感器用的位移检测机构。对此，在专利文献9中提出了通过扭矩的作用使环状构件的形状变形、并利用电容元件来检测以该变形为起因而产生的各部分的位移的扭矩传感器。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2009-058388号公报专利文献2：日本特开2007-024641号公报专利文献3：日本特开2009-244134号公报专利文献4：日本特开2006-292423号公报专利文献5：日本特开2000-019035号公报专利文献6：日本特开昭63-075633号公报专利文献7：日本特开2009-210441号公报专利文献8：日本特开平05-312659号公报专利文献9：国际公开第WO2012/018031号公报
技术实现思路
专利技术要解决的技术问题在工业界，要求小型且具有高刚性、构造简单的扭矩传感器。尤其是，在使用机械臂进行自动组装的工业设备中，监视并控制在臂的前端部产生的力是不可或缺的。为了稳定进行这样的扭矩反馈型的控制，以电学观点而言，需要确保信号处理的高速响应性，并且以机械观点而言，需要使传感器构造体确保高刚性。在这样的观点下，上述的专利文献9所公开的扭矩传感器(以下，在本申请中称作“在先申请扭矩传感器”)作为小型且具有高刚性的传感器的资质优良。在该在先申请扭矩传感器中，产生弹性变形的环状变形体的预定点被配置于左右两侧的支撑体支撑。然后，采用将环状变形体所产生的径向的变形检测为电容元件的静电电容值的变化的方法。具体来说，采用构成电容元件的一方的电极(位移电极)形成于环状变形体的内侧面或外侧面、与之相对的另一方的电极(固定电极)固定于支撑体的构造。因此，能够实现小型且具有高刚性、构造简单的扭矩传感器。然而，在该在先申请扭矩传感器中，位移电极形成于环状变形体的内侧面或外侧面就足够，但固定电极需要支撑固定在与该位移电极相对的位置，因此固定电极的构造不得不变得复杂。并且，固定电极相对于位移电极的相对位置成为对检测精度造成影响的重大因素，因此在固定电极的位置调整中需要较大的作业负担。尤其是，在将多个电容元件配置为具有对称性并使用它们进行差值检测的情况下，需要以各个电容元件为单位进行如下调整，即，使相对电极变得平行，并且针对多个电容元件的电极间隔彼此相等。因此，在商业利用的情况下，存在生产效率降低、成本高涨这样的问题。对此，本专利技术的目的在于，提供一种小型且具有高刚性、能够实现高生产效率的扭矩传感器。用于解决技术问题的技术方案(1)本专利技术的第一方案涉及一种检测绕预定的旋转轴的扭矩的扭矩传感器，扭矩传感器具备：环状变形体，在与旋转轴正交的基本平面上以包围旋转轴的周围的方式定义基本环状路时，该环状变形体沿着该基本环状路伸展；左侧支撑体，在从旋转轴成为沿左右伸展的水平线那样的基准观察方向观察时，该左侧支撑体配置在与环状变形体的左侧邻接的位置；右侧支撑体，在从基准观察方向观察时，该右侧支撑体配置在与环状变形体的右侧邻接的位置；左侧连接构件，将环状变形体的左侧的侧面上的左侧连接点连接于左侧支撑体；右侧连接构件，将环状变形体的右侧的侧面上的右侧连接点连接于右侧支撑体；电容元件，由固定于环状变形体的右侧的侧面的预定位置的位移电极以及固定于右侧支撑体的与位移电极相对的位置的固定电极构成；以及检测电路，基于电容元件的静电电容值的变动，输出表示在向左侧支撑体以及右侧支撑体的一方施加负荷的状态下向另一方作用的绕旋转轴的扭矩的电信号，环状变形体具有位于在基本环状路上定义的检测点的检测部、以及与该检测部的两端连接的连结部，检测部具有通过成为检测对象的扭矩的作用产生弹性变形的第一变形部、通过成为检测对象的扭矩的作用产生弹性变形的第二变形部、以及通过第一变形部以及第二变形部的弹性变形产生位移的位移部，第一变形部的外侧端与同其邻接的连结部连接，第一变形部的内侧端与位移部连接，第二变形部的外侧端与同其邻接的连结部连接，第二变形部的内侧端与位移部连接，位移电极固定在位移部的与右侧支撑体相对的位置，左侧连接点以及右侧连接点配置于连结部，左侧连接点朝向基本平面的正射影投影像与右侧连接点朝向基本平面的正射影投影像形成于彼此不同的位置。(2)本专利技术的第二方案在上述的第一方案的扭矩传感器的基础上，在基本环状路上定义多个n个(n≥2)检测点，检测部分别位于各检测点，环状变形体通过将n个检测部与n个连结部沿着基本环状路交替配置来构成。(3)本专利技术的第三方案在上述的第二方案的扭矩传感器的基础上，在基本环状路上定义偶数n个(n≥2)检测点，检测部分别位于各检测点，环状变形体通过将n个检测部与n个连结部沿着基本环状路交替配置来构成。(4)本专利技术的第四方案在上述的第三方案的扭矩传感器的基础上，在相对于偶数n个连结部沿着基本环状路依次赋予编号时，右侧连接点配置于第奇数个连结部，左侧连接点配置于第偶数个连结部。(5)本专利技术的第五方案在上述的第四方案的扭矩传感器的基础上，通过设定为n＝2，沿着基本环状路将第一连结部、第一检测部、第二连结部、第二检测部按照该顺序配置，由此构成环状变形体，右侧连接点配置于第一连结部，左侧连接点配置于第二连结部。(6)本专利技术的第六方案在上述的第四方案的扭矩传感器的基础上，通过设定为n＝4，沿着基本环状路将第一连结部、第一检测部、第二连结部、第二检测部、第三连结部、第三检测部、第四连结部、第四检测部按照该顺序配置，由此构成环状变形体，第一右侧连接点配置于第一连结部，第一左侧连接点配置于第二连结部，第二右侧连接点配置于第三连结部，第二左侧连接点配置于第四连结部，左侧连接构件具有连接第一左侧连接点与左侧支撑体的第一左侧连接构件、以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种力传感器，检测XYZ三维正交坐标系内的预定方向的力，其特征在于，所述力传感器具备：作用支撑体(70)，受到成为检测对象的力的作用；环状变形体(40，50)，具有沿着预定的基本环状路(R)伸展的环状构造，并具有位于在所述基本环状路上定义的检测点(Q1～Q4)的检测部(D1～D4；DD)和位于该检测部的两侧的连结部(L1～L4；L)；固定支撑体(20)，支撑所述环状变形体(40，50)；作用连接构件(71，72)，将所述作用支撑体(70)连接于所述环状变形体(40，50)的作用连接点(P71，P72)的位置；固定连接构件(21，22)，将所述环状变形体(40，50)的固定连接点(P21，P22)的位置固定于所述固定支撑体(20)；检测元件(r1～r4)，检测所述检测部(D1～D4；DD)所产生的弹性变形；以及检测电路(108)，基于所述检测元件(r1～r4)的检测结果，输出表示在向所述作用支撑体(70)以及所述固定支撑体(20)的一方施加负荷的状态下向另一方作用的力的电信号；所述作用连接点(P71，P72)以及所述固定连接点(P21，P22)配置于所述连结部(L1～L4；L)的彼此不同的位置；所述检测部(D1～D4；DD)具有通过成为检测对象的力的作用产生弹性变形的板状变形部(41)，所述检测元件(r1～r4)检测所述板状变形部(41)所产生的弹性变形。...

【技术特征摘要】
1.一种力传感器，检测XYZ三维正交坐标系内的预定方向的力，其特征在于，所述力传感器具备：作用支撑体(70)，受到成为检测对象的力的作用；环状变形体(40，50)，具有沿着预定的基本环状路(R)伸展的环状构造，并具有位于在所述基本环状路上定义的检测点(Q1～Q4)的检测部(D1～D4；DD)和位于该检测部的两侧的连结部(L1～L4；L)；固定支撑体(20)，支撑所述环状变形体(40，50)；作用连接构件(71，72)，将所述作用支撑体(70)连接于所述环状变形体(40，50)的作用连接点(P71，P72)的位置；固定连接构件(21，22)，将所述环状变形体(40，50)的固定连接点(P21，P22)的位置固定于所述固定支撑体(20)；检测元件(r1～r4)，检测所述检测部(D1～D4；DD)所产生的弹性变形；以及检测电路(108)，基于所述检测元件(r1～r4)的检测结果，输出表示在向所述作用支撑体(70)以及所述固定支撑体(20)的一方施加负荷的状态下向另一方作用的力的电信号；所述作用连接点(P71，P72)以及所述固定连接点(P21，P22)配置于所述连结部(L1～L4；L)的彼此不同的位置；所述检测部(D1～D4；DD)具有通过成为检测对象的力的作用产生弹性...

【专利技术属性】
技术研发人员：冈田和广，冈田美穗，
申请(专利权)人：三角力量管理株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP