CN104272073B - 力传感器 - Google Patents

Abstract

圆柱环形检测器（130）被配置在固定在支撑基板（210）的上表面的中央部分上的柱状体（110）的外周。柱状体（110）和环形检测器（130）之间的空间由薄的柔性连接部件（120）（隔膜）连接。垫圈形绝缘基板（300）被配置在支撑基板（210）的上表面，单独的固定电极（E1至E5）形成于其上表面上，且它们与由环形检测器（130）的下表面组成的位移电极一起构成电容元件。在环形检测器（130）上施加外力时，柔性连接部件（120）挠曲从而引起位移，这被检测为电容元件的电容值的变化。环形检测器（130）的外周部分的上部分构成向外部突出的外部突出部（140）。在外部突出部（140）的下部分的下面，安装了从支撑基板（210）的上表面的外周部分向上突出的位移控制部（220）。环形检测器（130）的位移被限制在突出部（140）和位移控制部（220）之间形成的垂直间隙（Sz）和横向间隙（Sr）的范围内。

Description

力传感器

技术领域

本发明涉及一种力传感器，具体地涉及一种在结构体的一部分上具有在外力的作用下挠曲的柔性变形部，从而以电气的方式检测由柔性变形部的变形造成的位移的力传感器。

背景技术

现有市售的是这样一种类型的力传感器，即在该力传感器中，外力施加在由柔性薄板制成的隔膜部分，从而电气地检测隔膜部分的变形状态并且还检测所施加的外力的大小及其方向。这种类型的传感器在结构上相对简单且可保持低的生产成本，且可在各种工业中的许多应用中用作大批量生产的产品。

一种用于电气检测隔膜部分的变形状态的方法包括：利用静电电容元件的方法；利用压阻元件的方法和利用压电元件的方法。这些元件中的每一个被配置在多个部位以检测隔膜部分处的每个位置的位移作为电信号，从而使得能够独立地检测所施加的外力在XYZ三维正交坐标系中的每个坐标轴的方向上的分量的大小。

例如，在下文给出的专利文献1和2中，公开了一种力传感器，其能够利用静电电容元件来检测隔膜部分的每个部位的位移，从而独立地检测在每个坐标轴方向上施加的力。进一步，在专利文献3和4中，公开了一种力传感器，其基于安装在隔膜部分的各个部位上的压阻元件的电阻的变化来检测每个坐标轴方向上的力。在专利文献5和6中，公开了一种多轴传感器，其基于在压电元件处出现的电荷检测隔膜部分的每个部位的位移，检测作为外力和科里奥利力而施加的基于加速度的力，从而检测每个坐标轴的方向上的加速度和绕每个坐标轴的角速度。

每个上述传感器的隔膜部分用作柔性变形部分，其引起柔性变形并在施加外力时经历变形，但在没有发现外力时恢复到原始状态。一般而言，为了提高力的检测灵敏度，需要通过减小隔膜部分的厚度或由很容易被挠曲的材料制造隔膜部分来增加隔膜部分的柔性。然而，过大外力的施加会导致超出隔膜部分上的弹性变形的限制的过大挠曲。此过大挠曲会造成问题，例如，隔膜部分可能不会恢复到原始形状且隔膜部分可在移除外力后破裂。特别而言，在组装有施加非常微小外力时就引起挠曲的敏感隔膜部分的具有高灵敏度的力传感器中，在施加过大外力时，隔膜部分很可能破裂。因此，在专利文献7中，公开了一种技术：止挡元件被用于控制位移，以使得即使在施加过大外力时，隔膜部分也经历预定容差内的位移。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本未经审查的专利公开号H4-148833

专利文献2：日本未经审查的专利公开号2001-165790

专利文献3：日本未经审查的专利公开号H6-174571

专利文献4：日本未经审查的专利公开号2004-69405

专利文献5：日本未经审查的专利公开号H8-226931

专利文献6：日本未经审查的专利公开号2002-71705

专利文献7：日本未经审查的专利公开号2010-8343

发明内容

本发明要解决的问题

如上所述，在基于柔性变形部分（隔膜部分）的变形来检测外力的力传感器中，柔性变形部分的厚度减小或由容易引起挠曲的材料制成，从而增加检测灵敏度。然而，柔性变形部分失去其韧性。因此，为了保护柔性变形部分免受过大外力，需要某种位移控制结构。鉴于上面的描述，前面描述的专利文献7公开了一种技术，在该技术中，采用了在外力所作用至的盘状受力体周围制作通孔并且将固定在台座上的止挡部件容纳在通孔中的结构，从而通过使用台座和止挡部件将盘状受力体的位移控制在预定容差内。

然而，迄今提出的这些类型的力传感器在进一步提高检测灵敏度方面有难度。还需要在盘状受力体上形成通孔或设置止挡部件以获得位移控制。这带来了以下问题：力传感器的结构复杂。

因此，本发明的目的是提供一种力传感器，其结构简单、检测灵敏度高且还具有足够的韧性。

解决上述问题的手段

（1）本发明的第一特征在于一种力传感器，包括：

支撑基板；

环形检测器，被设置在支撑基板上方；

柱状体，从支撑基板的上表面的中央部向上延伸；

柔性连接部件，将柱状体与环形检测器连接；

检测元件，其中每个检测元件输出与环形检测器相对于支撑基板的位移对应的测量值，和

检测电路，基于测量值检测施加的外力；

力传感器具有以下功能：当有在支撑基板被固定的状态下将外力施加到环形检测器上时，柔性连接部件经历挠曲，借助于所述挠曲，环形检测器产生相对于支撑基板的位移且检测电路基于由位移引起的测量值的变化来检测外力，且

力传感器还包括：

外部突出部，其从环形检测器的外周部分进一步向外突出；和

位移控制部，其固定在支撑基板上的与所述外部突出部相对的位置处；

其中，当施加的外力的大小在预定容差内时，垂直间隙被保持在外部突出部的下表面和位移控制部的上表面之间，且当施加的外力的大小超过容差时，外部突出部的下表面与位移控制部的上表面接触，从而控制环形检测器的位移。

（2）本发明的第二特征在于具有第一特征的力传感器，其中

外部突出部被构造为从环形检测器的外周的上部向外突出，且环形检测器的外周的下部被给定为外周的暴露表面，

当施加的外力的大小在预定容差内时，横向间隙被保持在外周的暴露表面和位移控制部的相对表面之间，且当施加的外力的大小超出容差时，外周的暴露表面与位移控制部的相对表面接触，从而控制环形检测器的位移。

（3）本发明的第三特征在于具有第二特征的力传感器，其中

环形检测器由第一圆柱结构体构成，外部突出部由第二圆柱结构体构成，其中第一圆柱结构体的外周表面被给定为内周表面，且位移控制部由第三圆柱结构体构成，第三圆柱结构体具有与第二圆柱结构体的下表面相对的上表面，且

在不施加外力的状态下，每个圆柱结构体以以下方式设置：第一圆柱结构体的中心轴、第二圆柱结构体的中心轴和第三圆柱结构体的中心轴中的每一个被给定为与支撑基板的上表面正交的相同轴。

（4）本发明的第四特征在于具有第三特征的力传感器，其中

柱状体由柱状结构体构成，柱状结构体具有与每个圆柱结构体的中心轴相同的中心轴，且

柔性连接部件由环形板状体构成，在环形板状体中，其内周部分连接到柱状体的外周表面且其外周部分分连接到环形检测器的内周表面。

（5）本发明的第五特征在于具有第二特征的力传感器，其中

环形检测器由第一多边形管状结构体构成，外部突出部由第二多边形管状结构体构成，其中第一多边形管状结构体的外周表面被给定为第二多边形管状结构体的内周表面，位移控制部由第三多边形管状结构体构成，所述第三多边形管状结构体具有与第二多边形管状结构体的下表面相对的上表面，且

在不施加外力的状态下，每个多边形管状结构体以以下方式被设置，第一多边形管状结构体的中心轴、第二多边形管状结构体的中心轴和第三多边形管状结构体的中心轴中的任一个被给定为与支撑基板的上表面正交的相同轴。

（6）本发明的第六特征在于具有第一至第五特征中的任一个的力传感器，其中

柱状体、柔性连接部件、环形检测器和外部突出部被给定为由相同材料制成的一体结构体组成的上部结构体。

（7）本发明的第七特征在于具有第一至第六特征中的任一个的力传感器，其中

支撑基板和位移控制部被给定为由相同材料制成的一体结构体组成的下部结构体。

（8）本发明的第八特征在于具有第一至第七特征中的任一个的力传感器，其中

用于附接在上方设置的第一物体的附接用孔部形成于外部突出部上，

用于附接在下方设置的第二物体的附接用孔部形成于其中支撑基板的位移控制部被设置所在的位置处，

用于附接柱状体的附接用孔部形成于与支撑基板的柱状体接触的位置处，且附接用孔部形成于柱状体的对应位置处，

已经被插入附接用孔部中的螺钉或螺栓用于将外部突出部与第一物体连接，从而将支撑基板与第二物体连接，且将支撑基板与柱状体连接，且

在第一物体和第二物体中的一个被固定的状态下，可检测施加在另一个物体上的外力。

（9）本发明的第九特征在于具有第一至第八特征中的任一个的力传感器，其中

外力的大小的容差被设置在其中通过施加外力而使柔性连接部件经历弹性变形的范围内，且通过位移控制部将环形检测器的位移抑制在容差内，从而使柔性连接部件在弹性变形的范围内变形。

（10）本发明的第十特征在于具有第一至第九特征中的任一个的力传感器，其中

由弹性变形材料制成的密封部件被填充到垂直间隙或横向间隙中，从而从外部密封检测元件设置所在的空间。

（11）本发明的第十一特征在于具有第一至第十特征中的任一个的力传感器，其中

检测元件由电容元件构成，电容元件具有固定在支撑基板的上表面上的固定电极以及在环形检测器的下表面上形成于与固定电极相对的位置上的位移电极

（12）本发明的第十二特征在于具有第一至第十一特征中的任一个的力传感器，其中

具有用于将柱状体插入中央部分的开口部的绝缘基板被固定在支撑基板的上表面上以将固定电极形成于绝缘基板的上表面上，且

环形检测器由导电材料构成且环形检测器的下层部分被用作位移电极。

（13）本发明的第十三特征在于具有第十二特征的力传感器，其中

构成检测电路的电路组件被设置在绝缘基板上，且由导电材料制成的柱状体、柔性连接部件和环形检测器被用作电路组件和位移电极之间的布线的一部分。

（14）本发明的第十四特征在于具有第十三特征的力传感器，其中

当XYZ三维正交坐标系被以以下方式限定时：在支撑基板的上表面的中心位置处取原点O，在支撑基板的上表面取XY平面且柱状体的中心轴与Z轴成一直线，

在绝缘基板的第一表面上形成有：设置在X轴的正区域上的第一固定电极、设置在X轴的负区域上的第二固定电极、设置在Y轴的正区域上的第三固定电极、设置在Y轴的负区域上的第四固定电极和被环形设置为围绕Z轴的外周的第五固定电极，且这些单独的固定电极和由环形检测器的下层部分组成的共同位移电极的相对部分构成第一电容元件、第二电容元件、第三电容元件、第四电容元件和第五电容元件。

（15）本发明的第十五特征在于具有第十四特征的力传感器，其中

检测电路基于第一电容元件的电容值和所述第二电容元件的电容值之间的差，检测所施加的外力绕Y轴的力矩分量My；基于第三电容元件的电容值和第四电容元件的电容值之间的差，检测所施加的外力绕X轴的力矩分量Mx；并基于第五电容元件的电容值检测所施加的外力在Z轴的方向上的分量。

本发明的效果

在根据本发明的力传感器中，经由柔性连接部件连接的环形检测器安装在固定至支撑基板的柱状体的周围，从而检测由外力引起的环形检测器的位移。因此，与常规传感器相比，能够检测相对较大的位移并且还提高了检测灵敏度。进一步向外部突出的外部突出部也安装在环形检测器的外周部分，从而通过与位移控制部的上表面接触来控制外部突起部的向下位移。如到目前为止所描述的，环形检测器由其垂直位移限制，因此使得能够保护柔性连接部件免受过大外力。由于外部突出部被进一步安装在环形检测器外部，所以增加了其位移量以通过位移控制部实现有效的位移控制。进一步，可通过简单结构来实现位移控制以简化传感器的整体结构。

另一方面，在其中外部突出部被构造为从环形检测器的外周部分的上部向外突出且环形检测器的外周部分的下部被给定作为外周暴露表面的实施例中，外周暴露表面与位移控制部的相对表面接触。因此，在环形检测器的横向位移也可限制环形检测器且柔性连接部件可被更可靠地保护。

附图说明

图1示出了其作为本发明中的基本实施例的力传感器的构成部分的上部结构体100的俯视图（上部分的视图）及其侧截面图（下部分的视图）。

图2示出了图1所示的上部结构体100的仰视图（上部分的视图）及其侧截面图（下部分的视图）。

图3示出了作为本发明中的基本实施例的力传感器的构成部分的下部结构体200和绝缘基板300的俯视图（上部分的视图）及其侧截面图（下部分的视图）。此外，俯视图中的网格状阴影清楚地指示了每个固定电极E1至E5的形状且没有指示截面图。

图4是本发明的基本实施例的力传感器的侧截面图。

图5是解释当绕Y轴的力矩+My作用于图4中所示的力传感器的动作的图示。

图6是解释Z轴方向上的力–Fz被施加到图4中所示的力传感器上时的动作的图示。

图7是示出其中密封部件350被添加到图4中所示的力传感器的修改实例的侧截面图。

图8是示出其中位移控制结构从本发明的力传感器中省略的参考实例的侧截面图。

图9是图8中所示的绝缘基板600的顶视图。此外，网格状阴影清楚地指示每个固定电极E11至E15的形状且未指示截面图。

具体实施方式

<<<第1部分：基本实施例的结构>>>

首先，将给出本发明的基本实施例的力传感器的结构的描述。力传感器的主要结构构成部分是图1和图2中所示的上部结构体100和图3中所示的下部结构体200。

如作为图1的上部分的俯视图中所示，上部结构体100是同心构成要素的集合体并由从内部依次是柱状体110、柔性连接部件120、环形检测器130和外部突出部140的构成要素构成。在该基本实施例的情况下，如作为图1的下部分的侧截面图中所示，上部结构体100由由相同的材料（例如，铝合金或不锈钢）制成的一体结构体组成。因此，柱状体110、柔性连接部件120、环形检测器130和外部突出部140中的任何一个是构成一体结构体的一部分的元件。在作为图1的上部分的俯视图中，柱状体110的外周位置和环形检测器130的外周位置用虚线表示。

在本实施例中，柱状体110是柱状结构体且被固定到后面将描述的下部结构体200的中央部分。如作为图1的下部分的侧截面图所示，其内表面被刻上螺纹的附接用螺纹孔115形成于柱状体110的下表面。柱状体110通过使用附接用螺纹孔115附接到下部结构体200。

柔性连接部件120是被安装在柱状体110的周围的环形板状体（薄的垫圈形结构体），其内周部分连接到柱状体110的外周表面，而其外周部分连接到环形检测器130的内周表面。由与柱状体110或环形检测器130相同的材料组成的柔性连接部件120由于薄的构成部分而设有用于检测外力所需的柔性并因此用作隔膜。

环形检测器130是圆柱结构体（其（在径向方向上的厚度）是厚的），且还设置在柔性连接部件120的外周，且其内周表面连接到柔性连接部件120的外周部分。结果，环形检测器130经由柔性连接部件120和柱状体110间接地连接到下部结构体200，如后面将要描述的。在这种情况下，柔性连接部件120设有柔性。因此，当在柱状体110被固定的状态下外力施加到环形检测器130时，柔性连接部件120经受挠曲且环形检测器130产生与所施加的外力对应的位移。

外部突出部140是圆柱结构体（其（在径向方向上的厚度）是厚的），且还设置在环形检测器130的外周。在本实施例中，如图1的下部分所示，外部突出部140被构造为从环形检测器130的外周的上部分向外突出，且环形检测器130的外周的下部分被给定为外周暴露表面131。如后面将要描述的，外部突出部140用于将环形检测器130的位移限制在预定容差内。此外，外部突出部140在四个部位设有附接用通孔145。这些附接用通孔145用于将上部结构体100附接到不同物体。所示的实例是这样的：螺栓插入以用于附接，并且提供了用于在附接用通孔145的下部分容纳螺栓的头部的空间。

从如作为图1的下部分的侧截面图中明显的是，构成柱状空间的槽部G1形成于上部结构体100的上表面，且构成环形圈状空间的环形槽部G2形成于其下表面上。柔性连接部件120由保持在槽部G1和环形槽部G2之间的薄部分构成。

图2的上部分是上部结构体100的仰视图，而图2的下部分是其侧截面图（与图1的下部分相同）。参考图2，将很容易理解，上部结构体100是构成要素的集合体，即，从内部依次为柱形的柱状体110、由环状板形体组成的柔性连接部件120、由厚圆柱结构体组成的环形检测器130和由厚圆柱结构体组成的外部突出部140。

此外，在这种情况下，为了描述的方便，定义了XYZ三维正交坐标系，其中在柱状体110的底部的中央部分取原点O，在侧截面图的右侧取X轴，在侧截面图上方取Z轴，并在垂直于侧截面图的空间的方向上取Y轴。然后，将给出下面的描述。

接下来，将给出下部结构体200的结构的描述。图3示出了下部结构体200和绝缘基板300的俯视图（上部分的视图）以及侧截面图（下部分的视图）。如图所示，下部结构体200由板状支撑基板210和被形成为从其外周部分向上突出的位移控制部220构成。在支撑基板210由盘形结构体组成时，位移控制部220由圆柱结构体（其是（径向方向上的厚度）厚的）组成。然而，在该基本实施例中，如作为图3的下部分的侧截面图中所示，下部结构体200由由相同材料（例如，铝合金或不锈钢）制成的一体结构体组成。因此，支撑基板210和位移控制部220两者都是构成一体结构体的一部分的部件。

还是在这种情况下，为了描述的方便，定义了XYZ三维正交坐标系，其中在支撑基板210的上表面的中央部分取原点O，在侧截面图的右侧取X轴，在侧截面图上方取Z轴，并在垂直于侧截面图的空间的方向上取Y轴，且将给出下面的描述。支撑基板210是沿XY平面延伸的盘。作为图3的下部分的侧截面图示出通过沿XZ平面切割下部结构体20所获得的横截面图。

如侧截面图中所示，附接用通孔215设置在支撑基板210的中央部分上，且附接用通孔225设置在其外周部分上。每个附接用通孔215用于固定上部结构体100的柱状体110。作为所示的实例，螺钉被从下至上插过以用于附接。用于容纳螺钉的头部的空间设置在附接用通孔215下方。另一方面，每个附接用通孔225是用于将螺钉从下面插入到附接用通孔145中的孔部，如图1所示。进一步，由图3的上部分的虚线圆圈示出的四个附接用螺纹孔228中的每个是从支撑基板210的下表面形成的孔部（因为它们形成于相对于X轴偏离45度的位置处，在作为图3的下部分的侧截面图中未示出它们）。每个附接用螺纹孔228在其内表面上刻有螺纹并在下部结构体200附接到不同物体时使用。

如迄今所描述的，圆柱位移控制部220的外周包围的柱状容纳空间形成于支撑基板210的上表面上。绝缘基板300和与绝缘基板300相关联的构成要素被容纳在容纳空间内。

绝缘基板300是具有用于将柱状体110插入中央部分的圆形开口部W的垫圈形电路基板（例如，玻璃环氧基板）且其被固定在支撑基板210的上表面上。进一步，如作为图3的上部分的俯视图中所示，五个单独的固定电极E1至E5和电路组件310被固定在绝缘基板300的上表面上。此外，俯视图中的网格状阴影清楚地示出每个固定电极E1至E5的形状且没有示出截面图。进一步，在单独的固定电极E1至E5的参考标号下面被括起来的参考标号C1至C5指示电容元件，其中每个电容元件由每个固定电极E1至E5和与其相对的共同位移电极（环形检测器130的下层部分）构成，如将在后面描述的。

如图所示，单独的固定电极E1是被设置在X轴的正区域的圆弧电极，单独的固定电极E2是被设置在X轴的负区域的圆弧电极，单独的固定电极E3是被设置在Y轴的正区域的圆弧电极，且单独的固定电极E4是被设置在Y轴的负区域的圆弧电极。进一步，单独的固定电极E5是被设置为围绕Z轴的外周的圆环形电极。这些电极中的每个的设置模式都保持为相对于XZ平面和YZ平面对称。

另一方面，每个电路元件310是用于构成将在后面描述的检测电路的组件。事实上，其由电阻元件、算术处理IC等构成，并且为了在附图中方便描述以方形块示出。进一步，事实上，布线设置在电极和电路组件310之间。然而，在这种情况下，省略了布线的图示。

本发明中的基本实施例的力传感器通过连接图1和图2中所示的上部结构体100与图3中所示的下部结构体200而构成。图4是如此构成的力传感器的侧截面图。事实上，螺钉从每个附接用通孔215插入至每个附接用螺纹孔115并拧紧，由此，柱状体110被固定在支撑基板210的上表面的中央部分210。由此，上部结构体100与下部结构体200牢固地连接（在图4中，未图示螺钉）。

如迄今所描述的，形成于支撑基板210上的与柱状体110接触的位置处的附接用通孔215是用于附接柱状体110的附接用孔部。形成于对应于柱状体110的下表面的位置处的附接用螺纹孔115是使用螺钉进行附接所在的附接用孔部。螺钉或螺栓插入它们之间以用于紧固，由此，上部结构体100被接合到下部结构体200。

另一方面，形成于外部突出部140的附接用通孔145是用于通过使用螺钉或螺栓将上部结构体100附接到设置在其上部分的第一物体（未示出）的孔部。附接用通孔225是从下面被插入到附接用通孔145中的螺钉所插入的孔部。进一步，如前所述，附接用螺纹孔228形成于其中支撑基板210的位移控制部220被设置的位置（参见图3的上部分）处。下部结构体200可通过使用螺钉或螺栓附接到设置在其下部分的第二物体（未示出）。

因此，力传感器连接到第一物体和第二物体之间的空间，由此能够检测在第一物体和第二物体中的一个被固定的状态下对另一个施加的外力。例如，力传感器通过连接到机器人的上臂和下臂之间的关节而被使用，由此能够检测在上臂固定的状态下对下臂施加的外力。

<<<第2部分：基本实施例的检测动作>>>

接下来，将给出通过由图4中所示的基本实施例的力传感器检测外力的动作的描述。如第1部分中所描述的，力传感器通过上部结构体100接合到下部结构体200而构成。然而，鉴于功能方面，力传感器基本上由支撑基板210、设置在支撑基板210上方的环形检测器130、从支撑基板210的上表面的中央部分110向上延伸的柱状体110、将柱状体110与环形检测器130连接的柔性连接部件120、从环形检测器130的外周部分进一步向外突出的外部突出部140、和固定在支撑基板210上的与外部突出部140相对的位置处的位移控制部220构成。

力传感器还设有检测元件作为用于电气检测施加的外力的构成要素，检测元件输出与环形检测器130的下表面和支撑基板210的上表面之间的距离对应的测量值。更具体而言，由通过在图3的上部分给出的网格状阴影指示的五个单独的固定电极E1至E5和由环形检测器130的下层部分组成的位移电极构成的五组电容元件C1至C5用作检测元件，其输出与环形检测器130的下表面和支撑基板210的上表面之间的距离对应的测量值（即，与环形检测器130相对于支撑基板210的位移对应的测量值）。

如图4所示，厚圆柱环形检测器130的下表面以保持一定的间隙被设置在五个单独的固定电极E1至E5上方。如果与单独的固定电极E1至E5相对的位移电极形成于下表面，则电容元件由彼此相对的对向电极形成。在本实施例的情况下，由于上部结构体100由金属（诸如铝合金或不锈钢，即，导电材料）制成，因此环形检测器130也由导电材料组成。因此，环形检测器130的下层部分用作共同位移电极。结果，五组电容元件C1至C5由五个单独的固定电极E1至E5和相对这些电极的环形检测器130的下层部分构成。

简而言之，在本实施例的情况下，检测元件由具有固定在支撑基板210的上表面上的固定电极E1至E5和形成在环形检测器130的下表面上的与固定电极E1至E5相对的位置处的位移电极的电容元件构成。进一步，环形检测器130由导电材料构成且环形检测器130的下层部分被用作位移电极。

一般而言，电容元件的电容值根据构成电容元件的电极对之间的距离改变。因此，能够通过测量五组电容元件C1至C5中的每个的电容值，来确定五个单独的固定电极E1至E5中的每个与环形检测器130的下表面之间的距离。因此，五组电容元件C1至C5在其各自的位置处用作检测元件，该检测元件用于输出与环形检测器130的下表面和支撑基板210的上表面之间的距离对应的测量值。接下来，由电路组件310构成的检测电路执行基于由此获得的测量值检测施加的外力的功能。

此外，在本实施例的情况下，构成检测电路的电路组件310被设置在绝缘基板300上。进一步，由于上部结构体100完全由导电材料构成，所以由导电材料构成的柱状体110、柔性连接部件120和环形检测器130可用作电路组件310和位移电极（环形检测器130的下层部分）之间的布线的一部分。即，在实践中，提供了将五个单独的固定电极E1至E5与电路组件310连接的布线和将柱状体110与电路元件310连接的布线，由此确保了五组电容元件C1至C5所需的布线。

接下来，将考虑其中在图4中所示的力传感器中针对支撑基板210被固定的情况下施加至环形检测器130的外力检测动作（理所当然，发现了力学等效现象，其中在环形检测器130被固定的状态下对支撑基板210施加外力）的情况。

如已经所描述的，由于外力的施加，柔性连接部件120经历挠曲。因此，在对环形检测器130施加外力时，柔性连接部件120被挠曲。由此，环形检测器130经历相对于支撑基板210的位移。这个位移是在各种模式中引起的，这取决于所施加外力的方向和大小。然而，检测电路能够基于由于位移引起的五组电容元件C1至C5的测量值（容量值）的变化，独立地检测所施加外力的各个分量。在本实施例的情况下，能够独立地检测绕X轴的力矩分量Mx、绕Y轴的力矩分量和在Z轴方向上的力分量Fz。在下文中，将给出检测的原理的简要描述。

图5是解释在支撑基板210被固定的状态下在环形检测器130上施加绕Y轴的力矩+My时图4所示的力传感器的检测动作。此外，在这里，为了阐明每个构成部分的作用，支撑基板210、柱状体110、柔性连接部件120、环形检测器130、外部突出部140和位移控制部220通过用粗线单独封闭来指示。

如由图中的粗线箭头所指示的，绕Y轴的力矩+My是允许环形检测器130在原点O的中心顺时针旋转的力（力矩-My是引起反向旋转的力）。因此，柔性连接部件120挠曲，由此图中的环形检测器130的右手部分经历向下位移，而其左手部分经历向上位移。结果，由粗线圆封闭的电容元件C1中的电极之间的间隔减小以增加电容值，而由粗线圆封闭的电容元件C2中的电极之间的间隔增加以减小电容值。因此，在检测电路被用于确定电容元件C1、C2的电容值之间的差时，差的符号指示绕Y轴的力矩的方向，且差的绝对值指示绕Y轴的力矩的大小。

按照完全相同的原理，在检测电路用于确定电容元件C3、C4的电容值之间的差时，差的符号指示绕X轴的力矩的方向，且差的绝对值指示绕X轴的力矩的大小。

另一方面，图6是解释在支撑基板210被固定的状态下在环形检测器130上施加Z轴负方向上的力-Fz时，图4中所示的力传感器的检测动作的图示。在这种情况下同样，各个构成要素通过用粗线封闭来分别指示。

如图中的粗线箭头所示的，力-Fz是在Z轴的负方向上向下按压环形检测器130的力（在另一方面，力+Fz是在Z轴的正方向上向上推环形检测器的力）。因此，柔性连接部件120挠曲，由此环形检测器130在图中经历整体向下位移。结果，由粗线圆封闭的电容元件C5中的电极之间的间隔减小以增加电容值。因此，在检测电路用于确定电容元件C5的电容值的增加量时，增加的量指示Z轴负方向上的力分量-FZ的大小。另一方面，在电容元件C5的电容值减小时，减小量指示Z轴正方向上的力分量+Fz的大小。

结果，在本实施例中，当XYZ三维正交坐标系被以以下方式定义时：在支撑基板210的上表面的中心取原点O、在支撑基板210的上表面上取XY平面且柱状体110的中心轴与Z轴一致，设置在X轴的正区域的第一固定电极E1、设置在X轴的负区域的第二固定电极E2、设置在Y轴的正区域的第三固定电极E3、设置在Y轴的负区域的第四固定电极E4和环形设置为围绕Z轴的外周的第五固定电极E5形成于绝缘基板300的上表面上。

进一步，各个固定电极E1至E5和与由环形检测器130的下层部分组成的共同位移电极相对的部分被用于形成第一电容元件C1、第二电容元件C2、第三电容元件C3、第四电容元件C4和第五电容元件C5。接下来，检测电路执行以下功能：基于第一电容元件C1的电容值和第二电容元件C2的电容值之间的差检测施加的外力绕Y轴的力矩分量My；基于第三电容元件C3的电容值和第四电容元件C4的电容值之间的差，检测施加的外力绕X轴的力矩分量Mx；并基于第五电容元件C5的电容值检测施加的外力在Z轴方向上的分量。

如迄今所描述的，基本实施例的力传感器能够独立地检测绕X轴的力矩分量Mx、绕Y轴的力矩分量My和Z轴方向上的力分量Fz。本身的检测原理是众所周知的技术并在专利文献7（日本未经审查专利公开号2010-008343）和先前给出的其它文献中被公开。然而，在该力传感器中，固定在支撑基板210上的柱状体110被设置在中心，且经历位移的环形检测器130被设置在其外周。因此，获得了尤其提高了力矩Mx、My的检测灵敏度的效果。例如，如图5所示，由于力矩+My的施加引起设置在外周的环形检测器130的较大位移，所以电容元件C1、C2经受电容值的很大变化，因此能够实现高灵敏度的有效检测。

力传感器的重要特征也在于，进一步向外突出的外部突出部140安装在环形检测器130的外周部分，从而由于与位移控制部220上表面接触限制外部突出部140的向下位移。例如，如图5的右侧所示，具有预定尺寸dz的垂直间隙Sz被固定在外部突出部140的下表面和位移控制部220的上表面之间。在所施加的力矩+My的大小在预定容差内（直到间隙尺寸dz变为零）的情况下，环形检测器130能够自由地进行位移。然而，当所施加的较大力矩超过容差时，外部突出部140的下表面接触位移控制部220的上表面（间隙尺寸dz变为零），从而限制环形检测器130的进一步位移。

如迄今所描述的，环形检测器130由垂直位移限制，由此可防止柔性连接部件120受到过大外力。理所当然，在施加具有过度大小的反向力矩–My时，在图5的左侧，外部突出部140的下表面与位移控制部220的上表面接触，从而限制环形检测器130的位移。同样也完全适用于绕X轴施加的力矩Mx。

另一方面，关于Z轴方向上的力，在施加了Z轴负方向上的力–Fz的情况下，可获得位移控制的效果。即，如图6所示，具有预定尺寸dz的垂直间隙Sz被固定在外部突出部140的下表面和位移控制部220的上表面之间，并且在所施加的力-Fz的大小在预定容差内时（直到间隙尺寸Dz变为零），环形检测器130能够自由地进行位移。然而，在施加超出容差的较大力矩时，外部突出部140的下表面接触位移控制部220的上表面（间隙尺寸Dz变为零），从而限制环形检测器130的进一步位移。在本实施例的情况下，在施加Z轴正方向上的力+Fz（在图6中，在环形检测器130经历向上位移）的情况下，不会获得位移控制的效果。

外部突出部140被进一步安装在环形检测器130的外部以产生增加的位移量，且位移控制部220能够实现有效的位移控制。进一步，由于位移控制是简单结构，所以传感器的整个结构可被简化。

更进一步，在本实施例的情况下，外部突出部140被构造为从环形检测器130的外周的上部分向外突出，且环形检测器130的外周部分的下部分被构造为提供外周暴露表面131。因此，外周暴露表面131与位移控制部220的相对表面（厚圆柱结构体的内周表面）接触。因此，能够限制环形检测器130的横向位移且也更可靠地保护柔性连接部件120。

即，如图5的左侧所示，环形检测器130的外周部分的下部分构成外周暴露表面131，且具有预定尺寸dr的横向间隙Sr被固定在外周暴露表面131和位移控制部220的内周表面之间。在所施加的力矩+My的大小在预定容差内时，环形检测器130能够自由地进行位移。然而，在所施加的较大力矩超过容差时，外周暴露表面131与位移控制部220的内周表面接触，从而限制环形检测器130的位移。

结果，在本实施例的情况下，在其中每个部位上的垂直间隙尺寸dz或横向间隙尺寸dr不变为零的范围内，环形检测器130能够自由地进行位移。然而，在上述大小中的一个变为零并发生接触时，限制自由位移。

如图1和图2中所示，本实施例是这样的：环形检测器130由第一圆柱结构体构成且外部突出部140由第二圆柱结构体构成，其中第一圆柱结构体的外周表面（下部分被给定为外周暴露表面131）被给定为内周表面，且位移控制部220由具有与第二圆柱结构体的下表面相对的上表面的第三圆柱结构体构成。接下来，在没有施加外力的状态下，第一圆柱形结构体130的中心轴、第二圆柱结构体140的中心轴和第三圆柱结构体220的中心轴中的任何一个被设置为给出与支撑基板210的上表面正交的相同轴（其中XYZ三维坐标系如所示而被定义，所述相同轴是Z轴）。

进一步，柱状体110由与每个圆柱结构体具有相同中心轴（Z轴）的柱状结构体构成。并且，柔性连接部件120由环形板状体（其中其内周部分由柱状体110的外周表面构成且其外周部分与环形检测器130的内周表面连接）构成。结果，在本实施例中，上部结构体100和下部结构体200基本上被构造为构成具有Z轴的中心轴的旋转体。更进一步，每个圆柱结构体的上表面和下表面两者都是与XY平面平行的平面。

由于上述几何结构，位移控制的功能设有旋转对称性。即，在不施加外力的状态下，垂直间隙尺寸dz和横向间隙尺寸dr在任何部位都是相同的。因此，垂直间隙尺寸dz指示环形检测器130在Z轴负方向上的位移的容差值，且横向间隙尺寸dr指示环形检测器130在径向方向上的位移的容差值。

结果，在本实施例的情况下，关于环形检测器130在X轴正方向上的位移、在X轴负方向上的位移、其在Y轴正方向上的位移、在Y轴负方向上的位移和在Z轴负方向上的位移，提供了以下功能：位移量被抑制在预定容差内。因此，关于绕X轴的两个方向上的力矩±Mx、绕Y轴的两个方向上的力矩±My、沿X轴的正和负方向上的力±Fx、沿Y轴的正和负方向上的力±Fy和沿Z轴的负方向上的力–Fz，在施加的较大的力或力矩超过预定容差时，提供了以下功能：环形检测器130被限制位移以保护柔性连接部件120。然而，关于绕Z轴的两个方向上的力矩±Mz和沿Z轴的正方向上的力+Fz，不提供位移控制的功能。

此外，作为外力大小的容差，可设置柔性连接部件120由于外力的施加而经受弹性形变所在的这样的范围。这是因为，只要柔性连接部件120经历弹性变形时，在没有外力可用时它恢复到原来状态，因此，不会在力传感器的检测功能中发现问题。如果柔性连接部件120过度变形超出弹性变形的范围，在没有外力可用的情况下柔性连接部件120不能够恢复到原来状态，从而引起力传感器的检测功能的问题。存在柔性连接部件120可破裂或损坏的情况。

因此，在实践中，优选的是，环形检测器130的位移由位移控制部220被抑制在上述容差范围内，即，通过设置用于横向间隙尺寸dr和垂直间隙尺寸dz的适当的值，以使柔性连接部件120在弹性变形范围内进行变形。

<<<第3部分：本发明的修改实例>>>

接下来，将给出本发明中的力传感器的一些修改实例的描述。

（1）填充有密封部件的修改实例

图7是示出其中密封部件350被添加到图4中的力传感器的修改实例的侧截面图。所示的实例是这样的：由弹性变形材料构成的密封部件350被填充到图5的左侧所示的横向间隙Sr（外周暴露表面131和位移控制部220的相对表面之间的间隙）中。还可接受的是，由弹性变形材料构成的密封部件350被填充到图5的右侧所示的垂直间隙Sz（外部突出部140的下表面和位移控制部220的上表面之间的间隙）中。

密封部件350沿圆柱位移控制部220的整个外周填充，从而使得能够从外部封闭内部空间中（在该空间中，检测元件（电容元件C1至C5）和电路组件310被设置在其中），并且还能够获得诸如防尘和防水的这种效果。理所当然，环形检测器130的位移不会被密封件350的填充而阻止。因此，作为密封部件350，使用柔软和足够的柔性密封材料（诸如硅橡胶），以实际上不会防止环形检测器130的位移。

（2）使用多边形构成要素的修改实例

在迄今所描述的基本实施例的力传感器中，主要使用圆形构成要素。然而，各个构成要素不一定形成为圆形形状。可使用包括正六边形或正八边形形状的多边形构成要素。

更具体而言，可接受的是，环形检测器130由第一多边形管状结构体构成，外部突出部140由第二多边形管状结构体构成，其中第一多边形管状结构体的外周表面被给定为内周表面，且位移控制部220由具有相对于第二多边形管状结构体的下表面的上表面的第三多边形管状结构体构成。并且，还可接受的是，每个多边形管状结构体（在实践中优选使用规则多边形管状结构体）被以以下方式设置：第一多边形管状结构体的中心轴、第二多边形管状结构体的中心轴和第三多边形管状结构体的中心轴中的任何一个在没有施加外力的状态下被给定为与支撑基板210的上表面正交的相同轴（Z轴）。

如迄今所描述的，在使用多边形管状结构体的修改实例中，当环形检测器130绕Z轴旋转时，外周暴露表面的一部分很快与位移控制部的内周表面的一部分接触以停止进一步的旋转。因此，还是关于绕Z轴的两个方向上的力矩±Mz，提供了位移控制的功能。

（3）柔性连接部件的修改实例

在基本实施例中，已经示出其中由环形板状体组成的隔膜被用作柔性连接部件120的实例。柔性连接部件120不一定被构造为使用隔膜结构，只要其由可用作将柱状体110与环形检测器130连接并经受由于要被检测的外力的施加而导致挠曲的材料制成即可。能够使用例如多个梁状结构体作为柔性连接部件120。更具体而言，可接受的是，使用这样的一种结构，即，其中一共四个具有柔性的梁状结构体分别沿正X轴、负X轴、正Y轴和负Y轴安装的这样结构，且这些四个梁状结构体用于桥接柱状体110和环形检测器130之间的空间。然而使用隔膜结构（膜结构）能够覆盖其中检测元件和电路组件310被设置在其中的内部空间的上部分。并且，隔膜结构优选获得诸如防尘和防水的效果。

（4）上部构体和下部结构体的修改实例

在图4中所示的力传感器中，柱状体110、柔性连接部件120、环形检测器130和外部突出部140被结构化一体为上部结构体100。支撑基板210和位移控制部220被结构化一体为下部结构体200。理所当然，可接受的是，各个构成要素由不同组件构成或由不同材料组成的组件构成。然而，在商业化大量生产方面，如图4中所示，基本结构体由两个组件构成，即，上部结构体100和下部结构体200，这对于装配工作是比较容易的且也可减少成本。

（5）电极构成的修改实例

在图4中所示的力传感器中，环形检测器130由导电材料构成且其下层部分被用作位移电极。在环形检测器130由绝缘材料构成时，由导电材料组成的共同位移电极可形成于其下表面上。理所当然，可接受的是，代替共同位移电极，五个单独的位移电极（分别相对单独的固定电极E1至E5的电极）形成于环形检测器130上。也可接受的是，单个共同固定电极形成于绝缘基板300上且五个单独的位移电极形成于环形检测器130上。

（6）将被检测的外力的分量的修改实例

迄今已经给出其中电极如图3中所示被设置的情况的描述，由此检测三轴分量，即，绕X轴的力矩分量Mx、绕Y轴的力矩分量My和Z轴的方向上的力分量Fz。然而，电极将被以这样的创作的方式设置，从而使得能够检测绕Z轴的力矩分量Mz、X轴方向上的力分量Fx和Y轴方向上的力分量Fy并且还能够检测总共六个轴分量。已经在每个先前所描述的专利文献中公开了电极的上述设置和检测原理，因此，将在这里省略特定描述。

（7）检测元件的修改实例

在这里，已经给出了其中电容元件C1至C5被用作检测元件的实例的描述。电容元件是结构相当简单的元件，其作为输出与环形检测器130的上表面和支撑基板210的下表面之间的距离对应的测量值的检测元件。这在实践中作为检测元件是最优选的。然而，本发明中使用的检测元件不一定由电容元件构成，只要它可用作输出与环形检测器130的位移对应的测量值即可。能够通过使用例如安装在柔性连接部件120的表面上的压阻元件或压电元件构成检测元件。

<<<第4部分：省略位移控制结构的参考实例>>>

最后，将给出通过进一步简化图4中所示的力传感器获得的参考实例的描述。图8是示出从图4中的力传感器中省略了位移控制结构的参考实例的侧截面图。由于省略了位移控制结构，所以实例不足以保护柔性连接部件免受过大外力，但可在结构上被制得更简单。

如图所示，该力传感器被以以下方式构造：上部结构体400接合到下部结构体500且绝缘基板600被附接。上部结构体400是一体结构体，其包括柱形柱状体410、由设置其外周的环形板状体组成的柔性连接部件420（隔膜）、由设置在其上表面的外周上的厚圆柱结构体组成的环形检测器430和设置在柱状体410下面的盘形基础部分440。另一方面，下部结构体500是一体结构体，其包括圆形板状支撑基板510和由设置在其外周的厚圆柱结构体组成的侧壁部分520。

被适配为将基础部分440装配到其中的柱状容纳空间形成于下部结构体500的上表面上。如图所示，基础部分440被固定在容纳在容纳空间中的状态下。附接用螺纹孔445和附接用通孔515用于利用螺钉将基础部分440接合到支撑基板510。进一步，附接用螺纹孔435用于将上部结构体400附接到设置在上方的不同物体（未示出）。附接用螺纹孔525用于将下部结构体500附接到设置在下方的不同物体（未示出）。

如迄今所描述的，在上部结构体400已接合到下部结构体500之后，绝缘基板600被插入所示位置中。图9是示出图8中所示的绝缘基板600的俯视图。绝缘基板600基本上是圆形板状电路基板，且其中的一部分设有狭缝状开口部Q。狭缝状开口部Q的深部分是柱状体410被插入所经由的圆形开口部。形成于径向方向上的狭缝部分允许柱状体410在绝缘基板600被插入图8所示的位置中时穿过。

如图所示，五个单独的固定电极E11至E15形成于绝缘基板600的上表面上（网格状阴影是清楚地指示每个单独的固定电极E11至E15的形状且不指示截面图）。此外，在这个实例中，电路元件610被设置在三个部位。

另一方面，如图8所示，垫圈形共同位移电极E10形成于环形检测器430的下表面上。共同位移电极E10用作与每个单独固定电极E11至E15相对的共同电极。如图9所示，各个对向电极构成五组电容元件C11至C15。共同位移电极E10在制造上部结构体400的步骤中形成，然后，上部结构体400接合到下部结构体500，最后，绝缘基板600被安装，由此它们可被容易地组装。

在本实施例中，因为上部结构体400（环形检测器430）由绝缘材料构成，所以共同位移电极E10形成于环形检测器430的下表面上。在上部结构体400由导电材料构成时，环形检测器430的下层部分用作共同位移电极，从而不再需要单独形成共同位移电极E10。此外，在本实施例中，作为与各个固定电极E11至E15相对的共同电极，形成单个共同位移电极E10。然而，可接受的是，代替单个共同位移电极E10，与各个固定电极E11至E14相对的垫圈形外周电极和与固定电极E15相对的垫圈形内周电极形成于环形检测器430的下表面上。

其中五组电容元件C11至C15被用于检测三个轴分量（即绕X轴的力矩分量Mx、绕Y轴的力矩分量My和Z轴方向上的力分量Fz）的原理与第2部分中所描述的基本实施例的检测动作的原理完全一样。

工业实用性

本发明的力传感器最佳用于检测力和力矩以控制机器人和工业机械的动作。这种传感器还可用作电子设备的输入装置的人机界面。传感器作为简单结构的力传感器特别有效，其执行以下功能：检测XYZ三维正交坐标系的三个分量，即，绕X轴的力矩Mx、绕Y轴的力矩My和Z轴的方向上的力Fz。

附图标记说明

100：上部结构体

110：柱状体

115：附接用螺纹孔（附接用孔部）

120：柔性连接部件

130：环形检测器

131：外周暴露表面

140：外部突出部

145：附接用通孔（附接用孔部）

200：下部结构体

210：支撑基板

21：附接用通孔（附接用孔部）

220：位移控制部

225：附接用通孔（附接用孔部）

228：附接用螺纹孔（附接用孔部）

300：绝缘基板

310：电路组件

350：密封部件

400：上部结构体

410：柱状体

420：柔性连接部件

430：环形检测器

435：附接用螺纹孔（附接用孔部）

440：基础部分

445：附接用螺纹孔（附接用孔部）

500：下部结构体

501：支撑基板

515：附接用通孔（附接用孔部）

520：侧壁部分

525：附接用螺纹孔（附接用孔部）

600：绝缘基板

610：电路组件

C1-C5：电容元件

C11-C15：电容元件

dr：横向间隙尺寸

dz：垂直间隙尺寸

E1-E5：单独的固定电极

E10：共同位移电极

E11-E15：单独的固定电极

Fz：Z轴方向上的力

G1：槽部

G2：环形槽部

G3：槽部

Mx：绕X轴的力矩

My：绕Y轴的力矩

O：XYZ三维正交坐标系的原点

Q：狭缝形开口部

Sr：横向间隙

Sz：垂直间隙

W：开口部

X：XYZ三维正交坐标系的坐标轴

Y：XYZ三维正交坐标系的坐标轴

Z：XYZ三维正交坐标系的坐标轴

Claims (14)

1.一种力传感器，包括：

支撑基板；

环形检测器，被配置在所述支撑基板的上方；

柱状体，从所述支撑基板的上表面的中央部向上延伸；

柔性连接部件，将所述柱状体与所述环形检测器连接；

检测元件，输出与所述环形检测器相对于所述支撑基板的位移对应的测量值，和

检测电路，基于所述测量值检测施加的外力；

所述力传感器具有以下功能：当在所述支撑基板被固定的状态下将外力施加到所述环形检测器上时，通过所述柔性连接部件发生挠曲，所述环形检测器相对于所述支撑基板产生位移，且所述检测电路基于由所述位移引起的所述测量值的变化检测所述外力，且

所述力传感器还包括：

外部突出部，从所述环形检测器的外周部分进一步向外突出；和

位移控制部，被固定在所述支撑基板上的与所述外部突出部相对的位置上；

其中，当施加的所述外力的大小在预定容差内时，纵向间隙被保持在所述外部突出部的下表面和所述位移控制部的上表面之间，且当施加的外力的大小超过所述容差时，所述外部突出部的下表面与所述位移控制部的上表面接触，由此控制所述环形检测器的位移，其中

所述检测元件由电容元件构成，所述电容元件具有固定在所述支撑基板的上表面上的固定电极，和形成于所述环形检测器的下表面上的与所述固定电极相对的位置上的位移电极，每个所述电容元件的电容值基于所述环形检测器的位移而变化。

2.根据权利要求1所述的力传感器，其中

将形成有用于将所述柱状体插入中央部分的开口部的绝缘基板固定在所述支撑基板的上表面上，并将所述固定电极形成在所述绝缘基板的上表面上，且

所述环形检测器由导电材料构成，且所述环形检测器的下层部分被用作位移电极。

3.根据权利要求2所述的力传感器，其中

构成检测电路的电路组件被设置在所述绝缘基板上，且

由导电材料构成的所述柱状体、所述柔性连接部件和所述环形检测器被用作所述电路组件和所述位移电极之间的布线的一部分。

4.根据权利要求3所述的力传感器，其中

当XYZ三维正交坐标系被以以下方式定义时：在所述支撑基板的上表面的中心位置处取原点O，在所述支撑基板的上表面取XY平面且所述柱状体的中心轴线与Z轴一致，

在所述绝缘基板的上表面上形成了设置在X轴的正区域的第一固定电极、设置在所述X轴的负区域的第二固定电极、设置在Y轴的正区域的第三固定电极、设置在所述Y轴的负区域的第四固定电极和被环形设置为围绕所述Z轴的外周的第五固定电极，且这些单独的固定电极和由所述环形检测器的所述下层部分组成的共同位移电极的相对部分构成第一电容元件、第二电容元件、第三电容元件、第四电容元件和第五电容元件。

5.根据权利要求4所述的力传感器，其中

所述检测电路基于所述第一电容元件的电容值和所述第二电容元件的电容值之间的差检测所施加的外力绕所述Y轴的力矩分量My；基于所述第三电容元件的电容值和所述第四电容元件的电容值之间的差检测所施加的外力绕所述X轴的力矩分量Mx；并基于所述第五电容元件的电容值检测所施加的外力在所述Z轴的方向上的分量。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的力传感器，其中

所述外部突出部被构成为从所述环形检测器的外周部分的上部向外突出，且所述环形检测器的外周部分的下部形成外周的暴露表面，

当施加的所述外力的大小在预定容差内时，横向间隙被保持在所述外周的所述暴露表面和所述位移控制部的相对表面之间，且当施加的所述外力的大小超出所述容差时，所述外周的所述暴露表面与所述位移控制部的所述相对表面接触，由此控制所述环形检测器的位移。

7.根据权利要求6所述的力传感器，其中

所述环形检测器由第一圆柱结构体构成，所述外部突出部由以所述第一圆柱结构体的外周表面作为内周表面的第二圆柱结构体构成，且所述位移控制部由第三圆柱结构体构成，所述第三圆柱结构体具有与所述第二圆柱结构体的下表面相对的上表面，且

在不施加外力的状态下，每个所述圆柱结构体以以下方式设置：所述第一圆柱结构体的中心轴、所述第二圆柱结构体的中心轴和所述第三圆柱结构体的中心轴中的任何一个都成为与所述支撑基板的上表面正交的相同轴。

8.根据权利要求7所述的力传感器，其中

所述柱状体由圆柱结构体构成，所述圆柱结构体具有与每个所述圆柱结构体的中心轴相同的中心轴，且

所述柔性连接部件由环形板状体构成，在所述环形板状体中，其内周部分与所述柱状体的外周表面连接且其外周部分与所述环形检测器的内周表面连接。

9.根据权利要求6所述的力传感器，其中

所述环形检测器由第一多边形管状结构体构成，所述外部突出部由以所述第一多边形管状结构体的外周表面作为内周表面的第二多边形管状结构体构成，所述位移控制部由第三多边形管状结构体构成，所述第三多边形管状结构体具有与所述第二多边形管状结构体的下表面相对的上表面，以及

在不施加外力的状态下，每个所述多边形管状结构体以以下方式设置：所述第一多边形管状结构体的中心轴、所述第二多边形管状结构体的中心轴和所述第三多边形管状结构体的中心轴中的任何一个都成为与所述支撑基板的所述上表面正交的相同轴。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的力传感器，其中

所述柱状体、所述柔性连接部件、所述环形检测器和所述外部突出部由上部结构体构成，所述上部结构体由相同材料制成的一体结构体组成。

11.根据权利要求1至5中任一项所述的力传感器，其中

所述支撑基板和所述位移控制部由下部结构体构成，所述下部结构体由相同材料制成的一体结构体组成。

12.根据权利要求1至5中任一项所述的力传感器，其中

用于附接在设置于上方的第一物体上的附接用孔部形成于所述外部突出部，

用于附接在设置于下方的第二物体上的附接用孔部形成于所述支撑基板的位移控制部所设置的位置处，

用于附接所述柱状体的附接用孔部形成于与所述支撑基板的所述柱状体接触的位置处，且附接用孔部形成于所述柱状体的对应位置处，

使用被插入在所述附接用孔部中的螺钉或螺栓分别将所述外部突出部与所述第一物体连接，将所述支撑基板与所述第二物体连接，且将所述支撑基板与所述柱状体连接，且

在所述第一物体和所述第二物体中的一个被固定的状态下，检测施加在另一个物体上的外力。

13.根据权利要求1至5中任一项所述的力传感器，其中

将所述柔性连接部件由于外力的施加而经历的弹性变形的限度内的范围设为外力的大小的容差，通过所述位移控制部将所述环形检测器的位移抑制在所述容差内，由此使所述柔性连接部件在弹性变形区域内变形。

14.根据权利要求6所述的力传感器，其中

由弹性变形材料制成的密封部件被填充到所述纵向间隙或所述横向间隙中，并从外部密封所述检测元件被配置的空间。