CN112236658B - 应变体、应变体的制造方法、以及物理量测量传感器 - Google Patents

Abstract

在通过臂部(20)～(22)将框部(11)和中央部(12)连接起来的结构的应变体(10)中，通过对除了配置有应变仪(A1)等的臂部(20)～(22)的其他部分进行掩蔽并进行喷丸处理，在臂部(20)～(22)的周面上形成压缩残留应力层。当应变体(10)受到来自外力的载荷时，臂部(20)～(22)发生弹性变形，但通过形成的压缩残留应力层，臂部(20)～(22)难以发生疲劳失效。只要通过进行投射材料的投射作为喷丸处理，臂部(20)～(22)的表面粗糙度增大，应变仪的粘贴性提高从而检测精度也提高，由此能够确保稳定的测量。

Description

应变体、应变体的制造方法、以及物理量测量传感器

技术领域

本发明涉及应变体以及具有该应变体的物理量测量传感器，尤其涉及通过提高抗疲劳失效性来确保长期的稳定使用的应变体、应变体的制造方法以及物理量测量传感器。

背景技术

以往，作为物理量测量传感器，存在力传感器、转矩传感器、测力传感器等这样的传感器。物理量测量传感器利用多个应变仪检测伴随着因来自外部的载荷(外力)而产生的弹性变形的应变，并且根据该检测结果，测量与外力和力矩等有关的物理量的数值。这样的物理量测量传感器一般包括因外力而发生弹性变形的金属制的应变体，并且通过在该应变体上配置多个应变仪来检测应变。另外，在下述专利文献1～5以及非专利文献1中公开了物理量测量传感器的各种具体例。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本国公开专利公报[日本特开2016-70673号公报]

专利文献2：日本国公开专利公报[日本特开2011-209178号公报]

专利文献3：日本国公开专利公报[日本特开平1-262430号公报]

专利文献4：日本国公开专利公报[日本特开2004-45044号公报]

专利文献5：日本国公开专利公报[日本特开平7-128167号公报]

非专利文献1：岩崎英丈、津村稔，《6轴力传感器的原理及应用》，第49届自动控制联合讲演会，系统控制信息学会等主办，2006年11月25日～26日

发明内容

发明所要解决的问题

如上所述，由于物理量测量传感器的结构是应变体因外力而发生弹性变形，因此如果长期持续使用，则在应变体的弹性变形部位会蓄积金属疲劳。因此，当蓄积的金属疲劳超过临界点时，存在应变体发生疲劳破坏的问题。另外，应变体一般是通过机械加工(例如切削加工)制作的，但根据设计规格等，会产生包括锐利的形状和角度小的拐角形状的部分。这样的部分在受到外力时容易产生应力集中的现象，在这样的应力集中部位，上述的疲劳失效有可能变得显著。

另外，被配置在应变体上的应变仪有时通过粘接剂粘贴。在通过粘贴安装了应变仪的情况下，根据应变体的弹性变形(压缩变形或拉伸变形等)的程度，有时粘接剂的层不能追随该弹性变形，因此在应变仪的粘贴部位与应变仪之间会产生滑动。当产生这样的滑动时，无法通过应变仪准确地检测到伴随弹性变形的应变，因此会产生测量精度下降的问题。

并且，在专利文献1中公开的应用于力传感器的应变体包括将中央部与框部连接的多个臂部。该应变体是具有介于框部与臂部之间的弹性部(弯曲件)的结构(参照专利文献1的第0019段和第0020段)，并且在各臂部配置多个应变仪(参照专利文献1的第0024段和第0025段以及图1等)。在专利文献1的图1～图3、图7～图10、图12以及图13所示的应变仪的配置方式中，存在难以检测到与在特定的方向上对臂部施加外力时的变形相关的应变的问题。具体而言，在专利文献1的图11中示出的Mz、Fx、Fy的方向上施加外力时，应变检测精度会存在问题。

本发明的一个方式是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供应变体、应变体的制造方法以及物理量测量传感器，提高了应变体对抗疲劳失效的强度(抗性)。

另外，本发明的一个方式的目的在于提供应变体、应变体的制造方法以及物理量测量传感器，在通过粘接剂等粘贴应变仪的情况下，提高了应变仪对弹性变形的追随性。

另外，本发明的一个方式的目的在于提供应变体、应变体的制造方法以及物理量测量传感器，在应变体的结构是具有弹性部且该弹性部通过臂部将中央部与框部连接并且该弹性部介于框部与臂部之间的情况下，即使臂部受到上述那样的特定的方向等的外力，也能够确保应变检测的精度。

解决问题的方案

为了解决上述课题，本发明的一个方式是一种应变体，其能够相对于载荷发生弹性变形，并且该应变体上配置有进行与伴随着变形的应变有关的检测的应变仪，并且该应变体的特征在于，在包括应变仪的配置部位的应变的产生范围内的应变部分处形成有残留应力层，该残留应力层具有负值的残留应力。

本发明的一个方式是一种应变体的制造方法，该应变体能够相对于载荷发生弹性变形，并且该应变体上配置有进行与伴随着变形的应变有关的检测的应变仪，该应变体的制造方法的特征在于，具有如下步骤：对在包括应变仪的配置部位的应变的产生范围内的、除了应变部分之外的其他部分进行掩蔽；以及执行将投射材料向掩蔽后的应变体进行透射的处理，通过使所述应变部分与投射材料发生碰撞，从而在所述应变部分处形成残留应力层，该残留应力层具有负值的残留应力，并且，按照使所述应变部分的表面粗糙度比其他部分粗糙的方式制造应变体。

发明效果

在本发明的一个方式中，由于在应变部分处形成了具有压缩残留应力的残留应力层，因此能够提高应变仪的检测部位即发生弹性变形的部分的抗疲劳失效性。由此，能够实现应用了本发明的一个方式的应变体的物理量测量传感器的长期使用的稳定化。

另外，在本发明的一个方式中，由于对除了应变部分以外的其他部分进行掩蔽并投射了投射材料，因此能够在未被掩蔽的应变部分处形成残留应力层。并且，与此同时，也能够增大应变部分的表面粗糙度。因此，能够高效地制造抗疲劳失效性较高并且利用粘接剂的锚固效果提高了粘贴型的应变计的变形追随性的应变体。

附图说明

图1示出了本发明的第1实施方式的力传感器，图1的(a)是正视图，图1的(b)是后视图。

图2示出了第1实施方式的力传感器，图2的(a)是侧视图，图2的(b)是图1的(a)中的A-A线剖视图。

图3是第1实施方式的力传感器的图1的(a)中的B-B线剖视图。

图4是本发明的第1实施方式的应变体的正视图。

图5是第1实施方式的应变体的后视图。

图6是示出正视侧的应变体的一个臂部上的应变仪的配置方式的放大配置图。

图7是示出后视侧的应变体的一个臂部上的应变仪的配置方式的放大配置图。

图8示出了掩蔽状态下的应变体，图8的(a)是正视图，图8的(b)是侧视图，图8的(c)是后视图。

图9是示出应变仪的电连接的方式的应变仪电路的电路图。

图10是示出进行应变仪电路的输出电压信号的处理的信号处理模块的主要的内部结构的框图。

图11的(a)～(f)是示出应变仪电路中包括的各桥接电路的检测结果的表。

图12示出了第1实施方式的变形例的应变体，图12的(a)是正视图，图12的(b)是后视图。

图13示出了第1实施方式的其他变形例的应变体，图13的(a)是正视图，图13的(b)是后视图。

图14示出了第1实施方式的变形例的掩蔽状态下的应变体，图14的(a)是正视图，图14的(b)是侧视图，图14的(c)是后视图。

图15示出了第1实施方式的其他变形例的掩蔽状态下的应变体，图15的(a)是正视图，图15的(b)是侧视图，图15的(c)是后视图。

图16示出了本发明的第2实施方式的力传感器，图16的(a)是正视图，图16的(b)是后视图。

图17示出了第2实施方式的力传感器，图17的(a)是侧视图，图17的(b)是图16的(a)中的C-C线剖视图。

图18的(a)是第2实施方式的力传感器的图16的(a)中的D-D线剖视图，图18的(b)是第2实施方式的力传感器的图16的(a)中的E-E线剖视图。

图19是第2实施方式的应变体，图19的(a)是正视图，图19的(b)是侧视图。

图20是第2实施方式的应变体的后视图。

图21示出了掩蔽状态下的第2实施方式的应变体，图21的(a)是正视图，图21的(b)是侧视图，图21的(c)是后视图。

图22示出了第2实施方式的变形例的掩蔽状态下的应变体，图22的(a)是正视图，图22的(b)是侧视图，图22的(c)是后视图。

图23示出了第2实施方式的其他变形例的掩蔽状态下的应变体，图23的(a)是正视图，图23的(b)是侧视图，图23的(c)是后视图。

图24示出了第3实施方式的应变体，图24的(a)是顶视图(俯视图)，图24的(b)是正视图，图24的(c)是后视图。

图25示出了掩蔽状态下的第3实施方式的应变体，图25的(a)是顶视图(俯视图)，图25的(b)是正视图，图25的(c)是后视图。

图26示出了第4实施方式的应变体，图26的(a)是顶视图(俯视图)，图26的(b)是正视图。

图27示出了掩蔽状态下的第4实施方式的应变体，图27的(a)是顶视图(俯视图)，图27的(b)是正视图，图27的(c)是仰视图。

图28示出了第5实施方式的应变体，图28的(a)是正视图，图28的(b)是(a)中的F-F线剖视图，图28的(c)是(a)中的G-G线剖视图。

图29示出了掩蔽状态下的第5实施方式的应变体，图29的(a)是正视图，图29的(b)是(a)中的F-F线剖视图，图29的(c)是(a)中的G-G线剖视图。

图30示出了第6实施方式的应变体，图30的(a)是正视图，图30的(b)是侧视图，图30的(c)是俯视图。

图31示出了掩蔽状态下的第6实施方式的应变体，图31的(a)是正视图，图31的(b)是侧视图，图31的(c)是俯视图。

图32示出了第7实施方式的应变体，图32的(a)是正视图，图32的(b)是仰视图，图32的(c)是(b)中的H-H线剖视图。

图33示出了掩蔽状态下的第7实施方式的应变体，图33的(a)是正视图，图33的(b)是仰视图。

具体实施方式

实施例1

图1～图3示出了本发明的第1实施方式的物理量测量传感器的具体例即力传感器1，图1的(a)是力传感器1的正视图，图1的(b)是后视图，图2的(a)是侧视图，图2的(b)是剖视图，图3是主要部分剖视图。图1等示出的力传感器1适用于工业用机器人臂。如图2的(a)所示，力传感器1是层积了圆盘状的3个部件后得到的结构。另外，如图2的(a)所示，力传感器1构成为：通过成为向机器人手安装一侧(相当于正视侧)的工作台块2和成为向机器人臂安装一侧(相当于后视侧)的基座块6来夹持本发明的第1实施方式的应变体10。

对图1和图2等中示出的X轴、Y轴以及Z轴进行说明，X轴是与力传感器1的水平方向(横向)平行的轴。与X轴正交的Y轴是与力传感器1的垂直方向(高度方向)平行的轴。与X轴和Y轴正交的Z轴是与力传感器1的厚度方向平行的轴(以下相同)。本实施方式的力传感器1通过应变体10具有的多个应变仪所进行的应变的检测，能够测量X、Y、Z轴的各轴的外力以及围绕各轴产生的力矩的数值(力传感器1相当于6轴力传感器)。

如图1的(a)所示，工作台块2在从正视侧观察时是圆形，并且在与正视侧对应的平坦的表面2a上开设有多个孔。详细而言，工作台块2在圆形的中心附近，以相对于高度方向的中心线Y1对称的正三角形的配置穿设有螺栓孔3a、3b、3c(具有锪孔部并且供螺栓通过的贯通孔)。并且，工作台块2以相对于中心线Y1对称的倒正三角形的配置形成定位孔4a、4b、4c(具有配合公差的贯通孔)。并且，工作台块2在外周附近以成为倒正三角形的配置形成有手部安装螺纹孔5a、5b、5c(具有内螺纹的孔)，这些手部安装螺纹孔5a、5b、5c被用于向机器人手的安装中。

另外，工作台块2在成为上述那样的表面2a的相反侧的背面2b上，在具有上述螺栓孔3a～3c和定位孔4a～4c的中心部2d的周围形成环状的槽部2c(参照图1和图2的(b))。由于槽部2c的外周轮廓的厚度(沿Z轴方向的尺寸)比中心部2d稍短，因此中心部2d是稍微突出的形状。由此，在组装有力传感器1的状态下，工作台块2的中心部2d的背面2b与应变体10的正面10a接触。

另一方面，如图1的(b)所示，基座块6在后视时也是圆形。基座块6按照在与后视侧对应的平坦的表面6a的外周附近成为倒正三角形的配置的方式形成有臂安装螺纹孔7a、7b、7c(具有内螺纹的孔)。基座块6的这些臂安装螺纹孔7a、7b、7c被用于向机器人臂的安装中。另外，如图2的(b)所示，成为表面6a的相反侧的背面6b上也形成有将中心附近挖空的空洞部6c。背面6b在外周附近以成为正三角形的配置的方式设置有螺纹孔8a、8b、8c(具有内螺纹的孔)。并且，背面6b以与各螺纹孔8a～8c相邻的方式形成有定位孔9a～9c(参照图1的(b)中虚线所示的各孔)。另外，为了尽量不损害所适用的工业用机器人臂的可搬运质量，这样的工作台块2和基座块6由轻量的金属材料(例如铝系的材料)制作。

图4和图5示出了本发明的第1实施方式的应变体10的正面和背面。如图2的(a)所示，应变体10是厚度方向的尺寸(沿Z轴方向的尺寸)比上述工作台块2和基座块6小的板状的部件，并且当从正面和背面观察时，周围轮廓呈圆形。应变体10具有外周侧的框部11、以隔着空间的方式位于框部11中的中央部12、以及将框部11和中央部12连接起来的共3个臂部20、21、22。另外，在该实施例中，臂部20～22被包括在伴随弹性变形的应变的产生范围内的应变部分中。

臂部20～22从应变体10的中心朝向外侧呈放射状延伸，并且在外周是圆形的应变体10的圆周方向上以120度的间隔配置。这样的各臂部20～22在结构上相对于框部11和中央部12的刚性较低，各臂部20～22相对于来自外部的载荷或力矩会发生弹性变形。

中央部12是正六边形的外周形状，在其内部具有成为正三角形的配置的螺纹孔13a、13b、13c(具有内螺纹的孔)，并且形成倒三角形配置的定位孔14a、14b、14c(具有配合公差的贯通孔)。螺纹孔13a～13c与上述的工作台块2的螺栓孔3a～3c对应，定位孔14a～14c与上述的工作台块2的定位孔4a～4c对应。另外，外形是六边形的中央部12在与定位孔14a、14b、14c接近并对应的外周边部12c、12d、12e的中央部位处与臂部20、21、22相连接。

框部11的外周轮廓是圆形，内周轮廓是将上述中央部12的轮廓相似地放大后的六边形。另外，框部11在其内部具有成为正三角形的配置的螺栓孔18a、18b、18c，并且以与各螺栓孔18a～18c相邻的方式形成定位孔19a～19c。螺栓孔18a～18c与上述基座块6的螺纹孔8a～8c对应，定位孔19a～19c与上述基座块6的定位孔9a～9c对应。

另外，框部11在与上述中央部12的外周边部12c、12d、12e相对的内周边部11c、11d、11e的中央部位处与臂部20、21、22相连接。由于存在这样的臂部20、21、22，因此框部11与中央部12之间的空间被分割成3个，从而产生第1空间部15、第2空间部16、以及第3空间部17。并且，框部11按照与连接有各臂部20～22的部位相对的方式，一共形成3个贯通部25、26、27(相当于第1贯通部)。这些贯通部25～27是沿着六边形状的内周的内周边部11c、11d、11e的直线形状，并且尺寸与内周边部11c、11d、11e的边长相等或稍长。宽度被设定成是长度尺寸的大约1/8～1/5左右的范围内的数值(在本实施方式被设定成大约1/6.5)。

在应变体10中，由于在框部11上形成有上述贯通部25～27，因此抑制了臂部20～22在延伸方向上的可变形性，从而能够容易地对伴随着延伸方向以外的臂部20～22的弹性变形的应变进行检测。

可弹性变形的臂部20～22的每一个与图4所示的应变体10的正视侧相对应的臂部表面20a、21a、22a上都成组地配置有共4个应变仪(C1～C4、B1～B4、A1～A4)。并且，臂部20～22的每一个与图5所示的应变体10的后视侧相对应的臂部背面20b、21b、22b上都成组地配置有共4个应变仪C1’～C4’、B1’～B4’、A1’～A4’。

这样的应变仪A1～C4’进行与伴随着臂部20～22的弹性变形的应变有关的检测，并且根据臂部20～22发生变形时的电阻的变化检测应变。应变仪A1～C4’的各应变仪的电阻值会由于臂部的变形而发生变化，因此根据伴随着后述的图9所示的桥接电路中的电阻值的变化的输出电压的变化来检测应变。另外，应变仪A1～C4’的检测都具有检测方向，并且通过将该检测方向配置成所需的朝向来进行与臂部20～22的弯曲和剪切等的应变相应的检测(参照后述的图6、图7的说明)。

应变仪A1～C4’是以Cu-Ni为原材料，通过具有挠性的树脂薄膜(聚酰亚胺和环氧类树脂)以包含布线图案的方式覆盖金属薄膜后形成。另外，应变仪A1～C4’的原材料并不限于上述原材料，除此之外，也可以使用Cu、Ni、Al、Ti、Cr、Ge、Ni-Cr、Si半导体、Cr-O以及Cr-N等作为原材料。另外，在本实施方式中使用的应变仪A1～C4’是在应变仪用的基材上应变仪原材料成膜的类型的应变仪。

图6是以与Y轴方向平行的臂部21为例示出了与应变体10的正视侧对应的臂部表面上的应变仪的配置方法的图。臂部21的臂部表面21a(相当于臂部的一个面)上配置有应变仪B1～B4。臂部21按照相对于中心线Y10(在臂部表面21a上与Y轴平行且通过应变体10的中心的线)线对称的方式配置有应变仪B1～B4，该中心线Y10沿着与将中央部12和框部11相连接的方向对应的延伸方向。

具体而言，作为1组的共4个应变仪B1～B4中的应变仪B1和B2(相当于第1应变仪和第2应变仪)按照它们的检测方向K1和K2与中心线Y10平行的方式配置在中央部12的侧部。另外，在图6中，在应变仪B1的左侧横向上下配置的四边形的部件是用于与应变仪B1进行电连接的连接部B1a和B1b(正和负的连接部)。在连接部B1a和B1b上连接有引线(未图示)(在图6中示出的其他应变仪B2～B4附近的四边形的部件也相同)。

另外，一共4个应变仪B1～B4中的应变仪B3和B4(相当于第3应变仪和第4应变仪)按照它们的检测方向K3和K4相对于中心线Y10倾斜以向中央部12的方向逐渐扩展的方式配置在框部11的侧部。另外，在本实施方式中，检测方向K3和K4相对于中心线Y10成45度的角度。上述的配置方式是以臂部21的臂部表面21a上的应变仪B1～B4为例进行说明的。但对于臂部20的臂部表面20a上的应变仪C1～C4和臂部22的臂部表面22a上的应变仪A1～A4的配置也是同样。

与图6的情况相同，图7是以与Y轴方向平行的臂部21为例示出了与应变体10的后视侧对应的臂部背面上的应变仪的配置方式的图。图7所示的配置是以中心线Y11(臂部背面的与图6所示的中心线Y10对应的中心线)为中心将图6所示的配置方式反转后的配置。

即，将一共4个应变仪B1'～B4'中的应变仪B1'和B3'按照线对称的方式配置在中心线Y11的右侧，将应变仪B2'和B4'配置在左侧。并且在此基础上，应变仪B1'和B2'(相当于第1应变仪和第2应变仪)按照各检测方向K1和K2与中心线Y11平行的方式被配置在中央部12的侧部。并且，应变仪B3'和B4'(相当于第3应变仪和第4应变仪)按照各检测方向K3和K4相对于中心线Y11倾斜以向中央部12的方向逐渐扩展的方式地被配置在框部11的侧部。另外，倾斜的角度与图6的情况相同都是45度。

另外，与图6所示的情况相同，图7所示的各应变仪B1'等旁边示出的四边形的部件是电连接部。另外，上述的配置方式是以臂部21的臂部背面21b上的应变仪B1'～B4'为例进行说明的。但是，剩下的臂部20的臂部背面20b上的应变仪C1'～C4'以及臂部22的臂部背面22b上的应变仪A1'～A4'的配置也与上述相同。

图8的(a)～(c)示出了在制造工艺(相当于本发明的第1实施方式的应变体的制造方法)中的表面处理工序中，对应变仪A1～C4'的配置对象即应变体10进行遮蔽的状态。应变体10本身是以轻量的可弹性变形的金属材料为原材料，例如，通过机械加工对铝系的材料(A5052等)和不锈钢系的材料(SUS304等)进行切削，从而形成上述图4、图5等所示的形状。

但是，如果只进行机械加工(切削加工)，在加工品(完成前的应变体10)的周缘等处会产生毛刺等，并且形状上成为拐角部的部分(角部分)在施加载荷(外力)时应力容易集中。因此，针对进行了机械加工的加工品会进行倒角加工的工序(步骤)，从而除去加工品的周缘处的面与面交叉的边部和拐角部分等的毛刺等。另外，这样的倒角加工可以根据纱线倒角、C倒角以及R倒角中的任一个进行，但理想的是，应力容易集中的部分的倒角根据圆状的R倒角进行，从而不会产生角，由此尽量防止应力集中的发生。

在本实施方式中，针对图6和图7所示的由双点划线包围的范围进行R倒角加工。即，图4和图5等所示形状的应变体10是通过臂部20～22将框部11和中央部12相连接的结构。在框部11和臂部20～22相连接的部位(例如由图6和图7中标号21d表示的部位)的边缘处的拐角部分(例如，与图6和图7中的标号21g和21h所示的双点划线范围对应的拐角部分)是应力容易集中的部分。另外，中央部12和臂部20～22相连接的部位(例如由图6和图7中的标号21c表示的部位)的边缘处的拐角部分(例如图6和图7中的标号21e和21f所示的双点划线范围对应的拐角部分)成为应力容易集中的部分。因此，通过对与这样的虚线部位对应的拐角部分的标号21e、21f、21g、21h进行R倒角加工，实现了应力集中的缓和。另外，作为R倒角加工的R值，可以采用0.1mm～0.3mm左右的范围，根据应变体10和臂部20～22的尺寸的关系等，理想的是0.2mm左右的数值。另外，由图6和图7所示的标号21e～21h表示的各拐角部分的曲率半径(例如在图6和图7中相对于标号21e表示的R的尺寸)可以采用1.5mm～3.5mm左右的范围的数值，作为一个实施例，可以采用2mm左右的R尺寸。

在进行上述机械加工和倒角加工之后，进行表面处理加工，由此在开始表面处理工序时，如图8的(a)～(c)所示，对应变体10实施掩蔽。另外，在图8的(a)～(c)中，由交叉影线表示的范围相当于掩蔽的部位。以下，由同样的交叉影线表示的范围相当于掩蔽的部位。

在该掩蔽工序的步骤中，利用胶带T对包括应变仪A1～C4’的配置部位的除了臂部20～22以外的其他部分(框部11和中央部12)进行掩蔽。另外，掩蔽也会在中央部12的外周侧面、框部11的内周侧面、以及应变体10(框部11)的外周侧面10c这样的厚度方向上的侧面上进行。因此，未被掩蔽的臂部20～22会成为在臂部表面20a～22a中从与中央部12相连的中央连结部位20c～22c到与框部11相连的外侧连结部位20d～22d的范围露出的状态。并且，未被掩蔽的臂部20～22会成为在臂部背面20b～22b中从中央连结部位20c～22c到与框部11相连的外侧连结部位20d～22d的范围露出的状态。并且，由于臂部20～22的两个侧面也露出，因此臂部20～22成为整个圆周上露出的状态。

接着，进行如下工序(步骤)：将掩蔽状态下的应变体10放入喷丸加工机(或喷丸加工机)的内部，并且将投射材料向应变体10投射使它们碰撞。作为投射材料，例如可以举出磨粒、钢丸、钢栅、切割线、玻璃珠以及有机物等。在该工序中，投射材料只与未被掩蔽的臂部20～22的整个圆周上直接碰撞。因此，臂部20～22的周面(表面)因投射材料的碰撞而发生塑性变形，从而形成具有压缩的残留应力(成为负值的残留应力)的残留应力层(成为硬化表面层的压缩残留应力层)。并且，臂部20～22的周面(表面)的表面粗糙度比被掩蔽的部位粗糙。

在上述工序中，投射材料也与被掩蔽的部位碰撞，但碰撞的威力因掩蔽而减弱。因此成为间接的碰撞，由此，在未被掩蔽的臂部20～22产生的残留应力比被掩蔽的其他部分大(基于压缩残留应力的数值的绝对值的比较)。用于掩蔽的原材料理想的是使用胶带等这样的胶带材料类的容易进行掩蔽作业的材料，但只要是通过覆盖应变体而能够缓和投射材料的碰撞力的材料都能够应用(除了胶带以外还能够应用各种涂敷材料等)。

另外，在下文中，对针对不锈钢类部件(SUS304)作为应变体10，使用磨粒作为投射材料进行投射的情况(进行喷丸处理的情况)的一例进行说明。在臂部20～22中形成-938MPa(负值的残留应力)的残留应力层。并且，表面粗糙度的处理前的数值是Rz(最大高度粗糙度)＝1.020μm，处理后的数值是Rz＝7.682μm，因此处理后的表面粗糙度与处理前相比变粗7倍左右。

进行了这样的表面处理的应变体10在未被掩蔽的臂部20～22上形成有残留应力层，该残留应力层具有绝对值比被掩蔽的其他部分大的负的残留应力值。由此，臂部20～22对弹性变形的疲劳强度上升，疲劳寿命变长，由此，能够确保力传感器1(物理量测量传感器)的稳定的长期使用。

另外，臂部20～22的表面粗糙度比其他部分粗糙。因此，在投射材料的投射工序之后，当通过粘接剂向臂部20～22的臂部表面20a～22a和臂部背面20b～22b以上述的配置安装应变仪A1～C4’的时(粘贴时)，由于臂部表面20a～22a和臂部背面20b～22b的粗糙度，粘接的应变仪A1～C4’良好地卡住，因此粘接性比以往提高。由此，应变仪A1～C4’容易追随臂部20～22的弹性变形，从而提高了应变仪A1～C4’的检测精度。

接着，对基于工作台块2、基座块6、以及应变体10的力传感器1的组装方式进行说明(参见图1～图4等)。首先，应变体10和基座块6重叠，使得应变体10的背面10b(框架11的背面11b)与基座块6的背面6b相对并接触。

此时，在基座块6的定位孔9a～9c中预先压入并嵌入有定位销P。当应变体10重叠在基座块6上时，定位孔9a～9c的各定位销P以压入到形成于应变体10的框部11上的定位孔19a～19c中的方式对准，从而使应变体10和基座块6重合(参照图3)。这样，当确定两者的位置并重合时，形成在应变体10的框部11上的螺栓孔18a～18c成为与基座块6的螺纹孔8a～8c连通的状态。因此，使螺栓N(带六角孔螺栓)穿过应变体10的螺栓孔18a～18c，紧固于基座块6的螺纹孔8a～8c，将应变体10以与基座块6重合的状态固定(参照图2的(b))。

然后，按照使工作台块2的背面2b与应变体10的正面10a(中央部12的表面12a)相对并接触的方式，使应变体10与工作台块2重合。此时，在形成于应变体10的中央部12的定位孔14a～14c中预先压入并嵌入有定位销P。在使工作台块2与应变体10重合时，按照定位孔14a～14c的各定位销P压入并嵌合在形成于工作台块2上的定位孔4a～4c中的方式，使工作台块2与应变体10重合。

这样，当确定两者的位置并重合时，工作台块2的螺栓孔3a～3c成为与应变体10的螺纹孔13a～13c连通的状态。因此，使螺栓N(带六角孔螺栓)穿过工作台块2的螺栓孔3a～3c从而紧固于应变体的螺纹孔13a～13c中。通过将工作台块2以与应变体10重合的状态固定并安装，从而完成了力传感器1。

完成的力传感器1整体是图2的(a)所示的圆筒状的部件。另一方面，如上所述那样，工作台块2在背面2b上，中心部2d比外周部分突出。由此，在工作台块2的外周部分与应变体10的正面10a(框部11的正面11a)之间产生间隙S。

并且，完成的力传感器1的基座块6的表面6a被安装在工业用机器人臂的臂前端的端面上，并且工作台块2的表面2a被安装在机器人臂的臂后端面上。并且，在工业用机器人臂工作并且机器人手把持工件等对象物时，伴随把持的冲击等产生的载荷(外力)从机器人手传递到工作台块2。传递到工作台块2上的载荷向在工作台块2的中心部2d处相接触的应变体10的中央部12传递。

应变体10的中心部12是具有预定刚度的刚性体，另一方面，应变体10的框部11也被固定在基座块6上。由此，如上所述那样，向中央部12传递的载荷向刚性比中央部12和框部11低的臂部20～22施加，由此，臂部20～22发生弹性变形。臂部20～22的弹性变形的方式与向应变体10的中央部12传递的载荷的部位相对应。例如，在中央部12处，当与臂部20相连接的部位附近受到被压入那样的载荷时，臂部20进行与中央部12相连接的一侧向基座块6的方向挠曲那样的弹性变形。另一方面，其余的臂部21和22进行与中央部12相连接的一侧向工作台块2的方向挠曲那样的弹性变形。

在本发明的第1实施例的应变体10中，即使臂部20～22反复发生弹性变形，如上所述那样，在臂部20～22的周面上也会形成残留应力层。由此，在应变体10中，难以发生因长期导致的疲劳失效。另外，在应变体10中，如上所述那样，在臂20～22上配置的应变仪A1～C4’相对于臂20～22的弹性变形的追随性也提高。

通过配置在臂部20～22的应变仪A1～C4’检测能够相对于载荷发生弹性变形的臂部20～22的挠曲情况。因此，在力传感器1中，对在各个方向上施加给应变体10的中心部12的力和力矩(六轴的力)进行测量。作为被测量的6轴的力的内容，有向中央部12施加的X轴方向的力Fx、Y轴方向的力Fy、Z轴方向的力Fz、X轴方向的力矩Mx、Y轴方向的力矩My、以及Z轴方向的力矩Mz。接着，对用于测量这些6轴的力的电气系统进行说明。

图9是示出如上所述那样在应变体10上配置的共24个应变仪A1～C4’的电连接方式的应变仪电路29的电路图。连接有共24个应变仪A1～C4’的应变仪电路29一共包括6个桥接电路I～VI。第1桥接电路I～第3桥接电路III是在配置于各臂部20～22的应变仪中，通过配置于中央部12的侧部的应变仪构成桥接电路。第4桥接电路IV～第6桥接电路VI是在配置于各臂部20～22的应变仪中，通过配置于框部11的侧部的应变仪构成桥接电路。

具体而言，第1桥接电路I通过在臂部22的臂部表面22a上配置于中央部12的侧部的应变仪A1和A2、以及在臂部背面22b上配置于中央部12一侧的A1’和A2’构成桥接电路。在图9所示的第1桥接电路I中，采用如下连接方式：应变仪A1和A2相对，并且应变仪A1’和A2’相对(第2桥接电路II和第3桥接电路III也是同样的情况)。

第2桥接电路II通过在臂部21的臂部表面21a上配置于中央部12的侧部的应变仪B1、B2、以及在臂部背面21b上配置于中央部12的侧部的应变仪B1’和B2’构成桥接电路。第3桥接电路III通过在臂部20的臂部表面20a上配置于中央部12的侧部的应变仪C1、C2、以及在臂部背面20b中配置于中央部12的侧部的C1'和C2'构成桥接电路。

另外，第4桥接电路IV通过在臂部22的臂部表面22a上配置于框部11的侧部的应变仪A3和A4、以及在臂部背面22b中配置于框部11的侧部的A3’和A4’构成桥接电路。在图9所示的第4桥接电路IV中，采用如下连接方式：应变仪A3和A3相对，并且，应变仪A4和A4’相对(第2桥接电路II和第3桥接电路III也是同样的情况)。

第5桥接电路V通过在臂部21的臂部表面21a上配置于框部11的侧部的应变仪B3、B4、以及在臂部背面21b中配置于框部11的侧部的应变仪B3’和B4’构成桥接电路。第6桥接电路VI通过在臂部20的臂部表面20a上配置于框部11的侧部的应变仪C3和C4、以及在臂部背面20b中配置于框部11的侧部的C3’和C4’构成桥接电路。

在上述的应变仪电路29中，对各桥接电路I～VI施加输入电源电压Ein。并且，在该电压施加时，第1桥接电路I从其输出端子输出输出电压信号CH-I。以下情况相同，第2桥接电路II输出输出电压信号CH-II。第3桥接电路III输出输出电压信号CH-III。第4桥接电路IV输出输出电压信号CH-IV，第5桥接电路V输出输出电压信号CH-V。第6桥接电路VI输出输出电压信号CH-VI。

图10是示出进行从上述图9所示的应变仪电路29输出的输出电压信号CH-I～VI的处理的信号处理模块30的主要的内部结构的框图。信号处理模块30包括放大器31、A/D转换器32、处理器33、存储器34、以及D/A转换器35。放大器31与图9所示的应变仪电路29的输出端子电连接，并且内置有用于分别单独放大来自应变仪电路29的各输出电压信号CH-I～VI的AMP-I～VI。

通过放大器31的各AMP-I～VI放大后的放大信号(模拟信号)经由A/D转换器32被转换成数字信号后被输入到处理器33。处理器33用于进行计算作用在应变体10的中心部12上的上述6轴的力(Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz)作为力传感器1的测量结果的处理。处理器33根据以下所示的公式(1)，参照在存储器34中存储的校正矩阵C进行计算处理。

[公式1]

F＝C×E···(1)

在上述公式(1)中，F是表示施加在中央部12上的上述6轴的力(Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz)的由以下公式(2)所示的矩阵。C是以下的公式(3)所示的校正矩阵。E是表示应变仪电路29的输出电压信号CH-I～VI的A/D转换后的值的矩阵(参照以下的公式(4))。

[公式2]

[公式3]

[公式4]

另外，在由上述公式(3)所示的校正矩阵C中，按照每个力传感器使用固有的数值(预先计算出的数值)。更具体地，根据6轴的力(Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz)施加至力传感器的条件和由伴随此时的臂部20～22的弹性变形的应变仪A1～C4’的检查结果，求出校正矩阵C的具体数值的内容。

如上述公式(1)所示那样，处理器33将由公式(3)表示的校正矩阵C和基于来自A/D转换器32的输出电压信号的A/D转换值的矩阵E相乘来计算6轴的力(Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz)的F。处理器33能够将该计算结果(相当于与应变体10相对于载荷的弹性变形所对应的物理量)作为数字信号输出。并且，处理器33还能够经由D/A转换器35通过模拟信号进行输出。这样的输出值(基于数字或模拟的信号的输出值)成为力传感器1所测量的物理量。

另外，图10所示的信号处理模块30在力传感器1中被配置在基座块6的空洞部6c(参照图2的(b))中。并且，信号处理模块30将流过来自处理器33的输出信号和D/A转换器35的输出信号的引线从形成在基座块6的周围侧壁6d上的切口部6e(参照图2的(a))向外部取出。

图11(a)～图11(f)是按照每个桥接电路I～VI示出对于上述力传感器1而言，当将在固定了基座块6的状态下，向工作台块2施加外力或力矩(Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz)的情况与无载荷状态进行比较时的应变仪A1～C4’的电阻值的变化的状况以及电桥接电路I～VI的输出电压信号CH-I～VI的电压值变化的有无即非平衡输出的有无的表。

在力传感器1中，在框部11固定且对中央部12施加了Y轴方向的外力Fy的情况下，力作用于臂部20和22从而发生应变，但由于位于臂部21的外周侧的贯通部26的臂部21一侧的开口周缘发生挠曲，因此臂部21不发生应变。另外，在框部11固定而对中央部12施加X轴方向的外力Fx的情况下，力分别作用于臂部20～22从而发生应变。并且，在框部11固定而对中央部12施加了Z轴方向的外力Fz的情况下，臂部20～22分别均匀地发生挠曲。

另外，在力传感器1中，在框架部11固定且对中央部12施加了Y轴方向的力矩My的情况下，臂部21只是扭曲而不挠曲，另一方面，臂部20、22由于力矩的作用而发生挠曲。并且，在框部11固定且对中央部12施加了X轴方向的力矩Mx的情况下，臂部20～22分别由于力矩的作用而发生挠曲。并且，在框部11固定且对中央部12施加了Z轴方向的力矩Mz的情况下，臂部20～22分别均匀地发生挠曲。

如上所述那样，在本实施方式的力传感器1中，由于在应变体10的臂部20～22的表面(周面)上形成压缩残留应力层(具有成为负值的残留应力的层)，因此提高了伴随弹性变形的金属疲劳的疲劳强度。并且，由于臂部20～22缓和了连接有框部11和中央部12的部位的边缘处的拐角部分的应力集中，因此作为整体的传感器的使用寿命与以往的传感器相比变长。并且，在本实施方式的力传感器1中，对于被配置在臂部20～22上的应变仪A1～C4’而言，提高了臂部20～22发生弹性变形时的追随性。因此，在臂部20～22发生弹性变形时，在两者间难以发生滑动，由此测量精度也比以往提高。再者，通过对各应变仪A1～C4’的配置(参照图6和图7的应变仪B3、B4、B3’、B4’等的配置)，能够使在Mz、Fx、Fy的方向上施加力矩和外力时的应变的检测测量精度比以往高。另外，在本发明中，不限于上述第1实施方式的说明内容，可以设想各种变形例。

例如，在上述说明中，对将力传感器1组装到工业用机器人臂中的情况进行了说明，但除此以外，例如当然还可以是应用于针对远程操作机器人的触觉检测的用途以及应用于检测作用在风洞实验模型上的阻力外力这样的用途等。另外，在上述说明中，将力传感器1的基座块6和应变体10的框架部11设定为固定侧，并且将工作台块2和应变体10的中央部12设定在承受外力(载荷)的一侧。但也可以是，与这样的状态相反，将工作台块2和应变体10的中心部12设定在固定侧，并且将基座块6和应变体10的框部11设定在外力的接收侧，从而应用于测量对象的用途。并且，作为中央部12的外周形状，除了六边形的形状以外，也可以应用其他多边形的形状或圆形等的形状。

另外，应变仪A1～C4’相对于臂部20～22的上述的配置方式(参照图6和图7)只是一例，当然也可以采用其他的配置方式。例如，配置在框部11的侧部的应变仪A3和A4等也可以倾斜地(相对于中心线10呈45度地)配置成向框部11的方向逐渐扩展，从而代替配置成向中央部12的方向逐渐扩展(参照专利文献1的图1～图3和图7～图10等)。另外，在以上说明中，在应变仪用的基材上应变仪原材料成膜的类型的应变仪A1～C4’向臂部20～22的安装是通过粘接剂的粘贴来进行的。但是，也可以是，在臂部20～22的表面和背面直接或间接通过真空蒸镀或溅射方式等进行成膜从而形成金属薄膜的应变仪。

并且，在臂部20～22的周面上形成残留应力层除了通过使投射材料碰撞的喷丸处理进行以外，也可以通过照射激光(激光束)的激光喷丸处理进行。在进行激光喷丸处理的情况下，同样是在图8所示的范围(交叉影线的范围)内进行遮挡激光的掩蔽。但是，在使用能够控制激光的照射范围(照射部位)的装置的情况下，不需要进行掩蔽，而是控制成只对臂部20～22的周面照射激光从而进行激光喷丸。

另外，如果是臂部20～22在框部11的侧部容易发生弹性变形的状况，则也可以省了在框部11上形成的共3个贯通部25、26、27。作为臂部20～22容易发生弹性变形的状况的例子，存在臂部20～22的延伸方向的尺寸比应变体10的直径尺寸和框部11与中央部12之间的第1空间部15～第3空间部17的尺寸等长。另外，还存在与延伸方向正交的宽度尺寸较细的情况或者厚度尺寸较薄的情况等。

图12的(a)和(b)示出了变形例的应变体10。变形例的应变体10’的主要结构等与图4和图5所示的上述应变体10相同，应变体10’具有框部11’、中央部12’、臂部20’～22’(应变仪被配置在臂部上)。作为不同点，变形例的应变体10’的特征在于，省略了图4和图5所示的框部11的贯通部25、26、27，而另一方面新增加了在中央部12’上形成中央侧贯通部50’～52’(相当于第2贯通部)。

中央侧贯通部50’～52’在中央部12’处被形成在与各臂部20’～22’的向中央部12’一侧的延伸方向对应的部位上形成的定位孔14a’～14c’与各臂部20’～22’和中央部12’相连接的中央连结部位20c’～22c’之间。中央侧贯通部50’～52’是直线状，并且与形成六边形状的中央部12’的外周轮廓的外周边部12c’、12d’、12e’平行且尺寸稍短。

变形例的应变体10’通过在中央部12’处形成上述中央侧贯通部50’～52’，从而抑制了与臂部20’～22’的延伸方向对应的延伸方向的变形性。由此能够确保延伸方向的检测精度。并且，臂部20’～22’的中央部12’侧的中央连结部位20c’～22c’的刚性比图4等所示的应变体10的情况较低，即使是更小的载荷也能够灵敏地检测应变。

图13的(a)和(b)示出了其他变形例的应变体10〞。其他变形例的应变体10〞的主要结构等与图4和图5所示的上述应变体10相同。并且,作为应变体10的特征的框架11的贯通部25～27相对应的贯通部25〞～27〞形成在框架11〞上。并且，作为图12的(a)和(b)所示的变形例10的应变体10’的特征的中央部12’的中央侧贯通部50’～52’相对应的中央侧贯通部50〞～52〞形成在中央部12〞上。

在应变体10〞中，设置了框部11〞的贯通部25〞～27〞和中央部12〞的中央侧贯通部50〞～52〞(在定位孔14a〞～14c〞与臂部20～22和中央部12相连接的部位之间形成的第2贯通部)。由此，可以既获得上述应变体10的贯通部25～27的优点又获得上述应变体10’的中央侧贯通部50～52的优点。尤其适合于对较小的外力进行测量的情况等。这是因为，进一步抑制了与臂部20〞～22〞的延伸方向对应的延伸方向的变形性，并且臂部20〞～22〞的两端侧的刚性相对降低，由此成为相对于外力(载荷)更容易灵敏地发生弹性变形的结构。

另外，在图4和图5所示的应变体10、图12所示的应变体10’、以及图13所示的应变体10〞中，在中央部12、12’、12〞处，分别形成共3个定位孔14a～14c、14a’～14c’、14a〞～14c〞。但是，根据不同规格，也可以将定位孔的数量减少到2个(例如，在各应变体10、10’10〞中，省略定位孔14c、14c’、14c〞。参照后述的图19和图20所示的第2实施方式的应变体110中的定位孔114a和114b)。这样，当将定位孔设为2个时，可以实现加工部位的削减和组装工时的削减等。另外，在削减了应变体(例如应变体10)的定位孔的数量的情况下，也省略了与该减少的定位孔(例如定位孔14c)对应的工作台块2的定位孔(例如定位孔4c)。

另外，在上述说明中，用于将机器人手安装在工作台块2上的手部安装螺纹孔共有3个(手部安装螺纹孔5a～5c)。但是，在需要更牢固地安装机器人手的情况下，也可以是，沿周向以90度间隔设置共4个手部安装螺纹孔(参照后述的图16所示的第2实施方式的力传感器101的工作台块102上的手部安装螺纹孔105a～105d)。同样地，对于用于将基座块6安装在机器人臂上的共3个臂安装螺纹孔7a～7c而言，在需要牢固地安装到机器人臂的情况下，也可以是，在周向上以90度间隔设置共4个臂安装螺纹孔。

图14的(a)～(c)示出变形例的掩蔽状态的应变体10，并且示出与图8的(a)～(c)的掩蔽状态的应变体10相比，扩大了未掩蔽的部分的例子。具体地，在包括各臂部20～22的作为中央部12侧的端部的中央连结部位20c～22c与中央部12相连接的外周边部12c、12d、12e的部位也不进行掩蔽。包括该各臂部20～22的作为中央部12侧的端部的中央连结部位20c～22c与中央部12相连接的外周边部12c、12d、12e的部位是与外周边部12c、12d、12e的边平行的直线状的部位。另外，在包括各臂部20～22的作为框部11侧的端部的外侧连结部位20d～22d与框部11相连接的内周边部11c、11d、11e的部位(与内周边部11c、11d、11e的边平行的直线状的部位)也不进行掩蔽。

即，在作为各臂部20～22的两端的根部的中央连结部位20c～22c和外侧连结部位20d～22d处，应力容易集中。伴随与此，这些中央连结部位20c～22c和20d～22d所连结的中央部12的外周边部12c、12d、12e的附近以及框部11的内周边部11c、11d、11e附近也存在应力集中引起的负担变大的倾向。因此，如图14的(a)～(c)所示，也可以进行如下工序：使包括外周边部12c、12d、12e和内周边部11c、11d、11e的部位也处于不进行掩蔽的状态，并且将投射材料向应变体10进行投射。由此，在与这些各边部相关的部位处也形成具有负值的残留应力的残留应力层，从而能够进一步提高相对于弹性变形的疲劳失效性的强度。另外，在该变形例中，与各内周边部11c～11e、12c～12e的边平行的直线状的部位除了包含在各臂部20～22中，也包含在应变部分中。

并且，图15的(a)～(c)示出其他变形例的掩蔽状态的应变体10，并且是相对于图14的(a)～(c)所示的变形例，进一步扩大了未掩蔽的部分的例子。具体而言，在中央部12中，对于包括各臂部20～22的中央连结部位20c～22c相连接的外周边部12c、12d、12e的一边的两个端角的范围内的部位也不进行掩蔽。包括该各臂部20～22的中央连结部位20c～22c相连接的外周边部12c、12d、12e的一边的两个端角的范围内的部位是包括外周边部12c、12d、12e的一边的两个端的直线状的部位。另外，在框部11中，对于各臂部20～22的外侧连结部位20d～22d相连接的内周边部11c、11d、11e的贯通部25～27的长度方向范围对应的部位也不进行掩蔽。该各臂部20～22的外侧连结部位20d～22d相连接的内周边部11c、11d、11e的贯通部25～27的长度方向范围对应的部位是内周部11c、11d、11e的附近的与贯通部25～27的长度方向的范围对应的直线状的部位。

如在图14的(a)～(c)的掩蔽状态的变形例中说明的那样，在中央部12的外周边部12c、12d、12e的附近，在结构上应力集中的负担较大。同样，在框部11的内周边部11c、11d、11e的附近，由于存在长孔状的贯通部25～27，因此容易产生应力集中。因此，如图15的(a)～(c)所示，也可以是进行如下工序：使对于包括外周边部12c、12d、12e的一边的两端的角的部位也处于不进行掩蔽的状态，并且将投射材料向应变体10进行投射。由此，在这些部位处也形成具有负值的残留应力的残留应力层，从而能够进一步提高对于弹性变形的疲劳失效性的强度。另外，在该变形例中，各内周边部11c～11e和12c～12e的未进行掩蔽的部位也包含在应变部分中。

实施例2

图16～图18示出了作为本发明的第2实施方式的物理量测量传感器的具体例的力传感器101。第2实施方式的力传感器101与图1等所示的第1实施方式的力传感器1相同，也适用于工业用机器人臂。但是，第2实施方式的力传感器101的特征在于，使用了将第1实施方式的力传感器1中的应变体10与基座块6一体化后的应变体110(参照图17～图20)。通过采用这样的结构，与第1实施方式的力传感器1相比，第2实施方式的力传感器101能够实现部件数量的削减、组装步骤的减少、Z轴方向的尺寸的小型化、电气系统基板的收纳性能的提高、以及加工工时的减少。以下，对第2实施方式的力传感器101进行详细说明。另外，在第2实施方式中，X、Y、Z轴的方向与第1实施方式的情况相同。

如图17的(a)和(b)所示，力传感器101是位于向机器人手的安装侧(相当于正视侧)的工作台块102与位于向机器人臂的安装侧(相当于后视侧)的应变体110层积后得到的结构。

工作台块102是由稍厚的圆板状的部件构成的，在从正视侧观察时是圆形(参照图16的(a))，并且在与正视侧对应的平坦的表面102a上开设有多个孔(hole)。详细而言，工作台块102在圆形的中心附近，以相对于高度方向的中心线Y2对称的正三角形的配置穿设有螺栓孔103a、103b、103c(具有锪孔部并且供螺栓通过的贯通孔)。并且，工作台块102在螺栓孔103a的左侧和下方形成定位孔104a和104b(具有配合公差的贯通孔)。

另外，工作台块102在外周附近以成为正方形的配置的方式形成有手部安装螺纹孔105a、105b、105c、105d(具有内螺纹的孔)。这些手部安装螺纹孔105a、105b、105c、105d被用于向机器人手的安装中。并且，工作台块102在与高度方向的中心线Y2正交的水平线上，按照与中心线Y2对称的方式形成有手部定位孔104d、104e。这些手部定位孔104d、104e用于对机器人手进行定位。再者，工作台块102在背面102d一侧是残留缘部102f而设置将内部挖空后的空洞102c的形状(参照图17的(b))。

另一方面，如图19和图20所示，应变体110由比第1实施例的应变体10厚的圆板状的部件构成。与第1实施方式的应变体10相同，应变体110在从正面(参照图19的(a))或背面(参照图20)观察时，外周是圆形状。应变体110构成为，通过共3个臂部120、121、122(相当于应变部分)将中心部112和周围的框部111连接起来(参照图19的(a)和图20)。另外，臂部120～122的结构基本上与第1实施方式相同，其相对于来自外部的载荷或力矩发生弹性变形。作为第2实施方式的应变体110的特征，可以举出：使Z轴方向的尺寸(厚度尺寸)比第1实施方式厚，并且使中央部112从应变体110的正面110a突出。另外，在背面110b一侧，在保留了周围的中央部位形成凹状的凹陷部110e等。

中央部112的内部具有成为正三角形的配置的螺纹孔113a、113b、113c(具有内螺纹的孔)，并且在连接有臂部120、121的部位的附近形成定位孔114a、114b(具有配合公差的贯通孔)。螺纹孔113a～113c与上述的工作台块102的螺栓孔103a～103c对应，定位孔114a、114b与工作台块102的定位孔104a、104b对应。另外，外形是六边形的中央部112在六边形的六边中的、与螺纹孔113a、113b、113c不相对的外周边部112c、112d、112e的中央部位处与臂部120、121、122相连接。

框部111的外周轮廓是圆形，内周轮廓是将上述中央部112的轮廓相似地放大后的六边形。另外，框部111在其内部具有成为四边形的配置的螺栓孔118a、118b、118c。另外，框部111在与上述中央部112的外周边部112c、112d、112e相对的内周边部111c、111d、111e的中央部位处与臂部120、121、122相连接。在框部111中，由于存在这样的臂部120、121、122，因此框部111与中央部112之间的空间被分割成3个，从而产生第1空间部115、第2空间部116、以及第3空间部117。

并且，框部111按照与连接有各臂部120～122的部位相对的方式，一共形成3个贯通部125、126、127(相当于第1贯通部)。与第1实施方式的贯通部25～27相同，这些贯通部125～127是沿着六边形状的内周的内周边部111c、111d、111e的直线形状，并且尺寸与内周边部111c、111d、111e的边长相等或稍长。

另外，如图20所示，在从背面110b观察时，应变体110形成有将中央部位较大地挖成圆形的空洞部110e。作为径向的尺寸，该空洞部110e确保了包含上述的贯通部125～127程度的长度。因此，在应变体110中，包括臂部120～122和框架部111的贯通部125～127的环形的区域的厚度(Z轴方向的尺寸)最薄。该厚度是从空洞部110e的底面110d到应变体110的正面110a的厚度。其次薄的是中央部112的厚度，是从空洞部110e的底面110d到中央部的突出面112a的厚度。最厚的是框部111的外周区域(环形的范围)的厚度，其具有从应变体110的正面110a(与框部表面111a相同)到应变体110的背面110b的厚度。

第2实施方式的应变体110具有上述厚度尺寸。由此，对于包含厚度最薄的各臂部120～122和框部111的贯通部125～127的环状的区域，确保了相对于来自外部的载荷或力矩的弹性变形的容易程度。另外，具有第2厚的厚度的中央部112作为力传感器101，在与上述的工作台块102组合时，确保了作为承受来自工作台块102的外力的受力部而发挥功能所需要的刚性。并且，最厚的框部111的外周区域(环形的范围)是与机器人臂直接连结的部分，因此其厚度尺寸与相对于机器人臂的动作所需的刚性相对应。

另外，应变体110在图20所示的背面110b中，在框部111的外周区域内设有机器人臂用的定位孔119a、119b。并且，应变体110设置有收纳在空洞部110e中的电气系统基板的连接用引线的引出用的凹部110f和槽部110g。另外，在完成的应变体110的空腔部110e的内部配置有构成电气系统的信号处理模块(参照图10所示的第1实施方式的信号处理模块30)的基板。并且，在完成的应变体110的空洞部110e的内部，将从基板延伸出并与外部连接用的引线收容并配置在槽部110g中。由此，如图16的(b)所示，在空洞部110e上安装圆形的罩106来封闭空洞部110e。另外，在凹部110f上也安装凹部罩107，从而封闭凹部110f和槽部110g。

与第1实施方式相同，上述结构的应变体110是通过对可弹性变形的金属材料的原材料进行机械加工(切削加工)而形成的，并且还进行用于除去应变体110的周边、边部以及拐角部分等的毛刺的倒角加工。该倒角加工在第2实施方式的应变体110中也与第1实施方式相同，进行精细的倒角加工。该倒角加工例如对相当于在第1实施方式的图6和图7中由双点划线包围的范围的框部111和臂部120～122相连接的部位的边缘处的拐角部分进行。另外，该倒角加工也对中央部112与臂部120～122相连接的部位的边缘处的拐角部进行。另外，形成上述拐角部的曲率半径的尺寸等也与第1实施方式的情况相同。另外，当进行这样的机械加工和倒角加工时，在第2实施方式中，同样是在进行掩蔽后进行表面处理加工(对投射材料进行投射的加工)。

图21示出了为了进行表面处理加工而将应变体110(完成前的应变体)进行掩蔽后的状态。在进行掩蔽的掩蔽工序中，如图21所示，通过胶带T对包含应变仪A11～C14’的配置部位的、除了臂部120～122以外的其他部分(相当于除了应变部分以外的其他部分进行掩蔽。在该第2实施例中，相当于框部111和中央部112)进行掩蔽。另外，掩蔽也会在中央部112的外周侧面、框部111的内周侧面、以及应变体110(框部111)的外周侧面110c这样的厚度方向上的侧面上进行。因此，未被掩蔽的臂部120～122会成为在臂部表面120a～122a中从与中央部112相连的中央连结部位120c～122c到与框部111相连的外侧连结部位120d～122d的范围露出的状态。并且，未被掩蔽的臂部120～122会成为在臂部背面120b～122b中从中央连结部位120c～122c到与框部111相连的外侧连结部位120d～122d的范围露出的状态。并且，未被掩蔽的臂部120～122的两个侧面也露出。因此臂部120～122成为整个圆周上露出的状态。

并且，与第1实施方式相同，进行将投射材料向图21所示的掩蔽状态的应变体110进行投射的工序，从而在未进行掩蔽的部分(应变部分)处形成具有压缩的残留应力的残留应力层。另外，这样形成有残留应力层的应变部分的表面粗糙度比未被掩蔽的部位粗糙。

如上所述，当投射材料的投射工序结束时，去除掩蔽材料，然后，通过粘接剂将应变仪A11～C14’粘贴在各臂部120～122的臂部表面120a～122a和臂部背面120b～122b上。第2实施方式的应变仪A11～C14’分别对应于第1实施方式的应变仪A1～C4’，应变仪A11～C14’的配置、粘接的方式、以及电连接的方式(参照图9所示的应变仪电路)等与第1实施方式相同。在第2实施方式的力传感器101中，用于处理来自通过连接应变仪A11～C14’而构成的应变仪电路的输出电压信号的信号处理模块也采用与第1实施方式相同的部件(参见图10)。

如上所述那样，在经过了这样的制造工序的应变体110中，电气系统的信号处理模块的基板被收容在空洞部110e中，从基板延伸出的引线也被收纳在槽部110g中，之后，利用罩106和凹部罩107将空洞部110e和凹部110f封闭。接着，根据图17和图18说明将由应变体110和工作台块102构成的力传感器101安装到工业机器人臂上的过程。

首先，如图18的(a)和(b)所示，将应变体110安装到工业用机器人壁的机器人手一侧。此时，在形成于应变体110的背面110b的定位孔119a和119b中压入定位销P2。将定位销P2的前端压入到与这些定位孔119a和119b对应设置的机器人臂的定位孔中，从而使应变体110的背面110b与机器人臂的前端面重合(参照图18的(b))。然后，使螺栓N2(带六角孔螺栓)穿过在应变体110的正面110a上形成的共4个螺栓孔118a～118d，并且紧固在与这些螺栓孔118a～118d对应形成的机器人臂的螺纹孔中。由此，将应变体110固定在机器人臂上(参照图18的(a))。

接着，通过将工作台块102安装到应变体110上来组装力传感器101。具体而言，将定位销P从背面102d压入工作台102的定位孔104a和104b。在与这些定位孔104a和104b对应设置的应变体110的中央部112的突出面112a上开口的定位孔114a和114b中压入定位销P的前端。使工作台块102的背面102d与应变体110的中央部112的突出面112a重合(参照图17的(b))。另外，在图17的(b)等中，省略了覆盖应变体110的空洞部110e和凹部110f的罩106、107的图示。

然后，使螺栓N(带六角孔螺栓)穿过在工作台块102的正面102a开口的共3个螺栓孔103a～103c。与这些螺栓孔103a～103c对应形成的、在应变体110的中央部112的突出面112a上开口的螺纹孔113a、113b、113c紧固。由此，将工作台块102固定在应变体110上，从而完成第2实施方式的力传感器101。

另外，作为将工业用机器人臂的机器人手一侧安装到力传感器101上的步骤，事先将定位销P1压入到形成于机器人手上的定位孔中。将这样的定位销P1的前端压入在工作台部件102的正面102a开口的手部定位孔104d和104e。使机器人手与工作台块102正面102a重合(参照图18的(b))。然后，使螺栓N1(带六角孔螺栓)穿过在机器人手开口的共4个螺栓孔，并且紧固于在工作台块102的正面102a开口的共4个手部安装螺纹孔105a、105b、105c、105d。由此，机器人手被固定到工作台块102上。

在上述结构的第2实施方式的力传感器101中，针对机器人手的载荷首先施加到工作台块102。施加到工作台块102上的载荷作为外力被突出面112a与工作台块102的背面102d相接触的应变体110的中央部112接收。当应变体110的中央部112接收到外力时，臂部120～122经由机器人臂和固定的框架部111发生弹性变形，并且由应变仪A11～C14’检测伴随这样的弹性变形的应变。

另外，在第2实施方式的力传感器101的框部111中，同样在各臂部120～122中形成具有压缩残留应力的残留应力层。因此，伴随弹性变形的金属疲劳的疲劳强度提高。并且，由于臂部120～122与框部111和中央部112相连接的部位的边缘处的拐角部的应力集中得到缓和，因此能够延长使用寿命。并且，在第2实施方式中，除了与这样的第1实施方式共通的效果以外，通过使用上述结构的框部111，还实现了部件数量的削减、组装步骤的减少、Z轴方向的尺寸的小型化、电气系统基板的收纳性能的提高、以及加工工时的减少。

另外，在第2实施方式中，由于提高了配置在臂部120～122上的应变仪A11～C14’的粘接性，因此测量精度也比以往提高。另外，在第2实施方式中，同样也可以应用在上述第1实施方式中说明的各种变形例。

另外，图22和图23示出了第2实施方式的应变体110的掩蔽状态的变形例。图22的(a)～(c)对应于使用图14的(a)～(c)说明的第1实施方式的掩蔽变形例。图23的(a)～(c)对应于使用图15的(a)～(c)说明的第1实施方式的另一掩蔽变形例。任一个变形例都示出了将图21所示的未掩蔽的部位从各臂部120～122的两端扩大的状态。

即，在图22的(a)～(c)所示的变形例的掩蔽状态下，使包括各臂部120～122的作为中央部112侧的端部的中央连结部位120c～122c与中央部112相连接的外周边部112c、112d、112e的部位也不进行掩蔽。包括该各臂部120～122的作为中央部112侧的端部的中央连结部位120c～122c与中央部112相连接的外周边部112c、112d、112e的部位是与外周边部112c、112d、112e的边平行的直线状的部位。另外，包括各臂部120～122的作为框部111侧的端部的外侧连结部位120d～122d与框部111相连接的内周边部111c、111d、111e的部位也不进行掩蔽。包括该各臂部120～122的作为框部111侧的端部的外侧连结部位120d～122d与框部111相连接的内周边部111c、111d、111e的部位是与内周边部111c、111d、111e的边平行的直线状的部位。

在这样的作为各臂部120～122的两端的根部的中央连结部位120c～122c和外侧连结部位120d～122d处，应力容易集中。伴随与此，这些中央连结部位120c～122c和120d～122d所连结的中央部112的外周边部112c、112d、112e的附近以及框部111的内周边部111c、111d、111e附近也存在应力集中引起的负担变大的倾向。因此，如图22的(a)～(c)所示，也可以进行如下工序：使包括外周边部112c、112d、112e和内周边部111c、111d、111e的部位也处于不进行掩蔽的状态，并且将投射材料向应变体110进行投射。由此，在与这些各边部相关的部位处也形成具有负值的残留应力的残留应力层，从而能够进一步提高相对于弹性变形的疲劳失效性的强度。另外，在该变形例中，与各内周边部111c～111e、112c～112e的边平行的直线状的部位除了包含在各臂部120～122中，也包含在应变部分中。

并且，在图23的(a)～(c)所示的其他变形例的掩蔽状态下，在中央部112中，对于包括各臂部120～122的中央连结部位120c～122c相连接的外周边部112c、112d、112e的一边的两个端角的范围内的部位也不进行掩蔽。包括该各臂部120～122的中央连结部位120c～122c相连接的外周边部112c、112d、112e的一边的两个端角的范围内的部位是包括外周边部112c、112d、112e的一边的两个端的直线状的部位。另外，在框部111中，对于各臂部120～122的外侧连结部位120d～122d相连接的内周边部111c、111d、111e的贯通部125～127的长度方向范围对应的部位也不进行掩蔽。该内周边部111c、111d、111e的贯通部125～127的长度方向范围对应的部位是内周部111c、111d、111e的附近的与贯通部125～127的长度方向的范围对应的直线状的部位。

如上所述那样，在中央部112的外周边部112c、112d、112e的附近，在结构上应力集中的负担较大。同样，在框部111的内周边部111c、111d、111e的附近，由于存在长孔状的贯通部125～127，因此容易产生应力集中。因此，如图23的(a)～(c)所示，也可以是进行如下工序：使对于包括外周边部112c、112d、112e的一边的两端的角的部位也处于不进行掩蔽的状态，并且将投射材料向应变体10进行投射。由此，在这些部位处也形成具有负值的残留应力的残留应力层，从而能够进一步提高对于弹性变形的疲劳失效性的强度。另外，在该变形例中，各内周边部111c～111e和112c～112e的未进行掩蔽的部位也包含在应变部分中。

实施例3

图24的(a)～(c)示出本发明的第3实施方式的应变体55，作为物理量测量传感器，适用于测力传感器(载荷转换器和力转换器)。第3实施方式的应变体55由圆柱状的部件56构成。应变体55在比与X轴方向(水平方向)平行的中心线X5更靠上方或下方的外周的前面56a上，将与Y轴方向(垂直方向)平行的中心线Y5相交的部位即前面上方部位56c或前面下方部位56d作为应变仪的粘贴部位。另外，应变体55在比与X轴方向平行的中心线X5更靠上方或下方的外周的背面56b上，将与Y轴方向平行的中心线Y5相交的部位即背面上方部位56e或背面下方部位56f作为应变仪的粘贴部位。该应变仪的粘贴部位在图24的(b)和(c)中是由交叉阴影线表示的共4处的矩形范围。

另外，各部位(前面上方部位56c、前面下方部位56d、背面上方部位56e、背面下方部位56f)是矩形(长方形)的，并且前面上方部位56c和背面上方部位56e使长度方向与中心线Y5一致，另一方面，前面下方部位56d和背面下方部位56f使长度方向与中心线X5平行。另外，在第3实施方式中，应变体55的原材料、应变仪的规格以及应变仪的配置方式等与第1实施方式相同。

图25的(a)～(c)示出了第3实施例的应变体55的掩蔽状态。在第3实施方式的应变体55的制造中，同样通过机械加工(包括倒角加工)，由原材料形成上述圆柱状的部件56，然后，如图25的(a)～(c)所示，进行部件56的掩蔽。具体而言，将包括作为应变仪的粘贴部位的前面上方部位56c、前面下方部位56d、背面上方部位56e、背面下方部位56f的矩形范围分别设为前面上方应变部分56r、前面下方应变部分56s、背面上方应变部分56t、背面下方应变部分56u。在相当于伴随针对这些的载荷的弹性变形的应变的发生范围的部分的各应变部分(前面上方应变部分56r、前面下方应变部分56s、背面上方应变部分56t、背面下方应变部分56u)不进行掩蔽，而在除了这些各应变部分(前面上方应变部分56r、前面下方应变部分56s、背面上方应变部分56t、背面下方应变部分56u)的其他部分处进行掩蔽。另外，掩蔽的范围是在图25的(a)～(c)中由交叉影线表示的范围。

未被掩蔽的各应变部分(前面上方应变部分56r、前面下方应变部分56s、背面上方应变部分56t、背面下方应变部分56u)的范围是将作为应变仪的配置部位的前面上方部位56c、前面下方部位56d、背面上方部位56e、背面下方部位56f相似地扩大了大约1.5～4倍左右的范围。在该实施例是大约2倍左右的扩大范围。另外，在应变体55中进行掩蔽的部位是除了上述各应变部分(前面上方应变部分56r、前面下方应变部分56s、背面上方应变部分56t、背面下方应变部分56u)以外的部件56的外周面(侧周面)的前表面56a和后表面56b以及圆形的上表面56g和下表面56h。

对上述掩蔽状态的应变体55进行喷丸处理或激光喷丸处理。通过这样的喷丸处理，在各应变部分(前面上方应变部分56r、前面下方应变部分56s、背面上方应变部分56t、背面下方应变部分56u)形成具有负值的残留应力的残留应力层。由此，即使这些前表面56a和后表面56b的各应变部分(前面上方应变部分56r、前面下方应变部分56s、背面上方应变部分56t、背面下方应变部分56u)相对于外力(载荷)发生弹性变形，也能够抵抗由金属疲劳引起的疲劳失效。另外，作为喷丸处理，在进行了将投射材料进行投射的喷丸处理的情况下，各应变部分(前面上方应变部分56r、前面下方应变部分56s、背面上方应变部分56t、背面下方应变部分56u)的表面粗糙度比其他部分粗糙。因此，即使在通过粘接剂的粘贴来配置应变仪的情况下，应变仪的粘接性也会提高，从而对弹性变形的追随性提高，能够维持变形的检测精度。另外，在第3实施方式中，也可以使用在上述第1实施方式等中说明的各种变形例中能够应用的变形例。

实施例4

图26的(a)和(b)示出本发明的第4实施方式的应变体60，作为物理量测量传感器，与上述第3实施方式相同，可以适用于测力传感器(载荷转换器和力转换器)。第4实施方式的应变体60是由立方体的部件61构成的，并且形成从正面61b向背面61d贯通的空洞。在从图26的(b)所示的正面61b观察的情况下，该空洞由左右的圆形的左贯通部62和右贯通部63以及连接这些左贯通部62和右贯通部63的连结贯通部64构成。通过形成由这样的各贯通部(左贯通部62、右贯通部63、连结贯通部64)形成的空洞，当立方体的部件61的上表面61a或者下表面61c受到载荷时，上表面61a或者下表面61c发生弹性变形。为了进行伴随这样的弹性变形的应变相关的检测，在上表面61a和下表面61c上设有应变仪的配置部位。

具体而言，在部件61的上表面61a，将在与X轴方向(水平方向)平行的中心线X8上与左贯通部62和右贯通部63对应的部位即上表面左部位65a和上表面右部位65b作为应变仪的粘贴部位。另外，在下表面61c，将与X轴方向平行的中心线X8上与左贯通部62和右贯通部63对应的部位即下表面左部位65c和下表面右部位65d作为应变仪的粘贴部位(在图26的(a)和(b)中由交叉阴影线表示的共4处的矩形范围)。另外，各部位(上表面左部位65a、上表面右部位65b、下表面左部位65c、下表面右部位65d)是矩形(长方形)，并且使各自的长度方向与中心线X8一致。另外，在第4实施方式中，应变体60的原材料、应变仪的规格以及应变仪的配置方式等与第1实施方式相同。

图27的(a)～(c)示出第4实施方式的应变体60的掩蔽状态。在第4实施方式的应变体60的制造中，同样首先通过机械加工(包括倒角加工)形成立方体的部件61，该立方体的部件61是由原材料形成有基于上述各贯通部(左贯通部62、右贯通部63、连接贯通部64)的空洞的部件。然后，如图27的(a)～(c)所示，进行部件61的掩蔽。具体而言，将包含成为应变仪的粘贴部位的上表面左部位65a、上表面右部位65b、下表面左部位65c以及下表面右部位65d的矩形范围分别作为上表面左应变部分61r、上表面右应变部分61s、下表面左应变部分61t、以及下表面右应变部分61u而不进行掩蔽。另外，对于除了相当于伴随针对这些的载荷的弹性变形的应变的发生范围的部分的各应变部分(上表面左应变部分61r、上表面右应变部分61s、下表面左应变部分61t、以及下表面右应变部分61u)的其他部分进行掩蔽(掩蔽的范围是在图27的(a)～(c)中由交叉影线表示的范围)。

未被掩蔽的各应变部分(上表面左应变部分61r、上表面右应变部分61s、下表面左应变部分61t、以及下表面右应变部分61u)的范围是将作为应变仪的配置部位的上表面左部位65a、上表面右部位65b、下表面左部位65c以及下表面右部位65d相似地扩大了大约1.5～4倍左右的范围。在该实施例是大约2倍左右的扩大范围。另外，在应变体60中进行掩蔽的部位是除了上述各应变部分(上表面左应变部分61r、上表面右应变部分61s、下表面左应变部分61t、以及下表面右应变部分61u)以外的部件61的外周面。该外周面是上表面61a、正面61b、下表面61c、背面61d、左侧面61e、右侧面61f、以及构成空洞部的各贯通孔(左贯通部62、右贯通部63、连接贯通部64)的内周面。

对上述掩蔽状态的应变体60进行喷丸处理或激光喷丸处理。通过这样的喷丸处理，在各应变部分(上表面左应变部分61r、上表面右应变部分61s、下表面左应变部分61t、以及下表面右应变部分61u)形成具有负值的残留应力的残留应力层。由此，即使这些上表面61a和下表面61c的各应变部分(上表面左应变部分61r、上表面右应变部分61s、下表面左应变部分61t、以及下表面右应变部分61u)相对于外力(载荷)发生弹性变形，也能够抵抗由金属疲劳引起的疲劳失效。另外，作为喷丸处理，在进行了将投射材料进行投射的喷丸处理的情况下，各应变部分(上表面左应变部分61r、上表面右应变部分61s、下表面左应变部分61t、以及下表面右应变部分61u)的表面粗糙度比其他部分粗糙。因此，即使在通过粘接剂的粘贴来配置应变仪的情况下，应变仪的粘接性也会提高，从而对弹性变形的追随性提高，能够维持变形的检测精度。另外，在第4实施方式中，也可以使用在上述第1实施方式等中说明的各种变形例中能够应用的变形例。

实施例5

图28的(a)～(c)示出本发明的第5实施方式的应变体70，作为物理量测量传感器，适用于转矩传感器。与第1实施例的应变体10相同，第5实施例的应变体70设置有中央部72(正视侧观察时外形是圆形)，该中央部72以隔着空间部78a～78d的方式位于从正面观察时的外形轮廓是圆形的框部71中。应变体70的特征在于，将框部71和中央部72相连接的臂部73～76在周向上以90度间隔配置且设为4个。另外，在图28的(a)～(c)中，为了明确地示出应变体70的主要部分结构，省略了在图4和图5等中示出的螺栓孔和定位孔等的图示。

另外，在第1实施例的应变体10中，框架11、中央部12、以及臂部20～22的厚度尺寸(沿Z轴方向的尺寸)是相同的。但是，由于第5实施方式的应变体70适用于扭矩传感器等，因此使框部71和中央部72的厚度尺寸变厚。由此，臂部73～76的厚度尺寸比框部71和中央部72薄(参照图28的(b)和(c))。

在应变体70中配置的应变仪的部位是与Y轴方向平行地延伸的臂部73和75的两侧面73a、73b、75a、75b。详细而言，在应变体70中配置的应变仪的部位是在图28的(a)、(b)中由交叉影线表示的范围内，应变仪的配置部位73e、73f、75e、75f。另外，在第5实施方式中，应变体70的原材料，应变仪的规格以及应变仪的配置方式等与第1实施方式相同。

图29的(a)～(c)示出了第5实施方式中应变体70的掩蔽状态。在第5实施方式的应变体70的制造时，同样是通过机械加工(包括倒角加工)，针对由原材料形成的图29的(a)～(c)的形状的应变体70，在图29的(a)～(c)中由交叉影线表示的范围内进行掩蔽。该范围是与Y轴方向平行地延伸的臂部73和75中的除了包括上述应变仪的配置部位73e、73f、75e、75f的两侧面73a、73b，75a、75b(相当于应变的发生范围内的应变部分)的其他部分。

在臂部73和75中，未掩蔽的两侧面73a、73b、75a、75b是在臂部73和75的延伸方向(与Y轴平行的方向)上，从与框部71相连接的部位73c、75c到与中央部72相连接的部位73d、75d的范围。另外，进行掩蔽的部位是框部71、中央部72的整个圆周、与X轴方向平行地延伸的臂部74和76的整个圆周、以及除了与Y轴方向平行地延伸的臂部73和75的两侧面73a、73b、75a、75b以外的表面。

针对这样的掩蔽状态的应变体70进行在第1实施方式中说明的喷丸处理或激光喷丸处理。通过这样的喷丸处理，在包括应变仪的配置部位73e、73f、75e、75f的臂部73和75的两侧面73a、73b、75a、75b上，形成具有负值的残留应力的残留应力层。由此，即使臂部73和75的两侧面73a、73b、75a、75b相对于外力(载荷)发生弹性变形，也能够抵抗由金属疲劳引起的疲劳失效。

另外，作为喷丸处理，在将投射材料进行投射的喷丸处理的情况下，臂部73和75的两侧面73a、73b、75a、75b的表面粗糙度比其他部分粗糙。因此，即使在将应变仪粘贴并配置在两侧面73a、73b、75a、75b的情况下，对于臂部73和75的弹性变形的追随性也提高，并且能够维持应变的检测精度。

另外，在第5实施方式中也可以设想各种变形例，例如，根据不同用途等，臂部的个数可以多于4个。另外，周向的间隔除了等间隔以外，也可以设为不等间隔。再者，应变体的轮廓形状除了圆形以外还可以考虑设成四边形等多边形。另外，在第5实施方式中，也可以应用在上述第1实施方式中说明的各种变形例。

实施例6

图30的(a)～(c)示出本发明的第6实施方式的应变体80，作为物理量测量传感器，适用于测力传感器。第6实施方式的应变体80由从正面观察时的轮廓为圆形(环状)的框部81构成。在应变体80中，将与X轴方向(水平方向)平行的中心线X10(侧视图中是水平线H10)相交的外周面81b的外周水平端部81c、81d以及内周面81a的内周水平端部81e、81f共4个部位作为应变仪的粘贴部位(配置部位81g、81h、81i、81j)。该应变仪的配置部位81g、81h、81i、81j在图30的(a)～(c)中是由交叉阴影线表示的范围。另外，在第6实施方式中，同样地应变体80的原材料和应变仪的规格等与第1实施方式相同。另外，应变仪的配置方式与在第1实施方式中说明的内容(包括变形例)相同，也可以将各应变仪的检测方向配置成与Y轴方向平行。

图31的(a)～(c)示出了第6实施方式中应变体80的掩蔽状态。在第6实施方式的应变体80的制造时，同样是通过机械加工(包括倒角加工)，由原材料形成的图31的(a)～(c)的形状的应变体80。在该应变体80中，对在图31的(a)～(c)中由交叉影线表示的范围进行掩蔽。该范围是除了包括与中心线X10相交的外周水平端部81c、81d以及内周水平端部81e、81f中的应变仪的配置部位81g、81h、81i、81j的矩形的外周应变部分81r、81s以及内周应变部分81t、81u以外的其他部分。

没有掩蔽的外周应变部分81r、81s以及内周应变部分81t、81u(相当于应变的发生范围内的应变部分)的范围是将应变仪的配置部位81g、81h、81i、81j相似地扩大了大约1.5～4倍左右的范围。在该实施例是大约2倍左右的扩大范围。另外，在应变体80中进行掩蔽的部位是除了上述外周应变部分81r、81s以及内周应变部分81t、81u以外的框部81的整个周面。

对上述掩蔽状态的应变体80进行喷丸处理或激光喷丸处理。通过这样的喷丸处理，在包括应变仪的配置部位81g、81h、81i、81j的外周应变部分81r、81s以及内周应变部分81t、81u处形成具有负值的残留应力的残留应力层。由此，即使框部81的外周应变部分81r、81s以及内周应变部分81t、81u相对于外力(载荷)发生弹性变形，也能够抵抗由金属疲劳引起的疲劳失效。

另外，作为喷丸处理，在进行了将投射材料进行投射的喷丸处理的情况下，框部81的外周应变部分81r、81s以及内周应变部分81t、81u的表面粗糙度比其他部分粗糙。因此，即使在通过粘贴来配置应变仪的情况下，框部81的外周应变部分81r、81s以及内周应变部分81t、81u对弹性变形的追随性提高，能够维持变形的检测精度。另外，在第6实施方式中，也可以使用在上述第1实施方式等中说明的各种变形例。

实施例7

图32的(a)～(c)示出本发明的第7实施方式的应变体90，作为物理量测量传感器，适用于测力传感器。第7实施方式的应变体90在短圆柱状的基座部91的上表面侧的端面部94的中心处设置有突出成圆柱形状的凸部92。并且，在应变体90中，从端面部94的相反侧的底面侧挖空从而形成空洞部93。而且，在作为空洞部93的顶面的端面部94的内面95上，将在通过内面95的中心95a的X轴方向中心线X20和Y轴方向中心线Y20上远离中心95a的共4个部位作为应变仪的配置部位96～99。该应变仪的配置部位96～99在图32的(a)～(c)中是由交叉影线表示的范围。另外，在第7实施方式中，应变体90的原材料、应变仪的规格以及应变仪的配置方式等与第1实施方式相同。

图33(a)和(b)示出第7实施方式的应变体90的掩蔽状态。在制造第7实施方式的应变体90时，同样是通过机械加工(包括倒角加工)，由原材料形成图33的(a)～(c)的形状的应变体90。在该应变体中，对除了包括应变仪的配置部位96～99的矩形应变部分90a～90d以外的其他部分进行掩蔽(掩蔽的范围在图33的(a)和(b)中是由交叉阴影线表示的范围)。

未进行掩蔽的矩形应变部分90a～90d(相当于本发明的一个方式的应变部分)成为相似地扩大了应变仪的配置部位96～99的范围(扩大约1.5～4倍左右)，在该实施例中是扩大了约2倍左右的范围。另外，在应变体90中进行掩蔽的部位是除了上述矩形应变部分90a～90d以外的基座部91和凸部92的整个周面。

对上述掩蔽状态的应变体90进行喷丸处理或激光喷丸处理。通过这样的喷丸处理，在包括应变仪的配置部位96～99的矩形应变部分90a～90d处形成具有负值的残留应力的残留应力层。由此，即使基座部91的端面部94和内面95相对于外力(载荷)发生弹性变形，也能够抵抗由金属疲劳引起的疲劳失效。

另外，作为喷丸处理，在进行了将投射材料进行投射的喷丸处理的情况下，矩形应变部分90a～90d的表面粗糙度比其他部分粗糙。因此，即使在通过粘贴配置应变仪的情况下，也能够提高基座部91的端面部94和内表面95对弹性变形的追随性，能够维持应变的检测精度。另外，在第7实施方式中，也可以使用在上述第1实施方式中说明的各种变形例。

〔总结〕

本发明的一个方式的特征在于，在一种应变体中，其能够相对于载荷发生弹性变形，并且该应变体上配置有进行与伴随着变形的应变有关的检测的应变仪，并且在包括应变仪的配置部位的应变的产生范围内的应变部分处形成有残留应力层，该残留应力层具有负值的残留应力。

在本发明的一个方式中，由于在应变体的弹性变形范围内的包括应变仪的配置部位的部分即应变部分处形成了具有负值的残留应力(压缩残留应力)的残留应力层，因此提高了作为应变仪的检测部位的发生弹性变形的部分对疲劳失效的强度。这样，当疲劳失效的抗性提高时，可以长期稳定地使用具有应变体的物理量测量传感器。另外，作为残留应力层的形成方式，可以考虑使投射材料与应变部分的表面碰撞和照射激光等。

另外，本发明的一个方式的特征在于，所述应变部分的表面粗糙度比其他部分粗糙。

在本发明的一个方式中，由于使包括应变仪的配置部位的应变部分的表面粗糙度比其他部分大，因此粘接剂接触的应变部分的表面积增大，在通过粘接剂等将应变仪粘贴到应变体上的情况下，提高了针对应变体的表面(应变部分的表面)的粘接力，从而应变仪强力地紧密贴合。由此，即使应变体发生弹性变形，通过粘接剂而强力地紧密贴合在应变体的表面上的应变仪也容易追随应变体的表面，因此与以往相比能够实现应变检测的精度的提高。

并且，本发明的一个方式的特征在于，具有：框部；中央部，其以与所述框部隔着空间的方式位于所述框部中；以及臂部，其相当于所述应变部分并且将所述框部和所述中央部连接起来，在所述框部上形成有第1贯通部，该第1贯通部与连接有所述臂部的部位相对，在所述臂部的一个面上一共配置有4个应变仪，即第1应变仪、第2应变仪、第3应变仪、第4应变仪，第1应变仪和第2应变仪相对于沿着所述臂部的延伸方向的所述一个面上的中心线线对称，并且，所述第1应变仪和所述第2应变仪按照所述第1应变仪和所述第2应变仪的检测方向与所述中心线平行的方式配置在所述中央部的侧部，第3应变仪和第4应变仪相对于所述中心线线对称，并且，所述第3应变仪和所述第4应变仪按照所述第3应变仪和所述第4应变仪的检测方向相对于中心线倾斜以向所述中央部的方向逐渐扩展的方式配置在所述框部的侧部。

在本发明的一个方式中，由于应变体通过臂部将框部和中央部相连接，并且在框部上形成有与臂部相对的第1贯通部，并且在臂部上配置有一共4个应变仪，即第1应变仪、第2应变仪、第3应变仪、以及第4应变仪，其中，第3应变仪和第4应变仪相对于沿着臂部的延伸方向的中心线呈线对称，并且按照第3应变仪和第4应变仪的检测方向相对于中心线倾斜以向中央部的方向逐渐扩展的方式配置在所述框部的侧部，因此当在应变体的厚度方向上施加产生力矩的外力时，通过倾斜地配置以向中央部的方向逐渐扩展的第3应变仪和第4应变仪能够容易地检测出当在上述那样特定的方向(上述Mz、Fx、Fy的方向)上向臂部施加外力时的变形相关的应变。即，配置有第3应变仪和第4应变仪的倾斜的方向是明显检测伴随着在上述特定的方向上对臂部施加外力时的变形的应变的方向，因此能够确保灵敏度高的测量。

另外，本发明的一个方式的特征在于，具有：框部；中央部，其以与所述框部隔着空间的方式位于所述框部中；以及臂部，其相当于所述应变部分，并且将所述框部和所述中央部连接起来，所述中央部在与所述臂部的延伸方向对应的部位处形成有定位孔，并且，在连接有所述臂部的部位与所述定位孔之间形成有第2贯通部。

在本发明的一个方式中，由于应变体通过臂部将框部和中央部连接起来，并且在中央部处形成定位孔，在该定位孔与连接有臂部的部位之间形成第2贯通部，因此在中央部的与臂部的根部(中央部与臂部相连接的部位)对应的范围内，定位孔的附近刚性严格地提高，另一方面，第2贯通部的周边的刚性相对较低因此容易挠曲。由此，成为臂部与中央部连接的一侧容易发生弹性变形的结构，从而容易进行应变仪的变形的检测，其结果是，与外力和力矩等有关的物理量的数值的测量精度提高。

在本发明的一个方式中，由于对除了应变部分以外的其他部分进行掩蔽，并且将投射材料进行投射，因此投射材料直接与应变部分碰撞，通过该直接的碰撞，在应变部分处形成具有负值的残留应力的残留应力层，并且应变部分的表面粗糙度比其他部分粗糙。通过上述残留应力层，抗疲劳失效的强度变高，从而能够长期稳定地使用具有这样的应变体的物理量测量传感器。另外，由于投射材料直接与应变部分碰撞，从而应变部分的表面粗糙度比其他部分粗糙，因此配置在应变部分上的应变仪的追随性由于粘接剂的锚固效果而提高，从而变形检测精度提高。

另外，本发明的一个方式的特征在于，所述应变体具有：框部；中央部，其以与所述框部隔着空间的方式位于所述框部中；以及臂部，其相当于所述应变部分，将所述框部和所述中央部连接起来，并且具有如下步骤：在所述框部与所述臂部相连接的部位的边缘处的拐角部分，或者，在所述中央部与所述臂部相连接的部位的边缘处的拐角部分进行倒角加工。

在本发明的一个方式中，由于在构成为通过臂部连接框部和中央部的应变体中的、框部与臂部相连接的拐角部分或者中央部与臂部相连接的拐角部分进行倒角加工，因此容易在这些拐角部分产生的应力集中得到缓和，由此，能够进一步提高疲劳失效的抗性。

本发明的一个方式的物理量测量传感器的特征在于，具有如上所述那样的应变体，该物理量测量传感器进行与所述应变体相对于载荷的变形相应的物理量的测量。

在本发明的一个方式中，由于通过具有上述那样的应变体的物理量测量传感器，进行与应变体相对于载荷的变形相应的物理量的测量，因此能够提供一种维持长期稳定的高精度测量的物理量测量传感器。

在本发明的一个方式中，由于在应变部分形成了具有压缩残留应力的残留应力层，因此能够提高作为应变仪的检测部位的发生弹性变形的部分的疲劳失效的抗性，由此，能够实现应用了本发明的一个方式的应变体的物理量测量传感器的长期使用的稳定化。

另外，在本发明的一个方式中，由于增大了应变仪的粘贴部位的表面粗糙度，因此能够通过粘接剂的锚固效果来提高应变仪对应变体的弹性变形的追随性，由此，能够实现应用了本发明的一个方式的应变体的物理量测量传感器的测量精度的稳定化。

另外，在本发明的一个方式中，由于在通过臂部将框部和中央部相连接并且框部上形成有与臂部相对的第1贯通部的应变体中，配置在臂部上的第3应变仪和第4应变仪倾斜地配置成朝向中央部的方向逐渐扩展，因此能够提高在上述特定的方向(上述Mz、Fx、Fy的方向)上对臂部施加外力时的与弹性变形有关的应变的检测精度。

另外，在本发明的一个方式中，由于在通过臂部将框部和中央部连接的应变体中，与中央部的连接有臂部的部位对应地形成有定位孔和第2贯通孔，因此能够使臂部的中央部一侧成为相对于载荷容易发生弹性变形的结构，由此，能够提高应用了本发明的一个方式的应变体的物理量测量传感器的测量精度。

另外，在本发明的一个方式中，由于对除了应变部分以外的其他部分进行掩蔽并且将投射材料进行投射，因此能够在未掩蔽的应变部分处形成残留应力层，并且与此同时还能够增大应变部分的表面粗糙度，从而可以高效地制造疲劳失效的抗性较高且通过粘接剂的锚固效果提高了粘贴式的应变仪的变形追随性的应变体。

另外，在本发明的一个方式中，由于在通过臂部将框部和中央部相连接的应变体中的框部与臂部相连接的拐角部分或者中央部与臂部相连接的拐角部分进行倒角加工，因此，能够缓和容易在这些拐角部分产生的应力集中，由此，能够进一步提高疲劳失效的抗性。

再者，在本发明的一个方式中，通过具有上述那样的应变体的物理量测量传感器，对与应变体相对于载荷的变形相应的物理量进行测量，因此能够确保可以进行长期稳定的高精度测量的状况。

产业上的可利用性

在本发明中，具备发生弹性变形的应变体的物理量测量传感器能够理想地适用于提高疲劳失效的抗性从而确保长期的稳定使用的情况。

标号说明

1、101：力传感器；

2、102：工作台块；

6：基座块；

10、10’、10″、55、60、70、80、90、110：应变体；

11、11’、11″、71、111：框部；

12、12’、12″、72、112：中央部；

14a～14c、114a、114b：定位孔；

20～22、20’～22″、20″～22″、73～76、120～122：臂部；

25～27、25″～27″、125～127：贯通部；

29：应变仪电路；

30：信号处理模块；

31：放大器；

32：A/D转换器；

33：处理器；

34：存储器；

35：D/A转换器；

50’～52″、50″～52″：中央侧贯通部；

A1～C4’、A11～C14’：应变仪。

Claims (8)

1.一种应变体，其能够相对于载荷发生弹性变形，并且所述应变体上配置有应变仪，所述应变仪进行与伴随着变形的应变有关的检测，所述应变体的特征在于，

在包括应变仪的配置部位的应变的产生范围内的应变部分中包括臂部，并且具有负值的残留应力的残留应力层形成在所述臂部的整个圆周上。

2.根据权利要求1所述的应变体，其特征在于，

所述应变部分的表面粗糙度比其他部分粗糙。

3.根据权利要求1或2所述的应变体，其特征在于，所述应变体具有：

框部；

中央部，其以与所述框部隔着空间的方式位于所述框部中；以及

臂部，其包括在所述应变部分中，并且将所述框部和所述中央部连接起来，

在所述框部上形成有第1贯通部，所述第1贯通部与连接有所述臂部的部位相对，

在所述臂部的一个面上一共配置有4个应变仪，所述4个应变仪为第1应变仪、第2应变仪、第3应变仪、第4应变仪，

所述第1应变仪和所述第2应变仪相对于沿着所述臂部的延伸方向的所述一个面上的中心线线对称，并且，所述第1应变仪和所述第2应变仪按照所述第1应变仪和所述第2应变仪的检测方向与所述中心线平行的方式配置在所述中央部的侧部，

所述第3应变仪和所述第4应变仪相对于所述中心线线对称，并且，所述第3应变仪和所述第4应变仪按照所述第3应变仪和所述第4应变仪的检测方向相对于中心线倾斜以向所述中央部的方向逐渐扩展的方式配置在所述框部的侧部。

4.根据权利要求1或2所述的应变体，其特征在于，所述应变体具有：

框部；

中央部，其以与所述框部隔着空间的方式位于所述框部中；以及

臂部，其包括在所述应变部分中，并且将所述框部和所述中央部连接起来，

所述中央部在与所述臂部的延伸方向对应的部位处形成有定位孔，并且，在连接有所述臂部的部位与所述定位孔之间形成有第2贯通部。

5.一种应变体的制造方法，所述应变体能够相对于载荷发生弹性变形，并且所述应变体上配置有应变仪，所述应变仪进行与伴随着变形的应变有关的检测，所述应变体的制造方法的特征在于，包括如下步骤：

在包括应变仪的配置部位的应变的产生范围内的应变部分中包括臂部，对除了所述应变部分之外的其他部分进行掩蔽，以使所述臂部在整个圆周上露出；以及

执行将投射材料向掩蔽后的应变体进行透射的处理，

通过使所述应变部分与投射材料发生碰撞，从而在所述臂部的周面上形成残留应力层，所述残留应力层具有负值的残留应力，并且，按照使所述应变部分的表面粗糙度比其他部分粗糙的方式制造应变体。

6.根据权利要求5所述的应变体的制造方法，其特征在于，

所述应变体具有：框部；中央部，其以与所述框部隔着空间的方式位于所述框部中；以及臂部，其按照将所述框部和所述中央部连接起来的方式被包括在所述应变部分中，

所述应变体的制造方法具有如下步骤：在所述框部与所述臂部相连接的部位的边缘处的拐角部分，或者，在所述中央部与所述臂部相连接的部位的边缘处的拐角部分进行倒角加工。

7.一种物理量测量传感器，其特征在于，

所述物理量测量传感器具有根据权利要求1至4中的任意一项所述的应变体，所述物理量测量传感器进行与所述应变体相对于载荷的变形相应的物理量的测量。

8.一种物理量测量传感器，其特征在于，

所述物理量测量传感器具有通过根据权利要求5或6所述的应变体的制造方法制造出的应变体，所述物理量测量传感器进行与所述应变体相对于载荷的变形相应的物理量的测量。

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