CN111829712A - 力觉传感器和应变体 - Google Patents

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CN111829712A CN202010233865.8A CN202010233865A CN111829712A CN 111829712 A CN111829712 A CN 111829712A CN 202010233865 A CN202010233865 A CN 202010233865A CN 111829712 A CN111829712 A CN 111829712A
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向井优
由井夏树
牧野泰育
小林岳久见
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Abstract

本发明实现了一种力觉传感器，其能够将与应变计连接的电极或元件等适当地安装于应变体。力觉传感器(1)包括：具有因外力而变形的臂部(113a)的应变体(11)，以及安装于臂部(113a)的应变计(12a1～12a4)。应变体(11)设置有从臂部(113a)朝向与臂部(113a)的长度方向交叉的方向突出的突出部(116a1、116a2)。

Description

力觉传感器和应变体
技术领域
本发明涉及力觉传感器。特别是涉及包括具有因外力而变形的变形部的应变体和安装在该变形部上的应变计的力觉传感器。
背景技术
已知一种力觉传感器，其包括具有因外力而变形的变形部的应变体和安装在该变形部上的应变计，并使用该应变计来检测外力。例如，在专利文献1～2中，公开了能够分别检测外力的x轴方向分量、y轴方向分量、z轴方向分量、绕x轴的力矩分量、绕y轴的力矩分量以及绕z轴的力矩分量的6轴力觉传感器
【现有技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本专利公报“专利第6047703号”
【专利文献2】日本专利公报“专利第6378381号”
发明内容
发明要解决的问题
在专利文献1～2所述的6轴力觉传感器中使用具有以下结构的应变体：(1)芯部(也称为中央部或受力部)；(2)框架部(也称为框部或固定部)，其包围芯部并且包括挠性件；(3)臂部，其连接芯部和挠性件。并且，在该6轴力觉传感器中，多个应变计被安装于臂部和挠性件，而该臂部和挠性件在有外力作用于芯部时变形，使用这些应变计来检测外力的6个分量。
在这样的力觉传感器中，需要通过导线等将这些应变计相互连接，从而构成桥接电路。然而，这些应变计被设置在呈细长的构造体的臂部和挠性件等之上。因此，用于将这些应变计与导线连接的电极较为密集，其结果是，存在焊接等布线作业变得困难的问题。
此外，在这样的力觉传感器中，为了调整桥接电路中的电阻平衡，将薄膜电阻安装在应变计的附近。但是，如果将薄膜电阻等特性会随变形而发生变化的元件安装在臂部或挠性件上，则当外力作用于应变体时，元件的特性会发生变化，其结果是，存在力觉传感器的精度降低的问题。
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于实现一种能够适当地安装与应变计连接的电极或元件的应变体，以及实现具有这种应变体的力觉传感器。
用于解决问题的手段
本发明的一个实施方式所涉及的力觉传感器是包括具有因外力而变形的变形部的应变体和安装于该变形部的应变计的力觉传感器，其采用了以下结构。即，所述应变体具有从所述变形部朝向与所述变形部的长度方向交叉的方向突出的突出部。
本发明的一个实施方式所涉及的应变体是具有因外力而变形的变形部的应变体，其与实施方式1所涉及的力觉传感器相同，采用以下的结构。即，所述应变体具有从所述变形部朝向与所述变形部的长度方向交叉的方向突出的突出部。
发明的效果
根据本发明，能够实现将与应变计连接的元件适当地安装于应变体的力觉传感器。
附图说明
图1是示出本发明的一个实施方式所涉及的力觉传感器所具有的应变体的结构的立体图。
图2是示出图1的应变体的正面的一部分的俯视图。
图3是示出图1的应变体的背面的一部分的俯视图。
图4是通过包含安装在图1的应变体的臂部的正面内周侧及背面内周侧的应变计而构成的桥接电路的电路图。
图5是通过包含安装在图1的应变体的臂部的正面外周侧及背面外周侧的应变计而构成的桥接电路的电路图。
图6是示出本发明的一个实施例所涉及的力觉传感器所具有的应变体的各部分的尺寸的俯视图。
图7是示出当朝向x轴正方向的外力作用于芯部时，在图6的应变体中产生的应力的分布的图。
图8是示出当朝向y轴正方向的外力作用于芯部时，在图6的应变体中产生的应力的分布的图。
图9是示出当朝向z轴正方向的外力作用于芯部时，在图6的应变体中产生的应力的分布的图。
图10是示出当绕x轴的力矩作用于芯部时，在图6的应变体中产生的应力的分布的图。
图11是示出当绕y轴的力矩作用于芯部时，在图6的应变体中产生的应力的分布的图。
图12是示出当绕z轴的力矩作用于芯部时，在图6的应变体中产生的应力的分布的图。
图13是示出当朝向x轴正方向的外力作用于芯部时，在比较例所涉及的应变体中产生的应力的分布的图。
图14是示出当朝向y轴正方向的外力作用于芯部时，在比较例所涉及的应变体中产生的应力的分布的图。
图15是示出当朝向z轴正方向的外力作用于芯部时，在比较例所涉及的应变体中产生的应力的分布的图。
图16是示出当绕x轴的力矩作用于芯部时，在比较例所涉及的应变体中产生的应力的分布的图。
图17是示出当绕y轴的力矩作用于芯部时，在比较例所涉及的应变体中产生的应力的分布的图。
图18是示出当绕z轴的力矩作用于芯部时，在比较例所涉及的应变体中产生的应力的分布的图。
图19是示出在比较例所涉及的应变体的臂部中产生的应力的分布的图。
图20是示出在接合宽度W为0.5mm的图6的应变体中，在臂部产生的应力的分布的图。
图21是示出在接合宽度W为1.0mm的图6的应变体中，在臂部产生的应力的分布的图。
图22是示出在接合宽度W为1.5mm的图6的应变体中，在臂部产生的应力的分布的图。
图23是示出在接合宽度W为2.0mm的图6的应变体中，在臂部产生的应力的分布的图。
图24是示出在接合宽度W为2.5mm的图6的应变体中，在臂部产生的应力的分布的图。
图25是示出在接合宽度W为3.0mm的图6的应变体中，在臂部产生的应力的分布的图。
图26是示出在接合宽度W为3.5mm的图6的应变体中，在臂部产生的应力的分布的图。
图27是示出在接合宽度W为4.0mm的图6的应变体中，在臂部产生的应力的分布的图。
图28是示出电阻元件的第一结构例的俯视图及侧视图。
图29是示出电阻元件的第一结构例的俯视图及侧视图。
图30是示出电阻元件的第二结构例的俯视图及侧视图。
图31是示出电阻元件的第二结构例的俯视图和侧视图。
图32是示出调整前的电阻元件的第三结构例的俯视图。
图33是示出调整后的电阻元件的第三结构例的俯视图。
图34是示出调整前的电阻元件的第四结构例的俯视图。
图35是示出调整后的电阻元件的第四结构例的俯视图。
图36是示出调整前的电阻元件的第五结构例的俯视图。
图37是示出调整后的电阻元件的第五结构例的俯视图。
图38是示出调整前的电阻元件的第六结构例的俯视图。
图39是示出调整后的电阻元件的第六结构例的俯视图。
具体实施方式
力觉传感器的结构
参照图1～图5说明本发明的一个实施方式的力觉传感器1的结构。
力觉传感器1是6轴力传感器，具有：应变体11；应变计组12，其由24个应变计组成；电极组13，其由48个电极构成；电阻元件组14，其由24个电阻元件构成；以及桥接电路组15，其由6个桥接电路构成。此处，6轴力传感器是指能够检测外力的x轴方向分量、y轴方向分量、z轴方向分量、绕x轴的力矩分量、绕y轴的力矩分量、以及绕z轴的力矩分量的力觉传感器。另外，应变体11被配置为使得两个主面与xy平面平行，并且应变体11的z轴正方向侧的主面被称为“正面”，并且应变体11的z轴负方向侧的主面被称为“背面”。
图1是力觉传感器1所具有的应变体11的立体图。应变体11是由具有弹性的材料构成的构造体，如图1所示，具有芯部111、包围芯部111的框架部112、连接芯部111和框架部112的臂部113a～113c。作为应变体11的材料，例如可以列举出铝合金、合金钢、不锈钢等。另外，作为应变体11的加工方法，例如可以列举出NC(Numerical Control，数字控制)加工等。另外，在框架部112被固定的状态下，当外力作用于芯部111时，在臂部113a～113c产生与该外力对应的应变。因此，芯部111也可以被称为“受力部”，框架部112也可以被称为“固定部”。
芯部111的形状没有特别限定，但在本实施方式中，芯部111的形状采用底面大致为六边形的柱形(即，大致六棱柱形状)。另外，框架部112的形状没有特别限定，但在本实施方式中，框架部112的形状采用底面从大致圆形挖出大致六边形的形状的筒形。将芯部111容纳在框架部112中，使得芯部111的6个侧面111a～111f分别与框架部112的6个内侧面112a～112f相对。
另外，臂部113a～113c的形状没有特别限定，但在本实施方式中，作为臂部113a～113c的形状采用底面为大致长方形的柱形(即，大致四棱柱形状)。另外，臂部113a～113c的个数没有特别限定，但在本实施方式中，臂部113a～113c的个数为3。臂部113a从芯部111在xy平面内沿y轴负方向延伸，连接芯部111的侧面111a和框架部112的内侧面112a。另外，臂部113b从芯部111在xy平面内从v轴负方向向-120°(顺时针方向120°)的方向延伸，连接芯部111的侧面111b和框架部112的内侧面112b。此外，臂部113c从芯部111在xy平面内从y轴负方向向+120°(逆时针方向120°)的方向延伸，连接芯部111的侧面111c和框架部112的内侧面112c。
框架部112形成有沿z轴方向贯通框架部112的贯通孔114a～114c。贯通孔114a形成为位于臂部113a与框架部112的连接点附近且贯通孔114a的长度方向与臂部113a的延伸方向正交。此外，贯通孔114b形成为位于臂部113b与框架部112的连接点附近且贯通孔114b的长度方向与臂部113b的延伸方向正交。另外，贯通孔114c形成为位于臂部113c与框架部112的连接点附近且贯通孔114c的长度方向与臂部113c的延伸方向正交。因此，能够在臂部113a～113c产生与外力对应的应变。
以下，将框架部112中的、在贯通孔114a的内周侧与臂部113a连接的区域称为挠性件115a。此外，将框架部112中的、在贯通孔114b的内周侧与臂部113b连接的区域称为挠性件115b。将框架部112中的、在贯通孔114c的内周侧与臂部113c连接的区域称为挠性件115c。
图2是示出臂部113a的正面的一部分(图1所示的圆周α的内部)的俯视图。如图2所示，臂部113a的正面安装有4个应变计12a1～12a4。作为应变计12a1～12a4，例如可以使用被绝缘体膜(例如聚酰亚胺膜、环氧膜等树脂膜)包覆的导体薄膜(例如Cu-Ni基合金薄膜、Ni-Cr基合金薄膜等金属薄膜)或半导体薄膜的物体。作为应变计12a1～12a4的安装方法，可以列举出粘接法、真空蒸镀法、溅射法等。
这4个应变计12a1～12a4中，正面内周侧(芯部111侧)的2个应变计12a1、12a2分别在xy平面中以长度方向与臂部113a的延伸方向平行的方式配置。另一方面，正面外周侧(框架部112侧)的2个应变计12a3、12a4分别在xy平面中以长度方向与臂部113a的延伸方向形成45°的方式配置。
两个电极13a1、13a2连接至应变计12al。在应变计12a1和电极13a2之间的布线处插入有电阻元件14a1(所谓在A和B之间的布线处插入电阻元件，是指该布线分为A侧和B侧，电阻元件的一端与A侧的布线连接，电阻元件的另一端与B侧的布线连接。以下相同)。此外，两个电极13a3、13a4连接至应变计12a2。在应变计12a2和电极13a4之间的布线处插入有电阻元件14a2。此外，两个电极13a5、13a6连接至应变计12a3。在应变计12a3和电极13a5之间的布线处插入有电阻元件14a3。此外，两个电极13a7、13a8连接至应变计12a4。在应变计12a4和电极13a7之间的布线处插入有电阻元件14a4。因此，在臂部113a的正面，除了4个应变计12a1～12a4之外，还安装有8个电极13a1～13a8和4个电阻元件14a1～14a4。另外，作为电极13a1～13a8、电阻元件14a1～14a4以及连接它们的布线图案的安装方法，例如可以列举出溅射法。
图3是示出臂部113a的背面的一部分(图1所示的圆周β的内部)的俯视图。如图3所示，在臂部113a的背面安装有4个应变计12a5～12a8。作为应变计12a5～12a8，与应变计12a1～12a4相同，例如可以使用被绝缘体膜包覆的导体薄膜或半导体薄膜的物体。作为应变计12a5～12a8的安装方法，与应变计12a1～12a4的安装方法相同，可以列举出粘接法、真空蒸镀法、溅射法等。
在这4个应变计12a5～12a8中，背面内周侧的2个应变计12a5、12a6分别在xy平面中以长度方向与臂部113a的延伸方向平行的方式安装，并且与安装在正面内周侧的2个应变计12a1、12a2一起构成桥接电路。另一方面，背面外周侧的2个应变计12a7、12a8分别在xy平面中以长度方向与臂部113a的延伸方向形成45°的方式安装，并且与安装在正面外周侧的2个应变计12a3、12a4一起构成桥接电路。
两个电极13a9、13a10连接至应变计12a5。在应变计12a5和电极13a10之间的布线处插入有电阻元件14a5。此外，两个电极13a11、13a12连接至应变计12a6。在应变计12a6和电极13a12之间的布线处插入有电阻元件14a6。此外，两个电极13a13、13a14连接至应变计12a7。在应变计12a7和电极13a13之间的布线处插入有电阻元件14a7。此外，两个电极13a15、13a16连接至应变计12a8。在应变计12a8和电极13a15之间的布线处插入有电阻元件14a8。因此，在臂部113a的背面，除了4个应变计12a5～12a8之外，还安装有8个电极13a9～13a16和4个电阻元件14a5～14a8。另外，作为电极13a9～13a16、电阻元件14a5～14a8以及用于连接它们的布线图案的安装方法，例如可以列举出溅射法。
这样，臂部113a分别在正面和背面设置有4个应变计、8个电极和4个电阻元件。臂部113b也与臂部113a相同，分别在正面和背面设置有4个应变计、8个电极和4个电阻元件。此外，臂部113c也与臂部113a相同，分别在正面和背面设置有4个应变计、8个电极和4个电阻元件。因此，应变体11中包含共计24个应变计、共计48个电极和共计24个电阻元件。上述应变计组12是指这24个应变计的集合，上述电极组13是指这48个电极的集合，上述电阻元件组14是指这24个电阻元件的集合。
图4是桥接电路15a1的电路图，该桥接电路15a1通过包含安装在臂部113a的正面内周侧的2个应变计12a1、12a2和臂部113a的背面内周侧的2个应变计12a5、12a6而构成。桥接电路15a1通过用导线等连接以下电极来实现。
·应变计12a1的电极13a1和应变计12a6的电极13a11；
·应变计12a2的电极13a3和应变计12a5的电极13a9；
·应变计12a1的电极13a2和应变计12a5的电极13a10；
·应变计12a2的电极13a4和应变计12a6的电极13a12。
在桥接电路15a1中，如图4所示，在A点和B点之间施加基准电压V基准时的C点和D点之间的电压Vo成为输出电压。在此，A点是指应变计12a1的电极13a1和应变计12a6的电极13a11的中间点。此外，B点是指应变计12a2的电极13a3和应变计12a5的电极13a9之间的中间点。此外，C点是指应变计12a1的电极13a2和应变计12a5的电极13a10的中间点。此外，D点是指应变计12a2的电极13a4和应变计12a6的电极13a12的中间点。桥接电路15a1中包含的电阻元件14a1、14a2、14a5、14a6用于桥接电路15a1的电阻平衡的调整。
图5是桥接电路15a2的电路图，该桥接电路15a2通过包含安装在臂部113a的正面外周侧的2个应变计12a3、12a4和臂部113a的背面外周侧的2个应变计12a7、12a8而构成。桥接电路15a2通过用导线等连接以下的电极来实现。
·应变计12a3的电极13a5和应变计12a8的电极13a15；
·应变计12a4的电极13a7和应变计12a7的电极13a13；
·应变计12a7的电极13a14和应变计12a8的电极13a16；
·应变计12a3的电极13a6和应变计12a4的电极13a8。
在桥接电路15a2中，如图5所示，在E点和F点之间施加基准电压V基准时的G点和H点之间的电压Vo为输出电压。在此，E点是指应变计12a3的电极13a5和应变计12a8的电极13a15之间的中间点。此外，F点是指应变计12a4的电极13a7和应变计12a7的电极13a13的中间点。此外，G点是指应变计12a7的电极13a14和应变计12a8的电极13a16的中间点。此外，H点是指应变计12a3的电极13a6和应变计12a4的电极13a8的中间点。桥接电路15a2中包含的电阻元件14a3、14a4、14a7、14a8用于桥接电路15a2的电阻平衡的调整。
以这种方式，设置于臂部113a的4个应变计、8个电极和4个电阻元件构成两个桥接电路。设置于臂部113b的4个应变计、8个电极和4个电阻元件也与设置于臂部113a的4个应变计、8个电极和4个电阻元件同样地构成两个桥接电路。此外，设置于臂部113c的4个应变计、8个电极和4个电阻元件也与设置于臂部113a的4个应变计、8个电极和4个电阻元件同样地构成2个桥接电路。因此，应变体11包括总共6个桥接电路。上述桥接电路组15是指这6个桥接电路的集合。另外，在不需要调整构成桥接电路组15的各桥接电路中的电阻平衡的情况下，可以省略电阻元件组14。
力觉传感器的特征
再次参照图1～图3说明力觉传感器1的特征。
力觉传感器1的特征在于，应变体11具有突出部。突出部形成为：在应变体11中，从当外力作用于芯部111时产生变形的部分(以下也称为“变形部”)朝向在xy平面内与变形部的长度方向交叉的方向突出。这样的突出部与变形部邻接。因此，能够适当地作为用于安装与安装在变形部上的元件(例如应变计)连接的元件的一部分或全部(例如，电极和电阻元件的一者或两者)的空间而使用。此外，尽管这样的突出部与变形部邻接，但是其与变形部相比难以产生变形。因此，能够特别适当地作为用于安装与安装于变形部的元件(例如，应变计)相连接且特性随变形而变化的元件(例如，电阻元件)的空间而使用。
在本实施方式所涉及的力觉传感器1中，相当于上述变形部的部分是臂部113a～113c以及挠性件115a～115c。因此，如图1所示，本实施方式的力觉传感器1的应变体11具有从臂部113a～113c突出的突出部116a1～116c2以及从挠性件115a～115c突出的突出部117a1～117c4。
参照图2及图3说明从臂部113a突出的突出部116a1、116a2。
突出部116a1是从臂部113a的中央部向x轴负方向突出的部分，突出部116a1的突出方向(x轴负方向)与臂部113a的长度方向(y轴方向)交叉(在图示的示例中为正交)。突出部116a2是从臂部113a的中央部向x轴正方向突出的部分，突出部116a2的突出方向(x轴正方向)与臂部113a的长度方向(y轴方向)交叉(在图示的示例中为正交)。突出部116a1、116a2分别具有颈部116a11、116a21和头部116a12、116a22。颈部116a11、116a21的一端分别与臂部113a连接，颈部116a11、116a21的另一端分别与头部116a12、116a22连接。颈部116a11、116a21的宽度(沿臂部113a的长度方向测量的宽度)比头部116a12、116a22的宽度(沿着臂部113a的长度方向测量的宽度)更窄。因此，即使臂部113a产生变形，突出部116a1、116a2(特别是头部116a12、116a22)也难以进一步产生变形。
如图2所示，在突出部116a1的正面安装有连接至应变计12a1的电极13a2和电阻元件14a1、以及连接至应变计12a3的电极13a5和电阻元件14a3。此外，如图3所示，在突出部116a1的背面安装有连接至应变计12a6的电极13a12和电阻元件14a6、以及连接至应变计12a8的电极13a15和电阻元件14a8。另一方面，如图2所示，在突出部116a2的正面安装有连接至应变计12a2的电极13a4和电阻元件14a2、以及连接至应变计12a4的电极13a7和电阻元件14a4。此外，如图3所示，在突出部116a2的背面安装有连接至应变计12a5的电极13a10和电阻元件14a5、以及连接至应变计12a7的电极13a13和电阻元件14a7。
这样，在本实施方式所涉及的力觉传感器1中，能够将电极13a1～13a16的一部分安装于突出部116a1、116a2。因此，电极13a1～13a16的密集度降低。因此，能够得到对电极13a1～13a16的布线作业(例如焊接作业)变得容易的效果。另外，在本实施方式所涉及的力觉传感器1中，能够将电阻元件14a1～14a8安装于突出部116a1、116a2。因此，抑制了由臂部113a的变形而引起的电阻元件14a1～14a8的电阻值的变化。因此，能够得到以下效果，即抑制由电阻元件14a1～14a8的电阻值的变化引起的力觉传感器1的精度降低。
另外，突出部116a1、116a2的颈部116a11、116a21的宽度(沿臂部113a的长度方向测量的宽度)优选为臂部113a的长度L的1/2以下。
参照图2及图3说明从挠性件115a突出的突出部117a1～117a4。
突出部117a1、117a2是从挠性件115a向y轴正方向突出的部分，突出部117a1、117a2的突出方向(y轴正方向)与挠性件115a的长度方向(x轴方向)交叉(在图示的示例中为正交)。突出部117a1的突出起点比臂部113a更靠近x轴负方向侧，突出部117a2的突出起点比臂部113a更靠近x轴正方向侧。突出部117a1、117a2分别具有颈部117a11、117a21和头部117a12、117a22。颈部117a11、117a21的一端分别与挠性件115a连接，颈部117a11、117a21的另一端分别与头部117a12、117a22连接。颈部117a11、117a21的宽度比头部117a12、117a22的宽度更窄。因此，即使挠性件115a产生变形，突出部117a1、117a2(特别是头部117a12、117a22)也难以进一步产生变形。
突出部117a3、117a4是从挠性件115a向y轴负方向突出的部分，突出部117a3、117a4的突出方向(y轴负方向)与挠性件115a的长度方向(x轴方向)交叉(在图示的示例中为正交)。突出部117a3的突出起点比臂部113a更靠近x轴负方向侧，突出部117a4的突出起点比臂部113a更靠近x轴正方向侧。突出部117a3、117a4分别具有颈部117a31、117a41和头部117a32、117a42。颈部117a31、117a41的一端分别与挠性件115a连接，颈部117a31、117a41的另一端分别与头部117a32、117a42连接。颈部117a31、117a41的宽度比头部117a32、117a42的宽度更窄。因此，即使挠性件115a产生变形，突出部117a3、117a4(特别是头部117a32、117a42)也难以进一步产生变形。
也可以将应变计安装于挠性件115a。在这种情况下，可以将与应变计连接的电极的一部分安装于突出部117a1～117a4。此外，在这种情况下，可以将与应变计连接的电阻元件安装于突出部117a1～117a4。因此，也可以通过将突出部117a1～117a4设置于挠性件115a来获得与将突出部116a1、116a2设置于臂部113a所得到的效果相同的效果。
另外，在本实施方式中，采用了设置有突出部的变形部为臂部113a～113c和挠性件115a～115c两者的结构，但本发明并不限定于此。例如，可以采用设置有突出部的变形部是臂部113a～113c和挠性件115a～115c中的一者的结构，即，可以采用设置有突出部的变形部仅为臂部113a～113c的结构，或者，也可以采用设置有突出部的变形部仅为挠性件115a～115c的结构。此外，也可以省略挠性件115a～115c。在这种情况下，设置有突出部的变形部仅为臂部113a～113c。
应变体中产生的应力的分布
参照图6～图27说明当外力作用于芯部时，在应变体中产生的应力的分布。在此，对俯视时框架部的外径为55mm的力觉传感器(φ55mm力觉传感器)的应变体示出了使用了3DCAD的模拟的结果。
图6是示出作为实施例的应变体的各部分的尺寸的俯视图。将从该应变体中省略了突出部的部分作为比较例。
图7～图12分别是示出实施例所涉及的应变体的应力分布的图。图7示出了当朝向x轴正方向的外力Fx+作用于芯部时，在实施例所涉及的应变体中产生的应力的分布。图8示出了当朝向y轴正方向的外力Fy+作用于芯部时，在实施例所涉及的应变体中产生的应力的分布。图9示出了当朝向z轴正方向的外力Fz+作用于芯部时，在实施例所涉及的应变体中产生的应力的分布。图10示出了当绕x轴的力矩Mx+作用于芯部时，在实施例所涉及的应变体中产生的应力的分布。图11示出了当绕y轴的力矩My+作用于芯部时，在实施例所涉及的应变体中产生的应力的分布。图12示出了当绕z轴的力矩Mz+作用于芯部时，在实施例所涉及的应变体中产生的应力的分布。
图13～图18分别是示出比较例所涉及的应变体的应力分布的图。图13示出了当朝向x轴正方向的外力Fx+作用于芯部时，在比较例所涉及的应变体中产生的应力的分布。图14示出了当朝向y轴正方向的外力Fy+作用于芯部时，在比较例所涉及的应变体中产生的应力的分布。图15示出了当朝向z轴正方向的外力Fz+作用于芯部时，在比较例所涉及的应变体中产生的应力的分布。图16示出了当绕x轴的力矩Mx+作用于芯部时，在比较例所涉及的应变体中产生的应力的分布。图17示出了当绕y轴的力矩My+作用于芯部时，在比较例所涉及的应变体中产生的应力的分布。图18示出了当绕z轴的力矩Mz+作用于芯部时，在比较例所涉及的应变体中产生的应力的分布。
通过参照图7～图12，可以确认以下结果。即，在各突出部中不产生应力，或者即使产生应力，该应力也非常小。这意味着，即使外力作用于芯部，各突出部也不会发生变形，或者即使发生变形，该变形也非常小。由此，可以确认突出部适合作为用于安装特性随变形而变化的元件(例如电阻元件)的空间。
此外，通过比较图7～图12和图13～图18，可以确认以下结果。即，即使设置了突出部，臂部和挠性件中产生的应力也不会变化，或者即使产生变化，该变化量也非常小。因此，可以确认，力觉传感器的精度不会因为设置突出部而下降，或者即使产生了下降，该下降量也非常小。
接着，检查了当朝向x轴正方向的外力Fx+作用于芯部时，在臂部产生的应力的分布如何依存于突出部与臂部的接合宽度W(参照图6)。图19～图27是表示其结果的图。另外，在本实施方式中，突出部具有缩颈部，在该缩颈部与臂部接合的情况下，接合宽度W是该缩颈部的最窄部分的宽度。
图19示出了在比较例所涉及的应变体的臂部产生的应力的分布。图20示出了在接合宽度W为0.5mm的实施例所涉及的应变体中，在臂部产生的应力的分布。图21示出了在接合宽度W为1.0mm的实施例的应变体中，在臂部产生的应力的分布。图22示出了在接合宽度W为1.5mm的实施例所涉及的应变体中，在臂部产生的应力的分布。图23示出了在接合宽度W为2.0mm的实施例所涉及的应变体中，在臂部产生的应力的分布。图24示出了在接合宽度W为2.5mm的实施例所涉及的应变体中，在臂部产生的应力的分布。图25示出了在接合宽度W为3.0mm的实施例所涉及的应变体中，在臂部产生的应力的分布。图26示出了在接合宽度W为3.5mm的实施例所涉及的应变体中，在臂部产生的应力的分布。图27示出了在接合宽度W为4.0mm的实施例所涉及的应变体中，在臂部产生的应力的分布。另外，为了便于模拟，在接合宽度W为2.5mm以上的应变体中，在突出部不设置宽度窄的颈部和宽度宽的头部，而是使突出部的宽度一致。
通过参照图19～图27，可以确认以下结果。第一，在接合宽度W为4.0mm以下的情况下，换言之，在接合宽度W为臂部的长度L(8mm)的1/2以下的情况下，可以确认在突出部中存在不产生应力的部分。因此，在利用突出部作为用于安装特性随变形而变化的元件(例如电阻元件)的空间的情况下，臂部与突出部的接合宽度W优选为臂部的长度L的1/2以下。第二，在接合宽度W为1.0mm以下的情况下，换言之，在接合宽度W为臂部的长度L(8mm)的1/8以下的情况下，可以确认在臂部中产生的应力与在没有突出部的情况下相比几乎没有变化。因此，在力觉传感器1要求极高精度的情况下，臂部和突出部的接合宽度W优选为臂部长度L的1/8以下。
电阻元件的结构例
参照图28～图39说明属于电阻元件组14的各电阻元件的结构例。
图28和图29分别是示出电阻元件的第一结构例的俯视图及侧视图。
本结构所涉及的电阻元件由俯视形状为四边形(在图示的示例中为长方形)的薄膜电阻21构成。该电阻元件的电阻值的调整是通过切削薄膜电阻21的上面从而使使薄膜电阻21的厚度变薄来进行的。图28示出了调整前的电阻元件，图29示出了调整后的电阻元件。通过该调整，薄膜电阻21的截面积减小，因此电阻值上升。另外，可以通过变更切削薄膜电阻21的厚度来适当调整使电阻值上升到何种程度。
图30及图31分别是示出电阻元件的第二结构例的俯视图及侧视图。
本结构例所涉及的电阻元件与第一结构例所涉及的电阻元件相同，都是由俯视形状为四边形(在图示的示例中为长方形)的薄膜电阻21构成。该电阻元件的电阻值的调整是通过在薄膜电阻21的上面形成导体层22来进行的。图30示出了调整前的电阻元件，图31示出了调整后的电阻元件。通过该调整，薄膜电阻21的有效长度减小，因此电阻值降低。另外，可以通过变更导体层22的长度来适当调整使电阻值下降到何种程度。
图32和图33分别是示出电阻元件的第三结构例的俯视图。
本结构例所涉及的电阻元件由以下结构构成：(1)第一带状薄膜导体24a；(2)与第一带状薄膜导体24a平行配置的第二带状薄膜导体24b；(3)一端与第一带状薄膜导体24a连接、另一端与第二带状薄膜导体24b连接的多个带状薄膜电阻25。该电阻元件的电阻值的调整是通过切断带状薄膜电阻25中的个数来进行的。图32示出了调整前的电阻元件，图33示出了调整后的电阻元件。通过该调整，介于第一带状薄膜导体24a和第二带状薄膜导体24b之间的带状薄膜电阻25的个数减少，因此电阻值上升。另外，可以通过变更所切断的带状薄膜电阻25的个数来适当地调整使电阻值上升到何种程度。
图34和图35分别是示出电阻元件的第四结构例的平面俯视图。
本结构例所涉及的电阻元件由以下结构构成：(1)第一带状薄膜导体24a；(2)与第一带状薄膜导体24a平行配置的第二带状薄膜导体24b；(3)一端与第一带状薄膜导体24a连接、另一端与第二带状薄膜导体24b连接的带状薄膜电阻25；(4)一端开放、另一端连接到第二带状薄膜导体24b的多个带状薄膜电阻器26。该电阻元件的电阻值的调整是通过将带状薄膜电阻26通过焊接等与第一带状薄膜导体24a进行连接的个数来进行的。图34示出了调整前的电阻元件，图35示出了调整后的电阻元件。通过该调整，介于第一带状薄膜导体24a和第二带状薄膜导体24b之间的带状薄膜电阻26的个数增加，因此电阻值降低。另外，可以通过变更与第一带状薄膜导体24a连接的带状薄膜电阻26的个数来适当地调整使电阻值降低到何种程度。
图36和图37分别是示出电阻元件的第五结构例的俯视图。
本结构例所涉及的电阻元件由以下结构构成：(1)第一电极27；(2)第二电极28；(3)一端与第一电极27连接、另一端与第二电极28连接的贴片电阻29a。该电阻元件的电阻值的调整是通过以下操作进行的：(a)取下贴片电阻29a；(b)安装与贴片电阻29a电阻值不同的其他贴片电阻29b(一端与第一电极27连接，另一端与第二电极28连接)。图36示出了调整前的电阻元件，图37示出了调整后的电阻元件。在新贴片电阻29b的电阻值大于原贴片电阻29a的电阻值的情况下，通过该调整使电阻值上升。相反，在新贴片电阻29b的电阻值小于原贴片电阻29a的电阻值的情况下，通过该调整使电阻值降低。
图38和图39分别是示出电阻元件的第六结构例的俯视图。
本结构例所涉及的电阻元件由以下结构构成：(1)电极31；(2)一端与电极31连接的带状薄膜电阻32。电极31与连接有元件的电极33并排配置，带状薄膜电阻32与一端与电极33连接的带状薄膜导体34并排配置。该电阻元件的电阻值的调整是通过以下操作进行的：(a)通过焊接等使带状薄膜电阻32和带状薄膜导体34短路；(b)将元件从电极33取下；(c)将该元件安装于电极31。图38示出了调整前的电阻元件，图39示出了调整后的电阻元件。通过该调整，带状薄膜电阻32介于带状薄膜导体34和元件之间，因此电阻值上升。另外，通过改变使带状薄膜电阻32和带状薄膜导体34短路的部位，可以适当地调整使电阻值上升到何种程度。
总结
本发明的实施方式1所涉及的力觉传感器是包括具有因外力而变形的变形部的应变体和安装于该变形部的应变计的力觉传感器，其采用以下的结构。即，所述应变体具有从所述变形部朝向与所述变形部的长度方向交叉的方向突出的突出部。
根据上述结构，所述突出部接近所述变形部，并且即使所述变形部变形，所述突出部也难以变形。因此，根据上述结构，能够将与所述应变计连接的电极或电阻元件等适当地安装于所述突出部。
在本发明的实施方式2所涉及的力觉传感器中，除了方式1所涉及的力觉传感器的结构之外，还采用以下结构。即，所述应变体具有芯部、包围所述芯部并且包括挠性件的框架部、以及连结所述芯部和所述挠性件的臂部，所述变形部为所述臂部和所述挠性件中的一者或两者。
根据上述结构，所述突出部接近所述臂部或挠性件，并且，即使所述臂部或挠性件变形，所述突出部也难以变形。因此，根据上述结构，能够将与所述应变计连接的电极或电阻元件等适当地安装于所述突出部。
在本发明的实施方式3所涉及的力觉传感器中，除了方式1所涉及的力觉传感器的结构之外，还采用以下结构。即，所述应变体具有芯部、包围所述芯部的框架部、以及连接所述芯部和所述框架部的臂部，所述变形部是所述臂部。
根据上述结构，所述突出部接近所述臂部，并且，即使所述臂部变形，所述突出部也难以变形。因此，根据上述结构，能够将与所述应变计连接的电极或电阻元件等适当地安装于所述突出部。
本发明的实施方式4所涉及的力觉传感器，除了方式1～3中任一项所涉及的力觉传感器的结构之外，还采用以下的结构。即，在上述突出部安装与上述应变计连接的电极或电阻元件。
根据上述结构，在所述突出部安装有所述电极的情况下，能够容易地进行布线作业。此外，根据上述结构，在所述突出部安装有所述电阻元件的情况下，能够抑制随着所述电阻元件的特性变化而导致的力觉传感器的精度下降。
本发明的实施方式5所涉及的力觉传感器，除了方式1～4中的任一项所涉及的力觉传感器的结构之外，还采用以下结构。即，所述突出部具有颈部和头部，其中所述头部的宽度比所述颈部更宽，所述颈部的一端与所述变形部连接，所述颈部的另一端与所述头部连接。
根据上述结构，能够进一步抑制当变形部变形时可能产生的所述突出部的变形。
本发明的实施方式6所涉及的力觉传感器，除了方式1～5中任一项所涉及的力觉传感器的结构之外，还采用以下结构。即，所述突出部与所述变形部的接合宽度为所述变形部的长度的1/2以下。
根据上述结构，能够进一步抑制当变形部变形时可能产生的所述突出部的变形。
本发明的实施方式7所涉及的应变体是具有因外力而变形的变形部的应变体，其与实施方式1所涉及的力觉传感器相同，采用以下结构。即，所述应变体具有从所述变形部朝向与所述变形部的长度方向交叉的方向突出的突出部。
根据上述结构，所述突出部接近所述变形部，并且即使所述变形部变形，所述突出部也难以变形。因此，根据上述结构，能够将与安装于所述变形部的元件(例如应变计)连接的电极或元件(例如电阻元件)等适当地安装于所述突出部。
本发明不限于上述实施方式，在权利要求所示的范围内可以进行各种变更。将上述实施方式中包含的各个技术手段适当组合而得到的实施方式也包含在本发明的技术范围内。
附图标记说明
1 力觉传感器
11 应变体
111 部(受力部)
112 框架部(固定部)
113a～113c 臂部
114a～114c 贯通孔
115a～115c 挠性件
12 应变计组
13 电极组
14 电阻元件组
15 桥接电路组。

Claims (7)

1.一种力觉传感器，其特征在于，
所述力觉传感器包括具有因外力而变形的变形部的应变体，以及安装于所述变形部的应变计，
所述应变体具有从所述变形部朝向与所述变形部的长度方向交叉的方向突出的突出部。
2.根据权利要求1所述的力觉传感器，其特征在于，
所述应变体具有：芯部、包围所述芯部并且包含挠性件的框架部、以及连接所述芯部和所述挠性件的臂部；
所述变形部是所述臂部和所述挠性件中的一者或两者。
3.根据权利要求1所述的力觉传感器，其特征在于，
所述应变体具有：芯部、包围所述芯部的框架部、以及连接所述芯部和所述框架部的臂部；
所述变形部是所述臂部。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的力觉传感器，其特征在于，所述突出部安装有与所述应变计连接的电极或电阻元件。
5.根据权利要求1所述的力觉传感器，其特征在于，
所述突出部具有颈部和头部，所述头部的宽度比所述颈部更宽，
所述颈部的一端与所述变形部连接，所述颈部的另一端与所述头部连接。
6.根据权利要求1所述的力觉传感器，其特征在于，
所述突出部与所述变形部的接合宽度为所述变形部的长度的1/2以下。
7.一种应变体，其特征在于，
所述应变体具有因外力而变形的变形部，
所述应变体具有从所述变形部朝向与所述变形部的长度方向交叉的方向突出的突出部。
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