力传感器制造技术

在XY平面上以Z轴为中心轴设置具有刚性的受力环（100），在其内侧设置具有可挠性的检测环（200），在检测环的内侧设置圆筒状的固定辅助体（350）。检测环（200）的两处固定点（P1、P2）固定于支撑基板（300），两处作用点（Q1、Q2）通过连接部件（410、420）与受力环（100）连接。在固定了支撑基板（300）状态下对受力环（100）作用力、力矩，则检测环（200）弹性变形。利用静电电容元件等测定测定点（R1～R4）对固定辅助体（350）的距离（d1～d4）及对支撑基板（300）的距离（d5、d7），通过识别检测环（200）弹性变形的方式及大小，从而检测作用的力、力矩的方向及大小。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】在XY平面上以Z轴为中心轴设置具有刚性的受力环（100），在其内侧设置具有可挠性的检测环（200），在检测环的内侧设置圆筒状的固定辅助体（350）。检测环（200）的两处固定点（P1、P2）固定于支撑基板（300），两处作用点（Q1、Q2）通过连接部件（410、420）与受力环（100）连接。在固定了支撑基板（300）状态下对受力环（100）作用力、力矩，则检测环（200）弹性变形。利用静电电容元件等测定测定点（R1～R4）对固定辅助体（350）的距离（d1～d4）及对支撑基板（300）的距离（d5、d7），通过识别检测环（200）弹性变形的方式及大小，从而检测作用的力、力矩的方向及大小。【专利说明】力传感器
本专利技术涉及力传感器，尤其涉及适用于检测三维正交坐标系中的各坐标轴方向的力以及绕各坐标轴的力矩的薄型传感器。
技术介绍
为了对机器人、工业机械的动作进行控制，各种类型的力传感器被利用。另外，小型力传感器还被装入作为电子设备输入装置的人机接口。对于用于这种用途的力传感器，为了实现小型化以及降低成本，要求尽量使结构简化的同时，还能够分别独立检测出关于三维空间内的各坐标轴的力。现在，通常所利用的多轴力传感器分类为如下类型:将对机械结构部作用的力的指定的方向成分检测作为在指定的部分产生的位移的类型、以及检测为在指定的部分产生的机械形变的类型。前者的检测位移类型的代表例为静电电容元件式力传感器，其由一对电极构成电容元件，并根据电容元件的静电电容值检测由作用的力在其中一个电极上产生的位移。例如，日本特开2004-325367号公报(美国专利第7219561号公报)、日本特开2004-354049号公报(美国专利第6915709号公报)中公开有这种静电电容式多轴力传感器。另一方面，后者的检测机械形变类型的代表例为应变式力传感器，其是将由作用的力产生的机械形变检测为应变片(strain gauge)等的电阻变化的传感器。例如，日本特开平8-122178号公报(美国专利第5490427号公报)中公开有这种应变式多轴力传感器。但是，上述各专利文献所公开的多轴力传感器中的任一种的机械结构部的厚度都不可避免地增大，装置整体难以薄型化。与其相反，在机器人、工业机械、电子设备用输入装置等领域，希望开发出更薄型的力传感器。
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且能够实现薄型化的力传感器。(I)本专利技术第一方面的力传感器检测XYZ三维正交坐标系中的各坐标轴方向的力以及绕各坐标轴的力矩中、关于至少一个轴的力或力矩，其中，力传感器包括:受力环，在XY平面上设置成以Z轴为中心轴，受力环受到作为检测对象的力或者力矩的作用；检测环，在XY平面上设置成以Z轴为中心轴且设置在受力环的内侧或外侧，由于作为检测对象的力或者力矩的作用而在至少一部分产生弹性变形；支撑基板，具有与XY平面平行的上表面，间隔着规定间隔地设置在受力环及检测环的下方；连接部件，检测环在规定的作用点的位置与受力环连接；固定部件，检测环在规定的固定点的位置固定于支撑基板；检测元件，电检测检测环的弹性变形；以及检测电路，根据检测元件的检测结果，在固定了支撑基板的状态下，输出对受力环作用的规定的坐标轴方向的力或绕规定的坐标轴的力矩的检测值，其中，作用点向XY平面的投影图像与固定点向XY平面的投影图像形成于不同的位置。(2)根据本专利技术第一方面的力传感器，在本专利技术的第二方面中，在沿着检测环的轮廓的环状路径，交替设置有复数η个作用点和复数η个固定点，检测元件对定义在邻接设置的作用点与固定点之间的位置的测定点附近的检测环的弹性变形进行电检测。(3)根据本专利技术第二方面的力传感器，在本专利技术的第三方面中，在沿着检测环的轮廓的环状路径，按照第一作用点、第一固定点、第二作用点、第二固定点的顺序设置两个作用点以及两个固定点，分别定义了设置在环状路径中的第一作用点与第一固定点之间的位置上的第一测定点、设置在环状路径中的第一固定点与第二作用点之间的位置上的第二测定点、设置在环状路径中的第二作用点与第二固定点之间的位置上的第三测定点、设置在环状路径中的第二固定点与第一作用点之间的位置上的第四测定点时，检测元件对第一测定点?第四测定点附近的检测环的弹性变形进行电检测。(4)根据本专利技术第三方面的力传感器，在本专利技术的第四方面中，分别将第一作用点设置在X轴正区域、将第一固定点设置在Y轴正区域、将第二作用点设置在X轴负区域、将第二固定点设置在Y轴负区域，通过沿着X轴正区域延伸的第一连接部件，检测环的第一作用点附近与受力环连接，通过沿着X轴负区域延伸的第二连接部件，检测环的第二作用点附近与受力环连接，检测元件对分别设置在XY平面的第一象限、第二象限、第三象限、第四象限的第一测定点、第二测定点、第三测定点、第四测定点附近的检测环的弹性变形进行电检测。(5)根据本专利技术第四方面的力传感器，在本专利技术的第五方面中，在定义了 V轴和W轴时，分别将第一测定点设置在V轴正区域、将第二测定点设置在W轴正区域、将第三测定点设置在V轴负区域、将第四测定点设置在W轴负区域，V轴通过XYZ三维正交坐标系中的原点O、正区域位于XY平面的第一象限、负区域位于XY平面的第三象限、与X轴成45°，W轴通过XYZ三维正交坐标系中的原点O、正区域位于XY平面的第二象限、负区域位于XY平面的第四象限、与V轴正交。(6)根据本专利技术第一方面的力传感器，在本专利技术的第六方面中，在沿着检测环的轮廓的环状路径，交替设置有复数η个作用点和复数η个固定点，检测环的η个作用点的附近部分构成比其他部分厚度薄的隔膜部，复数η个连接部件与各隔膜部连接，检测元件对各隔膜部的弹性变形进行电检测。(7)根据本专利技术第六方面的力传感器，在本专利技术的第七方面中，在沿着检测环的轮廓的环状路径，按照第一作用点、第一固定点、第二作用点、第二固定点、第三作用点、第三固定点、第四作用点、第四固定点的顺序设置四个作用点以及四个固定点，检测环的第一作用点的附近部分构成第一隔膜部，检测环的第二作用点的附近部分构成第二隔膜部，检测环的第三作用点的附近部分构成第三隔膜部，检测环的第四作用点的附近部分构成第四隔膜部，检测元件对第一隔膜部?第四隔膜部的弹性变形进行电检测。(8)根据本专利技术第七方面的力传感器，在本专利技术的第八方面中，分别将第一作用点设置在X轴正区域、将第二作用点设置在Y轴正区域、将第三作用点设置在X轴负区域、将第四作用点设置在Y轴负区域，第一隔膜部位于X轴正区域、第二隔膜部位于Y轴正区域、第三隔膜部位于X轴负区域、第四隔膜部位于Y轴负区域，定义了 V轴和W轴时，分别将第一固定点设置在V轴正区域、将第二固定点设置在W轴正区域、将第三固定点设置在V轴负区域、将第四固定点设置在W轴负区域，V轴通过XYZ三维正交坐标系中的原点O、正区域位于XY平面的第一象限、负区域位于XY平面的第三象限、与X轴成45°，W轴通过XYZ三维正交坐标系中的原点O、正区域位于XY平面的第二象限、负区域位于XY平面的第四象限、与V轴正交，通过沿着X轴正区域延伸的第一连接部件，第一隔膜部与受力环连接，通过沿着Y轴正区域延伸的第二连接部件，第二隔膜部与受力环连接，通过沿着X轴负区域延伸的第三连接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

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