CN115077771A - 应变体、力传感器装置 - Google Patents

应变体、力传感器装置 Download PDF

Info

Publication number
CN115077771A
CN115077771A CN202210090337.0A CN202210090337A CN115077771A CN 115077771 A CN115077771 A CN 115077771A CN 202210090337 A CN202210090337 A CN 202210090337A CN 115077771 A CN115077771 A CN 115077771A
Authority
CN
China
Prior art keywords
strain
force
sensor chip
detection
frame portion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210090337.0A
Other languages
English (en)
Inventor
山口真也
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MinebeaMitsumi Inc
Original Assignee
MinebeaMitsumi Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MinebeaMitsumi Inc filed Critical MinebeaMitsumi Inc
Publication of CN115077771A publication Critical patent/CN115077771A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/18—Measuring force or stress, in general using properties of piezo-resistive materials, i.e. materials of which the ohmic resistance varies according to changes in magnitude or direction of force applied to the material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2206—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/16—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
    • G01L5/161—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in ohmic resistance
    • G01L5/162—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in ohmic resistance of piezoresistors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/225—Measuring circuits therefor
    • G01L1/2262—Measuring circuits therefor involving simple electrical bridges

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

本发明提供一种应变体及力传感器装置，提高了针对输入的力或力矩的耐载荷及轴分离性。该应变体具有：应变部，其具备受预定的轴向的力或力矩而变形的可动部、以及受上述力或上述力矩而不变形的非可动部；以及输入传递部，其与上述非可动部接合，且受上述力或上述力矩而不变形，上述可动部具备在上述输入传递部侧开口的槽，上述输入传递部具备能够容纳探测上述力或上述力矩的传感器芯片的容纳部，上述容纳部的一部分位于上述槽的内侧。

Description

应变体、力传感器装置
技术领域
本发明涉及应变体、力传感器装置。
背景技术
以往，已知一种探测预定的轴向的位移的力传感器装置。作为一例，列举一种力传感器装置，其具备传感器芯片和配置于传感器芯片的周围的结构体，该结构体包括被施加外力的外力施加板、支撑传感器芯片的台座部、将外力施加板固定于台座部的外力缓冲机构以及作为外力传递机构的连结杆，外力施加板和作用部由连结杆连结(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2003-254843号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，在用于现有的力传感器装置的应变体中，在构成应变体的梁的厚度与传感器芯片相比非常厚的情况下，难以向传感器芯片输入理想的位移。另外，由于不能输入适于传感器芯片的位移，存在针对于输入的力或力矩的耐载荷及轴分离性降低的情况。
本发明鉴于上述的点而提出，目的在于提供一种提高了针对于输入的力或力矩的耐载荷及轴分离性的应变体。
用于解决课题的方案
本应变体200具有：应变部220，其具备受预定的轴向的力或力矩而变形的可动部及受上述力或上述力矩不变形的非可动部；以及输入传递部230，其与上述非可动部接合，且受上述力或上述力矩而不变形，上述可动部具备在上述输入传递部230侧开口的槽220x，上述输入传递部230具备能够容纳探测上述力或上述力矩的传感器芯片100的容纳部235，上述容纳部235的一部分位于上述槽220x的内侧。
此外，上述参照符号是为了容易理解而标注的，仅为一例，不限于图示的方案。
发明效果
根据公开的技术，能够提供一种提高了针对于输入的力或力矩的耐载荷及轴分离性的应变体。
附图说明
图1是例示第一实施方式的力传感器装置的立体图。
图2是例示第一实施方式的力传感器装置的剖视立体图。
图3是表示在输入传递部安装有传感器芯片的状态的上表面侧立体图。
图4是表示在输入传递部安装有传感器芯片的状态的下表面侧立体图。
图5是从Z轴方向上侧观察传感器芯片100的立体图。
图6是从Z轴方向上侧观察传感器芯片100的俯视图。
图7是从Z轴方向下侧观察传感器芯片100的立体图。
图8是从Z轴方向下侧观察传感器芯片100的仰视图。
图9是对表示作用于各轴的力及力矩的符号进行说明的图。
图10是例示传感器芯片100的压阻元件的配置的图。
图11是图10所示的传感器芯片的一组探测块的局部放大图。
图12是表示使用了各压阻元件的检测电路的一例的第一图。
图13是表示使用了各压阻元件的检测电路的一例的第二图。
图14是对Fx输入进行说明的图。
图15是对Fy输入进行说明的图。
图16是例示构成应变体200的受力板的立体图。
图17是例示构成应变体200的应变部的立体图。
图18是例示构成应变体200的输入传递部的上表面侧的立体图。
图19是例示构成应变体200的输入传递部的下表面侧的立体图。
图20是例示构成应变体200的输入传递部的侧视图。
图21是例示构成应变体200的盖板的立体图。
图22是例示构成比较例的应变体200T的应变部及输入传递部的剖视图。
图23是例示构成应变体200的应变部及输入传递部的立体图。
图24是例示构成应变体200的应变部及输入传递部的剖视图。
图25是例示构成第一实施方式的变形例1的应变体200A的应变部及输入传递部的剖视图。
图26是例示容纳部的深度D与传感器芯片的输入位移的关系的图。
图27是例示构成第一实施方式的变形例2的应变体200B的应变部及输入传递部的剖视图。
图28是例示构成第一实施方式的变形例3的应变体200C的应变部及输入传递部的剖视图。
图中：
1—力传感器装置，100—传感器芯片，101～105—支撑部，111～114—框部，121～124—连结部，131a、131c、131e、132a、132c、132e、133a、133c、133e、134a、134c、134e—第一探测用梁，131b、131d、131f、132b、132d、132f、133b、133d、133f、134b、134d、134f—第二探测用梁，131T1、131T2、131T3、132T1、132T2、132T3、133T1、133T2、133T3、134T1、134T2、134T3—T字型梁结构，141～144—连接部，151～154—力点，200、200A、200B、200C—应变体，210—受力板，211—贯通孔，220—应变部，220x、220y—槽，221、231—外框部，222—中央部，223、233—梁结构，223x—凹部，224a—第一连接部，224b—第二连接部，230—输入传递部，232—内框部，235—容纳部，235a—水平支撑部，235b—垂直支撑部，235c—传感器连接部，240—盖板。
具体实施方式
以下，参照附图，对用于实施发明的方式进行说明。在各附图中，对相同结构部分标注相同符号，有时省略重复的说明。
〈第一实施方式〉
(力传感器装置1的概略结构)
图1是例示第一实施方式的力传感器装置的立体图。图2是例示第一实施方式的力传感器装置的剖视立体图。参照图1及图2，力传感器装置1具有传感器芯片100和应变体200。力传感器装置1例如是搭载于在机床等中使用的机器人的臂或手指等的多轴的力传感器装置。
传感器芯片100具有最多六轴探测预定的轴向的位移的功能。应变体200具有将被施加的力和/或力矩传递至传感器芯片100的功能。在以下的实施方式中，作为一例，对传感器芯片100探测六轴的情况进行说明，但不限于此，例如，传感器芯片100也能够用于探测三轴的情况等。
应变体200具有受力板210、应变部220、输入传递部230以及盖板240。应变部220层叠于受力板210上，输入传递部230层叠于应变部220上，盖板240层叠于输入传递部230上，整体形成大致圆筒状的应变体200。此外，应变部220及输入传递部230主要承担作为应变体200的功能，因此受力板210及盖板240根据需要而设置。
此外，在本实施方式中，为了方便，在力传感器装置1中，将盖板240侧设为上侧或一方侧，将受力板210侧设为下侧或另一方侧。另外，将各部位的盖板240侧的面设为一方面或上表面，将受力板210侧的面设为另一方面或下表面。但是，力传感器装置1能够以上下颠倒的状态使用，或者能够以任意的角度配置。另外，俯视是指从盖板240的上表面的法线方向(Z轴方向)观察对象物，平面形状是指从盖板240的上表面的法线方向(Z轴方向)观察对象物的形状。
图3是表示在输入传递部安装有传感器芯片的状态的上表面侧立体图。图4是表示在输入传递部安装有传感器芯片的状态的下表面侧立体图。如图3及图4所示，在输入传递部230设有从输入传递部230的下表面向应变部220侧突出的容纳部235。而且，在容纳部235的盖板240侧固定有传感器芯片100。
具体而言，如后述，在容纳部235的应变部220侧配置有四个传感器连接部235c(参照后述的图18～图20等)。而且，各个传感器连接部235c与传感器芯片100的力点151～154(参照后述的图5～图8等)的下表面连接。
另外，容纳部235进入应变部220侧。而且，如后述，在应变部220配置有向输入传递部230侧突起的五根柱状的第一连接部224a及第二连接部224b(参照后述的图17等)。而且，第一连接部224a与传感器芯片100的支撑部101～104连接，第二连接部224b与传感器芯片100的支撑部105连接。
以下，对传感器芯片100及应变体200进行详述。此外，在以下的说明中，“平行”包括两个直线或边等处于0°±10°的范围内的情况。另外，“垂直”或“正交”包括两个直线或边等处于90°±10°的范围内的情况。但是，在个别地存在特别说明的情况下，不限于此。另外，“中心”或“中央”表示对象物的大致的中心或中央，并非表示严格的中心或中央。即，容许制造误差程度的偏差。对于点对称或线对称等也同样。
(传感器芯片100)
图5是从Z轴方向上侧观察传感器芯片100的立体图。图6是从Z轴方向上侧观察传感器芯片100的俯视图。图7是从Z轴方向下侧观察传感器芯片100的立体图。图8是从Z轴方向下侧观察传感器芯片100的仰视图。此外，在图8中，为了方便，用相同的梨地纹图案表示相同高度的面。此外，在此，将与传感器芯片100的上表面的一边平行的方向设为X轴方向，将垂直的方向设为Y轴方向，将传感器芯片100的厚度方向(传感器芯片100的上表面的法线方向)设为Z轴方向。X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向互相正交。
图5～图8所示的传感器芯片100是能够用一个芯片最多探测六轴的MEMS(MicroElectro Mechanical Systems)传感器芯片，由SOI(Silicon On Insulator)基板等半导体基板形成。传感器芯片100的平面形状例如能够设为7000μm见方左右的矩形(正方形或长方形)。
传感器芯片100具备柱状的五个支撑部101～105。支撑部101～105的平面形状例如能够设为2000μm见方左右的正方形。支撑部101～104配置于矩形的传感器芯片100的四个角。支撑部105配置于矩形的传感器芯片100的中央。此外，支撑部101～104是本发明的第一支撑部的代表性的一例，支撑部105是本发明的第二支撑部的代表性的一例。
在支撑部101与支撑部102之间设有框部112，该框部112将两端固定于支撑部101和支撑部102(将相邻的支撑部彼此连结)。在支撑部102与支撑部103之间设有框部113，该框部113将两端固定于支撑部102和支撑部103(将相邻的支撑部彼此连结)。
在支撑部103与支撑部104之间设有框部114，该框部114将两端固定于支撑部103和支撑部104(将相邻的支撑部彼此连结)。在支撑部104与支撑部101之间设有框部111，该框部111将两端固定于支撑部104和支撑部101(将相邻的支撑部彼此连结)。
换句话说，四个框部111、112、113以及114形成为框状，形成各框部的交点的角部为支撑部101、102、103以及104。
支撑部101的内侧的角部和与其对置的支撑部105的角部由连结部121连结。支撑部102的内侧的角部和与其对置的支撑部105的角部由连结部122连结。
支撑部103的内侧的角部和与其对置的支撑部105的角部由连结部123连结。支撑部104的内侧的角部和与其对置的支撑部105的角部由连结部124连结。
即，传感器芯片100具有将支撑部105和支撑部101～104连结的连结部121～124。连结部121～124相对于X轴方向(Y轴方向)倾斜地配置。也就是，连结部121～124与框部111、112、113以及114非平行地配置。
支撑部101～105、框部111～114以及连结部121～124例如能够由SOI基板的活性层、BOX层以及支撑层形成，各自的厚度例如能够设为400μm～600μm左右。
传感器芯片100具有四个探测块B1～B4。另外，各个探测块具备三组配置有作为形变检测元件的压阻元件的T字型梁结构。在此，T字型梁结构是指包括第一探测用梁和从第一探测用梁的中央部沿与第一探测用梁正交的方向延伸且与力点连接的第二探测用梁的结构。
此外，探测用梁是指能够配置压阻元件的梁，但也可以不必配置压阻元件。也就是，探测用梁能够通过配置压阻元件进行力或力矩的检测，但传感器芯片100也可以具有未配置压阻元件而不用于力或力矩的检测的探测用梁。
具体而言，探测块B1具备T字型梁结构131T1、131T2以及131T3。另外，探测块B2具备T字型梁结构132T1、132T2以及132T3。另外，探测块B3具备T字型梁结构133T1、133T2以及133T3。另外，探测块B4具备T字型梁结构134T1、134T2以及134T3。以下，进行更详细的梁结构的说明。
俯视下，在探测块B1以将框部111的接近支撑部101的侧和连结部121的接近支撑部105的侧桥接的方式隔开预定间隔与支撑部101的支撑部104侧的边平行地设有第一探测用梁131a。另外，在第一探测用梁131a的长边方向的中央部设有一端被连接，且朝向支撑部104侧沿与第一探测用梁131a的长边方向垂直的方向延伸的第二探测用梁131b。第一探测用梁131a和第二探测用梁131b形成T字型梁结构131T1。
俯视下，以将框部111的接近支撑部104的侧和连结部124的接近支撑部105的侧桥接的方式隔开预定间隔与支撑部104的支撑部101侧的边平行地设置第一探测用梁131c。另外，在第一探测用梁131c的长边方向的中央部设有一端被连接且朝向支撑部101侧沿与第一探测用梁131c的长边方向垂直的方向延伸的第二探测用梁131d。第一探测用梁131c和第二探测用梁131d形成T字型梁结构131T2。
俯视下，以将连结部121的接近支撑部105的侧和连结部124的接近支撑部105的侧桥接的方式隔开预定间隔与支撑部105的框部111侧的边平行地设置第一探测用梁131e。另外，在第一探测用梁131e的长边方向的中央部设有一端被连接，且朝向框部111侧沿与第一探测用梁131e的长边方向垂直的方向延伸的第二探测用梁131f。第一探测用梁131e和第二探测用梁131f形成T字型梁结构131T3。
第二探测用梁131b、第二探测用梁131d以及第二探测用梁131f的另一端侧彼此连接，形成连接部141，在连接部141的下表面侧设有力点151。力点151例如为四方柱状。由T字型梁结构131T1、131T2及131T3、连接部141以及力点151构成探测块B1。
在探测块B1中，第一探测用梁131a、第一探测用梁131c以及第二探测用梁131f平行，第二探测用梁131b及131d和第一探测用梁131e平行。探测块B1的各个探测用梁的厚度例如能够设为30μm～50μm左右。
俯视下，在探测块B2以将框部112的接近支撑部102的侧和连结部122的接近支撑部105的侧桥接的方式隔开预定间隔与支撑部102的支撑部101侧的边平行地设有第一探测用梁132a。另外，在第一探测用梁132a的长边方向的中央部设有一端被连接，且朝向支撑部101侧沿与第一探测用梁132a的长边方向垂直的方向延伸的第二探测用梁132b。第一探测用梁132a和第二探测用梁132b形成T字型梁结构132T1。
俯视下，以将框部112的接近支撑部101的侧和连结部121的接近支撑部105的侧桥接的方式隔开预定间隔与支撑部101的支撑部102侧的边平行地设置第一探测用梁132c。另外，在第一探测用梁132c的长边方向的中央部设有一端被连接，且朝向支撑部102侧沿与第一探测用梁132c的长边方向垂直的方向延伸的第二探测用梁132d。第一探测用梁132c和第二探测用梁132d形成T字型梁结构132T2。
俯视下，以将连结部122的接近支撑部105的侧和连结部121的接近支撑部105的侧桥接的方式隔开预定间隔与支撑部105的框部112侧的边平行地设置第一探测用梁132e。另外，在第一探测用梁132e的长边方向的中央部设有一端被连接，且朝向框部112侧沿与第一探测用梁132e的长边方向垂直的方向延伸的第二探测用梁132f。第一探测用梁132e和第二探测用梁132f形成T字型梁结构132T3。
第二探测用梁132b、第二探测用梁132d以及第二探测用梁132f的另一端侧彼此连接，形成连接部142，在连接部142的下表面侧设有力点152。力点152例如为四方柱状。由T字型梁结构132T1、132T2及132T3、连接部142以及力点152构成探测块B2。
在探测块B2中，第一探测用梁132a、第一探测用梁132c以及第二探测用梁132f平行，第二探测用梁132b及132d和第一探测用梁132e平行。探测块B2的各个探测用梁的厚度例如能够设为30μm～50μm左右。
俯视下，在探测块B3以将框部113的接近支撑部103的侧和连结部123的接近支撑部105的侧桥接的方式隔开预定间隔与支撑部103的支撑部102侧的边平行地设有第一探测用梁133a。另外，在第一探测用梁133a的长边方向的中央部设有一端被连接，且朝向支撑部102侧沿与第一探测用梁133a的长边方向垂直的方向延伸的第二探测用梁133b。第一探测用梁133a和第二探测用梁133b形成T字型梁结构133T1。
俯视下，以将框部113的接近支撑部102的侧和连结部122的接近支撑部105的侧桥接的方式隔开预定间隔与支撑部102的支撑部103侧的边平行的设置第一探测用梁133c。另外，在第一探测用梁133c的长边方向的中央部设有一端被连接，且朝向支撑部103侧沿与第一探测用梁133c的长边方向垂直的方向延伸的第二探测用梁133d。第一探测用梁133c和第二探测用梁133d形成T字型梁结构133T2。
俯视下，以将连结部123的接近支撑部105的侧和连结部122的接近支撑部105的侧桥接的方式隔开预定间隔与支撑部105的框部113侧的边平行地设置第一探测用梁133e。另外，在第一探测用梁133e的长边方向的中央部设有一端被连接，且朝向框部113侧沿与第一探测用梁133e的长边方向垂直的方向延伸的第二探测用梁133f。第一探测用梁133e和第二探测用梁133f形成T字型梁结构133T3。
第二探测用梁133b、第二探测用梁133d以及第二探测用梁133f的另一端侧彼此连接，形成连接部143，在连接部143的下表面侧设有力点153。力点153例如为四角柱状。由T字型梁结构133T1、133T2及133T3、连接部143以及力点153构成探测块B3。
在探测块B3中，第一探测用梁133a、第一探测用梁133c以及第二探测用梁133f平行，第二探测用梁133b及133d和第一探测用梁133e平行。探测块B3的各个探测用梁的厚度例如能够设为30μm～50μm左右。
俯视下，在探测块B4以将框部114的接近支撑部104的侧和连结部124的接近支撑部105的侧桥接的方式隔开预定间隔与支撑部104的支撑部103侧的边平行地设有第一探测用梁134a。另外，在第一探测用梁134a的长边方向的中央部设有一端被连接，且朝向支撑部103侧沿与第一探测用梁134a的长边方向垂直的方向延伸的第二探测用梁134b。第一探测用梁134a和第二探测用梁134b形成T字型梁结构134T1。
俯视下，以将框部114的接近支撑部103的侧和连结部123的接近支撑部105的侧桥接的方式隔开预定间隔与支撑部103的支撑部104侧的边平行地设置第一探测用梁134c。另外，在第一探测用梁134c的长边方向的中央部设有一端被连接，且朝向支撑部104侧沿与第一探测用梁134c的长边方向垂直的方向延伸的第二探测用梁134d。第一探测用梁134c和第二探测用梁134d形成T字型梁结构134T2。
俯视下，以将连结部124的接近支撑部105的侧和连结部123的接近支撑部105的侧桥接的方式隔开预定间隔与支撑部105的框部114侧的边平行地设置第一探测用梁134e。另外，在第一探测用梁134e的长边方向的中央部设有一端被连接，且朝向框部114侧沿与第一探测用梁134e的长边方向垂直的方向延伸的第二探测用梁134f。第一探测用梁134e和第二探测用梁134f形成T字型梁结构134T3。
第二探测用梁134b、第二探测用梁134d以及第二探测用梁134f的另一端侧彼此连接，形成连接部144，在连接部144的下表面侧设有力点154。力点154例如为四方柱状。由T字型梁结构134T1、134T2及134T3、连接部144以及力点154构成探测块B4。
在探测块B4中，第一探测用梁134a、第一探测用梁134c以及第二探测用梁134f平行，第二探测用梁134b及134d和第一探测用梁134e平行。探测块B4的各个探测用梁的厚度例如能够设为30μm～50μm左右。
这样，传感器芯片100具有四个探测块(探测块B1～B4)。而且，各个探测块配置于被支撑部101～104中的相邻的支撑部、与相邻的支撑部连结的框部及连结部、以及支撑部105围绕的区域。俯视下，各个探测块例如能够相对于传感器芯片的中心点对称地配置。
另外，各个探测块具备三组T字型梁结构。在各个探测块中，三组T字型梁结构包括俯视下夹着连接部平行地配置有第一探测用梁的两组T字型梁结构和具备与两组T字型梁结构的第二探测用梁平行地配置的第一探测用梁的一组T字型梁结构。而且，一组T字型梁结构的第一探测用梁配置于连接部与支撑部105之间。
例如，在探测块B1中，三组T字型梁结构包括俯视下夹着连接部141平行地配置有第一探测用梁131a和第一探测用梁131c的T字型梁结构131T1及131T2和具备与T字型梁结构131T1及131T2的第二探测用梁131b及131d平行地配置的第一探测用梁131e的T字型梁结构131T3。而且，T字型梁结构131T3的第一探测用梁131e配置于连接部141与支撑部105之间。探测块B2～B4也是同样的结构。
力点151～154是被施加外力的部位，例如，能够由SOI基板的BOX层及支撑层形成。力点151～154各自的下表面与支撑部101～105的下表面大致齐平。
这样，通过从四个力点151～154获取力或位移，能够针对力的每个种类得到不同的梁的变形，因此，能够实现六轴的分离性良好的传感器。力点的数量与组合的应变体的位移输入部位数量相同。
此外，在传感器芯片100中，从抑制应力集中的观点出发，优选形成内角的部分设为R状。
传感器芯片100的支撑部101～105与应变体200的非可动部连接，力点151～154与应变体200的可动部连接。但是，即使可动与非可动的关系颠倒，也能够作为力传感器装置发挥功能。即，也可以是，传感器芯片100的支撑部101～105与应变体200的可动部连接，力点151～154与应变体200的非可动部连接。
图9是对表示作用于各轴的力及力矩的符号进行说明的图。如图9所示，将X轴方向的力设为Fx，将Y轴方向的力设为Fy，将Z轴方向的力设为Fz。另外，将以X轴为轴旋转的力矩设为Mx，将以Y轴为轴旋转的力矩设为My，将以Z轴为轴旋转的力矩设为Mz。
图10是例示传感器芯片100的压阻元件的配置的图。图11是图10所示的传感器芯片的一组探测块的局部放大图。如图10及图11所示，在与四个力点151～154对应的各探测块的预定位置配置有压阻元件。此外，图10所示的其它探测块中的压阻元件的配置与图11所示的一探测块中的压阻元件的配置相同。
参照图5～图8、图10以及图11，在具有连接部141及力点151的探测块B1中，压阻元件MzR1'在第一探测用梁131a上配置于位于第二探测用梁131b与第一探测用梁131e之间的部分的接近第二探测用梁131b的侧。压阻元件FxR3在第一探测用梁131a上配置于位于第二探测用梁131b与第一探测用梁131e之间的部分的接近第一探测用梁131e的侧。压阻元件MxR1在第二探测用梁131b上配置于接近连接部141的侧。
另外，压阻元件MzR2'在第一探测用梁131c上配置于位于第二探测用梁131d与第一探测用梁131e之间的部分的接近第二探测用梁131d的侧。压阻元件FxR1在第一探测用梁131c上配置于位于第二探测用梁131d与第一探测用梁131e之间的部分的接近第一探测用梁131e的侧。压阻元件MxR2在第二探测用梁131d上配置于接近连接部141的侧。
另外，压阻元件FzR1'在第二探测用梁131f上配置于接近连接部141的侧。压阻元件FzR2'在第二探测用梁131f上配置于接近第一探测用梁131e的侧。此外，压阻元件MzR1'、FxR3、MxR1、MzR2'、FxR1以及MxR2配置于各个探测用梁的偏离短边方向的中心的位置。
在具有连接部142及力点152的探测块B2中，压阻元件MzR4在第一探测用梁132a上配置于位于第二探测用梁132b与第一探测用梁132e之间的部分的接近第二探测用梁132b的侧。压阻元件FyR3在第一探测用梁132a上配置于位于第二探测用梁132b与第一探测用梁132e之间的部分的接近第一探测用梁132e的侧。压阻元件MyR4在第二探测用梁132b上配置于接近连接部142的侧。
另外，压阻元件MzR3在第一探测用梁132c上配置于位于第二探测用梁132d与第一探测用梁132e之间的部分的接近第二探测用梁132d的侧。压阻元件FyR1在第一探测用梁132c上配置于位于第二探测用梁132d与第一探测用梁132e之间的部分的接近第一探测用梁132e的侧。压阻元件MyR3在第二探测用梁132d上配置于接近连接部142的侧。
另外，压阻元件FzR4在第二探测用梁132f上配置于接近连接部142的侧。压阻元件FzR3在第二探测用梁132f上配置于接近第一探测用梁132e的侧。此外，压阻元件MzR4、FyR3、MyR4、MzR3、FyR1以及MyR3配置于各个探测用梁的偏离短边方向的中心的位置。
在具有连接部143及力点153的探测块B3中，压阻元件MzR4'在第一探测用梁133a上配置于位于第二探测用梁133b与第一探测用梁133e之间的部分的接近第二探测用梁133b的侧。压阻元件FxR2在第一探测用梁133a上配置于位于第二探测用梁133b与第一探测用梁133e之间的部分的接近第一探测用梁133e的侧。压阻元件MxR4在第二探测用梁133b上配置于接近连接部143的一侧。
另外，压阻元件MzR3'在第一探测用梁133c上配置于位于第二探测用梁133d与第一探测用梁133e之间的部分的接近第二探测用梁133d的侧。压阻元件FxR4在第一探测用梁133c上配置于位于第二探测用梁133d与第一探测用梁133e之间的部分的接近第一探测用梁133e的侧。压阻元件MxR3在第二探测用梁133d上配置于接近连接部143的一侧。
另外，压阻元件FzR4'在第二探测用梁133f上配置于接近连接部143的侧。压阻元件FzR3'在第二探测用梁133f上配置于接近第一探测用梁133e的侧。此外，压阻元件MzR4'、FxR2、MxR4、MzR3'、FxR4以及MxR3配置于各个探测用梁的偏离短边方向的中心的位置。
在具有连接部144及力点154的探测块B4中，压阻元件MzR1在第一探测用梁134a上配置于位于第二探测用梁134b与第一探测用梁134e之间的部分的接近第二探测用梁134b的侧。压阻元件FyR2在第一探测用梁134a上配置于位于第二探测用梁134b与第一探测用梁134e之间的部分的接近第一探测用梁134e的侧。压阻元件MyR1在第二探测用梁134b上配置于接近连接部144的侧。
另外，压阻元件MzR2在第一探测用梁134c上配置于位于第二探测用梁134d与第一探测用梁134e之间的部分的接近第二探测用梁134d的侧。压阻元件FyR4在第一探测用梁134c上配置于位于第二探测用梁134d与第一探测用梁134e之间的部分的接近第一探测用梁134e的侧。压阻元件MyR2在第二探测用梁134d上配置于接近连接部144的侧。
另外，压阻元件FzR1在第二探测用梁134f上配置于接近连接部144的侧。压阻元件FzR2在第二探测用梁134f上配置于接近第一探测用梁134e的侧。此外，压阻元件MzR1、FyR2、MyR1、MzR2、FyR4以及MyR2配置于各个探测用梁的偏离短边方向的中心的位置。
这样，在传感器芯片100中，将多个压阻元件分开配置于各探测块。由此，能够基于与施加至力点151～154的输入相应的配置于预定的梁的多个压阻元件的输出的变化，对预定的轴向的力或力矩最多进行六轴探测。
此外，在传感器芯片100中，除了用于形变的检测的压阻元件以外，也可以还配置有虚的压阻元件。虚的压阻元件用于调整作用于探测用梁的应力或桥电路的电阻的平衡，例如，包括用于形变的检测的压阻元件的全部压阻元件配置成相对于支撑部105的中心点对称。
在传感器芯片100中，在构成T字型梁结构的第一探测用梁配置探测X轴方向的位移及Y轴方向的位移的多个压阻元件。另外，在构成T字型梁结构的第二探测用梁配置探测Z轴方向的位移的多个压阻元件。另外，在构成T字型梁结构的第一探测用梁配置探测Z轴方向的力矩的多个压阻元件。另外，在构成T字型梁结构的第二探测用梁配置探测X轴方向的力矩及Y轴方向的力矩的多个压阻元件。
在此，压阻元件FxR1～FxR4检测力Fx，压阻元件FyR1～FyR4检测力Fy，压阻元件FzR1～FzR4及FzR1'～FzR4'检测力Fz。另外，压阻元件MxR1～MxR4检测力矩Mx，压阻元件MyR1～MyR4检测力矩My，压阻元件MzR1～MzR4及MzR1'～MzR4'检测力矩Mz。
这样，在传感器芯片100中，将多个压阻元件分开配置于各探测块。由此，能够基于与施加(传递)至力点151～154的力或位移的方向(轴向)相应的配置于预定的梁的多个压阻元件的输出的变化，对预定的轴向的位移最多进行六轴探测。另外，通过将各探测用梁的厚度和宽度设为可变，能够实现检测灵敏度的均匀化、检测灵敏度的提高等的调整。
此外，也能够减少压阻元件的数量，设为探测五轴以下的预定的轴向的位移的传感器芯片。
在传感器芯片100中，力及力矩例如能够使用以下说明的检测电路进行检测。在图12及图13中示出使用了各压阻元件的检测电路的一例。在图12及图13中，用方形围住的数字表示外部输出端子。例如，No 1是Fx轴Fy轴Fz轴的电源端子，No 2是Fx轴输出负端子，No3是Fx轴的GND端子，No4是Fx轴输出正端子。No 19是Fy轴输出负端子，No 20是Fy轴的GND端子，No 21是Fy轴输出正端子。No 22是Fz轴输出负端子，No 23是Fz轴的GND端子，No 24是Fz轴输出正端子。
另外，No 9是Mx轴输出负端子，No 10是Mx轴的GND端子，No 11是Mx轴输出正端子。No 12是Mx轴My轴Mz轴的电源端子。No 13是My轴输出负端子，No 14是My轴的GND端子，No15是My轴输出正端子。No 16是Mz轴输出负端子，No 17是Mz轴的GND端子，No 18是Mz轴输出正端子。
接下来，对探测用梁的变形进行说明。图14是对Fx输入进行说明的图。图15是对Fy输入进行说明的图。如图14所示，在来自搭载有传感器芯片100的应变体200的输入是Fx的情况下，四个力点151～154全部欲向相同方向(在图14的例子中为右方向)移动。同样，如图15所示，在来自搭载有传感器芯片100的应变体200的输入是Fy的情况下，四个力点151～154全部欲向相同方向(在图15的例子中为上方向)移动。即，在传感器芯片100中，虽然存在四个探测块，但在任一探测块中，针对X轴方向的位移及Y轴方向的位移，全部力点向相同方向移动。
在传感器芯片100中，在T字型梁结构的第一探测用梁中具有一个以上的与输入的位移方向正交的第一探测用梁，与输入的位移方向正交的第一探测用梁能够对应大的变形。
用于Fx输入的探测的梁是第一探测用梁131a、131c、133a以及133c，均为相距力点恒定距离的T字型梁结构的第一探测用梁。另外，用于Fy输入的探测的梁是第一探测用梁132a、132c、134a以及134c，均为相距力点恒定距离的T字型梁结构的第一探测用梁。
在Fx输入及Fy输入中，配置有压阻元件的T字型梁结构的第一探测用梁大幅变形，从而能够有效地探测输入的力。另外，不用于输入的探测的梁也设计为可以追随Fx输入及Fy输入的位移大幅变形，因此即使存在大的Fx输入和/或Fy输入，探测用梁也不会被破坏。
此外，在现有的传感器芯片中，存在针对于Fx输入和/或Fy输入不能大幅变形的梁，因此在存在大的Fx输入和/或Fy输入的情况下，存在不能变形的探测用梁被破坏的可能。在传感器芯片100中，能够抑制这样的问题。即，在传感器芯片100中，能够提高梁针对于各个方向的位移的耐破坏性。
这样，传感器芯片100具有一个以上的与输入的位移方向正交的第一探测用梁，与输入的位移方向正交的第一探测用梁能够大幅变形。因此，能够有效地探测Fx输入及Fy输入，并且即使存在大的Fx输入和/或Fy输入，探测用梁也不会被破坏。其结果，传感器芯片100能够对应大的额定，可以提高测定范围或耐载荷。例如，在传感器芯片100中，也能够将额定设为作为以往的10倍左右的500N。
另外，在各探测块中从力点向三个方向相连的T字型梁结构根据输入而进行不同的变形，因此能够分离性良好地检测多轴的力。
另外，梁为T字型，因此从梁到框部或连结部的路径多，因此，容易向传感器芯片的外周部穿绕配线，能够提高布局自由度。
在传感器芯片100中，针对于Z轴方向的力矩，夹着各力点对置配置的第一探测用梁131a、131c、132a、132c、133a、133c、134a以及134c大幅变形。因此，能够在这些第一探测用梁的一部分或全部配置压阻元件。
另外，针对于Z轴方向的位移，主要是与各力点直接相连的第二探测用梁131b、131d、131f、132b、132d、132f、133b、133d、133f、134b、134d以及134f大幅变形。因此，能够在这些第二探测用梁的一部分或全部配置压阻元件。
(应变体200)
如图1及图2所示，应变体200具有受力板210、应变部220、输入传递部230以及盖板240。在此，对应变体200的各结构部进行说明。
图16是例示构成应变体200的受力板的立体图。如图16所示，受力板210是大致圆盘状的部件，是从被测定物被输入力或力矩的部件。即使在从被测定物被输入力或力矩的情况下，受力板210本身也几乎不变形，因此，将变形(位移)向连接于受力板210的应变部220无损地传递。在受力板210设有贯通孔211。贯通孔211例如能够在用螺丝将受力板210紧固于被测定物时使用。
图17是例示构成应变体200的应变部的立体图。如图17所示，应变部220是整体上为大致圆盘状的部件，是从受力板210受力而变形的部分。
应变部220具有俯视为大致环状的外框部221、与外框部221分离地配置于外框部221的内侧且俯视为大致矩形状的中央部222、以及将外框部221和中央部222桥接的多个梁结构223。在中央部222的矩形的四个角设有加强与受力板210的连接的加强部222a。外框部221的外径例如为50mm左右。梁结构223的厚度例如为10mm～15mm左右。
多个梁结构223例如相对于应变部220的中心点对称地配置。梁结构223例如为四个。各个梁结构223例如是包括第一梁和从第一梁的中央部沿与第一梁正交的方向延伸的第二梁的T字型，第一梁的两端与外框部221连结，第二梁的端部与中央部222连结。例如，俯视下，应变部220相对于外框部221的中心四次对称。
中央部222形成为比外框部221薄，梁结构223形成为比中央部222更薄。中央部222的上表面及梁结构223的上表面大致齐平，处于比外框部221的上表面低的位置。中央部222的下表面比外框部221的下表面稍微突出。梁结构223的下表面处于比外框部221的下表面及中央部222的下表面高的位置。从受力板210受力而变形的仅为梁结构223及中央部222，外框部221不变形。其中，中央部222仅追随梁结构223的变形而活动，中央部222本身不变形。
在中央部222的输入传递部230侧的面的中心附近形成有在输入传递部230侧开口(向受力板210侧凹陷)且俯视为大致矩形状的槽220x。在槽220x的内侧形成有从槽220x的底面进一步向受力板210侧凹陷的槽220y。槽220y是俯视为正方形的槽和比正方形的一边长的细长状的两个槽正交的十字形的槽以中心对齐的状态重叠的形状。俯视为正方形的槽和俯视为十字形的槽为相同深度。
在十字形的槽的外侧且正方形的槽的四个角的部分，以与槽220y的内壁不相接的方式配置有向输入传递部230侧突起的四个大致圆柱状的第一连接部224a。在正方形的槽的中心的部分配置有向输入传递部230侧突起的一个大致四棱柱状的第二连接部224b。
第一连接部224a是与传感器芯片100的支撑部101～104连接的部分。第二连接部224b是与传感器芯片100的支撑部105连接的部分。各个第一连接部224a和第二连接部224b的上表面大致齐平，处于比中央部222的上表面及梁结构223的上表面低的位置。
此外，在中央部222的上表面侧设有空间，因此也可以在中央部222的上表面侧例如以从外框部221的上表面不突出的方式配置装配有连接器、半导体元件等电子零件的电路基板等。
图18是例示构成应变体200的输入传递部的上表面侧的立体图。图19是例示构成应变体200的输入传递部的下表面侧的立体图。图20是例示构成应变体200的输入传递部的侧视图。如图18～图20所示，输入传递部230是整体为大致圆盘状的部件，是将应变部220的变形(输入)传递至传感器芯片100的部分。输入传递部230的任何部分不会因受到的力或力矩而变形。
输入传递部230具有俯视下为大致环状的外框部231、与外框部231的内周相邻的俯视下为大致环状的内框部232、以及设于内框部232的内侧的容纳部235。外框部231的外径例如为50mm左右。俯视下，输入传递部230相对于外框部231的中心为四次对称。
内框部232形成为比外框部231薄。内框部232的上表面处于比外框部231的上表面低的位置。内框部232的下表面处于比外框部231的下表面高的位置。
容纳部235具有四个水平支撑部235a、四个垂直支撑部235b以及四个传感器连接部235c，能够容纳传感器芯片100。一个水平支撑部235a、一个垂直支撑部235b以及一个传感器连接部235c构成弯曲的一个梁结构。也就是，容纳部235包括四个梁结构。
各个水平支撑部235a在俯视下以等间隔配置于内框部232的内侧面，且从内框部232的内侧面沿水平方向延伸。各个水平支撑部235a的厚度与内框部232的厚度大致相同。
各个垂直支撑部235b从各个水平支撑部235a的内周端向应变部220侧垂直延伸。各个垂直支撑部235b的上表面及下表面均处于比外框部231的下表面低的位置。各个垂直支撑部235b的厚度及宽度大致恒定。
各个传感器连接部235c从垂直支撑部235b的下端向内框部232的中心侧沿水平方向延伸。俯视下，各个传感器连接部235c的长边方向和各个水平支撑部235a的长边方向一致。各个水平支撑部235a及各个传感器连接部235c在俯视下越靠近内框部232的中心侧，宽度越逐渐减小。
各个传感器连接部235c在俯视下配置为大致十字状，但没有互相相交，各个传感器连接部235c的内周端互相分离。俯视下，如果考虑将各个传感器连接部235c向内框部232的中心侧延长的假想延长线，则该延长线在内框部232的中心相交。各个传感器连接部235c的上表面的内周端侧是与传感器芯片100的力点151～154连接的部分。
此外，将从图19所示的水平支撑部235a的上表面到传感器连接部235c的上表面的垂直方向的距离称为容纳部235的深度D。容纳部235的深度D例如为2mm～10mm左右。
图21是例示构成应变体的盖板的立体图。如图21所示，盖板240是整体为大致圆盘状的部件，是保护内部零件(传感器芯片100等)的部件。盖板240形成为比受力板210、应变部220以及输入传递部230薄。
能够使用例如SUS(不锈钢)等硬质的金属材料作为受力板210、应变部220、输入传递部230以及盖板240的材料。其中，特别优选使用硬质且机械强度高的SUS630。优选构成应变体200的部件中的特别是受力板210、应变部220以及输入传递部230牢固地连接，或者为一体结构。作为受力板210、应变部220以及输入传递部230的连接方法，考虑利用了螺丝的紧固、焊接等，但任何方法都需要充分耐受输入到变体200的力或力矩。
在本实施方式中，作为一例，通过金属粉末注射成型制作受力板210、应变部220以及输入传递部230，通过将它们组合并再次进行烧结，从而进行扩散接合。被扩散接合的受力板210、应变部220以及输入传递部230能够获得所需充分的接合强度。也可以是，盖板240在装配传感器芯片100或其它内部零件之后，例如通过螺丝紧固于输入传递部230。
在应变体200中，当对受力板210施加力或力矩时，力或力矩向与受力板210连接的应变部220的中央部222传递，通过四个梁结构223产生与输入相应的变形。此时，应变部220的外框部221和输入传递部230不变形。
即，在应变体200中，受力板210和应变部220的中央部222及梁结构223是受预定的轴向的力或力矩而变形的可动部，应变部220的外框部221是受力或力矩而不变形的非可动部。另外，与作为非可动部的应变部220的外框部221接合的输入传递部230是受力或力矩而不变形的非可动部，与输入传递部230接合的盖板240也是受力或力矩而不变形的非可动部。
在应变体200用于力传感器装置1的情况下，传感器芯片100的支撑部101～104连接于设于作为可动部的中央部222的第一连接部224a，传感器芯片100的支撑部105连接于第二连接部224b。另外，传感器芯片100的力点151～154连接于设于作为非可动部的容纳部235的传感器连接部235c的上表面的内周端侧。因此，传感器芯片100为力点151～154不动，而通过支撑部101～105使各探测用梁变形的动作。
但是，也可以构成为，传感器芯片100的力点151～154连接于设于作为可动部的中央部222的第一连接部224a，支撑部101～105连接于设于作为非可动部的容纳部235的传感器连接部235c的上表面的内周端侧。
即，能够容纳于容纳部235的传感器芯片100具有受力或力矩而彼此的相对位置变化的支撑部101～105及力点151～154。而且，在应变体200中，作为可动部的中央部222具备向输入传递部230侧延伸且与支撑部101～105及力点151～154的一方连接的第一连接部224a及第二连接部224b。另外，容纳部235具备与支撑部101～105及力点151～154的另一方连接的传感器连接部235c。
这样，应变体200将输入的力或力矩转换成位移，并传递至搭载的传感器芯片100。以往，在以同样的功能为目的的应变体中，接受力或力矩的结构和传递位移的结构为一体或紧密接触的结构。因此，位移与耐载荷的权衡的关系强，特别是难以增大耐载荷。
在应变体200中，接受力或力矩的应变部220和向传感器芯片100传递位移的输入传递部230设为不同的结构体，因此能够兼顾高的耐载荷和位移。
(应变部、输入传递部的详情)
图22是例示构成比较例的应变体200T的应变部及输入传递部的剖视图。如图22所示，在比较例的应变体200T中，应变部220T和输入传递部230T接合。此外，在图22中，省略了受力板及盖板的图示。
应变部220T在未设置槽220x及槽220y的点上与应变部220(参照图17等)不同。在应变部220T中，在中央部222的上表面设有第一连接部224a及第二连接部224b。而且，在第一连接部224a连接有传感器芯片100的支撑部101～104(参照图5、图6等)，在第二连接部224b连接有传感器芯片100的支撑部105(参照图5、图6等)。
输入传递部230T在未设置水平支撑部235a及垂直支撑部235b，而是在内框部232的内侧面直接设有四个传感器连接部235c的点上与输入传递部230(参照图18～图20等)不同。也就是，在输入传递部230T中，四个传感器连接部235c位于比外框部231的下表面靠上侧。在传感器连接部235c的上表面的内周端侧连接有传感器芯片100的力点151～154(参照图7、图8等)。
在图22中，应变部220T的变形的原点O位于梁结构223的厚度T的中央附近，当输入例如力矩My时，应变部220T的中央部222及梁结构223如虚线那样以原点O为中心变形。另一方面，传感器芯片100在与原点O分离的位置与传感器连接部235c连接。
在如图22所示的应变体200T那样的结构中，在向输入传递部230T输入有力矩Mx或My的情况下，在应变部220T的变形的原点O的附近，X方向的位移及Y方向的位移和Z方向的位移均等，与此相对，在传感器连接部235c的位置，X方向的位移及Y方向的位移比Z方向的位移大。
其结果，向传感器芯片100输入的位移可能超过传感器芯片100的容许界限。另外，在输入有力矩Mx或My的情况下，X方向及Y方向的位移分量比Z方向的位移分量多，因此轴分离性变差。此外，X方向的位移、Z方向的位移是传感器连接部235c中与传感器芯片100的力点151～154相接的点的位移。
与此相对，如上所述，在应变体200中，在输入传递部230的中心侧设有具有水平支撑部235a、垂直支撑部235b以及传感器连接部235c的容纳部235。而且，垂直支撑部235b的上表面及下表面均处于比外框部231的下表面低的位置。关于该情况，参照图23及图24进行补充。
图23是例示构成应变体200的应变部及输入传递部的立体图，图24是例示构成应变体200的应变部及输入传递部的剖视图。图24示出了沿着图23的A-A线的截面，这是与图22对应的截面。此外，在图23及图24中，省略了受力板及盖板的图示。
如图23及图24所示，在应变体200中，在输入传递部230设置容纳部235，容纳部235的一部分位于设于应变部220的槽220x及220y的内侧。由此，与图22的情况相比，传感器连接部235c向接近原点O的位置移动。即，传感器连接部235c的上表面的内周端侧能够在接近原点O的位置与传感器芯片100的力点151～154连接。
其结果，由于在传感器连接部235c的位置处，X方向的位移及Y方向的位移和Z方向的位移大致均等，因此能够降低向传感器芯片100输入的位移超过传感器芯片100的容许界限的担忧。另外，在输入力矩Mx或My的情况下，由于Z方向的位移分量和X方向及Y方向的位移分量大致相等，因此轴分离性提高。
这样，传感器连接部235c在输入力矩时位于应变部220的原点O的附近。通过在接近应变部220的原点O的位置配置传感器芯片100，能够使向传感器芯片100输入的位移更合适。另一方面，应变部220的梁结构223的厚度厚，因此容纳部的深度D越深，将传感器芯片100装配于容纳部235时的难度越高。
具体而言，与通常的半导体产品的装配相比，如果应变部220的上表面与传感器芯片100的上表面的台阶变大，则传感器芯片100的小片接合或引线接合变得困难，最坏的情况是不能装配。因此，优选考虑传感器芯片100的装配性和对传感器芯片100的输入位移，决定容纳部的深度D。
图25是例示构成第一实施方式的变形例1的应变体200A的应变部及输入传递部的剖视图，示出了与图24对应的截面。与图24所示的应变体200相比，图25所示的应变体200A是使容纳部的深度D变浅了的例子。即使在应变体200A的情况下，也能够将传感器连接部235c移动到比图22的情况接近原点O的位置，因此能够使X方向的位移及Y方向的位移和Z方向的位移大致均等。
图26是例示容纳部的深度D与传感器芯片的输入位移的关系的图。容纳部的深度D如图19所示。在图25中，容纳部的深度D＝0mm是图22所示的情况的例子，容纳部的深度D＝6mm是图23及图24所示的情况的例子，容纳部的深度D＝4mm是图25所示的情况的例子。
如图26所示，在容纳部的深度D＝0mm时，X方向的位移是6.7μm，Z方向的位移是-1.8μm，X方向的位移与Z方向的位移的不平衡较大。与此相对，在容纳部的深度D＝6mm时，X方向的位移是1.9μm，Z方向的位移是-1.9μm，X方向的位移与Z方向的位移的平衡非常良好。另外，在容纳部的深度D＝4mm时，X方向的位移是3.8μm，Z方向的位移是-1.9μm，可知与容纳部的深度D＝0mm的情况向比，X方向的位移与Z方向的位移的平衡显著改善。
这样，在应变体200中，通过变更容纳部的深度D，能够任意调整向传感器芯片100输入的X方向的位移及Y方向的位移与Z方向的位移的比例。另外，由于能够调整向传感器芯片100输入的X方向的位移、Y方向的位移、以及Z方向的位移，因此能够使额定(耐载荷)比以往大。另外，在应变体200中，通过采用将传感器芯片100收纳于应变部220的形式，能够减小力传感器装置1整体的厚度。另外，通过在容纳部235上配置控制基板等，也能够机械地保护传感器芯片100。
图27是例示构成第一实施方式的变形例2的应变体200B的应变部及输入传递部的剖视图，示出了与图24对应的截面。在图27所示的应变体200B中，与图25所示的应变体200A的不同点在于，在应变部220的各个梁结构223设置在与输入传递部230相反的侧(梁结构223的下表面侧)开口的凹部223x。凹部223x的截面形状可根据需要适当地选择梯形状、矩形状、半圆状等。凹部223x的平面形状可根据需要适当地选择圆形状、矩形状等。也可以在各个梁结构223设置多个凹部223x。
这样，通过在应变部220的各个梁结构223设置在与输入传递部230相反的侧(梁结构223的下表面侧)开口的凹部223x，能够使原点O的位置比图25的情况向应变部220的上表面侧移动。通过调整凹部223x的深度或宽度，能够使原点O的移动量可变，因此，能够将图26所示的X方向的位移与Z方向的位移的平衡调整为与图24的情况同程度。
图28是例示构成第一实施方式的变形例3的应变体200C的应变部及输入传递部的剖视图，示出了与图24对应的截面。与图25所示的应变体200A相比，图27所示的应变体200C的不同点在于，应变部220的梁结构223倾斜。梁结构223以越靠接近中央部222侧的位置，便越接近输入传递部230的方式倾斜。即，梁结构223在以中央部222的下表面为基准时的梁结构223的上表面及下表面的高度随着从外周侧朝向中央部222侧而变高的方向上倾斜。梁结构223的厚度大致恒定。
这样，通过使应变部220的梁结构223在预定方向上倾斜，能够使原点O的位置比图25的情况向应变部220的上表面侧移动。通过调整梁结构223的上表面及下表面相对于中央部222的下表面的倾斜角度，能够使原点O的移动量可变，因此，能够将图26所示的X方向的位移与Z方向的位移的平衡调整为与图24的情况同程度。
以上对优选的实施方式进行了详述，但不限于上述的实施方式，在不脱离权利要求书记载的范围的情况下能够对上述的实施方式施加各种变形及置换。

Claims (13)

1.一种应变体，其特征在于，具有：
应变部，其具备受预定的轴向的力或力矩而变形的可动部、以及受上述力或上述力矩而不变形的非可动部；以及
输入传递部，其与上述非可动部接合，且受上述力或上述力矩而不变形，
上述可动部具备在上述输入传递部侧开口的槽，
上述输入传递部具备能够容纳探测上述力或上述力矩的传感器芯片的容纳部，上述容纳部的一部分位于上述槽的内侧。
2.根据权利要求1所述的应变体，其特征在于，
上述应变部具有：
第一框部；
第一中央部，其与上述第一框部分离地配置于上述第一框部的内侧；以及
多个第一梁结构，其将上述第一框部和上述第一中央部桥接，
上述第一框部包含于上述非可动部，上述第一梁结构及上述第一中央部包含于上述可动部。
3.根据权利要求2所述的应变体，其特征在于，
在各个上述第一梁结构设有在与上述输入传递部相反的侧开口的凹部。
4.根据权利要求2所述的应变体，其特征在于，
各个上述第一梁结构以越靠接近上述第一中央部侧的位置便越接近上述输入传递部的方式倾斜。
5.根据权利要求2～4中任一项所述的应变体，其特征在于，
各个上述第一梁结构为包括第一梁和从上述第一梁的中央部沿与上述第一梁正交的方向延伸的第二梁的T字型，
上述第一梁的两端与上述第一框部连结，上述第二梁的端部与上述第一中央部连结。
6.根据权利要求2～5中任一项所述的应变体，其特征在于，
俯视下，上述应变部相对于上述第一框部的中心为四次对称。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的应变体，其特征在于，
上述输入传递部具有：
第二框部；以及
第三框部，其与上述第二框部的内周相邻，且比上述第二框部薄，
上述容纳部包括设于上述第三框部的内侧的多个第二梁结构。
8.根据权利要求7所述的应变体，其特征在于，
各个上述第二梁结构具有：
水平支撑部，其从上述第三框部的内侧面沿水平方向延伸；
垂直支撑部，其从上述水平支撑部的内周端向上述应变部侧垂直延伸；以及
传感器连接部，其从上述垂直支撑部的下端向上述第三框部的中心侧沿水平方向延伸，且与上述传感器芯片连接。
9.根据权利要求8所述的应变体，其特征在于，
各个上述传感器连接部的内周端相互分离，
俯视下，将各个上述传感器连接部向上述第三框部的中心侧延伸的假想的延长线在上述第三框部的中心相交。
10.根据权利要求8或9所述的应变体，其特征在于，
俯视下，各个上述水平支撑部及各个上述传感器连接部越靠近上述第三框部的中心侧，宽度便逐渐减小。
11.根据权利要求7～10中任一项所述的应变体，其特征在于，
俯视下，上述输入传递部相对于上述第二框部的中心为四次对称。
12.根据权利要求1～11中任一项所述的应变体，其特征在于，
上述容纳部具有与上述传感器芯片的力点连接的传感器连接部，
上述传感器连接部位于被输入力矩时上述可动部变形的原点附近。
13.一种力传感器装置，其特征在于，
具有权利要求1～12中任一项所述的应变体和上述传感器芯片。
CN202210090337.0A 2021-03-16 2022-01-25 应变体、力传感器装置 Pending CN115077771A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021042133A JP2022142116A (ja) 2021-03-16 2021-03-16 起歪体、力覚センサ装置
JP2021-042133 2021-03-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115077771A true CN115077771A (zh) 2022-09-20

Family

ID=80736061

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210090337.0A Pending CN115077771A (zh) 2021-03-16 2022-01-25 应变体、力传感器装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220299382A1 (zh)
EP (1) EP4060304A1 (zh)
JP (1) JP2022142116A (zh)
CN (1) CN115077771A (zh)

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5526700A (en) * 1995-09-29 1996-06-18 Akeel; Hadi A. Six component force gage
US6823744B2 (en) * 2002-01-11 2004-11-30 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Six-axis force sensor
JP3970640B2 (ja) 2002-03-05 2007-09-05 本田技研工業株式会社 ６軸力センサ
JPWO2006006670A1 (ja) * 2004-07-14 2008-05-01 長野計器株式会社 荷重センサ
US7318358B2 (en) * 2005-04-01 2008-01-15 Kistler Walter P Strain sensor that compensates for thermal strain
JP4203051B2 (ja) * 2005-06-28 2008-12-24 本田技研工業株式会社 力覚センサ
JP5303101B2 (ja) * 2006-05-02 2013-10-02 本田技研工業株式会社 力覚センサ用チップ
JP5007083B2 (ja) * 2006-08-08 2012-08-22 本田技研工業株式会社 力覚センサ用チップ
JP5243704B2 (ja) * 2006-08-24 2013-07-24 本田技研工業株式会社 力覚センサ
JP4210296B2 (ja) * 2006-08-24 2009-01-14 本田技研工業株式会社 力覚センサの製造方法
JP2008058110A (ja) * 2006-08-30 2008-03-13 Honda Motor Co Ltd 力覚センサ用チップおよび力覚センサ
JP4958501B2 (ja) * 2006-08-30 2012-06-20 本田技研工業株式会社 力覚センサ用チップ及び外力伝達機構
JP5174343B2 (ja) * 2006-12-12 2013-04-03 本田技研工業株式会社 力覚センサ用チップ
JP5604035B2 (ja) * 2008-07-18 2014-10-08 本田技研工業株式会社 力覚センサユニット
JP5243988B2 (ja) * 2009-02-10 2013-07-24 本田技研工業株式会社 多軸力覚センサおよび加速度センサ
JP5507306B2 (ja) * 2010-03-30 2014-05-28 本田技研工業株式会社 力覚センサ用チップおよび加速度センサ用チップ
JP5507323B2 (ja) * 2010-04-23 2014-05-28 本田技研工業株式会社 力覚センサの温度補償方法および力覚センサ
DE102012202917B4 (de) * 2011-03-15 2018-03-29 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Kraft-Momenten-Sensor zum Messen von Kräften und Momenten
DE102012210021A1 (de) * 2012-06-14 2013-12-19 Tecsis Gmbh Kraftsensor mit einer Sensorplatte mit lokalen Unterschieden der Steifigkeit
JP6252241B2 (ja) * 2014-02-27 2017-12-27 セイコーエプソン株式会社 力検出装置、およびロボット
JP6549714B2 (ja) * 2014-12-17 2019-07-24 ノルグレン オートメーション ソーリューションズ エルエルシーＮｏｒｇｒｅｎ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ，Ｌｌｃ． ワークピースを検出するための装置、ワークピース評価システム、製造システム、ワークピースの処理方法
US10422707B2 (en) * 2016-01-19 2019-09-24 Ati Industrial Automation, Inc. Compact robotic force/torque sensor including strain gages
US10067019B2 (en) * 2016-01-25 2018-09-04 Ati Industrial Automation, Inc. Force and torque sensor having redundant instrumentation and operative to detect faults
JP6697954B2 (ja) * 2016-05-26 2020-05-27 アイシン精機株式会社 荷重検出装置
JP6760575B2 (ja) * 2016-10-07 2020-09-23 ミネベアミツミ株式会社 センサチップ、起歪体、力覚センサ装置
JP6776152B2 (ja) * 2017-02-24 2020-10-28 日本電産コパル電子株式会社 起歪体およびその起歪体を備えた力覚センサ
JP6815903B2 (ja) * 2017-03-08 2021-01-20 日本電産コパル電子株式会社 力覚センサ
US10634695B2 (en) * 2017-04-26 2020-04-28 Minebea Mitsumi Inc. Force sensor
JP6919964B2 (ja) * 2018-01-29 2021-08-18 ミネベアミツミ株式会社 センサチップ及び力覚センサ装置
US10732060B2 (en) * 2018-08-15 2020-08-04 X Development Llc Force/torque sensor with hardstops to limit overloading a flexure
JP6999586B2 (ja) * 2019-01-28 2022-01-18 日本電産コパル電子株式会社 弾性体とそれを用いた力覚センサ
JP7154178B2 (ja) * 2019-03-29 2022-10-17 株式会社レプトリノ 力覚センサ及び起歪体
JP7184698B2 (ja) * 2019-03-29 2022-12-06 株式会社レプトリノ 力覚センサ
JP2021071305A (ja) * 2019-10-29 2021-05-06 ミネベアミツミ株式会社 力覚センサ装置
JP2022101140A (ja) * 2020-12-24 2022-07-06 ミネベアミツミ株式会社 起歪体、力覚センサ装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20220299382A1 (en) 2022-09-22
JP2022142116A (ja) 2022-09-30
EP4060304A1 (en) 2022-09-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108827521B (zh) 力传感器装置
EP2278291B1 (en) Force sensor
US7540190B2 (en) Semiconductor device with acceleration sensor
CN114659695A (zh) 应变体、力觉传感器装置
EP1868000B1 (en) Acceleration sensor
EP4019922A1 (en) Sensor chip and force sensor device
CN112747855A (zh) 力觉传感器装置
CN115077772A (zh) 传感器芯片、力传感器装置
CN115112286A (zh) 应变体、力传感器装置
US20090223292A1 (en) Acceleration sensor
CN115077771A (zh) 应变体、力传感器装置
WO2023145576A1 (ja) センサモジュール、及び力覚センサ装置
JP2022144822A (ja) 起歪体、力覚センサ装置
JP2022144823A (ja) 起歪体、力覚センサ装置
JP2022144824A (ja) 起歪体、力覚センサ装置
CN115077754A (zh) 传感器芯片、力传感器装置
JP2006125887A (ja) 加速度センサ
CN115201516A (zh) 加速度检测装置
JPH09184851A (ja) 半導体加速度センサ

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination