CN113167669A - 弹性体和使用了该弹性体的力传感器 - Google Patents

弹性体和使用了该弹性体的力传感器 Download PDF

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Abstract

力传感器(10)具备：第一结构体(16‑1)、第二结构体(16‑2)、多个第三结构体(16‑3)、多个应变传感器(19)。第一结构体(16‑1)具有可在六轴方向上变形的三个以上的第一弹性部(16‑4)。第二结构体(16‑2)具有：可在六轴方向上变形的三个以上的第二弹性部(16‑5)、与第二弹性部各自连接且可在六轴方向上变形的三个以上的中继部(16‑6)。多个第三结构体(16‑3)设置于第二结构体的所述中继部各自和第一结构体的第一弹性部各自之间。多个应变传感器(19)设置于第一结构体和中继部各自之间。

Description

弹性体和使用了该弹性体的力传感器
技术领域
本发明的实施方式涉及例如机械臂等所使用的弹性体和使用了该弹性体的力传感器。
背景技术
力传感器被用于例如机械臂等，关于正交的三轴(x，y，z)，检测力(Fx、Fy、Fz)和力矩(Mx、My、Mz)(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2018-48915号公报
发明内容
力传感器具备可在六轴方向、例如三轴方向及绕三轴方向上变形的弹性体，在该弹性体上设置有多个应变传感器。各应变传感器具备应变体和设置于应变体上的多个应变计。另外，力传感器为了保护弹性体及应变体免受外力的影响，而具备止动件。
弹性体及应变体(以下，将它们一起均称为传感器体)的刚性较高，在六轴方向的位移量非常小的情况下，对止动件的结构要求较高的加工精度，止动件的实现变得困难。
另外，当传感器体的刚性在每个轴向上差异较大时，止动件的设计变得复杂，止动件的实现变得困难。
另一方面，在未设置止动件而设计了传感器体的情况下，难以增大弹性体及应变体的位移，因此，不能得到较大的传感器输出。因此，易受到噪声等干扰，成为测定精度低的传感器。
本发明的实施方式提供一种能够得到充分的传感器输出，且可提高测定精度的弹性体和使用了该弹性体的力传感器。
本实施方式提供一种弹性体，其具备：第一结构体，其具有可在六轴方向上变形的3个以上的第一弹性部；第二结构体，其具有可在所述六轴方向上变形的3个以上的第二弹性部和与所述第二弹性部各自连接且可在所述六轴方向上变形的3个以上的中继部；多个第三结构体，其设置于所述第二结构体的所述中继部各自和所述第一结构体的所述第一弹性部各自之间。
本实施方式提供一种力传感器，其具备：第一结构体，其具有可在六轴方向上变形的3个以上的第一弹性部；第二结构体，其具有可在所述六轴方向上变形的3个以上的第二弹性部和与所述第二弹性部各自连接且可在所述六轴方向上变形的3个以上的中继部；多个第三结构体，其设置于所述第二结构体的所述中继部各自和所述第一结构体的所述第一弹性部各自之间；多个应变传感器，其设置于所述第一结构体和所述中继部各自之间。
附图说明
图1是表示本实施方式的力传感器的立体图。
图2是将图1所示的力传感器分解表示的立体图。
图3是表示组装了图2所示的力传感器的一部分的状态的立体图。
图4是表示进一步组装了图2所示的力传感器的一部分的状态的立体图。
图5是将图2所示的力传感器的一部分进一步分解表示的立体图。
图6是将本实施方式的弹性体取出并表示的俯视图。
图7是示意性地表示本实施方式的弹性体的图。
图8是表示图6所示的弹性体变形的情况的例子的图，是将一部分取出并表示的俯视图。
图9是表示图6所示的弹性体变形的情况的另一例的图，是将一部分取出并表示的俯视图。
图10A是表示本实施方式的弹性体的变形的一例的图，是将一部分取出并表示的侧剖视图。
图10B是表示伴随图10A所示的变形的应变体变形的例子的立体图。
图10C是表示作为参考例的弹性体变形的例子的图，是将一部分取出并表示的侧剖视图。
图10D是表示伴随图10C所示的变形的应变体变形的例子的立体图。
图11是表示弹性体的第一变形例的俯视图。
图12是表示弹性体的第二变形例的图，是将一部分取出并表示的立体图。
图13是表示弹性体的第三变形例的图，是将一部分取出并表示的俯视图。
图14是示意性地表示弹性体的第四变形例的图。
图15是示意性地表示弹性体的第五变形例的俯视图。
图16是表示应变传感器的一例的俯视图。
图17是表示桥接电路的一例的电路图。
图18是表示传感器体相对于六轴的位移量的一例的图。
图19是表示本实施方式的止动件部件的一例的立体图。
图20A是表示本实施方式的止动件的主视图。
图20B是将图20A的一部分作为截面表示的侧视图。
图21是表示止动件与夹具(治具)的关系的立体图。
图22是表示止动件的第一变形例的主视图。
图23是表示止动件的第二变形例的主视图。
图24是表示止动件的第三变形例的主视图。
图25A是表示止动件的第四变形例的立体图。
图25B是沿着图25A所示的XXVB-XXVB线的剖视图。
图26是表示止动件的第五变形例的主视图。
图27是表示止动件的第六变形例的主视图。
图28是表示止动件的第七变形例的主视图。
图29是表示止动件的第八变形例的主视图。
图30是将图29的一部分取出并表示的立体图。
图31是表示止动件的第九变形例的主视图。
具体实施方式
以下，参照附图对实施方式进行说明。附图中，对相同部分标注相同符号。
使用图1～图6对本实施方式的力传感器10的结构进行说明。
力传感器10被用于例如机械臂等，检测X、Y、Z轴方向的力(Fx、Fy、Fz)、及绕X、Y、Z轴的扭矩(力矩：Mx、My、Mz)。
如图1、图2所示，力传感器10具备圆筒状的主体11和覆盖主体11的圆筒状的罩12。在罩12的内部设置相对于主体11可动作的作为可动体的安装板13，安装板13利用多个螺丝14固定于罩12。罩12及安装板13相对于主体11可动作地设置。
主体11固定于未图示的机械臂的例如主体。安装板13固定于机械臂的例如手部分。
在主体11和罩12之间设置有环状的密封部件15。密封部件15利用弹性材料、例如橡胶制或发泡部件形成，密封主体11和罩12的间隙，并且罩12相对于主体11可动作。
在主体11和安装板13之间设置弹性体16。弹性体16例如为金属制，如后述，具备：一个第一结构体16-1、分成多个的第二结构体16-2、设置于第一结构体16-1与第二结构体16-2之间的多个第三结构体16-3等。多个第二结构体16-2等间隔地配置于第一结构体16-1的周围。
本实施方式中，弹性体16例如具备三个第二结构体16-2。但是，第二结构体16-2的数量不限定于3个，也可以是3个以上。另外，在将本实施方式应用于力传感器以外的例如扭矩传感器的情况下，第二结构体16-2的数量也可以为两个。
如图3所示，第一结构体16-1在其周围具备6个第一弹性部16-4。第一弹性部16-4沿着第一结构体16-1的周围配置，且具有直线状的形状。
第二结构体16-2各自具备大致U字状的两个第二弹性部16-5和设置于两个第二弹性部16-5之间且连接两个第二弹性部16-5的直线上的中继部16-6。
第三结构体16-3各自的一端部与第一弹性部16-4连接，另一端部与中继部16-6连接。设置于第一结构体16-1和一个第二结构体16-2之间的两个第三结构体16-3平行地配置。
第二结构体16-2利用多个螺丝17固定于主体11，如图2、图4所示，第一结构体16-1利用多个螺丝18固定于安装板13。
如图2、图3所示，应变传感器19设置于第一结构体16-1和中继部16-6之间。具体而言，应变传感器19的一端部利用插入固定板20和第一弹性部16-4的背面的螺丝21，固定于两个第一弹性部16-4之间的第一结构体16-1，应变传感器19的另一端部利用插入固定板22和中继部16-6的背面的螺丝23，固定于中继部16-6的中央部。如后述，应变传感器19具备金属制的应变体和配置于应变体的表面的多个应变计。
当安装板13及罩12通过外力相对于主体11动作时，第三结构体16-3、第一弹性部16-4、第二弹性部16-5、及中继部16-6进行变形。随之，应变传感器19的应变体变形，从应变计输出电信号。
如后述，各应变传感器19的各应变计构成桥接电路，利用桥接电路，检测X、Y、Z轴方向的力(Fx、Fy、Fz)、及绕X、Y、Z轴的扭矩(力矩：Mx、My、Mz)。
如图2所示，在主体11上设置有保护弹性体16免受外力影响的多个止动件30。各止动件30由圆筒状的止动件部件31、作为固定部件的螺丝32、设置于安装板13的多个开口部13a构成。
本实施方式表示具备三个止动件30的情况。但是，止动件30的数量不限定于3个，也可以为3个以上。三个止动件30分别配置于三个第二结构体16-2的相邻结构体16-2的彼此间。
通过将止动件30配置于相邻的第二结构体16-2的彼此间，可抑制弹性体16及力传感器整体的直径及外形的大型化。
在主体11的表面设置多个突起11a。各突起11a配置于相邻的第二结构体16-2的彼此间。
如图4所示，止动件部件31在插入安装板13的开口部13a内的状态下，利用螺丝32固定于主体11的突起11a。如后述，止动件部件31的外径比开口部13a的内径略小地设定。当安装板13相对于主体11进行动作，且止动件部件31的外表面与开口部13a的内表面抵接时，阻止安装板13的动作，防止弹性体16及应变传感器19的应变体的破坏。
如图5所示，在主体11的背面部设置有印刷基板41、多个挠性印刷基板42、背部盖43、引线组件44、中空管45。印刷基板41具备向桥接电路供给电源，或对桥接电路的输出信号进行处理的未图示的处理电路等。
如图2所示，多个挠性印刷基板42的一端部配置于主体11的上表面侧，并与各应变传感器19连接。多个挠性印刷基板42的另一端部在印刷基板41的背面连接于处理电路等。多个挠性印刷基板42向应变计供给电源，或将来自应变计的信号供给至处理电路。
引线组件44与印刷基板41连接，向处理电路供给电源，或传送来自处理电路的信号。背部盖43利用多个螺丝固定于主体11，并覆盖印刷基板41。
在主体11、罩12、安装板13、及弹性体16的第一结构体16-1、印刷基板41、背部盖43的中央部，连通地设置有开口部，中空管45设置于该开口部内。
如图2、图3所示，中空管45的一端部贯通背部盖43、印刷基板41、第一结构体16-1，并突出于第一结构体16-1的表面。在中空管45的突出于第一结构体16-1的表面的一端部设置环状的密封部件26。该密封部件26例如由橡胶或发泡材料形成，密封安装板13的开口部和中空管25的一端部的间隙。由此，防止尘埃从罩12的外部侵入安装板13的内部。
(弹性体的结构)
图6表示弹性体16和应变传感器19。如上述，弹性体16具备：一个第一结构体16-1、三个第二结构体16-2、多个第三结构体16-3、设置于第一结构体16-1的6个第一弹性部16-4、设置于三个第二结构体16-2每个的两个第二弹性部16-5、及设置于两个第二弹性部16-5之间的中继部16-6。
第二弹性部16-5为大致U字状，具有比第二结构体16-2低的弯曲或扭曲刚性。第一弹性部16-4具有与第二弹性部16-5同程度或以下的扭曲刚性。
应变传感器19设置于位于两个第一弹性部16-4之间的第一结构体16-1和中继部16-6的中央部之间。另外，应变传感器19位于两个第三结构体16-3之间，与两个第三结构体16-3平行地配置。
第一弹性部16-4、第二弹性部16-5、及中继部16-6的厚度与第一结构体16-1、第二结构体16-2、第三结构体16-3的厚度相等，第一弹性部16-4、第二弹性部16-5、及中继部16-6的宽度W与第三结构体16-3的宽度相等。第二弹性部16-5随着U字状部的长度L1及L2变长及随着U字状部的宽度W变细，越柔软，第一弹性部16-4及中继部16-6也随着宽度变细，越柔软。
构成应变传感器19的应变体19a的厚度比第一结构体16-1、第二结构体16-2、第三结构体16-3、第一弹性部16-4、第二弹性部16-5、及中继部16-6的厚度薄，应变体19a的宽度比第三结构体16-3、第一弹性部16-4、第二弹性部16-5、及中继部16-6的宽度宽。但是，第一弹性部16-4、第二弹性部16-5、中继部16-6、第三结构体16-3的厚度、宽度的尺寸、及大小关系能够根据需要变更。
如后述，应变体19a为厚度薄的矩形状，为平面的纵横比较大的形状。因此，在应变体19a为单体的情况下，由于截面二次力矩的不同，应变体19a具有如下特性，对于Fx、Fy方向的力及Mz方向的力矩，位移较小，对于Mx、My方向的力矩及Fz方向的力，位移较大。
另一方面，在弹性体16的位移量过小的情况下，对上述的止动件30的结构要求较高的加工精度。另外，在对于Fx、Fy方向的力及Mz方向的力矩的位移量和对于Mx、My方向的力矩及Fz方向的力的位移量较大的情况下，止动件30的结构变得复杂。因此，为了以简单结构的止动件构成高精度的力传感器，需要弹性体16的各轴的位移量的差较小。
本实施方式的弹性体16增加向与X-Y平面(包含X轴、Y轴的平面)平行的方向的位移量，尽管应变体19a稍微位移，作为传感器体，也可实现较大的位移量。
另外，应变体19a的Z轴方向的刚性比弹性体16的Z轴方向的刚性小很多。因此，不能将力传感器Z轴方向弯曲涉及的额定负载施加于应变体19a单体。因此，需要控制应变体19a的位移量。
因此，对弹性体16所要求的功能是(1)位移量在X-Y平面内较大。(2)受到Z轴方向的负载，控制应变体19a的位移量。
图7示意性地表示上述的本实施方式的弹性体16的结构。
第一结构体16-1和中继部16-6之间利用串联连接的第一弹性部16-4和第三结构体16-3连接，还利用应变体19a连接。
中继部16-6和第二结构体16-2利用设置于它们之间的第二弹性部16-5连接。
在此，第一弹性部16-4及第二弹性部16-5具有相对于Fx、Fy方向的力、Mz方向的力矩增加弹性体16的位移量的功能。以下，进行具体地说明。
(第一弹性部16-4的功能)
(1)Mz系(Fx、Fy、Mz)的变形
如图8所示，在对弹性体16施加了Fx、Fy方向的力的情况下、及施加了Mz方向的力矩的情况下，第一弹性部16-4的连接第三结构体16-3的部分如箭头所示变形。因此，第二结构体16-2相对于第一结构体16-1的位移量增加。应变体19a根据第三结构体16-3的宽度、应变体19a的宽度、及负载进行位移，应变体19a的位移量极少。即，在本实施方式的情况下，与应变体19a的位移量相比，能够增加第二结构体16-2相对于第一结构体16-1的位移量。
(2)Fz系(Mx、My、Fz)的变形
如图9所示，在对弹性体16施加了Fz方向的力的情况下、及施加了Mx、My方向的力矩的情况下，第一弹性部16-4的连接第三结构体16-3的部分如箭头所示变形。因此，能够增加第三结构体16-3的厚度方向的位移量，且增加应变体19a的厚度方向的位移量。因此，如后述，能够使第三结构体16-3变形成大致S字状，能够增加桥接电路的输出电压。
图10A表示本实施方式的弹性体16的变形的一例。
第一结构体16-1具有扭曲刚性与第二弹性部16-5同程度或以下的第一弹性部16-4。因此，在对弹性体16施加了例如Fz方向的力的情况下，通过第一弹性部16-4变形，由此第二弹性部16-5的变形减少，降低中继部16-6的提升量。因此，第三结构体16-3变形成大致S字状，设置于第一结构体16-1和中继部16-6之间的应变体19a也变形成大致S字状。
图10B概略地表示伴随图10A所示的弹性体16的变形的应变体19a的变形。在应变体19a的表面上如图示那样配置多个应变计51～54。
在随着弹性体16的变形，应变体19a变形成大致S字状的情况下，设置于应变体19a的表面的应变计51、52被伸长，应变计53、54被压缩。因此，应变计51、52的电阻值与应变计53、54的电阻值的差变大，能够增加由应变计51～54构成的桥接电路的输出电压。因此，能够提高力传感器的精度。
图10C表示作为比较例的弹性体60的变形的情形。该弹性体60是从本实施方式的弹性体16除去了第一弹性部16-4所得到的弹性体。在没有第一弹性部16-4的情况下，当对弹性体60施加例如Fz方向的力时，由于具有比第二结构体16-2低的刚性的第二弹性部16-5的弯曲或扭曲变形，第三结构体16-3弯曲。随之，提升中继部16-6。因此，设置于第一结构体16-1和中继部16-6之间的应变体19a也弯曲。
图10D表示伴随图10C所示的弹性体60的变形的应变体19a的变形。在随着弹性体60的弯曲，应变体19a进行弯曲的情况下，设置于应变体19a的表面的应变计51、52、及应变计53、54同时被伸长。因此，应变计51、52的电阻值与应变计53、54的电阻值的差较小，由应变计51～54构成的桥接电路的输出电压也较小。因此，难以提高力传感器的精度。
(第二弹性部16-5的功能)
第二弹性部16-5的弯曲或扭曲刚性比第二结构体16-2低。因此，在对弹性体16施加了Fx、Fy方向的力的情况，及施加了Mz方向的力矩的情况下，尽管设置于第一结构体16-1和中继部16-6之间的应变体19a仅位移由后述的第三结构体16-3控制的量，也能够增加第二结构体16-2相对于第一结构体16-1的位移量。
具体而言，U字状的第二弹性部16-5的宽度比厚度窄，第二弹性部16-5的截面二次力矩大幅不同。因此，第二弹性部16-5的刚性相对于Fz方向的力较高，刚性相对于Mz方向的力矩较低。当考虑扭曲时，第二弹性部16-5具有的柔软性在对于Fz方向的力也单纯地弯曲而设想的以上。但是，对于第二弹性部16-5来说，对于Fz方向的力的刚性比Mz方向的力矩充分高。
(第三结构体16-3的功能)
第三结构体16-3设置于第一弹性部16-4和中继部16-6之间，且与应变传感器19平行地配置。因此，在对弹性体16施加了Fx、Fy方向的力和/或Mz方向的力矩的情况下，能够控制构成应变传感器19的应变体19a的厚度方向和宽度方向的位移量。
具体而言，第三结构体16-3的厚度比应变体19a的厚度厚，第三结构体16-3的宽度比应变体19a的宽度窄。因此，通过第三结构体16-3，可控制截面二次力矩不同的应变体19a的厚度方向和宽度方向的位移量。
(弹性体16及力传感器的效果)
本实施方式的弹性体16具备：第一结构体16-1、多个第二结构体16-2、设置于第一结构体16-1的多个第一弹性部16-4、设置于第二结构体16-2各自的第二弹性部16-5、设置于两个第二弹性部16-5之间的中继部16-6、设置于中继部16-6和第一弹性部16-4之间的第三结构体16-3，第二弹性部16-5的刚性比第二结构体16-2的刚性低，第一弹性部16-4的刚性为第一结构体6-1的刚性以下。因此，能够比没有第一弹性部16-4及第二弹性部16-5的情况降低弹性体16的整体的刚性，能够相对于Fx、Fy方向的力增加弹性体16的位移量。因此，对于Fx、Fy方向的力，与应变体19a的极少的变形相比，能够增加弹性体16的位移量。
另外，本实施方式的弹性体16具备第一弹性部16-4、第二弹性部16-5、及中继部16-6，由此，能够将六轴方向的位移量设为大致相等。而且，受到Fz方向的力，能够抑制第三结构体16-3及中继部16-6的变形，能够使第一弹性部16-4、第三结构体16-3及中继部16-6变形成大致S字状。随之，能够使应变体19a变形为S字状，因此，能够对于Fz方向的力对应变体19a赋予充分的应变。因此，能够得到较大的传感器输出，可构成高精度的力传感器。
另外，在第一弹性部16-4的刚性为第二弹性部16-5的刚性以下的情况下，能够对于Fz方向的力对应变体19a赋予更大的应变，能够得到更大的传感器输出。此外，在此，刚性包含轴刚性、弯曲刚性、剪切刚性，及扭转刚性。
而且，弹性体16的六轴方向的位移量大致相等，整体的刚性较低。因此，能够利用简单结构的止动件30保护应变体19a。
具体而言，在具有较高的刚性的弹性体的情况下，需要将止动件30的止动件部件31的侧面和安装板13的开口部13a的内表面的间隙设为例如20μm以下。因此，机械加工困难。但是，如本实施方式，在弹性体16的整体的刚性较低的情况下，能够使额定负载时的弹性体16的位移量增加至例如100μm～200μm。因此，能够扩展止动件部件31的侧面和安装板13的开口部13a的内表面的间隔，因此，过负载时的止动件30的设计变得容易，止动件30的机械加工变得容易。
另外，过负载时，能够利用刚性较高的止动件30抑制弹性体16及应变体19a的位移，因此，可在额定负载的范围内对应变体19a赋予充分的应变。因此，可得到较高的传感器输出。假定在没有止动件30的情况下，则也设想，过负载时，需要设定预计了充分的安全率的额定负载。因此，不能对应变体赋予充分的应变，难以取得较高的传感器输出。
(弹性体16的变形例)
(第一变形例)
图11表示弹性体16的第一变形例。图11所示的弹性体16中，与图6所示的弹性体16不同的点在于，将中继部16-6固定于第二结构体16-2。即，在中继部16-6和第二结构体16-2之间设置连接部70，中继部16-6利用连接部70固定于第二结构体16-2。
连接部70的厚度与第二结构体16-2、中继部16-6相等，宽度与例如第三结构体16-3的宽度相等。
另外，在该情况下，除去了第一结构体16-1的第一弹性部16-4。
上述结构中，图11所示的中继部16-6的梁16-6a的扭曲刚性相对于连接部70的弯曲刚性较低，在没有第一结构体16-1的第一弹性部16-4的情况下，在利用Fz方向的力使第三结构体16-3位移的情况下，中继部16-6的表面尽管高度由于连接部70而与第一结构体16-1的表面不同，但保持成接近平行的姿势。因此，如图10B所示，应变体19a能够变形为S字状，能够增加桥接电路的输出电压。
(第二变形例)
图12表示弹性体16的第二变形例。图12所示的弹性体16与图11所示的弹性体16的不同点在于，在图12所示的弹性体16中除去了第二弹性部16-5。另外，也可以除去中继部16-6的梁16-6a。
通过该结构，在通过Fz方向的力使第三结构体16-3位移的情况下，中继部16-6尽管高度由于连接部70而与第一结构体16-1的表面不同，但保持成接近平行的姿势。因此，通过第二变形例也能够得到与第一变形例同样的效果。
(第三变形例)
图13表示弹性体16的第三变形例。图2、图3、图6所示的弹性体16中，设置有第三结构体16-3的第一弹性部16-4与一个第三结构体16-3分别对应地设置。
与之相对，在图13所示的第三变形例的情况下，对两个第三结构体16-3设置一个第一弹性部16-7。应变体19a的一端部设置于位于两个第三结构体16-3之间的第一弹性部16-7。
通过上述结构，在通过Fz方向的力使第三结构体16-3位移的情况下，如图10B所示，应变体19a也能够变形成S字状，能够增加桥接电路的输出电压。
此外，设置于第一弹性部16-7的第三结构体的数量不限于两个，也可以是3个以上。
(第四变形例)
图14示意性地表示弹性体16的第四变形例。
弹性体16只要在X-Y平面内与应变体19a的位移量相比能够增加弹性体16本身的位移量，并且受到Z轴方向的负载，能够控制应变体19a的位移量即可。因此，上述实施方式中，如图7所示，弹性体16在第一结构体16-1的周围配置多个第二结构体16-2，在第一结构体16-1的第一弹性部16-4和第二结构体16-2的中继部16-6之间分别配置第三结构体16-3，在第一结构体16-1和中继部16-6之间分别配置应变体19a。
但是，不限于此，如图14所示，也可以在第二结构体16-2的周围配置多个第一结构体16-1，在第二结构体16-2的中继部16-6和第一结构体16-1的第一弹性部16-4之间分别配置第三结构体16-3，在中继部16-6和第一结构体16-1之间分别配置应变体19a。
通过该结构，也可得到与上述实施方式同样的效果。
此外，上述实施方式及各变形例中，弹性体16的第一弹性部16-4、第二弹性部16-5的厚度及材料也可以与第三结构体16-3相同，但也可以设为其它的厚度及其它的材料。
(第五变形例)
在图6及图11所示的例子的情况下，弹性体16具备三个第二结构体16-2。但是，通过变更止动件30的配置，三个第二结构体16-2也可一体化。
图15表示图6所示的弹性体16的变形例。第五变形例中，第二结构体16-2为环状，在一个第二结构体16-2的多个部位分别设置有多个第二弹性部16-5、及中继部16-6。其它的结构与图6一样。在该结构的情况下，多个止动件30只要配置于弹性体16的例如外侧即可。
利用具有这种结构的弹性体16，也可得到与图6所示的结构的弹性体同样的效果。
图11所示的弹性体16也可如图15所示将三个第二结构体16-2设为环状的一个第二结构体16-2。在该情况下，也可得到与图11所示的弹性体16同样的效果。
图14所示的弹性体16也可如图15所示将多个第一结构体16-1设为环状的一个第一结构体16-1。在该情况下，也可得到与图14所示的弹性体16同样的效果。
(应变传感器的结构)
图16表示应变传感器19的一例。如上述，应变传感器19由应变体19a和设置于应变体19a的表面的多个应变计R1～R8构成。应变体19a由金属构成，其厚度比宽度薄。因此，应变体19a容易在厚度方向上变形，难以在宽度方向上变形。
应变体19a的一端部设置于第一结构体16-1，另一端部设置于第二结构体16-2的中继部16-6。应变计R1、R3、R5、R8设置于应变体19a的一端部附近，应变计R2、R4、R6、R7设置于应变体19a的另一端部附近。
图17表示使用了上述应变计R1～R8的桥接电路的一例。应变计R1、R2、R3、R4构成第一桥接电路BC1，应变计R5、R6、R7、R8构成第二桥接电路BC2。
第一桥接电路BC1在电源V与接地GND之间配置应变计R2与应变计R1的串联电路、和应变计R4与应变计R3的串联电路。从应变计R2与应变计R1的连接节点输出输出电压Vout+，从应变计R4与应变计R3的连接节点输出输出电压Vout-。输出电压Vout+及输出电压Vout-供给至运算放大器OP1，并从运算放大器OP1的输出端输出输出电压Vout。
第二桥接电路BC2在电源V与接地GND之间配置应变计R6与应变计R5的串联电路、和应变计R8与应变计R7的串联电路。从应变计R6与应变计R5的连接节点输出输出电压Vout+，从应变计R8与应变计R7的连接节点输出输出电压Vout-。输出电压Vout+及输出电压Vout-供给至运算放大器OP2，并从运算放大器OP2的输出端输出输出电压Vout。
如上述，应变体19a通过例如Fz方向的力变形成S字状，由此，能够从第一桥接电路BC1及第二桥接电路BC2得到较大的输出电压。
此外，应变计R1～R8相对于应变体19a的配置、及桥接电路BC1、BC2的结构不限定于此，可进行变形。
(止动件的结构)
对上述止动件30进行进一步说明。
一般而言，止动件使用圆筒形的止动件部件和收容止动件部件的圆形的开口部。在该结构的止动件的情况下，止动件部件的侧面与开口部的内表面之间的间隔在各轴方向上均匀。因此，在设置应变体的弹性体的刚性在每个轴上不同的情况下，在刚性较高的轴上，止动件的动作点成为高负荷，难以可靠地防止应变体的破坏。
图18表示传感器体(弹性体16和应变体19a)相对于六轴的位移量的一例。如图18所示，在相对于传感器体额定下的六轴的位移量分别设定有不同的安全率的情况下，各轴的可动作范围(動作可能範囲)不同。
具体而言，Fx、Fy、Mz方向的传感器体的可动作范围比Fz、Mx、My方向的传感器体的可动作范围小。换言之，应变体19a的宽度方向的可动作范围比应变体19a的厚度方向的可动作范围小。
这样，在传感器体对于各轴的可动作范围不同的情况下，圆筒形的止动件部件和圆形的开口部中，在可动作范围较小的方向上，止动件的动作点成为高负荷，难以充分保护应变体。
图19、图20A、图20B表示本实施方式的止动件部件31。
止动件部件31例如具备：直径不同的第一部分31a、第二部分31b、第三部分31c、两个突起31d、插入螺丝32的开口部31e、及狭缝31f。
第一部分31a具有第一直径D1，第二部分31b的直径比第一部分31a的直径小，第三部分31c的直径比第二部分31b的直径小。在第二部分31b设置有两个突起31d。这些突起31d与例如弹性体16(应变体19a)的可动作范围较小的方向(Fx、Fy、Mz方向)对应地设置于第二部分31b的两侧。突起31d的表面沿着开口部13a的内表面弯曲。
图20A、图20B中，L11表示第一部分31a和安装板13的开口部13a的内表面之间的间隔(距离)。该间隔L11是例如弹性体16的可动作范围较大的方向(Fz、Mx、My方向，即应变体19a的厚度方向)的间隔。另外，L12表示突起31d和开口部13a的内表面之间的间隔。该间隔L12是例如弹性体6的可动作范围较小的方向(Fx、Fy、Mz方向，即应变体19a的宽度方向)的间隔。L11和L12的关系为L11＞L12。
具体而言，在图20A、图20B中表示的例子的情况下，优选L11例如为0.21mm，L12例如为0.11mm。
即，应变体19a的难以变形的方向(Fx、Fy、Mz方向)的间隔L12设定得比容易变形的方向(Fz、Mx、My方向)的间隔L11窄。
此外，止动件部件31的与间隔L11对应的部分是与开口部13a的内表面接触的第一接触部(CP1)，与间隔L12对应的部分是与开口部13a的内表面接触的第二接触部(CP2)。
第三部分31c是装配有用于调整止动件部件31和开口部13a之间的间隔的圆筒形夹具(图2中以80表示)的部分。
在第三部分31c设置有狭缝31f。狭缝31f的中心设置于与连结两个突起31d的中心的直线的中央对应的位置。
如图2、图4所示，在安装板13的与止动件30对应的位置设置有狭缝13d。狭缝13d与开口部13a连通，另外，也可与设置于止动件部件31的第三部分31c的狭缝31f连通。
图21中，将止动件30放大表示。止动件部件31和开口部13a之间的间隔使用夹具80调整。夹具80具备插入部80a、键80b、旋钮80c。
插入部80a为圆筒形，圆筒的厚度与第三部分31c的侧面和开口部13a的内表面之间的距离大致相等地制造。第三部分31c的侧面和开口部13a的内表面之间的距离比第一间隔L11宽。
键80b设置于插入部80a，沿着夹具80的轴心配置。键80b具有与使止动件部件31的狭缝31f和安装板13的狭缝13d重合的形状大致相等的形状。
旋钮80c例如为圆柱形状，具备沿着轴心贯通于插入部80a的孔80d。向该孔80d内插入用于固定止动件部件31的、例如未图示的六角扳手。
在调整止动件部件31和开口部13a之间的间隔的情况下，松动图2、图21所示的螺丝32，向止动件30插入夹具80。具体而言，夹具80的插入部80a插入止动件部件31的第三部分31c和开口部13a之间。
夹具80的插入部80a的厚度与第三部分31c的侧面和开口部13a的内表面之间的距离大致相等，因此，仅将插入部80a插入第三部分31c和开口部13a之间，就能够设定图20A所示的间隔L11及L12。
另外，通过将夹具80装入止动件30，夹具80的键80b插入止动件部件31的狭缝31f和安装板13的狭缝13d中。因此，能够与X-Y平面平行地设定止动件部件31的突起31d的位置。
在将夹具80装入止动件30的状态下，将六角扳手插入孔80d，且拧紧螺丝32，由此，将止动件部件31固定于主体11，止动件部件31的调整完成。
在止动件部件31作为止动件发挥作用的情况下，在弹性体16在应变体19a容易变形的方向(Fz、Mx、My方向)上变形的情况下，止动件部件31的第一部分31a与开口部13a的内表面接触，且第二部分31b、第三部分31c、及突起31d不与开口部13a的内表面接触。
另外，在弹性体16在应变体19a难以变形方向(Fx、Fy、Mz方向)上变形的情况下，止动件部件31的第一部分31a、第二部分31b、及第三部分31c不与开口部13a的内表面接触，突起31d与开口部13a的内表面接触。因此，保护应变体19a。
(止动件的效果)
根据上述结构，止动件部件31的第二部分在应变体19a的可动作范围较小的方向(Fx、Fy、Mz，应变体19a的宽度方向)上具有一对突起31d，安装板13的开口部13a的内表面和突起31d的间隔L12比止动件部件31的第一部分31a和安装板13的开口部13a的内表面的间隔L11窄。因此，在应变体19a的可动作范围较小的方向上，能够防止止动件的动作点成为高负荷，能够充分保护应变体19a。
而且，能够在额定动作范围内使应变体19a充分变形，因此，能够得到较大的传感器输出。因此，能够实现高精度的力传感器。
另外，通过使用本实施方式的止动件30，也可允许传感器体的六轴方向的刚性的不均匀。在要将传感器体的六轴方向的刚性均匀化的情况下，一般而言，弹性体16及应变体19a的形状大型化。但是，通过使用本实施方式的止动件30，可允许传感器体的六轴方向的刚性的不均匀，因此，能够防止弹性体16及应变体19a的大型化，可实现小型的力传感器。
(止动件的变形例)
上述止动件部件31在第二部分31b设置有两个突起31d，但止动件30等的结构不限定于上述例子。
(第一变形例)
图22表示止动件30的第一变形例。图20A所示的止动件30在止动件部件31的第二部分31b设置有突起31d。与之相对，在第一变形例中，止动件部件31的第二部分31b不具有突起31d，而为圆筒形，且在与第二部分31b对应的开口部13a的内表面设置有一对突起13b。
具体而言，一对突起13b分别设置于开口部13a的Fx、Fy、Mz方向的对置面。突起13b具有扁平的表面，突起13b的表面和第二部分31b的表面的间隔设为L12。突起13b具有扁平表面的原因是由于，在止动件部件31在开口部13a的Z轴方向上移动的情况下，避免突起13b与止动件部件31的第二部分31b接触。
(第二变形例)
图23表示止动件30的第二变形例。第二变形例中，开口部13a的形状与图20A一样，为圆形，止动件部件31的第二部分31b的形状设为椭圆形。
具体而言，椭圆的长轴沿着Fx、Fy、Mz方向配置，长轴的一端部及另一端部和开口部13a的内表面的间隔设定成L12。因此，椭圆的长轴部分能够发挥与突起31d同样的作用。
(第三变形例)
图24表示止动件30的第三变形例。图23所示的第二变形例中，止动件部件31的第二部分31b的形状设为椭圆形。与之相对，第三变形例中，止动件部件31的第二部分31b的形状为圆形，与止动件部件31的第二部分31b对应的开口部13a的部分13c的形状设为椭圆形。
具体而言，开口部13a的部分13c的椭圆形的短轴在Fx、Fy、Mz方向上配置，止动件部件31的第二部分31b和开口部13a的部分13c的内表面的间隔设为L12。
通过上述第一～第三变形例，也可得到与图19、图20A、图20B所示的例子同样的效果。
(第四变形例)
图25A、25B表示止动件30的第四变形例，仅表示止动件部件31。图19所示的止动件部件31具有第一部分31a、第二部分31b、及第三部分31c，一对突起31d设置于第二部分31b。这样，在具有多个高度差的结构的情况下，能够容易地进行高精度的加工。但是，第二部分31b不是总是必须的。
如图25A、25B所示，在第四变形例中，止动件部件31不具备第二部分31b，一对突起31d设置于第一部分31a。
利用图25A、25B所示的结构的止动件部件31，也能够得到与图19所示的止动件部件31同样的功能及效果。
(第五变形例)
图26表示止动件30的第五变形例。第五变形例也与第四变形例一样，止动件部件31不具备第二部分31b，第一部分31a不具有一对突起31d而为圆筒状。
与第一部分31a对应的开口部13a的内表面具备一对突起13b。一对突起13b分别设置于开口部13a的Fx、Fy、Mz方向的对置面，突起13b的表面设为扁平。突起13b的表面和止动件部件31的第一部分31a的间隔为L12，突起13b以外的开口部13a的内表面和第一部分31a的侧面的间隔为L11。
(第六变形例)
图27表示止动件30的第六变形例。第六变形例也与第四变形例一样，止动件部件31不具备第二部分31b，而具备第一部分31a和第三部分31c。第一部分31a为椭圆形。椭圆的长轴配置于Fx、Fy、Mz方向，椭圆的短轴配置于Fz、Mx、My方向。
开口部13a为圆形。第一部分31a中，椭圆的长轴的一端部及另一端部和开口部13a的内表面的间隔为L12，椭圆的短轴的一端部及另一端部和开口部13a的内表面的间隔为L11。
(第七变形例)
图28表示止动件30的第七变形例。第七变形例与第四变形例一样，止动件部件31不具备第二部分31b，而具备第一部分31a和第三部分31c。第一部分31a和第三部分31c为圆筒形。
开口部13a的与第一部分31a对应的部分为椭圆形，椭圆形的短轴配置于Fx、Fy、Mz方向上，椭圆的长轴配置于Fz、Mx、My方向上。椭圆的短轴的一端部及另一端部和开口部13a的内表面的间隔为L12，椭圆的长轴的一端部及另一端部和开口部13a的内表面的间隔为L11。
开口部13a的与第三部分31c对应的部分如虚线所示为圆形。但是，如果将夹具80的插入部80a的外径设为椭圆形，则也可将开口部13a的整体设为椭圆形。
利用上述的第五～第七变形例，也可得到与图19、图20A、图20B所示的例子同样的效果。
上述的止动件30具备圆筒形或一部分为椭圆形的止动件部件31和圆形或椭圆形的开口部13a。但是，止动件部件31和开口部13a的形状不限定于此。
(第八变形例)
图29、图30表示止动件30的第八变形例。第八变形例中，止动件部件31的第一部分31a是Fx、Fy、Mz方向的边的长度E1和Fz、Mx、My方向的边的长度E2相等的例如正方形。
与第一部分31a对应的开口部13a的形状为长方形。长方形的短边配置于Fx、Fy、Mz方向上，长方形的长边配置于Fz、Mx、My方向上。长方形的短边和止动件部件31的第一部分31a的间隔为L11，长方形的长边和止动件部件31的第一部分31a的间隔为L12。
开口部13a中，与止动件部件31的第三部分31c对应的部分如虚线所示为圆形。因此，可使用夹具80进行止动件部件31的定位。
(第九变形例)
图31表示止动件30的第九变形例。第九变形例中，与止动件部件31的第一部分31a对应的开口部13a的形状为正方形。止动件部件31的第一部分31a为长方形，长方形的Fx、Fy、Mz方向的边的长度E1比Fz、Mx、My方向的边的长度E2长。
止动件部件31中，长方形的短边和开口部13a的内表面的间隔为L12，长方形的长边和开口部13a的内表面的间隔为L11。
开口部13a中，与止动件部件31的第三部分31c对应的部分如虚线所示为圆形。因此，可使用夹具80进行止动件部件31的定位。
通过第八及第九变形例，也能够得到与第一～第七变形例同样的效果。
除此之外，本发明不限定于上述各实施方式，在实施阶段，可在不脱离其宗旨的范围内对构成要素进行变形并具体化。另外，通过上述各实施方式所公开的多个构成要素的适当的组合，能够形成各种发明。例如，也可以从实施方式所示的全部构成要素删除几个构成要素。另外，也可以适当组合不同的实施方式所涉及的构成要素。

Claims (19)

1.一种弹性体，包括：
第一结构体，其具有能够在六轴方向上变形的3个以上的第一弹性部；
第二结构体，其具有3个以上的第二弹性部和3个以上的中继部，所述第二弹性部能够在所述六轴方向上变形，所述中继部与所述第二弹性部分别连接且能够在所述六轴方向上变形；以及
多个第三结构体，其设置于所述第二结构体的各个所述中继部和所述第一结构体的各个所述第一弹性部之间。
2.根据权利要求1所述的弹性体，其中，
所述第二结构体被分成分别具有所述第二弹性部和所述中继部的3个以上的部分。
3.根据权利要求1所述的弹性体，其中，
所述第二结构体的外形为环形。
4.一种力传感器，包括：
第一结构体，其具有能够在六轴方向上变形的3个以上的第一弹性部；
第二结构体，其具有3个以上的第二弹性部和3个以上的中继部，所述第二弹性部能够在所述六轴方向上变形，所述中继部与所述第二弹性部分别连接且能够在所述六轴方向上变形；
多个第三结构体，其设置于所述第二结构体的各个所述中继部和所述第一结构体的各个所述第一弹性部之间；以及
多个应变传感器，其设置于所述第一结构体和各个所述中继部之间。
5.根据权利要求4所述的力传感器，其中，
所述第二结构体被分成分别具有所述第二弹性部和所述中继部的3个以上的部分。
6.根据权利要求4所述的力传感器，其中，
所述第二结构体的外形为环形。
7.根据权利要求4所述的力传感器，其中，
所述中继部各自设置于与所述第三结构体各自的长边方向交叉的方向上。
8.根据权利要求4所述的力传感器，其中，
所述第一结构体的所述第一弹性部各自设置于与所述第三结构体各自的长边方向交叉的方向上。
9.根据权利要求4所述的力传感器，其中，
所述第三结构体、所述第一弹性部、及所述第二弹性部的厚度相等，所述第三结构体、所述第一弹性部、及所述第二弹性部的宽度比所述厚度窄。
10.根据权利要求4所述的力传感器，其中，
一个所述第一弹性部与一个所述第三结构体连接。
11.根据权利要求4所述的力传感器，其中，
一个所述第一弹性部与至少两个所述第三结构体连接。
12.根据权利要求4所述的力传感器，其中，
所述第二弹性部为U字状，所述中继部设置于两个所述第二弹性部之间。
13.一种力传感器，包括：
第一结构体；
第二结构体；
3个以上的中继部，其能够在六轴方向上变形；
多个第三结构体，其设置于各个所述中继部和所述第一结构体之间；
多个连接部，其将所述第二结构体和各个所述中继部连接；以及
多个应变传感器，其设置于所述第一结构体和各个所述中继部之间。
14.根据权利要求13所述的力传感器，其中，
还具备多个第二弹性部，其将所述第二结构体和各个所述中继部连接。
15.根据权利要求14所述的力传感器，其中，
所述第二结构体被分成3个以上部分，所述第二弹性部各自和所述中继部各自分别设置于所述3个以上部分。
16.根据权利要求14所述的力传感器，其中，
所述第二结构体的外形为环形。
17.一种力传感器，包括：
多个第一结构体，其具有能够在六轴方向上变形的多个第一弹性部；
第二结构体，其具有能够在六轴方向上变形的多个第二弹性部和与所述第二弹性部各自连接的多个中继部；
多个第三结构体，其设置于多个所述中继部和多个所述第一弹性部之间；以及
多个应变传感器，其设置于多个所述中继部和所述第一结构体的各部分之间。
18.根据权利要求4、13和17中任一项所述的力传感器，其中，
所述应变传感器具备应变体和设置于所述应变体的多个应变计。
19.根据权利要求18所述的力传感器，其中，
所述多个应变传感器具备设置有多个应变计的应变体，所述应变体的厚度比所述第一结构体、第二结构体、第三结构体的厚度薄。
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