静电电容式力传感器制造技术

静电电容式力传感器具有固定板以及安装它的固定部、负荷传递部以及在上述固定部上安装负荷传递部的弹性部，这些部件都用线膨胀系数几乎相等的材料构成。并且，通过将固定在负荷传递部上的位移电极和固定在固定板上的固定电极中的某一方分割成电气独立的三个以上的电极，形成由这些位移电极和固定电极组成的三个以上的电容元件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通过静电电容检测由于施加的力产生的传感器体的变形，根据检测的静电电容计算并输出施加的力分量和力矩分量的静电电容式力传感器。
技术介绍
伴随机器人的使用的高度发展，为了适当地控制机器人产生的力，要求检测多个轴向的力分量和力矩分量的力传感器。作为这样的力传感器，有应变仪式力传感器、静电电容式力传感器。应变仪式力传感器是使用应变仪检测在传感器体上产生的应变，根据检测的应变计算并输出施加的力分量和力矩分量的方式。在该方式中，通过检测传感器体的多个地方的应变，能够计算多个轴向的力分量和力矩分量，制作用于输出正交三个轴的直线轴方向的力和围绕这些轴中的各个轴的力矩总共六个轴分量的力传感器。静电电容式力传感器是通过静电电容检测由于施加的力产生的传感器体的变形， 根据检测到的静电电容计算并输出施加的力分量和力矩分量的方式。根据该方式，通过把能够检测的力分量和力矩分量限定为三个轴分量，能够制造结构简单、非常廉价的力传感器。在日本特开平4-148833号公报中，记载有这样的力检测装置把固定基板和可挠基板相向配置，固定在装置框架上，通过在该固定基板的、与上述可挠基板相向的一侧的面上形成的电极、和在该可挠基板的、与上述固定基板相向的一侧的面上形成的电极形成电容元件。然后利用当从外部向在该可挠基板上设置的作用体作用力时该可挠基板挠曲，静电电容变化的情况，检测其静电电容，由此作为多轴方向的力分量检测从外部作用的力。在日本特开2001-27570号公报中，记载有用导电性弹性体构成膜片部和可动电极板，通过施加在操作部上的力可动电极板偏转的结构的静电电容式力传感器。应变仪式力传感器，采用在传感器体的多个地方粘接应变仪的方法，存在传感器体的结构复杂，粘接作业需要很大的作业工时，成本高的问题。静电电容式力传感器是通过从外部施加的力发生位移，静电电容变化的结构，通过检测该静电电容来检测施加的力。在上述的日本特开平4-148833号公报中公开了静电电容式力传感器的基本的结构。在该结构中，当从外部施加力时可挠基板挠曲，静电电容变化。表示了把该静电电容式力传感器作为加速度传感器使用的例子，该力检测装置的形状相当小，可以设想检测的力也小。在检测的力大，形状也增大的情况下通过做成简单形状的可挠基板难于得到良好的挠曲特性，难于得到良好的检测精度。考虑装置框架使用与可挠基板以及固定基板不同的材质，此时，当周围温度变化时，因为由于材质的线膨胀系数的不同导致的热膨胀差，从装置框架受到压缩或者伸展的力，可挠基板以及固定基板上发生挠曲。当力检测装置的形状小时因为挠曲小所以影响小，但是当形状变大时，热膨胀差增大，可挠基板以及固定基板发生大的挠曲。因为由于该挠曲静电电容变化所以检测值变动，有损于检测的稳定性。静电电容式力传感器，因为结构简单，所以有时用弹性体制作传感器体。在用弹性体制作传感器体的情况下，因为不能耐受大的力，所以难于制作检测强的力的传感器，另外，因为传感器体由于力产生变形时的复原性差，所以检测精度差。因为弹性体由温度引起的热膨胀大，随时间变化的形状变化、材质变化大，所以不能实现精度良好的力传感器。
技术实现思路
因此本专利技术的目的在于提供一种结构简单、而且廉价的静电电容式力传感器，其能够应对从小的力到大的力，检测精度良好，对于温度变化检测的稳定性良好。本专利技术的静电电容式力传感器，具有在外部的装置或者基部上安装固定的固定部；安装承受来自外部的力作用的物体的负荷安装部；传递对上述负荷安装部施加的力的负荷传递部；在上述固定部和上述负荷传递部之间形成的弹性部；在上述固定部上安装的固定板；在上述负荷传递部的、与上述固定板相向的一侧的面上形成的位移电极；和在上述固定板的、与上述负荷传递部相向的一侧的面上形成的固定电极。并且，通过将上述位移电极或者上述固定电极中的某一方或者它们双方分割成电气独立的三个以上的电极，形成由上述位移电极和上述固定电极组成的三个以上的电容元件，通过用线膨胀系数大体相等的材料构成上述固定部、上述负荷传递部、上述弹性部、以及上述固定板，减少在这些力传感器的构成部件之间的热膨胀差，通过检测上述三个以上的电容元件的静电电容，来检测一个轴或多个轴方向的力分量和力矩分量的至少一方。上述负荷安装部可以具有伸出到上述负荷传递部的外侧的突缘形状部，在该突缘形状部上具有安装用的孔或者螺丝孔。用金属材料构成上述负荷传递部和上述固定板的某一方或者双方，并且通过构成该位移电极和该固定电极的某一方的金属材料进行置换。本专利技术因为具有以上的结构，所以能够提供结构简单、而且廉价的静电电容式力传感器，其能够应对从小的力到大的力，检测精度良好，对于温度变化检测的稳定性良好。附图说明通过参照附图说明以下的实施例，本专利技术的上述以及其他的目的以及特征会变得明确。在这些附图中，图I是表不本专利技术的静电电容式力传感器的第一实施方式的侧剖图；图2是表示图I表示的静电电容式力传感器的俯视图；图3是说明从位移电极一侧观察图I所示的静电电容式力传感器的固定电极时的形状的图；图4是说明从固定电极一侧观察图I所示的静电电容式力传感器的位移电极时的形状的图；图5是表示在图I所示的静电电容式力传感器上沿直线轴(Z轴)施加力的状态的图；图6是表示在图I所示的力传感器上围绕Y轴施加力矩的状态的图；图7是表示本专利技术的静电电容式力传感器的第二实施方式的侧剖图；图8是表示图7所示的静电电容式力传感器的俯视图；图9是表示本专利技术的静电电容式力传感器的第三实施方式的侧剖图。具体实施例方式首先参照图I说明本专利技术的静电电容式力传感器的第一实施方式。该实施方式的静电电容式力传感器I包含在机械臂等外部装置(未图示)上安装固定的固定部10、安装承受从外部施加的力的负荷机构(例如卡盘或者机械手等)的负荷安装部16、和与负荷安装部16连结传递施加的力的负荷传递部14。在负荷传递部14和固定部10之间形成弹性部12，通过从外部施加的力弹性部12弹性变形，负荷传递部14位移。弹性部12的特性在决定力传感器的特性方面非常重要。因为弹性部12的强度大时位移变小所以检测灵敏度低，但是即使施加大的力也不会简单地损坏。反之，当弹性部12 的强度小时位移变大所以检测灵敏度升高，但是当施加过大的力时容易损坏。即，通过改变弹性部12的强度，能够实现与各种最大负荷对应的传感器。弹性部12 —般用称为膜片的薄的板状的结构形成，但是也可以使该膜片的厚度部分变薄，或者像折皱那样做成波纹状， 在本专利技术中不特别限定其形状。固定部10、弹性部12、负荷传递部14、以及负荷安装部16希望是使用金属的一体构造物。如果是一体构造物，则因为用相同的材质(金属)形成，所以不会发生热膨胀或者热收缩引起的变形。在上述一体构造物的制作中使用的金属的材质也很重要。当使用高强度的钢时能够应对大的力，但是因为杨氏模数高所以当不将弹性部12的厚度削薄时无法增大施加力时的位移。因此弹性部12的加工需要高的精度，导致价格上升。当使用超硬铝等高强度铝合金时，因为杨氏模数为钢的约三分之一，能够得到大的位移，重量也轻，所以作为力传感器能够得到希望的特性。在固定部10上安装固定板20，在负荷传递部14的、与固定板20相向的面上形成位移电极18，另外，在固定板20的、与负荷传递部14相向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：坂野哲朗，井之上阳一，
申请(专利权)人：发那科株式会社，
类型：发明
国别省市：