CN110383023A - 力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种力传感器，即使在应变体的刚性在轴方向上不同的情况下，也能够防止应变体的破坏，并能够提高可靠性。实施方式的力传感器10中，主体11为圆筒状。圆筒状的可动体12相对于上述主体可动作，在周围具有至少3个圆形的开口部13。应变体16固定于上述主体及上述可动体，可根据上述可动体的动作变形。变形传感器16a设置于上述应变体。第一挡块14配置于上述开口部各自的内部，具备具有比上述开口部的直径小的第一外径的第一外周面。圆筒状的第二挡块24距上述主体的第一内周面隔开第一距离地配置，且具备比上述第一内周面的直径小的第二外径的第二外周面。

Description

力传感器

技术领域

本发明的实施方式涉及例如机械臂等中使用的六轴力传感器。

背景技术

已知有例如用于机械臂等、且检测XYZ轴方向的外力及扭矩的力传感器(例如，参照专利文献1、2)。

这种力传感器中，施加于作为受力体的可动部的外力传递至例如应变体，应变体的变形利用变形传感器(应变计)转换成电信号，从而力及扭矩被检测到。

在此，当对应变体施加过量的外力时，应变体的变形超过极限，即使除去外力之后，也存在应变体的形状未恢复成原状，或应变体中产生破损的可能性。

因此，为了保护应变体免受这种过量的外力的影响，设置限制受力体的位移的挡块等的保护机构。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-8343号公报

专利文献2：日本特公平6-43937号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，在应变体的刚性(弹簧常数)在轴方向上不同的情况下，在刚性较高的轴方向上，保护机构的动作点与刚性较低的轴方向相比向高负载侧偏移，因此，存在安全性降低，应变体被破坏的可能性。

本发明提供一种力传感器，即使在应变体的刚性在轴方向上不同的情况下，也能够防止应变体的破坏，并能够提高可靠性。

用于解决课题的方案

实施方式提供一种力传感器，具备：圆筒状的主体；圆筒状的可动体，其相对于所述主体可动作，在周围具有至少3个圆形的开口部；应变体，其固定于所述主体及所述可动体，可根据所述可动体的动作变形；变形传感器，其设置于所述应变体；第一挡块，其配置于所述开口部各自的内部，具备具有比所述开口部的直径小的第一外径的第一外周面；以及圆筒状的第二挡块，其距所述主体的第一内周面隔开第一距离地配置，具备比所述第一内周面的直径小的第二外径的第二外周面。

发明效果

根据本发明，能够提供即使在应变体的刚性在轴方向上不同的情况下，也能够防止应变体的破坏并能够提高可靠性的力传感器。

附图说明

图1是表示第一实施方式的力传感器的立体图；

图2是表示第一实施方式的力传感器的俯视图；

图3是沿着图2的III-III线表示的剖面图；

图4是为了说明用于检测施加于力传感器的Z轴方向的外力的动作而表示的剖面图；

图5是为了说明用于检测施加于力传感器的X轴方向的外力的动作而表示的剖面图；

图6A是表示第二挡块的动作的图，是概略地表示初始状态的俯视图；

图6B是概略地表示第二挡块的X轴方向的外力检测动作的俯视图；

图7是表示装配有第一挡块用的夹具的力传感器的俯视图；

图8是沿着图7的VIII-VIII线表示的剖面图；

图9是表示装配有第二挡块用的夹具的力传感器的剖面图；

图10是表示第二实施方式的力传感器的剖面图；

图11是表示力传感器的应变体的俯视图；

图12是表示第三实施方式的力传感器的剖面图；

图13是用于说明第三实施方式的力传感器的防水防尘结构的组装工序的立体图；

图14是用于说明第三实施方式的力传感器的防水防尘结构的组装工序的立体图；

图15A是表示变形例1的第二挡块与主体的关系的俯视图；

图15B是图15A的剖面图；

图16A是表示变形例2的第二挡块与主体的关系的俯视图；

图16B是图16A的剖面图；

图17是为了说明变形例3的热膨胀部件而表示的将一部分切除的立体图。

具体实施方式

下面，参照附图，对实施方式进行说明。此外，在以下说明中，对实质相同的功能和要素附加相同符号，根据需要进行说明。另外，附图是示意图，厚度和平面尺寸的关系、各层厚度的比例等有时与实物不同。

(第一实施方式)

[结构]

整体结构

图1是表示第一实施方式的力传感器的立体图。图2是表示第一实施方式的力传感器的俯视图。第一实施方式的力传感器10用于例如机械臂等，检测XYZ轴方向的力及扭矩。作为一例，对六轴力传感器进行说明。

如图1及图2所示，力传感器10具备圆筒状的主体11、以及相对于主体11可动作的圆筒状的可动体12。主体11固定于例如未图示的机械臂的主体等。可动体12作为例如用于向其上表面安装未图示的机械臂的手部分的安装板等发挥作用。

主体11是力传感器10的基座部件，可动体12中间设置有可弹性变形的应变体，相对于主体11在六轴方向(X轴方向、Y轴方向、Z轴方向、以及围绕各轴的方向)上可动作地安装。

在可动体12的周面等间隔地设置有例如4个圆形的开口部13。即，各开口部13沿着X轴方向和Y轴方向配置。开口部13的数量不限定于4个，也可以是3个以上。在各开口部13的内部配置有第一挡块14，各第一挡块14利用螺栓15固定于主体11。

第一挡块14针对X轴方向的扭矩、Y轴方向的扭矩、Z轴方向的力及扭矩限制可动体12的动作范围。第一挡块14的最外周部如后所述，具备可抵接于开口部13的内表面的第一侧面。即，当可动体12由于上述轴方向上的力及扭矩而进行动作，并且应变体随之进行变形时，可动体12的开口部13的内表面抵接该第一侧面，从而作为防止应变体的过量变形的保护机构发挥作用。

在主体11的侧面，引出有用于将检测信号向外部传递的配线125。配线125与后述的基板电连接。

截面结构

图3是表示沿着图2的III-III的力传感器10的剖面图。

如图3所示，在力传感器10的内部的中央部分配置应变体16。应变体16的中央部161利用螺栓18间隔着第二挡块24安装于可动体12，包围应变体16的中央部161的外周部162利用未图示的螺栓安装于主体11。应变体16的表面与由X轴、Y轴形成的面平行地配置，垂直通过应变体16的中心的线与Z轴一致。当对可动体12施加外力时，可动体12进行动作，应变体16位移。例如在将应变体16的中央部与外周部连接的多个连接部设置构成桥接电路的多个变形传感器16a，利用变形传感器16a电检测应变体16的位移。变形传感器16a的配置不限定于此，也可以在应变体16的中央部161设置变形传感器16a。

在主体11的内部，与应变体16对置地设置基板20。基板20固定于主体11，并与设置于应变体16的多个变形传感器16a电连接。

变形传感器16a配置于应变体16的多个连接部的表面上的规定部位。通过利用变形传感器16a测定应变体16的各个位置中的位移，而检测六轴方向的力及扭矩。此外，变形传感器16a的结构及配置不限定于此，可适当变形。

在应变体16的表面设置有用于将变形传感器16a与基板20电连接的FPC(Flexibleprinted circuits：挠性印刷电路基板)26。FPC26具备绝缘性的柔软的膜和配线于该膜的规定的电路，成为配合可动体12的动作可自如地弯曲的结构。

第一挡块14具有上述的第一侧面(外周面)14a和第二侧面(外周面)14b。第一侧面14a具有比可动体12的开口部13的直径R13小的第一外径R14a。第二侧面14b具有比第一外径R14a小的第二外径R14b，在开口部13的内部，位于比第一侧面14a靠外侧。因此，第一侧面14a与开口部13的内表面之间的距离W14以比第二侧面14b与开口部13的内表面之间的距离W30变小的方式构成(W14＜W30)。距离W30为例如数mm程度。

此外，在可动体12和主体11的侧面上也设置相当于距离W30的间隙，可动体12相对于主体11可动作。另外，剖面图中，以主体11与可动体12接触的方式示意性地表示，但实际上在所有的主体11与可动体12之间(在侧面以外的内部也)设置有不妨碍动作的程度的间隙(例如1mm程度)。以下，省略该间隙的图示。

在此，第一侧面14a与开口部13的内表面之间的距离(间隙)W14为例如100μm±20μm程度，因此，非常狭窄。而且，为了防止可动体12动作时的应变体16的破损，需要极其高精度地管理该距离W14。

如将由图3的虚线包围的部分扩大表示那样，实际上在对应于第一侧面14a的第一挡块14的内侧面与螺栓15的轴之间设置以距离W15a表示的间隙。另外，在对应于第一侧面14a、第二侧面14b的第一挡块14的内表面与螺栓15的头部的侧面之间还设置有具有距离W15b的间隙。上述距离W15a、W15b为例如0.2mm程度。此外，以后的说明中，省略这些间隙的图示。

本实施方式中，在第一挡块14的第二侧面14b与开口部13的内表面之间插入具有实际上具有与距离W30相同的厚度的插入部的作为调整用的夹具的垫片的状态下，利用螺栓15将第一挡块14固定至主体11。通过这样调整，第一挡块14仅可移动上述间隙的距离W15a、15b的量，因此，能够高精度地管理可动体12的开口部13的内表面与第一挡块14的第一侧面14a之间的距离(间隙)W14。对于其详情进行后述。

另外，在应变体16的上方且主体11的内周面11a的内侧设置有第二挡块24。第二挡块24具有比内周面11a的直径R11小的外径R24。因此，在主体11的内周面11a与第二挡块24的外周面之间配置有具有距离W24的间隙。第二挡块24为圆筒状，其中心与主体11的中心一致，垂直穿过中心的轴与Z轴一致。另外，第二挡块24利用螺栓25安装于可动体12。

第二挡块24针对X轴方向的力及Y轴方向的力限制可动体12的动作范围，第二挡块24的外周面24a以可与主体11的内周面11a抵接的方式构成。换言之，第二挡块24针对来自从第一挡块14保护的方向的力以外的方向的力，限制可动体12的动作范围。

上述结构中，当X轴方向的力及Y轴方向上的力施加于力传感器10，且随着可动体12的动作而应变体变形时，第二挡块24与主体11之间的距离W24比开口部13与第一挡块14之间的距离W14小(W24＜W14)，因此，第二挡块24的外周面24a比第一挡块14先抵接于主体11的内周面11a。这样，第二挡块24作为防止上述轴方向的力所引起的应变体16的过量的变形的保护机构发挥作用。对于其详情进行后述。

[检测动作]

(对于Fz、Mx、My、Mz)

图4是用于说明Z轴方向上的外力检测动作的剖面图。参照图4，对检测沿着Z轴方向施加于可动体12的大致中央部分的外力(负载)Fz的情况进行说明。

如图4所示，当在Z轴方向上对可动体12的大致中央部分施加外力Fz时，可动体12由于外力Fz而沿着Z轴方向向下方移动。主体11被固定且也不会由于外力Fz而移动，因此，可动体12向下方移动，直到开口部13的上侧的内表面抵接于第一挡块14的第一侧面14a。通过可动体12的移动，上侧的间隙(距离W14U)实际上成为0，下侧的间隙(距离W14D)比移动前增大至2倍左右。

由于可动体12的移动，应变体16产生变形。但是，利用第一挡块14，应变体16的变形被限定于规定的范围，因此，保护应变体16免受过量的外力的破坏。应变体16的变形由变形传感器16a检测，并转换成作为电信号的检测信号。检测信号经由基板20及配线125向外部传递，从而外力Fz被检测。

然后，当解除向可动体12施加外力Fz时，应变体16通过弹性变形恢复成原来的形状。

此外，上述中，对Z轴方向的外力的检测动作进行了说明，但检测X、Y、Z轴方向的各扭矩的动作实际上也与上述的外力的检测动作一样。

(关于Fx，Fy)

图5是用于说明X轴方向上的外力检测动作的剖面图。图6A表示初始状态，图6B是概略地表示第二挡块功能时的X轴方向的外力检测动作的俯视图。参照图5及图6A、图6B，对检测沿着X轴方向施加于可动体12的侧面的外力(负载)Fx的情况进行说明。

如图5及图6B所示，当沿着X轴方向对可动体12的侧面施加外力Fx时，可动体12由于外力Fx而沿着X轴方向向图6B的右侧移动。主体11被固定且不会由于外力Fx而移动，因此，可动体12移动至第二挡块24的右侧的外周面24aR抵接于主体11的内周面11a。主体11与第二挡块24之间的距离W24比开口部13与第一挡块14之间的距离W14小(W24＜W14)，因此，第二挡块24的外周面24aR比第一挡块14先抵接于主体11的内周面11a。通过上述移动，第二挡块24的右侧的间隙(距离W24R)实际上成为0，左侧的间隙(距离W24L)比移动前增加至2倍左右。

由于可动体12的移动，应变体16产生变形。但是，利用第二挡块24，应变体16的变形被限定于规定的范围，因此，保护应变体16免受过量的外力的破坏。应变体16的变形能够由变形传感器16a检测，并转换成作为电信号的检测信号，经由基板20及配线125向外部传递，从而外力Fx被检测。

然后，当解除向可动体12施加外力Fx时，应变体16通过弹性变形恢复成原来的形状。

此外，上述中，对检测X轴方向的外力的动作进行了说明，但Y轴方向的外力的检测动作实际上也与上述外力的检测动作一样。

[间隙的调整]

(第一挡块的间隙W14的调整)

图7是表示装配有第一挡块用的夹具的力传感器的俯视图。图8是表示沿着图7的VIII-VIII线的截面的图。

如图7、图8所示，第一挡块14的间隙W14的调整通过向开口部13装配垫片30而进行。图7、图8表示在一个开口部13装配有垫片30的情况，但优选在4个开口部13全部装配垫片30的状态下进行调整。在该情况下，可进一步提高调整精度，且缩短调整作业的时间。

如图8所示，垫片30具有筒状的插入部30a、把手部30b、以及开口部33。

插入部30a具有与可动体12的开口部13的直径大致相等的外径R13，插入部30a的厚度设定成和第一挡块14的第二侧面14b与开口部13的内表面之间的距离W30实际上相同的厚度。

把手部30b具有比开口部13的直径R13大的外径R30。

开口部33贯通把手部30b，且可插入在设置于螺栓15的头部的六角孔上安装的未图示的六角扳手。

如图8所示，在使螺栓15松动的状态下，垫片30的插入部30a插入第一挡块14的第二侧面14b与开口部13的内表面之间。插入部30a的外径与开口部13的直径R13实际上相同，插入部30a的内径与第一挡块14的第二侧面14b的第二外径R14b实际上相同。因此，在将垫片30的插入部30a插入开口部13的状态下，垫片30的轴心C30与第一挡块14的轴心C14一致，而成为同心圆。即，在该状态下，第一挡块14仅可移动图3中扩大表示的上述间隙的距离W15a、15b的量，因此，精确地设定第一挡块14的第一侧面14a与开口部13的内表面的距离W14。

在该状态下，从垫片30的开口部33插入未图示的六角扳手并紧固螺栓15，由此，第一挡块14固定于主体11。

这样，通过将具有相当于距离W30的厚度的插入部30a插入第一挡块14的第二侧面14b与开口部13之间，能够精确地管理第一挡块14的第一侧面14a与开口部13的内表面的距离W14即间隙。

(第二挡块的间隙W24的调整)

图9是表示装配有第二挡块用的夹具的力传感器的剖面图。如图9所示，第二挡块24的间隙W24的调整通过向设置于可动部12的开口部35装配垫片36而进行。此外，图9中，表示在一个开口部35配置有垫片36的情况，但优选在设置于可动部12的4个开口部35的全部装配有垫片36的状态下进行调整。在该情况下，可进一步提高调整精度，并缩短调整作业的时间。

在此，如图9中将插入部分扩大表示那样，主体11具有具备沿着Z轴的内周面11b的台阶部。即，主体11的内部具备形成比由第二挡块24的侧面24a抵接的内周面(第一内周面)11a形成的直径R11大的直径的内周面(第二内周面)11b。

垫片36具有作为插入部的销36a和圆筒状的把手部36b。销36a的直径被设为第二挡块24的外周面24a与主体11的内周面11b之间的距离。

上述结构中，在使螺栓25松动的状态下，垫片36的销36a从开口部35插入第二挡块24的外周面24a与主体11的内周面11b之间。销36a的外径和第二挡块24的外周面24a与主体11的内周面11b之间的距离实际上相同，因此，垫片36的轴心C36与将外周面24a和内周面11b设为直径的圆的轴心相互一致且成为同心圆。第二挡块24仅可移动间隙的距离W24a的量，因此，精确地设定第二挡块24的外周面24a与主体11的第一内周面11a之间的距离W24。

在该状态下，使用未图示的六角扳手，将螺栓25紧固于可动体12，由此，第二挡块24固定于可动体12。

这样，通过向第二挡块24的外周面24a与主体11的第二内周面11b之间插入销36a，能够精确地管理第二挡块24的外周面24a与主体11的第一内周面11a之间的距离W24即间隙。

[作用效果]

例如在应变体的刚性(弹簧常数)在轴方向上不同的情况下，在刚性较高的轴方向上，保护机构的动作点与刚性较低的轴方向相比向高负载侧偏移，因此，存在安全性降低，且应变体被破坏的可能性。在本实施方式的应变体16的情况下可知，基于X轴方向及Y轴方向的力的应变体16的刚性与基于XYZ轴方向的各扭矩的应变体16的刚性具有约6倍左右的差。

因此，第一实施方式的力传感器10具备第二挡块24，第二挡块24距主体11的第一内周面11a隔开距离W24，并具有比第一内周面11a的直径R11小的外径R24的外周面24a，仅对X轴方向及Y轴方向的力发挥作用。第二挡块24以针对X轴方向的力及Y轴方向的力限制可动体12的动作范围，且第二挡块24的外周面24a可与主体11的内周面11a抵接的方式构成(图3)。

上述结构中，当对力传感器10施加X轴方向的力时，第二挡块24的外周面24a与主体11的第一内周面11a之间的距离W24比第一挡块14的第一侧面14a与开口部13之间的距离W14小(W24＜W14)，因此，第二挡块24的外周面24a比第一挡块14先抵接于主体11的内周面11a。因此，能够利用第二挡块24防止X轴方向及Y轴方向的力引起的应变体16的过量的变形(图5，图6)。

因此，如本实施方式的应变体16那样，即使在基于X轴方向及Y轴方向的力的应变体16的刚性与基于XYZ轴方向的各扭矩的应变体16的刚性具有约6倍左右的差的情况下，也能够防止应变体16的X轴方向及Y轴方向的过量的变形。因此，能够提高应变体16的安全性，并能够提高可靠性。

而且，第二挡块24的间隙W24通过利用垫片36而精确地被管理。即，垫片36的销36a的外径实际上相同于第二挡块24的外周面24a与主体11的第二内周面11b之间的距离，因此，能够使用垫片36，使以外周面24a为直径的圆的中心与以内周面11b为直径的圆的中心一致。在该状态下，通过紧固螺栓25，第二挡块24能够在精确地管理间隙W24的状态下安装于可动体12(图9)。

另外，能够允许应变体16的刚性的不均匀性，因此，可进行应变体16及力传感器10的小型化及薄型化。例如，在不具备第二挡块24的情况下，应变体16需要外形尺寸为50×50mm左右，且厚度为5mm左右。但是，在具备本实施方式的第二挡块24的情况下，应变体16可小型化及薄型化成外形尺寸为35×35mm左右，且厚度为4mm左右。

另外，根据上述第一实施方式，第一挡块14具有与可动体12的开口部13的内表面抵接的第一侧面14a和具有比第一侧面14a的外径小的外径的第二侧面14b，调整第一挡块14时，向第一挡块14的第二侧面14b与开口部13的内表面之间插入具有相当于第二侧面14b与开口部13的内表面之间的距离W30的厚度的垫片30的插入部30a。因此，垫片30的轴心C30与第一挡块14的轴心C14一致，由此，第一挡块14仅移动图3所示的间隙的距离W15a、15b的量。因此，能够精确地设定第一挡块14的第一侧面14a与开口部13的内表面的距离W14(图7、图8)。

而且，在使螺栓15松动的状态下，仅安装垫片30，并从垫片30的开口部33紧固螺栓15，而调整完成。因此，能够尽可能降低作为间隙的距离W14的误差，并将调整作业容易化。

另外，第一挡块14的第一侧面14a及第二侧面14b能够通过例如在相同的制造工序中连续地切削而形成。因此，第一侧面14a及第二侧面14b的尺寸管理及检查容易。

另外，可动体12只要在其制造加工中，仅管理开口部13的直径R13的尺寸即可，因此，尺寸管理及检查容易。

另外，垫片30能够通过将插入部30a的外表面及内表面在例如相同的制造工序中连续地切削而形成。因此，能够提高插入部30a的外表面及内表面的同心性，并能够将垫片30的尺寸管理及检查容易化。

此外，通过使用所有的垫片30、36并紧固螺栓15、25，也可同时管理第一挡块14的间隙W14及第二挡块24的间隙W24。

(第二实施方式(具备用于抑制热膨胀的部件(热膨胀抑制部件)的一例))

第二实施方式涉及应变体16的热膨胀对策，并涉及具备热膨胀抑制部件的应变体16。图10是表示第二实施方式的力传感器10A的剖面图。

图10所示的力传感器10A与第一实施方式的不同之处在于，第二挡块24A由与应变体16相同的材料形成，第二挡块24A作为应变体16的热膨胀抑制部件发挥作用。另外，第二挡块24A的至少利用螺栓18安装于应变体16的部分与应变体16接触。

图11是表示本实施方式的力传感器的应变体16的俯视图。如图11所示，应变体16具备：中央部161、包围中央部161的周围的外周部162、以及将中央部161与外周部162连接的4个连接部(梁)163。未图示的变形传感器设置于中央部161和连接部163的表面上。中央部161利用分别贯通4个孔18a的螺栓18间隔着第二挡块24固定于可动体(第一支撑部件)12。外周部162利用分别贯通4个螺纹孔17a的未图示的螺栓固定于主体11(第二支撑部件)。从疲劳特性及高强度等观点来看，应变体16由例如铁系或作为合金钢的不锈钢(例如SUS630)等材料构成。

另外，如图11所示，应变体16的作为梁的连接部163及外周部162能够作为弹簧示意性地表示。连接部163的弹簧常数(刚性)C163比外周部162的弹簧常数C162充分大地(强有力地)设定(C163＞C162)。

此外，构成第二挡块24A的材料不限于与应变体16相同的材料，也可以是与应变体16同种类或热膨胀系数接近的材料。作为热膨胀系数与应变体16接近的材料，例如优选为与应变体16的热膨胀系数的差为±20％程度的材料，更优选为与应变体16的热膨胀系数的差为±10％程度的材料。

另外，在第二挡块24A的刚性较低的情况下，不能利用第二挡块24A充分抑制温度变动引起的可动体12的尺寸变动，因此，存在第二挡块24A变形且应变体16变形的可能性。因此，优选第二挡块24A具备比可动体12及应变体16充分高的刚性。

其它的结构及动作实际上与上述第一实施方式一样，因此，省略详细的说明。

[作用效果]

如上所述，在应变体16的周围设置用于保持应变体16的作为壳体(外壳)的主体11及可动体12。主体11及可动体12从轻量化的观点来看，由例如铝合金等材料构成。另一方面，应变体16从疲劳特性及高强度等观点来看，由例如铁系或作为合金钢即不锈钢(例如SUS630)等材料构成。这样，在应变体16和壳体(主体11及可动体12)由热膨胀系数不同的材料构成的情况下，由于壳体的周围的温度变动，应变体16受到伴随壳体的膨胀/收缩的变形。因此，存在成为由设置于应变体16的表面的变形传感器构成的桥接电路的基准值的零点产生变动，从而检测精度降低的可能性。例如，在作为变形传感器使用Cr-N等金属薄膜电阻体的情况下，变形传感器的应变系数(灵敏度)高，因此，由于周围的温度变化而产生的应变体16的微少的变形导致较大的输出变化。

但是，第二实施方式的第二挡块24A由与应变体16相同的材料构成，因此，第二挡块24A与应变体16的热膨胀系数相同。而且，第二挡块24A在至少利用螺栓18与应变体16安装的部分，与应变体16接触(图10)。因此，在周围的温度变动传递至壳体的情况下，第二挡块24A与应变体16产生实际上相同的热膨胀。因此，能够抑制伴随变形传感器的温度变化的桥接电路的零点的变动，而能够维持测定精度。

另外，第二挡块24A设置于应变体16的中央部161上，并以成为与应变体16同程度的尺寸的方式构成(图10)。因此，能够兼得作为热膨胀抑制部件的第二挡块24A的小型化及轻量化。

更具体而言，第二挡块24A的连接部163的弹簧常数(刚性)C163以比外周部162的弹簧常数C162充分高(硬)的方式构成(C163＞C162)(图11)。在此，在产生温度变动的情况下，基于可动体12与第二挡块24A的热膨胀系数的差，在应变体16的中央部161产生变形。中央部161以刚性较高，但对设置于中央部161的变形传感器直接施加变形的方式构成。

另一方面，外周部162中，基于与主体11的热膨胀系数的差，产生变形，但设置于连接部163的变形传感器经由比中央部161柔软的弹簧(C162)变形。因此，热膨胀引起的主体11的位移被外周部162的柔软的弹簧(C162)吸收，作为结果，设置于连接部163的变形传感器中仅产生相当于柔软的弹簧(C162)的反作用力的量的较小的变形。

这样，将第二挡块24A设置于应变体16的中央部161上方有效地防止热膨胀引起的零点变动。

(第三实施方式(具备防水防尘结构的一例))

第三实施方式涉及具备防水防尘结构的力传感器的一例。图12是表示第三实施方式的力传感器10B的剖面图。

如图12所示，第三实施方式的力传感器10B与第一及第二实施方式不同，还具备：作为防水防尘部件40的橡胶部件41(第一密封部件)、发泡部件(第三密封部件)42、以及盖部件(第二密封部件)43。橡胶部件41覆盖设置于力传感器10B的侧面的开口部13。盖部件43装配于可动体12，并覆盖可动体12的上表面、侧面、以及橡胶部件41的一部分。发泡部件42覆盖主体11及橡胶部件41与盖部件43之间的间隙。

橡胶部件41为了密封第一挡块14而以覆盖开口部13的方式设置，并由橡胶材料构成。构成橡胶部件41的材料也可以是例如发泡材料，进一步优选为闭孔材料。

发泡部件42以不阻碍可动体12及盖部件43的动作的方式，由具有比应变体16的刚性充分小的刚性(较小的弹簧性)的发泡材料构成。本实施方式中，发泡部件42由闭孔材料即橡胶系材料构成。另外，发泡部件42覆盖作为主体11与可动体12的分界的可动部分(间隙)，因此，优选由具备不阻碍可动体12的动作的程度的刚性材料构成。

本实施方式中，应变体16与发泡部件42的刚性的比以大致成为500：1的方式构成。应变体16与发泡部件42的刚性的比优选为100：1以上，更优选为1000：1以上。这里的刚性是指例如基于材料的杨氏模量及形状等的变形的难度。

盖部件43设置于可动部12的外周，防止液体及粉尘从设置于可动部12的上表面等的固定用的螺栓孔等浸入。盖部件43的材料不限于金属，也可以是树脂材料。

其它的结构及动作实际上与上述第一实施方式一样，因此，省略其详细的说明。

[组装工序]

图13及图14是用于说明第三实施方式的力传感器10B的防水防尘部件40的组装工序的立体图。

如图13所示，首先，固定有第二挡块24的可动体12装配于主体11。在该状态下，在力传感器10B的侧面的开口部13的第一挡块14与可动体12之间设置有上述规定的距离W14等，因此，力传感器10B未完全密封。本实施方式中，为了嵌合橡胶部件41及发泡部件42，在主体11的侧面设置有向外周侧突出的嵌合部11c及11d。

如图14所示，接着，向主体11的嵌合部11c嵌入橡胶部件41，并覆盖主体11的开口部13。接着，向主体11与可动体12之间的作为可动部分的嵌合部11d嵌入大致环状的发泡部件42，并按压橡胶部件41。

另外，盖部件43装配于可动体12，并利用盖部件43覆盖可动体12的上表面及侧面。盖部件43通过插入螺纹孔12b的螺丝44螺合于可动体12，而固定于可动体12。此时，盖部件43调整按压发泡部件42的压力。具体而言，发泡部件42的厚度比将盖部件43安装于可动体12之前的厚度降低至20％～30％程度。

通过以上的工序，组装力传感器10B的作为防水防尘部件40的橡胶部件41、发泡部件42、以及盖部件43。

[作用效果]

根据第三实施方式的力传感器10B的结构及动作，可以得到至少与上述第一及第二实施方式一样的效果。

另外，第三实施方式的力传感器10B具备：作为防水防尘部件40的橡胶部件41、发泡部件42、以及盖部件43，利用橡胶部件41覆盖主体11的开口部13，且利用发泡部件42覆盖作为主体11与可动体12之间的间隙的可动部分，并利用盖部件43覆盖可动体12的上表面及侧面(图12)。

根据上述结构，能够确保设置于应变体16的变形传感器的精度，防止液体及尘埃从力传感器10B的外部浸入，并能够提高力传感器10B的可靠性。

因此，在将力传感器10B应用于例如机械臂等的情况下，使用油或水等的液体，即使在尘埃飞散的环境下，也能够可靠地防止液体及尘埃从主体11与可动体12之间侵入。

而且，力传感器10B在侧面具备开口部13及第一挡块14等，因此，周围的形状复杂。但是，通过组合橡胶部件41、发泡部件42、以及盖部件43，可仅使用螺丝44将橡胶部件41、发泡部件42、以及盖部件43安装于力传感器10B(图13，图14)。因此，能够通过简单的结构得到充分的防水及防尘功能，也可降低制造成本。

(变形例1(第二挡块的平面形状为十字型的例子))

图15A是示意性地表示变形例1的第二挡块24B与主体11的关系的俯视图，图15B表示图15A的剖面图。

如图15A所示，第二挡块24B的平面形状为十字型。第二挡块24B的作为受力侧的主体11的形状也与第二挡块24B对应而构成为十字形状。

根据上述结构，在施加绕Z轴的扭矩时，第二挡块24B的外周面24a与主体11的内周面11a抵接。因此，不追加新的零件或部件，第二挡块24B能够得到不仅是XY轴方向的力Fx、Fy而且绕Z轴的扭矩Mz的保护功能。

(变形例2(第二挡块的截面形状具有凸部的例子))

图16A是示意性地表示变形例2的第二挡块24C和主体11的俯视图，图16B是图16A的剖面图。

如图16B所示，第二挡块24C具有向X轴方向突出的突出部124。主体11的内周面也具有向X轴方向突出的突出部111。Z轴方向上，在第二挡块24C的突出部124的侧面(下表面)24b与主体11的突出部111的侧面(上表面)11c之间设置有上述距离W24。

如上所述，在第二挡块24C的侧面24b与主体11的侧面11c之间设置作为Z轴方向的间隔的距离W24，由此，第二挡块24C能够得到针对Z轴方向的力Fz、及XY轴方向的扭矩Mx、My的保护功能。在该情况下，第一挡块14能够得到针对其它3个轴的力及扭矩(Fx，Fy，Mz)的保护功能。因此，变形例2可进一步提高应变体的保护功能。

(变形例3(主体具备具有与应变体相同的热膨胀系数的部件的例子))

图17是为了说明变形例3的热膨胀部件而表示的将一部分切除的立体图。此外，图17所示的力传感器为了说明而省略一部分结构。

如图17中扩大表示的那样，在主体11与应变体16之间还设置有热膨胀抑制部件112。热膨胀抑制部件112具有与应变体16相同的热膨胀系数。热膨胀抑制部件112与应变体16的外周部162和主体11的内部接触，利用螺栓17紧固于应变体16的外周部162，并利用螺栓113紧固于主体11。

根据上述结构，除了设置于应变体16的中央部161的作为热膨胀抑制部件的第二挡块24A以外，在应变体16的外周部162还设置热膨胀抑制部件112，由此，能够抑制伴随热膨胀引起的变形传感器的温度变化的桥接电路的零点的变动。

(其它的变形例)

本发明不限定于上述第一～第三实施方式及其变形例1～3的公开，当然可根据需要进行各种变形。

例如，第一及第二实施方式中，对第二挡块24及24A为与可动体12不同的部件的情况进行了说明，但第二挡块24及24A～24C也可以是与可动体12相同的部件的一体结构。在该情况下，为了抑制热膨胀，优选与第二挡块24及24A～24C一体化的可动体12由与应变体16相同的材料或热膨胀系数与应变体16大致相等的材料构成。

另外，使用垫片30的检查不限于在力传感器10、10A～10C的出库时进行，也可以在使力传感器10、10A～10C工作某个程度之后的例如维护等中进行。

另外，橡胶部件41和发泡部件42也可以由相同材料一体地构成。在该情况下，优选这些材料为橡胶材料或闭孔材料。这些材料优选为具有比应变体16的刚性充分低的刚性的材料。

另外，本发明不直接限定于上述各实施方式及上述各变形例，能够在实施阶段中在不脱离其宗旨的范围内将构成要素变形并具体化。另外，通过上述各实施方式中公开的多个构成要素的适宜的组合，能够形成各种发明。例如，也可以从实施方式中表示的全部构成要素删除几个构成要素。另外，也可以使不同的实施方式所涉及的构成要素适宜组合。

产业上的可利用性

本发明的实施方式的力传感器可应用于例如机械臂的关节等。

符号说明

10、10A、10B、10C…力传感器，11…主体，12…可动体，13…开口部，14…第一挡块(保护机构)，15、18、25…固定部件，16…应变体，16a…变形传感器，24、24A、24B、24C…第二挡块(保护机构)，24A、112…热膨胀抑制部件，30、36…夹具(垫片)，40…防水防尘部件，41…橡胶部件，42…发泡部件，43…盖部件。

Claims (18)

1.一种力传感器，具备：

圆筒状的主体；

圆筒状的可动体，其相对于所述主体能够动作，在周围具有至少3个圆形的开口部；

应变体，其固定于所述主体及所述可动体，能够根据所述可动体的动作而变形；

变形传感器，其设置于所述应变体；

第一挡块，其配置于所述开口部各自的内部，具备第一外周面，所述第一外周面具有比所述开口部的直径小的第一外径；以及

圆筒状的第二挡块，其距所述主体的第一内周面隔开第一距离地配置，具备比所述第一内周面的直径小的第二外径的第二外周面。

2.根据权利要求1所述的力传感器，其中，

所述第一距离比所述第一挡块的第一外周面与所述开口部的内周面之间的第二距离小。

3.根据权利要求2所述的力传感器，其中，

所述主体具备第二内周面，所述第二内周面具有比所述第一内周面的直径大的直径，

所述力传感器还具备第一夹具，所述第一夹具插入所述第二挡块的外周面与所述主体的第二内周面之间，用于调整所述第一距离。

4.根据权利要求3所述的力传感器，其中，

所述第一挡块具有具备比所述第一外径小的第三外径的第三外周面，在所述开口部的内周面与所述第三外周面之间插入调整用的第二夹具。

5.根据权利要求4所述的力传感器，其中，

还具备：

第一固定部件，其将所述第一挡块固定于所述主体；以及

第二固定部件，其将所述第二挡块固定于所述可动体。

6.根据权利要求1所述的力传感器，其中，

还具备：

第一密封部件，其密闭各个所述开口部；

第二密封部件，其密闭所述可动体；以及

第三密封部件，其至少密闭在所述主体与所述第二密封部件之间。

7.根据权利要求6所述的力传感器，其中，

所述应变体与所述第三密封部件的刚性的比为100：1以上。

8.根据权利要求1所述的力传感器，其中，

还具备抑制部件，所述抑制部件抑制在所述应变体与所述主体之间的热膨胀，

所述抑制部件具有与所述应变体相同的热膨胀系数。

9.根据权利要求1所述的力传感器，其中，

所述第一挡块设置于所述主体，所述第二挡块设置于所述应变体与所述可动体之间。

10.一种力传感器，具备：

圆筒状的主体；

圆筒状的可动体，其相对于所述主体能够动作，在周围具有至少3个圆形的开口部；

应变体，其固定于所述主体及所述可动体，能够根据所述可动体的动作而变形；

变形传感器，其设置于所述应变体；

第一挡块，其配置于所述开口部各自的内部，具备第一外周面，所述第一外周面具有比所述开口部的直径小的第一外径，所述可动体能够抵接于所述第一外周面；以及

圆筒状的第二挡块，其在所述可动体与所述应变体之间，距所述主体的第一内周面隔开第一距离地配置，具备第二外周面，所述第二外周面具有比所述第一内周面的直径小的第二外径，能够与所述第一内周面抵接。

11.根据权利要求10所述的力传感器，其中，

所述主体的第一内周面与所述第二挡块之间的第一间隙具有第一距离，所述开口部与所述第一挡块之间的第二间隙具有比所述第一间隙长的第二距离。

12.根据权利要求11所述的力传感器，其中，

所述主体具备第二内周面，所述第二内周面具有比所述第一内周面的直径大的直径，

所述力传感器还具备第一夹具，所述第一夹具插入所述第二挡块的外周面与所述主体的第二内周面之间，用于调整所述第一距离。

13.根据权利要求12所述的力传感器，其中，

所述第一挡块在与所述开口部之间具有比所述第二距离长的第三间隙，在所述第三间隙的内部插入调整用的第二夹具。

14.根据权利要求13所述的力传感器，其中，

还具备：

第一固定部件，其将所述第一挡块固定于所述主体；以及

第二固定部件，其将所述第二挡块固定于所述可动体。

15.根据权利要求10所述的力传感器，其中，

还具备：

第一密封部件，其密闭各个所述开口部；

第二密封部件，其覆盖所述可动体；以及

第三密封部件，其至少密闭在所述主体与所述第二密封部件之间。

16.根据权利要求15所述的力传感器，其中，

所述应变体与所述第三密封部件的刚性的比为100：1以上。

17.根据权利要求10所述的力传感器，其中，

还具备抑制部件，所述抑制部件抑制所述应变体与所述主体之间的热膨胀，

所述抑制部件具有与所述应变体相同的热膨胀系数。

18.根据权利要求10所述的力传感器，其中，

所述第一挡块设置于所述主体，所述第二挡块设置于所述应变体与所述可动体之间。