CN115112286A - 应变体、力传感器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种应变体及力传感器装置，可以抑制安装于被测定物时产生的配置传感器芯片的部分的位移。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，上述输入传递部具备：第一框部；多个第一梁结构，其一端与上述第一框部连接，且从上述第一框部向内侧延伸；框状的第一连结部，其将各个上述第一梁结构的另一端彼此连结；以及容纳部，其设于上述第一连结部的内侧，且能够容纳探测上述力或上述力矩的传感器芯片。

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
一直以来，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
在力传感器装置中，与传感器芯片组合使用的应变体例如通过螺丝等紧固于机器人凸缘，但有时由于紧固时产生的变形，配置传感器芯片的部位位移，使传感器芯片产生输出(偏移)。若传感器产生输出，则担忧传感器芯片的耐载荷的恶化、力特性的恶化、以及因依存于紧固状态而产生的输出而导致的历时变化、温度特性的恶化等。
本发明鉴于上述的点而提出，目的在于提供一种应变体，可以抑制安装于被测定物时产生的配置传感器芯片的部分的位移。
用于解决课题的方案
本发明的应变体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，上述输入传递部230具备：第一框部231；多个第一梁结构233，其一端与上述第一框部231连接，且从上述第一框部231向内侧延伸；框状的第一连结部234，其将各个上述第一梁结构233的另一端彼此连结；以及容纳部235，其设于上述第一连结部234的内侧，且能够容纳探测上述力或上述力矩的传感器芯片100。
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，能够提供一种应变体，可以抑制安装于被测定物时产生的配置传感器芯片的部分的位移。
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是例示构成应变体的受力板的立体图。
图17是例示构成应变体的应变部的立体图。
图18是例示构成应变体的应变部的俯视图。
图19是例示构成应变体的输入传递部的上表面侧的立体图。
图20是例示构成应变体的输入传递部的俯视图。
图21是例示构成应变体的输入传递部的下表面侧的立体图。
图22是例示构成应变体的输入传递部的剖视图。
图23是例示构成应变体的盖板的立体图。
图24是例示比较例的应变部的立体图。
图25是例示比较例的输入传递部的立体图。
图26是例示在比较例的应变部上配置有输入传递部的状态的立体图。
图27是例示在本实施方式的应变部上配置有输入传递部的状态的立体图。
图28是说明模拟中的测定点的图。
图29是比较例的图26的结构体的位移等高线图。
图30是汇总了比较例的图26的结构体的各部的位移量的图。
图31是本实施方式的图27的结构体的位移等高线图。
图32是汇总了本实施方式的图27的结构体的各部的位移量的图。
图33是表示模拟1的结果的图。
图34是表示模拟2的结果的图。
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—应变体，210—受力板，211、221、231—外框部，212、222、232—中央部，213、223、233—梁结构，218、228、238、248—螺纹孔，220—应变部，220x—槽，223a—第一梁，223b—第二梁，224—第一连接部，229、239—空间部，230—输入传递部，231x—薄板部，233a—锪孔部，233b、233c—角部，234—第一连结部，234—容纳部，235a—垂直支撑部，235b—水平支撑部，235c—第二连结部，235d—第二连接部，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配置有向盖板240侧突起的四个第二连接部235d(参照后述的图19～图22等)。而且，各个第二连接部235d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224(参照后述的图17等)。而且，各个第一连接部224与传感器芯片100的支撑部101～105(参照后述的图5～图8等)的下表面连接。
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是例示构成应变体的受力板的立体图。如图16所示，受力板210整体上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。受力板210具有俯视为大致环状的外框部211、与外框部211分离地配置于外框部211的内侧的俯视大致圆形状的中央部212、以及桥接外框部211和中央部212的多个梁结构213。
通过利用梁结构213提高受力板210的刚性，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，力或力矩无损地传递至在中央部212连接的应变部220。在从外框部211的内侧向梁结构213侧突起的部分设有螺纹孔218。螺纹孔218例如是能够在用螺丝将受力板210紧固于被测定物时使用的紧固孔。
图17是例示构成应变体的应变部的立体图。图18是例示构成应变体的应变部的俯视图。如图17及图18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圆形状的中央部222、以及将外框部221和中央部222桥接的多个梁结构223。外框部221的外径例如为50mm左右。梁结构223的厚度例如为3mm～8mm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223a和从第一梁223a的中央部沿与第一梁223a正交的方向延伸的第二梁223b的T字型。第一梁223a的两端与外框部221连结，第二梁223b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侧的面形成有槽220x。槽220x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和正方形的槽的中心的部分以与槽220x的内壁不相接的方式配置有向输入传递部230侧突起的五个柱状的第一连接部224。
第一连接部224是与传感器芯片100的支撑部101～105连接的部分。各个第一连接部224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。
在外框部221设有螺纹孔228。螺纹孔228例如是可以在用螺丝将应变部220、输入传递部230以及盖板240紧固于固定侧(机器人等的侧)时使用的紧固孔。在图17及图18的例子中，设有俯视为圆形的四个螺纹孔228。螺纹孔228的尺寸例如为JIS规格的M5。
在外框部221的各个螺纹孔228的外侧与螺纹孔228隔离地设有空间部229。空间部229例如能够在俯视下以包围螺纹孔228的一部分的方式设为圆弧状。俯视下，空间部229配置成圆弧的开口侧朝向外框部221的外周侧。换句话说，在空间部229中，圆弧的顶点位于比圆弧的两端部靠外框部221的中心侧。
俯视下，各个螺纹孔228配置于相邻的梁结构223之间。俯视下，空间部229至少设于螺纹孔228和与螺纹孔228的两侧相邻的梁结构223之间。空间部229优选贯通外框部221，但也可以不贯通。空间部229的宽度大致恒定，例如为0.5mm～1.5mm。此外，空间部229的宽度也可以不恒定，也可以将空间部229的圆弧的两端的宽度扩宽到0.5mm～1.5mm，并将从圆弧的一端到另一端之间缩窄为例如0.2mm。
这样，在应变体200中，在应变部220的螺纹孔228和与螺纹孔228的两侧相邻的梁结构223之间设置空间部229。由此，能够使在利用螺丝将应变体200紧固于被测定物时产生力难以向中央部222侧传递，并且即使在传递了力的情况下，也容易使中央部222的内侧维持相同形状地作为整体进行相同位移。另外，在将应变体200安装于被测定物时，在受到被测定物的发热的影响而在应变体200产生温度分布的情况下，能够抑制中央部222侧的变形。
因此，能够抑制与传感器芯片100的支撑部101～105连接的第一连接部224的位移，并且能够将五个第一连接部224的位移均匀化。其结果，能够降低因利用螺丝将应变体200紧固于被测定物时的力或应变体200的温度分布而产生的对传感器芯片100的耐载荷、力特性、偏移温度特性以及偏移变动的不利影响。
如图18所示，俯视下，四个螺纹孔228包括夹着外框部221的中心对置的两个螺纹孔228和夹着外框部221的中心对置的另外两个螺纹孔228。俯视下，将夹着外框部221的中心对置的两个螺纹孔228的中心彼此连结的假想直线L1和将夹着外框部221的中心对置的另外两个螺纹孔228的中心彼此连结的假想直线L2互相正交，形成假想的十字线。
另外，俯视下，四个梁结构223包括夹着外框部221的中心对置的两个梁结构223和夹着外框部221的中心对置的另外两个梁结构223。俯视下，将夹着外框部221的中心对置的两个梁结构223的宽度方向的中心线彼此连结的假想直线L3和将夹着外框部221的中心对置的另外两个梁结构223的宽度方向的中心线彼此连结的假想直线L4互相正交，形成假想的十字线。
即，夹着外框部221的中心对置的两个梁结构223和夹着外框部221的中心对置的另外两个梁结构223形成俯视下大致十字状的梁。
优选的是，俯视下，直线L1及L2形成的十字线和直线L3及L4形成的十字线错开45度。即，各个梁结构223优选设于相邻的螺纹孔228的中间部。此外，考虑制造偏差等，此处所谓的45度包括45度±5度的范围。
在外框部221中，相邻的螺纹孔228的中间部为相距各个螺纹孔228最远的位置，因此最难以变形。因此，通过从相邻的螺纹孔228的中间部延长梁结构223，能够使在利用螺丝将应变体200紧固于被测定物时产生的力难以向中央部222侧传递，并且即使在传递了力的情况下，也容易使中央部222的内侧维持相同形状地作为整体进行相同位移。另外，在将应变体200安装于被测定物时，在受到被测定物的发热的影响而在应变体200产生温度分布的情况下，能够抑制中央部222侧的变形。
其结果，如上所述，能够降低因利用螺丝将应变体200紧固于被测定物时的力或应变体200的温度分布而产生的对传感器芯片100的耐载荷、力特性、偏移温度特性以及偏移变动的不利影响。
此外，因为在中央部222的上表面侧设有空间，所以也可以在中央部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或半导体元件等电子零件的电路基板等。
图19是例示构成应变体的输入传递部的上表面侧的立体图。图20是例示构成应变体的输入传递部的俯视图。图21是例示构成应变体的输入传递部的下表面侧的立体图。图22是例示构成应变体的输入传递部的剖视图，示出了沿着图20的L7线的截面。如图19～图22所示，输入传递部230是整体上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具有俯视下为大致环状的外框部231、与外框部231分离地配置于外框部231的内侧的中央部232、以及将外框部231和中央部232桥接的多个梁结构233。外框部231的外径例如为50mm左右。多个梁结构233例如相对于输入传递部230的中心点对称地配置。梁结构233例如为四个。各个梁结构233例如为I字型。俯视下，输入传递部230的梁结构233和应变部220的梁结构223至少一部分重叠。
外框部231形成为比其它部分厚，刚性高，因此最难以变形。中央部232具有俯视下为大致环状的第一连结部234和从第一连结部234的下表面向应变部220侧延伸的大致十字状的容纳部235。容纳部235设于第一连结部234的内侧，能够容纳传感器芯片100。就各个梁结构233而言，一端与外框部231连接，从外框部231向内侧延伸，另一端彼此通过框状的第一连结部234连结。
这样，通过将从输入传递部230的四个方向延伸的梁结构233通过第一连结部234连结，能够提高容纳部235的刚性。由此，能够使在利用螺丝将应变体200紧固于被测定物时产生的力难以向第一连结部234侧传递，并且即使在传递了力的情况下，也容易使第一连结部234的内侧维持相同形状地作为整体进行相同位移。另外，在将应变体200安装于被测定物时，在受到被测定物的发热的影响而在应变体200产生了温度分布的情况下，能够抑制第一连结部234侧的变形。
因此，能够抑制与传感器芯片100的力点151～154连接的四个第二连接部235d的位移，并且能够将四个第二连接部235d的位移均匀化。其结果，能够降低因利用螺丝将应变体200紧固于被测定物时的力或应变体200的温度分布而产生的对传感器芯片100的耐载荷、力特性、偏移温度特性以及偏移变动的不利影响。
梁结构233及第一连结部234形成为比外框部231薄。梁结构233及第一连结部234的上表面处于比外框部231的上表面低的位置。外框部231的下表面、梁结构233的下表面以及第一连结部234的下表面大致齐平。输入传递部230的任何部分都不会因受到的力或力矩而变形。
各个梁结构233优选具有使与外框部231连接的一端的侧的厚度比与第一连结部234连接的另一端的侧的厚度薄的锪孔部233a。就锪孔部233a而言，优选的是，相比第一连结部234侧，在接近外框部231的侧设于梁结构233的整个宽度方向。梁结构233的中央部232侧的厚度T1例如为1.5mm左右。梁结构233的中央部232侧的厚度T1也可以与第一连结部234的厚度相同。
锪孔部233a的厚度(梁结构233的一端的侧的厚度)T2例如比1mm厚且比1.25mm薄。也就是，以梁结构233的上表面为基准的锪孔部233a的深度例如为0.25mm～0.5mm左右。另外，梁结构233的长边方向的长度例如为8mm左右，宽度为4mm左右。另外，锪孔部233a的长度例如为5mm左右。
梁结构233具有锪孔部233a，从而在利用螺丝将应变体200紧固于被测定物时，即使外框部231侧变形，梁结构233的锪孔部233a也吸收外框部231侧的变形。因此，能够使在利用螺丝将应变体200紧固于被测定物时产生的力难以向第一连结部234侧传递，并且即使在传递了力的情况下，也容易使第一连结部234的内侧维持相同形状地作为整体进行相同位移。另外，在将应变体200安装于被测定物时，在受到被测定物的发热的影响而在应变体200产生温度分布的情况下，能够抑制第一连结部234侧的变形。
其结果，如上所述，能够降低因利用螺丝将应变体200紧固于被测定物时的力或应变体200的温度分布而产生的对传感器芯片100的耐载荷、力特性、偏移温度特性以及偏移变动的不利影响。
此外，锪孔部233a的外框部231侧的角部233b优选在剖视下为R状。另外，锪孔部233a的第一连结部234侧的角部233c优选在剖视下为R状。
由此，能够进一步抑制与传感器芯片100的力点151～154连接的四个第二连接部235d的位移，并且能够将四个第二连接部235d的位移进一步均匀化。其结果，能够进一步降低因利用螺丝将应变体200紧固于被测定物时的力或应变体200的温度分布而产生的对传感器芯片100的耐载荷、力特性、偏移温度特性以及偏移变动的不利影响。
容纳部235设于第一连结部234的内侧。容纳部235具有一端与第一连结部234连接且从第一连结部234的下表面向应变部220侧垂直地延伸的四个垂直支撑部235a、从垂直支撑部235a的下侧的端部沿水平方向延伸的四个水平支撑部235b、以及将水平支撑部235b的另一端彼此连结的第二连结部235c。
即，四个水平支撑部235b的前端侧通过第二连结部235c连结。就第二连结部235c而言，下表面与水平支撑部235b的下表面大致齐平，上表面比水平支撑部235b第一层而被薄化。也可以在第二连结部235c的中心设有贯通孔。
在第二连结部235c的底面以与第二连结部235c的内壁不相接的方式配置有向盖板240侧突起的四个第二连接部235d。各个第二连接部235d大致位于将各个水平支撑部235b在短边方向上对分的线上。第二连接部235d是与传感器芯片100的力点151～154连接的部分。
四个水平支撑部235b的前端侧也可以分离。即使在该情况下，通过利用第一连结部234将各个梁结构233的另一端彼此连结，也能够使在利用螺丝将应变体200紧固于被测定物时产生的力难以向第一连结部234侧传递，并且即使在传递了力的情况下，也容易使比第一连结部234靠内侧的部分维持相同形状地作为整体进行相同位移。另外，在将应变体200安装于被测定物时，在受到被测定物的发热的影响而在应变体200产生温度分布的情况下，能够抑制第一连结部234侧的变形。
其结果，如上所述，能够降低利用螺丝将应变体200紧固于被测定物时的力、或因温度分布而在应变体200产生的对传感器芯片100的耐载荷、力觉特性、偏移温度特性以及偏移变动的不利影响。
但是，优选通过第二连结部235c将从四个方向延伸的水平支撑部235b连结。由此，能够进一步抑制与传感器芯片100的力点151～154连接的四个第二连接部235d的位移，并且能够将四个第二连接部235d的位移进一步均匀化。其结果，能够进一步降低因利用螺丝将应变体200紧固于被测定物时的力或应变体200的温度分布而产生的对传感器芯片100的耐载荷、力特性、偏移温度特性以及偏移变动的不利影响。
在外框部231设有螺纹孔238。螺纹孔238例如是能够在利用螺丝将应变部220、输入传递部230以及盖板240紧固于固定侧(机器人等侧)时使用的紧固孔。在图19～图22的例子中，设有俯视为圆形的四个螺纹孔238。螺纹孔238的尺寸例如为JIS规格的M5。
在外框部231的各个螺纹孔238的外侧与螺纹孔238隔离地设有空间部239。空间部239的外框部231的上表面侧的一部分与外框部231的形成为比外周侧薄的薄板部231x连通。薄板部231x的上表面和第一连结部234的上表面大致齐平。通过设置薄板部231x，能够形成广阔的空间，因此，能够配置基板等部件。
空间部239例如能够在俯视下以包围螺纹孔238的一部分的方式设为圆弧状。俯视下，空间部239配置成圆弧的开口侧朝向外框部231的外周侧。换句话说，在空间部239中，圆弧的顶点位于比圆弧的两端部靠外框部231的中心侧。
俯视下，各个螺纹孔238配置于相邻的梁结构233之间。俯视下，空间部239至少设于螺纹孔238和与螺纹孔238的两侧相邻的梁结构233之间。空间部239优选贯通外框部231，但也可以不贯通。空间部239的宽度大致恒定，例如为0.5mm～1.5mm。此外，空间部239的宽度也可以不恒定，也可以将空间部239的圆弧的两端的宽度扩宽到0.5mm～1.5mm，将从圆弧的一端到另一端之间缩窄为例如0.2mm。
各个螺纹孔238和各个螺纹孔228设为俯视下重叠，各个空间部239和各个空间部229设为俯视下重叠。
这样，在应变体200中，在输入传递部230的螺纹孔238和与螺纹孔238的两侧相邻的梁结构233之间设置空间部239。由此，能够使在利用螺丝将应变体200紧固于被测定物时产生的力难以向第一连结部234侧传递，并且即使在传递了力的情况下，也容易使比第一连结部234靠内侧的部分维持相同形状地作为整体进行相同位移。另外，在将应变体200安装于被测定物时，在受到被测定物的发热的影响而在应变体200产生温度分布的情况下，能够抑制中央部222侧的变形。
其结果，如上所述，能够降低因利用螺丝将应变体200紧固于被测定物时的力或应变体200的温度分布而产生的对传感器芯片100的耐载荷、力特性、偏移温度特性以及偏移变动的不利影响。
如图20所示，四个螺纹孔238包括俯视下夹着外框部231的中心对置的两个螺纹孔238和夹着外框部231的中心对置的另外两个螺纹孔238。
俯视下，将夹着外框部231的中心对置的两个螺纹孔238的中心彼此连结的假想直线L5和将夹着外框部231的中心对置的另外两个螺纹孔238的中心彼此连结的假想直线L6互相正交，形成假想的十字线。
另外，四个梁结构233包括在俯视下夹着外框部231的中心对置的两个梁结构233和夹着外框部231的中心对置的另外两个梁结构233。
俯视下，将夹着外框部231的中心对置的两个梁结构233的宽度方向的中心线彼此连结的假想直线L7和将夹着外框部231的中心对置的另外两个梁结构233的宽度方向的中心线彼此连结的假想直线L8相互正交，形成假想的十字线。
即，夹着外框部231的中心对置的两个梁结构233和夹着外框部231的中心对置的另外两个梁结构233形成俯视下为大致十字状的梁。
优选的是，俯视下，直线L5及L6形成的十字线和直线L7及L8形成的十字线错开45度。即，各个梁结构233优选设于相邻的螺纹孔238的中间部。此外，考虑制造偏差等，此处所说的45度包括45度±5度的范围。
如上所述，外框部231的刚性比其它部分高，但即使在外框部231中，相邻的螺纹孔238的中间部也为相距各个螺纹孔238最远的位置，因此，最难以变形。因此，通过从相邻的螺纹孔238的中间部延长梁结构233，能够使在利用螺丝将应变体200紧固于被测定物时产生的力难以向第一连结部234侧传递，并且即使在传递了力的情况下，也容易使比第一连结部234靠内侧的部分维持相同形状地作为整体进行相同位移。另外，在将应变体200安装于被测定物时，在受到被测定物的发热的影响而在应变体200产生温度分布的情况下，能够抑制第一连结部234侧的变形。
其结果，如上所述，能够降低因利用螺丝将应变体200紧固于被测定物时的力或应变体200的温度分布而产生的对传感器芯片100的耐载荷、力特性、偏移温度特性以及偏移变动的不利影响。
此外，俯视下，直线L5及L6形成的十字线与直线L1及L2形成的十字线(参照图18)重叠。另外，俯视下，直线L7及L8形成的十字线与直线L3及L4形成的十字线(参照图18)重叠。
在容纳部235中，俯视下，两个垂直支撑部235a及水平支撑部235b夹着外框部231的中心对置，另外两个垂直支撑部235a及水平支撑部235b夹着外框部231的中心对置。
俯视下，将夹着外框部231的中心对置的两个垂直支撑部235a及水平支撑部235b的宽度方向的中心线彼此连结的假想的直线与直线L5一致。另外，俯视下，将夹着外框部231的中心对置的另外两个垂直支撑部235a及水平支撑部235b的中心线彼此连结的假想的直线与和直线L5正交的直线L6一致。
即，夹着外框部231的中心对置的两个垂直支撑部235a及水平支撑部235b和夹着外框部231的中心对置的另外两个垂直支撑部235a及水平支撑部235b形成俯视下为大致十字状的梁。
如上所述，优选的是，俯视下，直线L5及L6形成的十字线和直线L7及L8形成的十字线错开45度。即，优选的是，俯视下，各个水平支撑部235b的长边方向和各个梁结构233的长边方向错开45度。
相邻的梁结构233的内周端的中间部为相距各个梁结构233的内周端最远的位置，因此最难以变形。因此，通过从相邻的梁结构233的内周端的中间部延长垂直支撑部235a及水平支撑部235b，能够使在利用螺丝将应变体200紧固于被测定物时产生的力难以向第二连结部235c传递，并且，即使在传递了力的情况下，也容易使第二连结部235c维持相同形状地作为整体进行相同位移。另外，在将应变体200安装于被测定物时，在受到被测定物的发热的影响而在应变体200产生温度分布的情况下，能够抑制第二连结部235c的变形。
其结果，如上所述，能够降低因利用螺丝将应变体200紧固于被测定物时的力或应变体200的温度分布而产生的对传感器芯片100的耐载荷、力特性、偏移温度特性以及偏移变动的不利影响。
此外，在梁结构233的上表面侧设有空间，因此也可以在梁结构233的上表面侧例如以从外框部231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23是例示构成应变体的盖板的立体图。如图23所示，盖板240是整体上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。在盖板240设有螺纹孔248。螺纹孔248例如是能够在利用螺丝将应变部220、输入传递部230以及盖板240紧固于固定侧(机器人等侧)时使用的紧固孔。
能够使用例如SUS(不锈钢)等硬质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。期望的是，构成应变体200的部件中的特别是受力板210、应变部220、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、输入传递部230的连接方法，考虑利用了螺丝的紧固、焊接等，但不管是什么方法，都需要可充分耐受向应变体200输入的力或力矩。
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，将它们组合再次进行烧结，从而进行扩散接合。进行了扩散接合的受力板210、应变部220以及输入传递部230能够得到所需的足够的接合强度。盖板240只要在装配传感器芯片100或其它内部零件之后，例如利用螺丝紧固于输入传递部230即可。
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、应变部220的中央部222以及梁结构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，在设于作为可动部的中央部222的第一连接部224连接有传感器芯片100的支撑部101～105。另外，在设于作为非可动部的容纳部235的第二连接部235d连接有传感器芯片100的力点151～154。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，在设于作为可动部的中央部222的第一连接部224连接有传感器芯片100的力点151～154，在设于作为非可动部的容纳部235的第二连接部235d连接有传感器芯片100的支撑部101～105。
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中的一方连接的第一连接部224。另外，容纳部235具备与支撑部101～105及力点151～154中的另一方连接的第二连接部235d。
[模拟]
图24是例示比较例的应变部的立体图。如图24所示，比较例的应变部220X在不具有相当于空间部229的部分的点上与应变部220(参照图17等)不同。
图25是例示比较例的输入传递部的立体图。如图25所示，比较例的输入传递部230X具有俯视下为大致环状的外框部231X、与外框部231X的内周相邻的俯视下为大致矩形状的内框部232X、以及设于内框部232X的内侧的容纳部235X。内框部232X形成为比外框部231X薄，上表面处于比外框部231X的上表面低的位置。输入传递部230X不具有相当于梁结构233、第一连结部234、以及空间部239的部分。
容纳部235X与容纳部235同样地具有垂直支撑部235a、水平支撑部235b以及第二连接部235d，但还具有从内框部232X的内侧面沿水平方向延伸且与垂直支撑部235a连接的第二水平支撑部235e。另外，与容纳部235不同，水平支撑部235b虽然俯视下以大致十字状配置，但不相交，各个水平支撑部235b的内周端互相分离。即，容纳部235X没有相当于第二连结部235c的部分。
图26是例示在比较例的应变部上配置有输入传递部的状态的立体图。输入传递部230X的容纳部235X进入应变部220X侧。而且，应变部220X的第一连接部224在容纳部235X内露出于第二连接部235d的附近。
图27是例示在本实施方式的应变部上配置有输入传递部的状态的立体图。输入传递部230的容纳部235进入应变部220侧。而且，应变部220的第一连接部224在容纳部235内露出于第二连接部235d的附近。
在此，说明对图26的结构体及图27的结构体进行的模拟的结果。在模拟中，对在利用螺丝将应变体紧固于被测定物时各螺丝的轴力不一致的情况的应变部和输入传递部的Z方向的位移进行了确认。具体而言，如图27的结构体的俯视图即图28所示，对将螺纹孔A、B、C以及D的轴力分别设为5400N、4160N、7720N以及5400N时的、应变部220的测定点1～5(各第一连接部224的上端)和输入传递部230的测定点1～4(各第二连接部235d的上端)的Z方向的位移进行了确认。对于图26的结构体，也在同样的条件下对同样的测定点的Z方向的位移进行了确认。
图29是比较例的图26的结构体的位移等高线图，图30是将比较例的图26的结构体的各部的位移量汇总的图。图31是本实施方式的图27的结构体的位移等高线图，图32是将本实施方式的图27的结构体的各部的位移量汇总的图。在各位移等高线图中，箭头下侧是放大了配置有传感器芯片100的部分的附近的图。
根据图29～图32的结果，在本实施方式的图27的结构体中，相对于比较例的图26的结构体，应变部的各测定点的位移量被抑制在50％以下。另外。在本实施方式的图27的结构体中，相对于比较例的图26的结构体，输入传递部的位移量被抑制在10％以下。
另外，相对于比较例的图26的结构体，在本实施方式的图27的结构体中，针对输入的应变部的位移量与输入传递部的位移量的差小。针对输入的应变部的位移量与输入传递部的位移量的差为向传感器芯片100的输入，因此，相对于比较例的图26的结构体，在本实施方式的图27的结构体中，因利用螺丝将应变体紧固于被测定物时的力而产生的传感器芯片100的偏移变小。即，能够降低因利用螺丝将应变体紧固于被测定物时的力而产生的对传感器芯片100的耐载荷、力特性、偏移温度特性以及偏移变动的不利影响。
[模拟1]
在此，说明对图26的结构体及图27的结构体进行的模拟1的结果。在模拟1中，在将安装于被测定物的受力板的下表面在35℃设为稳态后，对以1℃/s的速度上升到40℃时的Z位移差进行了确认。在此，Z位移差是四个第二连接部235d的上端的Z方向的位移的平均值减去五个第一连接部224的上端的Z方向的位移的平均值的值。
此外，模拟1通过图26的结构体及图27的结构体的1/4模型进行。另外，在图27的结构体中，将梁结构233的长度设为8mm，将梁结构233的宽度设为4mm，将锪孔部233a的长度设为5mm，将锪孔部233a的梁结构233的中央部232侧的厚度T1设为1.5mm，将锪孔部233a的厚度T2设为1.25mm。
图33是表示模拟1的结果的图。图33的箭头上侧表示Z位移差相对于经过时间的变化，箭头下侧是Z位移差最大的点A及B的位移等高线图。此外，在图33的箭头上侧，比较例为图26的结构体的1/4模型，本实施方式为图27的结构体的1/4模型。
如图33所示，在比较例的图26的结构体中，在经过时间为约5s的时刻，Z位移差最大，其值为约1μm。之后，Z位移差随着经过时间而减小，稳定在约0.1μm。与此相对，在本实施方式的图27的结构体中，在经过时间为约5s的时刻，Z位移差最大，其值为约0.15μm。之后，Z位移差随着经过时间而减小，稳定在约-0.05μm。
另外，根据图33的等高线图可知，在比较例的图26的结构体中，除了Z位移差大，第二连接部235d彼此的位置关系也未被保持。与此相对，在本实施方式的图27的结构体中，Z位移差小，且保持了第二连接部235d彼此的位置关系。
这样，相对于比较例的图26的结构体，在本实施方式的图27的结构体中，能够大幅降低产生了温度分布时产生的Z位移差，并且能够保持第二连接部235d彼此的位置关系。即，相对于比较例的图26的结构体，在本实施方式的图27的结构体中，能够降低在应变体产生了温度分布时产生的传感器芯片100的偏移。
[模拟2]
在模拟2中，在图27的结构体中，对于T2＝1.0mm、T2＝1.5mm(也就是没有锪孔部233a的情况)，进行与模拟1同样的模拟，并与模拟1的T2＝1.25mm的结果比较。在模拟2中，T2以外的条件与模拟1相同。
如图34所示，在T2＝1.5mm(也就是没有锪孔部233a的情况)时，Z位移差的最大值为约0.6μm。与此相对，可知，在T2＝1.0mm时，Z位移差的最大值为约-0.5μm，相对于T2＝1.5mm，虽然位移方向相反，但绝对值得到了些许改善。另外，可知，在T2＝1.25mm时，Z位移差的最大值为约0.15μm，与T2＝1.0mm及T2＝1.5mm相比，Z位移差大幅改善。
这样，锪孔部233a的厚度T2具有最优值，优选将锪孔部233a的厚度T2在比1.0mm厚且比1.5mm薄的范围内调整，更优选在比1.0mm厚且比1.25mm薄的范围内调整。
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。
例如，在上述的实施方式中对利用螺丝将应变体紧固于被测定体的例子进行说明，但不限于此，只要是能够将应变体固定于被测定体的紧固件，例如，也能够使用螺栓、铆钉等各种方式。

Claims (30)

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，
上述输入传递部具备：
第一框部；
多个第一梁结构，其一端与上述第一框部连接，且从上述第一框部向内侧延伸；
框状的第一连结部，其将各个上述第一梁结构的另一端彼此连结；以及
容纳部，其设于上述第一连结部的内侧，且能够容纳探测上述力或上述力矩的传感器芯片。
2.根据权利要求1所述的应变体，其特征在于，
多个上述第一梁结构包括俯视下夹着上述第一框部的中心对置的两个第一梁结构和夹着上述第一框部的中心对置的另外两个第一梁结构。
3.根据权利要求2所述的应变体，其特征在于，
上述容纳部具有：
四个垂直支撑部，其一端与上述第一连结部连接，且从上述第一连结部向上述应变部侧垂直地延伸；
四个水平支撑部，其从上述垂直支撑部的端部沿水平方向延伸；以及
第二连结部，其将上述水平支撑部的另一端彼此连结，
俯视下，两个上述垂直支撑部及上述水平支撑部夹着上述第一框部的中心对置，另外两个上述垂直支撑部及上述水平支撑部夹着上述第一框部的中心对置。
4.根据权利要求3所述的应变体，其特征在于，
俯视下，将夹着上述第一框部的中心对置的两个上述第一梁结构的宽度方向的中心线彼此连结的假想的直线和将夹着上述第一框部的中心对置的另外两个上述第一梁结构的宽度方向的中心线彼此连结的假想的直线互相正交，形成假想的第一十字线。
5.根据权利要求4所述的应变体，其特征在于，
俯视下，将夹着上述第一框部的中心对置的两个上述垂直支撑部及上述水平支撑部的宽度方向的中心线彼此连结的假想的直线和将夹着上述第一框部的中心对置的另外两个上述垂直支撑部及上述水平支撑部的中心线彼此连结的假的想直线互相正交，形成假想的第二十字线。
6.根据权利要求5所述的应变体，其特征在于，
俯视下，上述第一十字线和上述第二十字线错开45度。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的应变体，其特征在于，
上述应变部具有：
第二框部；
中央部，其与上述第二框部分离地配置于上述第二框部的内侧；以及
多个第二梁结构，其将上述第二框部和上述中央部桥接，
上述第二框部包括于上述非可动部，上述第二梁结构及上述中央部包括于上述可动部。
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是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二框部连结，上述第二梁的端部与上述中央部连结。
9.根据权利要求7或8所述的应变体，其特征在于，
多个上述第二梁结构包括俯视下夹着上述第二框部的中心对置的两个第二梁结构和夹着上述第二框部的中心对置的另外两个第二梁结构。
10.根据权利要求9所述的应变体，其特征在于，
俯视下，将夹着上述第二框部的中心对置的两个上述第二梁结构的宽度方向的中心线彼此连结的假想的直线和将夹着上述第二框部的中心对置的另外两个上述第二梁结构的宽度方向的中心线彼此连结的假想的直线互相正交，形成假想的第三十字线。
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，上述第二梁结构和上述第一梁结构至少一部分重叠。
12.一种应变体，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，
上述输入传递部具备：
框部；
多个梁结构，其一端与上述框部连接，且从上述框部向内侧延伸；以及
容纳部，其设于上述梁结构的另一端的侧，且能够容纳探测上述力或上述力矩的传感器芯片，
各个上述梁结构具有使上述一端的侧的厚度比上述另一端的侧的厚度薄的锪孔部。
13.根据权利要求12所述的应变体，其特征在于，
上述锪孔部设于上述梁结构的整个宽度方向。
14.根据权利要求12或13所述的应变体，其特征在于，
上述锪孔部的上述框部侧的角部在剖视下为R状。
15.根据权利要求12～14中任一项所述的应变体，其特征在于，
具有将上述梁结构的另一端彼此连结的框状的连结部，
上述容纳部设于上述连结部的内侧。
16.根据权利要求15所述的应变体，其特征在于，
上述锪孔部的上述连结部侧的角部在剖视下为R状。
17.根据权利要求15或16所述的应变体，其特征在于，
上述梁结构的上述另一端侧的厚度与上述连结部的厚度相同。
18.根据权利要求12～17中任一项所述的应变体，其特征在于，
上述梁结构的上述一端的侧的厚度比1mm厚且比1.25mm薄。
19.根据权利要求12～18中任一项所述的应变体，其特征在于，
多个上述梁结构包括俯视下夹着上述框部的中心对置的两个梁结构和夹着上述框部的中心对置的另外两个梁结构。
20.根据权利要求19所述的应变体，其特征在于，
俯视下，将夹着上述框部的中心对置的两个上述梁结构的宽度方向的中心线彼此连结的假想的直线和将夹着上述框部的中心对置的另外两个上述梁结构的宽度方向的中心线彼此连结的假想的直线互相正交，形成假想的十字线。
21.一种应变体，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，
上述输入传递部具备：
第一框部；以及
容纳部，其配置于上述第一框部的内侧，且能够容纳探测上述力或上述力矩的传感器芯片，
在上述第一框部设有能够用于与被测定物的紧固的多个第一紧固孔，
俯视下，设有包围上述第一紧固孔的一部分的第一空间部。
22.根据权利要求21所述的应变体，其特征在于，
俯视下，上述第一空间部设为圆弧状，
上述圆弧的顶点位于比上述圆弧的两端部靠上述第一框部的中心侧。
23.根据权利要求21或22所述的应变体，其特征在于，
上述输入传递部具备：
多个第一梁结构，其一端与上述第一框部连接，且从上述第一框部向内侧延伸；以及
框状的第一连结部，其将上述第一梁结构的另一端彼此连结，
上述容纳部设于上述第一连结部的内侧，
俯视下，上述第一空间部设于上述第一紧固孔与上述第一梁结构之间。
24.根据权利要求23所述的应变体，其特征在于，
多个上述第一紧固孔包括俯视下夹着上述第一框部的中心对置的两个第一紧固孔和夹着上述第一框部的中心对置的另外两个第一紧固孔，
俯视下，将夹着上述第一框部的中心对置的两个上述第一紧固孔的中心彼此连结的假想的直线和将夹着上述第一框部的中心对置的另外两个上述第一紧固孔的中心彼此连结的假想的直线互相正交，形成假想的第一十字线，
多个上述第一梁结构包括俯视下夹着上述第一框部的中心对置的两个第一梁结构和夹着上述第一框部的中心对置的另外两个第一梁结构，
俯视下，将夹着上述第一框部的中心对置的两个上述第一梁结构的宽度方向的中心线彼此连结的假想的直线和将夹着上述第一框部的中心对置的另外两个上述第一梁结构的宽度方向的中心线彼此连结的假想的直线互相正交，形成假想的第二十字线，
俯视下，上述第一十字线和上述第二十字线错开45度。
25.根据权利要求21～24中任一项所述的应变体，其特征在于，
上述应变部具备：
第二框部；以及
中央部，其与上述第二框部分离地配置于上述第二框部的内侧，
在上述第二框部设有能够用于与被测定物的紧固的多个第二紧固孔，
俯视下，设有包围上述第二紧固孔的一部分的第二空间部。
26.根据权利要求25所述的应变体，其特征在于，
俯视下，上述第二空间部设为圆弧状，
上述圆弧的顶点位于比上述圆弧的两端部靠上述第二框部的中心侧。
27.根据权利要求25或26所述的应变体，其特征在于，
上述应变部具备将上述第二框部和上述中央部桥接的多个第二梁结构，
俯视下，上述第二空间部设于上述第二紧固孔与上述第二梁结构之间。
28.根据权利要求27所述的应变体，其特征在于，
多个上述第二紧固孔包括俯视下夹着上述第二框部的中心对置的两个第二紧固孔和夹着上述第二框部的中心对置的另外两个第二紧固孔，
俯视下，将夹着上述第二框部的中心对置的两个上述第二紧固孔的中心彼此连结的假想的直线和将夹着上述第二框部的中心对置的另外两个上述第二紧固孔的中心彼此连结的假想的直线互相正交，形成假想的第三十字线，
多个上述第二梁结构包括俯视下夹着上述第二框部的中心对置的两个第二梁结构和夹着上述第二框部的中心对置的另外两个第二梁结构，
俯视下，将夹着上述第二框部的中心对置的两个上述第二梁结构的宽度方向的中心线彼此连结的假想的直线和将夹着上述第二框部的中心对置的另外两个上述第二梁结构的宽度方向的中心线彼此连结的假想的直线互相正交，形成假想的第四十字线，
俯视下，上述第三十字线和上述第四十字线错开45度。
29.根据权利要求25～28中任一项所述的应变体，其特征在于，
俯视下，上述第二紧固孔和上述第一紧固孔重叠，
俯视下，上述第二空间部和上述第一空间部重叠。
30.一种力传感器装置，其特征在于，
具有权利要求1～29中任一项所述的应变体和上述传感器芯片。
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