JP2020073880A - Strain gauge and multi-axis force sensor - Google Patents

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Abstract

To provide a strain gauge whose occurrence of measurement errors due to changes in ambient temperature is suppressed.SOLUTION: A strain gauge 20 includes a base material 21 and a circuit pattern formed on the base material. The base material has a sensitive area 21s attached to a strain-generating area where strain occurs under the load of a strain-generating member and insensitive areas 21n1 and 21n2 arranged outside the strain-generating area. The circuit pattern includes first direction strain sensing elements X1, X2 forming a first bridge circuit BC1, second direction strain sensing elements Y1, Y2 forming a second bridge circuit BC2 and at least one of first direction fixed resistance elements RX1, RX2 forming the first bridge circuit and second direction fixed resistance elements RY1, RY2 forming the second bridge circuit. The strain-sensitive elements and the fixed resistance elements are made of the same material. The strain sensing elements are formed in the sensitive area and the fixed resistance elements are formed in the insensitive area.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ひずみゲージ及び該ひずみゲージを備える多軸力センサに関する。   The present invention relates to a strain gauge and a multi-axis force sensor including the strain gauge.

ひずみゲージを備える多軸力センサは、ロボット、ゲーム機器、各種計測機器、その他の機器において広く活用されている。特許文献1、2には、ひずみゲージを含む多軸力センサの一例が開示されている。   Multi-axis force sensors equipped with strain gauges are widely used in robots, game machines, various measuring machines, and other machines. Patent Documents 1 and 2 disclose an example of a multi-axis force sensor including a strain gauge.

特開第2010−164495号公報JP, 2010-164495, A 特許第5008188号公報Japanese Patent No. 5008188

ひずみゲージを備える多軸力センサにおいては、周囲温度の変化に起因する計測誤差の存在が認識されており、その抑制が望まれている。   In a multi-axis force sensor including a strain gauge, the existence of a measurement error due to a change in ambient temperature has been recognized, and its suppression is desired.

そこで本発明は、周囲温度の変化に起因する計測誤差の発生が抑制されたひずみゲージ、及びこれを備える多軸力センサを提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a strain gauge in which generation of a measurement error due to a change in ambient temperature is suppressed, and a multiaxial force sensor including the strain gauge.

本発明の第1の態様に従えば、
荷重を受けてひずむ起歪部材に取り付けられて、前記起歪部材の第1方向に作用する荷重の第1ホイートストンブリッジ回路による検出、及び前記起歪部材の第1方向に直交する第2方向に作用する荷重の第2ホイートストンブリッジ回路による検出に用いられるひずみゲージであって、
基材と、
前記基材上に形成された回路パターンとを備え、
前記基材は、前記起歪部材の荷重を受けてひずみが生じる起歪領域に取り付けられる受感領域と、前記起歪領域の外側に配置される不感領域とを有し、
前記回路パターンは、第1ホイートストンブリッジ回路を構成する2つの第1方向ひずみ受感素子と、第2ホイートストンブリッジ回路を構成する2つの第2方向ひずみ受感素子と、第1ホイートストンブリッジ回路を構成する第1方向固定抵抗素子及び第2ホイートストンブリッジ回路を構成する第2方向固定抵抗素子の少なくとも一方を含み、
前記2つの第1方向ひずみ受感素子、前記2つの第2方向ひずみ受感素子、並びに前記第1方向固定抵抗素子及び第2方向固定抵抗素子の少なくとも一方は同一材料で形成されており、
前記2つの第1方向ひずみ受感素子及び前記2つの第2方向ひずみ受感素子は前記受感領域に形成されており、前記第1方向固定抵抗素子及び第2方向固定抵抗素子の少なくとも一方は前記不感領域に形成されているひずみゲージが提供される。
According to a first aspect of the invention,
The load is attached to the strain-deflecting member and is detected by the first Wheatstone bridge circuit of the load acting in the first direction of the strain-generating member, and in the second direction orthogonal to the first direction of the strain-generating member. A strain gauge used for detection of a load acting by a second Wheatstone bridge circuit,
Base material,
A circuit pattern formed on the substrate,
The base material has a sensitive area attached to a strain generating area where strain is generated by receiving a load of the strain generating member, and a dead area arranged outside the strain generating area,
The circuit pattern forms two first direction strain sensing elements that form a first Wheatstone bridge circuit, two second direction strain sensing elements that form a second Wheatstone bridge circuit, and a first Wheatstone bridge circuit. Including a first direction fixed resistance element and a second direction fixed resistance element forming a second Wheatstone bridge circuit,
At least one of the two first direction strain sensing elements, the two second direction strain sensing elements, and the first direction fixed resistance element and the second direction fixed resistance element is formed of the same material,
The two first direction strain sensing elements and the two second direction strain sensing elements are formed in the sensing area, and at least one of the first direction fixed resistance element and the second direction fixed resistance element is A strain gauge formed in the dead area is provided.

第1の態様のひずみゲージにおいて、前記回路パターンは、第1ホイートストンブリッジ回路を構成する2つの第1方向固定抵抗素子と第2ホイートストンブリッジ回路を構成する2つの第2方向固定抵抗素子とを含んでもよく、前記2つの第1方向ひずみ受感素子、前記2つの第2方向ひずみ受感素子、前記2つの第1方向固定抵抗素子、及び前記2つの第2方向固定抵抗素子は同一材料で形成されていてもよく、前記2つの第1方向固定抵抗素子、及び前記2つの第2方向固定抵抗素子は前記不感領域に形成されていてもよい。   In the strain gauge according to the first aspect, the circuit pattern includes two first direction fixed resistance elements forming a first Wheatstone bridge circuit and two second direction fixed resistance elements forming a second Wheatstone bridge circuit. Alternatively, the two first direction strain sensing elements, the two second direction strain sensing elements, the two first direction fixed resistance elements, and the two second direction fixed resistance elements are formed of the same material. The two first direction fixed resistance elements and the two second direction fixed resistance elements may be formed in the dead region.

第1の態様のひずみゲージにおいて、前記回路パターンは少なくとも1つの端子を更に含んでもよく、前記少なくとも1つの端子が、前記不感領域に形成されていてもよい。   In the strain gauge according to the first aspect, the circuit pattern may further include at least one terminal, and the at least one terminal may be formed in the dead region.

第1の態様のひずみゲージは、前記不感領域において、前記少なくとも1つの端子が、前記第1方向固定抵抗素子及び第2方向固定抵抗素子の少なくとも一方の前記受感領域とは反対側に設けられていてもよい。   In the strain gauge of the first aspect, in the dead region, the at least one terminal is provided on a side opposite to the sensitive region of at least one of the first direction fixed resistance element and the second direction fixed resistance element. May be.

第1の態様のひずみゲージにおいて、前記不感領域は、前記受感領域の両側に一対設けられていてもよい。   In the strain gauge of the first aspect, a pair of the dead areas may be provided on both sides of the sensitive area.

第1の態様のひずみゲージにおいて、前記回路パターンは2つの第3方向ひずみ受感素子又は2つの第3方向固定抵抗素子を更に含んでもよく、前記2つの第3方向ひずみ受感素子又は2つの第3方向固定抵抗素子は、第1ホイートストンブリッジ回路と第2ホイートストンブリッジ回路とを接続して第3ホイートストンブリッジ回路を構成してもよい。   In the strain gauge of the first aspect, the circuit pattern may further include two third direction strain sensing elements or two third direction fixed resistance elements, and the two third direction strain sensing elements or two The third direction fixed resistance element may configure a third Wheatstone bridge circuit by connecting the first Wheatstone bridge circuit and the second Wheatstone bridge circuit.

本発明の第2の態様に従えば、
起歪板と、
前記起歪板に接続された荷重作用部と、
前記起歪板に取り付けられた第1の態様のひずみゲージとを備える多軸力センサが提供される。
According to a second aspect of the invention,
Strain plate,
A load acting portion connected to the strain plate,
A multi-axis force sensor including the strain gauge according to the first aspect attached to the strain plate is provided.

本発明のひずみゲージ及び当該ひずみゲージを備える多軸力センサにおいては、周囲温度の変化に起因する計測誤差の発生が抑制されている。   In the strain gauge of the present invention and the multi-axis force sensor including the strain gauge, occurrence of measurement error due to change in ambient temperature is suppressed.

図1は、本発明の実施形態に係るひずみゲージの配線パターンを示す。FIG. 1 shows a wiring pattern of a strain gauge according to an embodiment of the present invention. 図2は、図1のひずみゲージの配線パターンに対応する回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram corresponding to the wiring pattern of the strain gauge of FIG. 図3(a)、図3(b)は、本発明の実施形態に係る3軸力センサにおける計測の様子を示す説明図である。FIG. 3A and FIG. 3B are explanatory diagrams showing how measurement is performed by the triaxial force sensor according to the embodiment of the present invention. 図4は、本発明の実施形態に係るひずみゲージの配線パターンの変形例を示す。FIG. 4 shows a modification of the wiring pattern of the strain gauge according to the embodiment of the present invention.

<実施形態>
本発明のひずみゲージ及び多軸力センサの実施形態について、ひずみゲージ20と、これを適用する3軸力センサ100を例として、図1〜図4を参照して説明する。
<Embodiment>
Embodiments of a strain gauge and a multi-axis force sensor of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4 by taking a strain gauge 20 and a three-axis force sensor 100 to which the strain gauge 20 is applied as an example.

図1に、ひずみゲージ20が3軸力センサ100の起歪体11(図3(a)、図3(b)参照)に取り付けられる前の状態を示す。ひずみゲージ20は、図1に示す通り、矩形の基材21と、基材21の表面上にプリントされた回路パターンCPを含む。基材21は、受感領域21s及びこれを挟む不感領域21n1、21n2を有し、回路パターンCPは、6つのひずみ受感素子X、X、Y、Y、Z、Zと、4つの固定抵抗素子RX、RX、RY、RYと、8つの端子T〜Tと、これらを接続する配線Wとを含む。なお、以下の説明では、ひずみゲージ20及びこれを含む3軸力センサ100において、不感領域21n1、21n2が受感領域21sを挟む方向をy方向(第2方向)とし、基材21の表面上においてy方向に直交する方向をx方向(第1方向)とする。また、x方向及びy方向に直交する軸の方向をz方向(第3方向)とする。 FIG. 1 shows a state before the strain gauge 20 is attached to the flexure element 11 (see FIGS. 3A and 3B) of the triaxial force sensor 100. As shown in FIG. 1, the strain gauge 20 includes a rectangular base material 21 and a circuit pattern CP printed on the surface of the base material 21. The base material 21 has a sensitive area 21s and dead areas 21n1 and 21n2 sandwiching the sensitive area 21s, and the circuit pattern CP has six strain sensitive elements X 1 , X 2 , Y 1 , Y 2 , Z 1 and Z 2. If, comprising four fixed resistor RX 1, RX 2, and RY 1, RY 2, and eight terminals T 1 through T 8, and a wiring W for connecting them. In the following description, in the strain gauge 20 and the triaxial force sensor 100 including the same, the direction in which the dead areas 21n1 and 21n2 sandwich the sensitive area 21s is defined as the y direction (second direction), and on the surface of the base material 21. In, the direction orthogonal to the y direction is defined as the x direction (first direction). Further, the direction of an axis orthogonal to the x direction and the y direction is the z direction (third direction).

ここで、図3(a)及び図3(b)に示す3軸力センサ100において、起歪板11は、3軸力センサ100に荷重作用部12を介して加えられる外部からの荷重を受けてひずむ円板状である。起歪板11におけるひずみは、起歪板11の表面及び裏面(z方向に直交する上下面)において生じ、起歪板11の側面(z方向と平行な周面)においては生じないか無視できるほど小さい。本明細書においては、本実施形態における起歪板11の表面及び裏面のように、起歪板11のうち外部荷重を受けてひずむ領域を「起歪領域」と呼ぶこととする。起歪板11の径及び厚さは任意である。   Here, in the triaxial force sensor 100 shown in FIGS. 3A and 3B, the flexure plate 11 receives a load applied from the outside to the triaxial force sensor 100 via the load acting portion 12. It is a distorted disk shape. The strain in the strain-flexing plate 11 occurs on the front surface and the back surface (upper and lower surfaces orthogonal to the z direction) of the strain-flexing plate 11 and does not occur on the side surface of the strain-flexing plate 11 (the circumferential surface parallel to the z direction) or can be ignored. Small enough. In the present specification, regions such as the front surface and the back surface of the strain-flexing plate 11 in the present embodiment that are distorted by the external load of the strain-flexing plate 11 are referred to as “strain-generating regions”. The strain plate 11 may have any diameter and thickness.

荷重作用部12は、起歪板11の表面の中央から、起歪板11の回転軸Aの方向(z方向)に直立する。荷重作用部12は、外部からの荷重を受けて移動し、起歪板11にひずみを生じさせる部分であり、例えば断面形状が正方形の角柱である。荷重作用部12は、角柱の中心軸が起歪板11の回転軸Aと一致するよう、即ち起歪板11と同軸状に、起歪板11の表面に設けられている。起歪板11及び荷重作用部12は、例えば合成樹脂素材により一体成形されている。   The load acting portion 12 stands upright in the direction of the rotation axis A (z direction) of the strain-flexing plate 11 from the center of the surface of the strain-flexing plate 11. The load acting portion 12 is a portion that receives a load from the outside to move and causes strain in the strain-flexing plate 11, and is, for example, a prism having a square cross section. The load acting portion 12 is provided on the surface of the strain plate 11 such that the central axis of the prism is aligned with the rotation axis A of the strain plate 11, that is, coaxially with the strain plate 11. The strain plate 11 and the load acting portion 12 are integrally formed of, for example, a synthetic resin material.

図1に戻って、基材21は、可撓性を有する例えば樹脂フィルムであり、中央の円形状の受感領域21sと、受感領域21sを挟む一対の不感領域21n1、21n2とを有する。樹脂フィルムとしては、ポリエステル、ポリイミド等を使用することができる。また、受感領域21s、不感領域21n1、21n2をそれぞれ異なる材料より形成することも可能であるが、これらを同一の材料により形成して全領域の温度特性(抵抗温度係数等)を等しくすることが望ましい。また、この場合は、一体に形成された材料(例えばポリエステル、ポリイミド等のシート)内の近傍の部位より受感領域21s、不感領域21n1、21n2を一体に切り出して基材21を形成することがより望ましい。これにより各領域の温度特性をより均一にすることができる。   Returning to FIG. 1, the base material 21 is a flexible resin film, for example, and has a central circular sensitive area 21s and a pair of dead areas 21n1 and 21n2 sandwiching the sensitive area 21s. Polyester, polyimide or the like can be used as the resin film. It is also possible to form the sensitive region 21s and the insensitive regions 21n1 and 21n2 from different materials, but these should be formed from the same material so that the temperature characteristics (resistance temperature coefficient, etc.) of all regions are equal. Is desirable. Further, in this case, the sensitive area 21s and the dead areas 21n1 and 21n2 may be integrally cut out from the vicinity of the integrally formed material (for example, a sheet of polyester, polyimide, or the like) to form the base material 21. More desirable. Thereby, the temperature characteristics of each region can be made more uniform.

受感領域21sは、起歪板11の裏面に貼り付けられる領域であるため、起歪板11の裏面と同等かそれより小さい径を有する。受感領域21sの一面上には、中心cをx方向に挟んでひずみ受感素子(第1方向ひずみ受感素子)X、Xが、y方向に挟んでひずみ受感素子(第2方向ひずみ受感素子)Y、Yが形成されており、外周に沿ってひずみ受感素子(第3方向ひずみ受感素子)Z、Zが形成されている。 The sensitive area 21s is an area attached to the back surface of the strain-flexing plate 11, and thus has a diameter equal to or smaller than the back surface of the strain-flexing plate 11. On one surface of the sensitive area 21s, strain sensitive elements (first direction strain sensitive elements) X 1 and X 2 sandwich the center c in the x direction, and strain sensitive elements (second strain sensitive elements (second direction) are sandwiched in the y direction. Directional strain sensing elements Y 1 and Y 2 are formed, and strain sensing elements (third direction strain sensing element) Z 1 and Z 2 are formed along the outer circumference.

ひずみ受感素子X、Xは、それぞれy方向をグリッドの幅方向として、互いに平行に形成されている。ひずみ受感素子Xとひずみ受感素子Xとは、それぞれ中心cから等距離の位置に形成されており、ひずみ受感素子Xとひずみ受感素子Xとの間のx方向の距離は、荷重作用部12のx方向の幅よりも大きい。 The strain sensitive elements X 1 and X 2 are formed in parallel with each other with the y direction as the grid width direction. The strain-sensitive element X 1 and the strain-sensitive element X 2 are formed at positions equidistant from the center c, respectively, and are arranged in the x-direction between the strain-sensitive element X 1 and the strain-sensitive element X 2 . The distance is larger than the width of the load acting portion 12 in the x direction.

ひずみ受感素子Y、Yは、それぞれx方向をグリッドの幅方向として、互いに平行に形成されている。ひずみ受感素子Yとひずみ受感素子Yとは、それぞれ中心cから等距離の位置に形成されており、ひずみ受感素子Yとひずみ受感素子Yとの間のy方向の距離は、荷重作用部12のy方向の幅よりも大きい。 The strain sensing elements Y 1 and Y 2 are formed in parallel with each other with the x direction as the grid width direction. The strain sensing element Y 1 and the strain sensing element Y 2 are formed at positions equidistant from the center c, respectively, and are arranged in the y direction between the strain sensing element Y 1 and the strain sensing element Y 2 . The distance is larger than the width of the load acting portion 12 in the y direction.

ひずみ受感素子Z、Zは、それぞれ円弧状であり、受感領域21sの周方向をグリッドの幅方向として、x方向に対向して形成されている。ひずみ受感素子Z、Zは、ひずみ受感素子X、X、Y、Yの中心cとは反対側(外側)に配置されている。 Each of the strain sensing elements Z 1 and Z 2 has an arc shape, and is formed to face each other in the x direction with the circumferential direction of the sensing region 21s as the width direction of the grid. The strain sensing elements Z 1 and Z 2 are arranged on the opposite side (outside) from the center c of the strain sensing elements X 1 , X 2 , Y 1 and Y 2 .

一対の不感領域21n1、21n2は、y方向に受感領域21sを挟む形状である。   The pair of dead regions 21n1 and 21n2 has a shape sandwiching the sensitive region 21s in the y direction.

不感領域21n1の表面上における受感領域21sから遠い部分には、それぞれx方向に延びる固定抵抗素子(第1方向固定抵抗素子)RX、RXが、x方向に並んで形成されており、受感領域21sに近い部分には、x方向に並ぶ4つの端子T、T、T、Tが形成されている。すなわち、不感領域21n1においては、固定抵抗素子RX、RXが端子T〜Tの、受感領域21sとは反対側に配置されている。 Fixed resistance elements (first direction fixed resistance elements) RX 1 and RX 2 respectively extending in the x direction are formed side by side in the x direction on portions of the surface of the dead area 21n1 far from the sensitive area 21s. Four terminals T 1 , T 2 , T 3 and T 4 arranged in the x direction are formed in the portion close to the sensitive area 21s. That is, in the dead region 21n1, the fixed resistance elements RX 1 and RX 2 are arranged on the opposite side of the terminals T 1 to T 4 from the sensitive region 21s.

同様に、不感領域21n2の表面上における受感領域21sから遠い部分には、それぞれx方向に延びる固定抵抗素子(第2方向固定抵抗素子)RY、RYが、x方向に並んで形成されており、受感領域21sに近い部分には、x方向に並ぶ4つの端子T、T、T、Tが形成されている。すなわち、不感領域21n2においては、固定抵抗素子RY、RYが端子T〜Tの、受感領域21sとは反対側に配置されている。 Similarly, fixed resistance elements (second direction fixed resistance elements) RY 1 and RY 2 extending in the x direction are formed side by side in the x direction on portions of the surface of the dead area 21n2 far from the sensitive area 21s. Therefore, four terminals T 5 , T 6 , T 7 , and T 8 arranged in the x direction are formed in the portion close to the sensitive area 21s. That is, in the dead region 21N2, a fixed resistance element RY 1, RY 2 terminal T 5 through T 8, are arranged on the opposite side of the sensitive region 21s.

図1及び図2に示す通り、配線Wは、ひずみ受感素子X、X、固定抵抗素子RX、RXを接続して第1ブリッジ回路(第1ホイートストンブリッジ回路)BC1を構成している。また、ひずみ受感素子Xと固定抵抗素子RXとの間に端子Tが、ひずみ受感素子X、Xの間に端子Tが、固定抵抗素子RX、RXの間に端子Tが、ひずみ受感素子Xと固定抵抗素子RXとの間に端子Tが接続されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the wiring W constitutes the first bridge circuit (first Wheatstone bridge circuit) BC1 by connecting the strain sensing elements X 1 and X 2 and the fixed resistance elements RX 1 and RX 2. ing. Further, a terminal T 1 is provided between the strain sensing element X 1 and the fixed resistance element RX 1 , a terminal T 2 is provided between the strain sensing element X 1 , X 2 , and a fixed resistance element RX 1 , RX 2 . to the terminal T 3, the terminal T 4 is connected between the strain sensitive elements X 2 and the fixed resistance element RX 2.

同様に、配線Wは、ひずみ受感素子Y、Y、固定抵抗素子RY、RYを接続して第2ブリッジ回路(第2ホイートストンブリッジ回路)BC2を構成している。ひずみ受感素子Yと固定抵抗素子RYの間に端子Tが、ひずみ受感素子Y、Yの間に端子Tが、固定抵抗素子RY、RYの間に端子Tが、ひずみ受感素子Yと固定抵抗素子RYの間に端子Tが接続されている。 Similarly, the wiring W connects the strain sensing elements Y 1 and Y 2 and the fixed resistance elements RY 1 and RY 2 to form a second bridge circuit (second Wheatstone bridge circuit) BC2. The terminal T 8 is between the strain sensing element Y 1 and the fixed resistance element RY 1 , the terminal T 6 is between the strain sensing element Y 1 and Y 2 , and the terminal T 8 is between the fixed resistance element RY 1 and RY 2. 7 , the terminal T 5 is connected between the strain sensing element Y 2 and the fixed resistance element RY 2 .

ひずみ受感素子Zの一端はひずみ受感素子Xと固定抵抗素子RXとの間において第1ブリッジ回路BC1に接続されており、他端はひずみ受感素子Yと固定抵抗素子RYとの間において第2ブリッジ回路BC2に接続されている。同様に、ひずみ受感素子Zの一端はひずみ受感素子Xと固定抵抗素子RXとの間において第1ブリッジ回路BC1に接続されており、他端はひずみ受感素子Yと固定抵抗素子RYとの間において第2ブリッジ回路BC2に接続されている。これにより、一対の対辺部に第1ブリッジ回路BC1と第2ブリッジ回路BC2をそれぞれ有し、他の一対の対辺部にひずみ受感素子Z、Zをそれぞれ有する第3ブリッジ回路(第3ホイートストンブリッジ回路)BC3を構成している。 One end of the strain sensing element Z 1 is connected to the first bridge circuit BC1 between the strain sensing element X 1 and the fixed resistance element RX 1 , and the other end is connected to the strain sensing element Y 1 and the fixed resistance element RY. The first bridge circuit BC2 is connected to the first bridge circuit BC2. Similarly, one end of the strain sensing element Z 2 is connected to the first bridge circuit BC1 between the strain sensing element X 2 and the fixed resistance element RX 2 , and the other end is fixed to the strain sensing element Y 2. It is connected to the second bridge circuit BC2 between the resistive element RY 2. Thus, a first bridge circuit BC1 to a pair of opposite sides portion of the second bridge circuit BC2 respectively sensitive elements Z 1 strain to another pair of opposite side portions, a third bridge circuit having Z 2, respectively (Third Wheatstone bridge circuit) BC3.

回路パターンCPに含まれるひずみ受感素子X、X、Y、Y、Z、Z、固定抵抗素子RX、RX、RY、RY、配線Wは互いに同じ材料により、さらに好ましくは一つの材料内の近傍の部位により形成されている。この材料は、一例として銅、銅/ニッケルなどの銅合金等である。回路パターンCPの基材21上へのプリントは、フォトエッチング、印刷、蒸着、スパッタリング等により行うことができる。 The strain sensitive elements X 1 , X 2 , Y 1 , Y 2 , Z 1 , Z 2 included in the circuit pattern CP, the fixed resistance elements RX 1 , RX 2 , RY 1 , RY 2 , and the wiring W are made of the same material. More preferably, it is formed by a site in the vicinity of one material. This material is, for example, copper, a copper alloy such as copper / nickel, or the like. The circuit pattern CP can be printed on the base material 21 by photoetching, printing, vapor deposition, sputtering or the like.

ひずみゲージ20は、基材21の、回路パターンCPが形成された面とは反対側の面が起歪板11に接するように、起歪板11に貼り付けられている。   The strain gauge 20 is attached to the strain-flexing plate 11 such that the surface of the base material 21 opposite to the surface on which the circuit pattern CP is formed is in contact with the strain-flexing plate 11.

具体的には、基材21の受感領域21sは、中心cが起歪板11の回転軸Aに一致するように、起歪板11の裏面に貼り付けられている。なお、上記の通りひずみ受感素子X、Xの間のx方向の距離は荷重作用部12のx方向の寸法より大きく、ひずみ受感素子Y、Y間のy方向の距離は荷重作用部12のy方向の寸法より大きい。したがって、基材21の受感部21sを起歪板11に貼り付けた状態においては、ひずみ受感素子X、X及びひずみ受感素子Y、Yは、それぞれ、x方向及びy方向において荷重作用部12の外側の、ひずみが比較的大きく生じる領域に配置される。なお、図1及び図4においては、起歪板11に基材21を貼り付けた状態における荷重作用部12の輪郭を点線で示し、荷重作用部12とひずみ受感素子X、X、Y、Yとの位置関係を示している。 Specifically, the sensitive area 21 s of the base material 21 is attached to the back surface of the flexure plate 11 such that the center c coincides with the rotation axis A of the flexure plate 11. As described above, the distance between the strain sensitive elements X 1 and X 2 in the x direction is larger than the dimension of the load acting portion 12 in the x direction, and the distance between the strain sensitive elements Y 1 and Y 2 in the y direction is It is larger than the dimension of the load acting portion 12 in the y direction. Therefore, in the state in which the sensitive portion 21s of the base material 21 is attached to the strain plate 11, the strain sensitive elements X 1 and X 2 and the strain sensitive elements Y 1 and Y 2 are respectively in the x direction and the y direction. Is arranged in an area outside the load acting portion 12 in the direction where the strain is relatively large. 1 and 4, the contour of the load acting portion 12 in a state where the base material 21 is attached to the strain generating plate 11 is shown by a dotted line, and the load acting portion 12 and the strain sensing elements X 1 , X 2 , The positional relationship with Y 1 and Y 2 is shown.

3軸力センサ100に貼り付けられた基材21において、不感領域21n1に形成された端子T、T、T、T、不感領域21n2に形成された端子T、T、T、Tは、起歪板11の径方向外側(即ち、起歪領域の外側)に露出している。 In the base material 21 attached to the triaxial force sensor 100, the terminals T 1 , T 2 , T 3 , T 4 formed in the dead area 21n1 and the terminals T 5 , T 6 , T formed in the dead area 21n2. 7 and T 8 are exposed to the outside in the radial direction of the flexure plate 11 (that is, to the outside of the flexure region).

次に、本実施形態のひずみゲージ20及び3軸力センサ100の使用方法と動作について説明する。   Next, the usage method and operation of the strain gauge 20 and the triaxial force sensor 100 of this embodiment will be described.

3軸力センサ100を例えばロボットハンドの触覚センサとして用いる場合には、まず、3軸力センサ100を、ロボットハンドの指先に固定する。次いで、端子T〜Tと信号処理部(不図示)とを、それぞれ、リード線L〜L(図2)を用いて接続する。端子T〜Tとリード線L〜Lの接合は任意の方法で行うことができ、例えばはんだや異方性導電フィルム(ACF)を用いて行うことができる。 When the triaxial force sensor 100 is used as a tactile sensor of a robot hand, for example, the triaxial force sensor 100 is first fixed to the fingertip of the robot hand. Next, the terminals T 1 to T 8 and the signal processing unit (not shown) are connected using the lead wires L 1 to L 8 (FIG. 2), respectively. The terminals T 1 to T 8 and the lead wires L 1 to L 8 can be joined by any method, for example, using solder or anisotropic conductive film (ACF).

端子T、Tは、それぞれ、リード線L、Lにより、信号処理部の電源(不図示)に接続される。端子T、T、端子T、T、端子T、Tは、それぞれ、リード線L、L、リード線L、L、リード線L、Lにより、信号処理部内のアンプ(不図示)を介して、信号処理部内の演算部(不図示)に接続される。 The terminals T 1 and T 5 are connected to a power supply (not shown) of the signal processing unit by lead wires L 1 and L 5 , respectively. Terminals T 2, T 3, the terminal T 6, T 7, the terminal T 4, T 8, respectively, the leads L 2, L 3, the leads L 6, L 7, the lead wire L 4, L 8, signal It is connected to an arithmetic unit (not shown) in the signal processing unit via an amplifier (not shown) in the processing unit.

3軸力センサ100の動作時には、電源により端子Tと端子Tとの間に入力電圧Eiをかける。第1ブリッジ回路BC1、第2ブリッジ回路BC2、第3ブリッジ回路BC3を構成する各ひずみ受感素子の抵抗値及び各固定抵抗素子の抵抗値は、基材21の受感領域21sにたわみがない状態において、端子T、T間で電圧が等しくなり、端子T、T間で電圧が等しくなり、端子T、T間で電圧が等しくなるように調整されている。したがって、起歪板11にひずみが生じておらず、受感領域21sにたわみがない状態(図3(a))においては、端子T、T間、端子T、T間、端子T、T間に電位差はなく、演算部はひずみを算出しない。 During operation of the triaxial force sensor 100, the input voltage Ei is applied between the terminals T 1 and T 5 by the power supply. The resistance value of each strain sensing element and the resistance value of each fixed resistance element forming the first bridge circuit BC1, the second bridge circuit BC2, and the third bridge circuit BC3 have no deflection in the sensing region 21s of the base material 21. In the state, the terminals T 2 and T 3 are adjusted to have the same voltage, the terminals T 6 and T 7 to have the same voltage, and the terminals T 4 and T 8 have the same voltage. Therefore, in a state where the strain plate 11 is not distorted and the sensitive area 21s is not bent (FIG. 3A), between the terminals T 2 and T 3, between the terminals T 6 and T 7 , and between the terminals T 6 and T 7 . There is no potential difference between T 4 and T 8 , and the calculation unit does not calculate the strain.

次に、荷重作用部12にx方向の荷重が付加されると、荷重作用部12が荷重を受けて移動し、起歪板11にひずみを生じさせる(図3(b))。この時、起歪板11に貼り付けられたひずみゲージ20の基材21の受感領域21sも、起歪板11と一体にたわみ、ひずみ受感素子Xには圧縮ひずみが、ひずみ受感素子Xには伸びひずみが生じる。これにより、ひずみ受感素子X、Xの抵抗値がそれぞれ変化し、ひずみ受感素子X、Xを含む第1ブリッジ回路BC1の端子T、T間に電位差が生じる。演算部はこの電位差に基づいて、起歪板11に生じたひずみの量を求め、荷重作用部12に作用したx方向の荷重の大きさを求める。なおこの時、起歪領域の外側、すなわち不感領域21n1及び21n2にはひずみは生じておらず、固定抵抗素子RX、RXの抵抗値は一定である。荷重作用部12にy方向の荷重が付加された場合も、同様にして作用したy方向の荷重の大きさを求める。 Next, when a load in the x direction is applied to the load acting portion 12, the load acting portion 12 receives the load and moves, causing strain in the flexure plate 11 (FIG. 3B). At this time, the sensitive area 21s of the base material 21 of the strain gauge 20 attached to the strain-flexing plate 11 is also flexed integrally with the strain-flexing plate 11, and the strain-sensing element X 1 receives a compressive strain. Stretching strain occurs in the element X 2 . As a result, the resistance values of the strain sensing elements X 1 and X 2 change, and a potential difference is generated between the terminals T 2 and T 3 of the first bridge circuit BC1 including the strain sensing elements X 1 and X 2 . The calculation unit calculates the amount of strain generated in the flexure plate 11 based on this potential difference and the magnitude of the load acting on the load acting unit 12 in the x direction. At this time, no strain is generated outside the strain generation region, that is, in the dead regions 21n1 and 21n2, and the resistance values of the fixed resistance elements RX 1 and RX 2 are constant. Even when a load in the y direction is applied to the load acting portion 12, the magnitude of the similarly applied load in the y direction is obtained.

荷重作用部12にZ方向の荷重が付加された場合には、起歪板11及び基材21の受感領域21sは中心が突出するように湾曲するため、ひずみ受感素子X、X、Y、Y、Z、Zの全てにおいて延びひずみが生じる。これにより、第1ブリッジ回路BC1の合成抵抗、第2ブリッジ回路BC2の合成抵抗、ひずみ受感素子Z、Zの抵抗値がそれぞれ変化し、第3ブリッジ回路BC3の端子T、T間に電位差が生じる。演算部はこの電位差に基づいて、起歪板11に生じたひずみの量を求め、荷重作用部12に作用したZ方向の荷重の大きさを求める。 When a load in the Z direction is applied to the load acting portion 12, the sensitive areas 21s of the strain-flexing plate 11 and the base material 21 are curved so that the centers thereof project, and thus the strain-sensitive elements X 1 , X 2 are applied. , Y 1 , Y 2 , Z 1 , Z 2 all have elongation strain. As a result, the combined resistance of the first bridge circuit BC1, the combined resistance of the second bridge circuit BC2, and the resistance values of the strain sensing elements Z 1 and Z 2 are changed, and the terminals T 4 and T 8 of the third bridge circuit BC3 are changed. There is a potential difference between them. The calculation unit determines the amount of strain generated in the flexure plate 11 based on this potential difference, and the magnitude of the load in the Z direction acting on the load acting unit 12.

ここで、第1ブリッジ回路BC1の固定抵抗素子RX、RX、第2ブリッジ回路BC2の固定抵抗素子RY、RYを基材21上にプリントし、ひずみ受感素子X、X、Y、Yと同一の材料により形成する意義について説明する。 Here, the fixed resistance elements RX 1 and RX 2 of the first bridge circuit BC1 and the fixed resistance elements RY 1 and RY 2 of the second bridge circuit BC2 are printed on the base material 21, and the strain sensing elements X 1 and X 2 are printed. , Y 1 , and Y 2 will be described below.

(1)固定抵抗素子RX、RX、RY、RYをこのように形成することにより、固定抵抗素子RX、RX、RY、RYが、ひずみ受感素子X、X、Y、Y、Z、Zと同一の材料で、且つこれらに近接した位置に形成されることになる。ここで、温度変化に対する抵抗値の変化の割合を示す抵抗温度係数は、材料に依存する物性値であるため、本実施形態では全ひずみ受感素子と全固定抵抗素子の抵抗温度係数は等しい。また、固定抵抗素子RX、RX、RY、RYが基材21上に形成されており、ひずみ受感素子X、X、Y、Y、Z、Zの近傍に形成されているため、全ひずみ受感素子と全固定抵抗素子に影響する周囲温度の変化は実質的に同一となる。したがって、周囲温度に変化が生じた場合には、全ひずみ受感素子の抵抗値と全固定抵抗素子の抵抗値は同一の割合で変化する。 (1) By forming the fixed resistance elements RX 1 , RX 2 , RY 1 , and RY 2 in this way, the fixed resistance elements RX 1 , RX 2 , RY 1 , and RY 2 become the strain sensing elements X 1 and X. It is formed of the same material as 2 , Y 1 , Y 2 , Z 1 , Z 2 and at a position close to these. Here, since the temperature coefficient of resistance indicating the rate of change in resistance value with respect to temperature change is a physical property value that depends on the material, in the present embodiment, the temperature coefficient of resistance of all strain-sensitive elements is equal to the temperature coefficient of resistance of all fixed resistance elements. Further, fixed resistance elements RX 1 , RX 2 , RY 1 , RY 2 are formed on the base material 21, and the vicinity of the strain sensing elements X 1 , X 2 , Y 1 , Y 2 , Z 1 , Z 2 is provided. Therefore, the change in ambient temperature that affects all strain-sensitive elements and all fixed resistance elements is substantially the same. Therefore, when the ambient temperature changes, the resistance values of all the strain sensing elements and the resistance values of all the fixed resistance elements change at the same rate.

第1ブリッジ回路BC1、第2ブリッジ回路BC2、第3ブリッジ回路BC3においては、それぞれに含まれる抵抗素子(ひずみ受感素子及び固定抵抗素子)の間で抵抗値のバランスが変化した場合に、端子T、T間、端子T、T間、端子T、T間に電位差が生じ、これに基づきひずみが検出される。したがって周囲温度の変化によりひずみ受感素子の抵抗値及び固定抵抗素子の抵抗値の間のバランスが変化した場合には、このバランスの変化により計測誤差が生じ得る。しかしながら、本実施形態においては、周囲温度に変化が生じた場合には、全ひずみ受感素子の抵抗値と全固定抵抗素子の抵抗値が同一の割合で変化するため、周囲の温度が変化した場合でも各素子間の抵抗値のバランスは変化せず、計測誤差の発生が抑制される。なお、回路パターンCPの形成時に、一体の塊りとして準備された材料(銅、銅合金等)の近傍の部位を用いてひずみ受感素子等を形成することで、ひずみ受感素子X、X、Y、Y、Z、Z、固定抵抗素子RX、RX、RY、RY、配線Wの抵抗温度係数をより均一とでき、計測誤差の発生をより良好に抑制することができる。 In the first bridge circuit BC1, the second bridge circuit BC2, and the third bridge circuit BC3, when the resistance value balance among the resistance elements (strain-sensing element and fixed resistance element) included in each of them changes, between T 2, T 3, between the terminals T 6, T 7, the potential difference between the terminals T 4, T 8 occurs, the strain on the basis of which is detected. Therefore, when the balance between the resistance value of the strain sensing element and the resistance value of the fixed resistance element changes due to a change in ambient temperature, a measurement error may occur due to this change in balance. However, in the present embodiment, when the ambient temperature changes, the ambient temperature changes because the resistance values of all strain-sensitive elements and the resistance values of all fixed resistance elements change at the same rate. Even in such a case, the balance of the resistance value between the elements does not change, and the occurrence of measurement error is suppressed. When the circuit pattern CP is formed, a strain sensing element or the like is formed by using a portion near a material (copper, copper alloy, or the like) prepared as an integral lump, so that the strain sensing element X 1 , X 2, Y 1, Y 2 , Z 1, Z 2, fixed resistor RX 1, RX 2, RY 1 , RY 2, the resistance temperature coefficient of the wire W can be more uniform, the occurrence of measurement errors better Can be suppressed.

(2)本実施形態のように、第1ブリッジ回路BC1の固定抵抗素子RX、RX、第2ブリッジ回路BC2の固定抵抗素子RY、RYを、基材21の不感領域21n1、21n2に形成し、以てひずみが生じない部分(起歪領域の外側)において、固定抵抗素子RX、RX、RY、RYを温度補償用のダミーゲージとして作用させることができる。したがって、周囲温度の変化により起歪板11を含む3軸力センサ100の本体部に膨張や収縮が生じた場合にも、この膨張や収縮によるひずみ受感素子X、X、Y、Yの抵抗値の変化を補償して、計測誤差の発生を抑制することができる。 (2) As in this embodiment, the fixed resistance elements RX 1 and RX 2 of the first bridge circuit BC1 and the fixed resistance elements RY 1 and RY 2 of the second bridge circuit BC2 are connected to the dead areas 21n1 and 21n2 of the base material 21. The fixed resistance elements RX 1 , RX 2 , RY 1 , and RY 2 can be made to act as dummy gauges for temperature compensation in a portion (outside the strain-generating region) where the strain is not generated. Therefore, even when the main body of the triaxial force sensor 100 including the strain plate 11 expands or contracts due to a change in ambient temperature, the strain-sensing elements X 1 , X 2 , Y 1 , due to the expansion or contraction, It is possible to compensate for the change in the resistance value of Y 2 and suppress the occurrence of measurement errors.

(3)固定抵抗素子RX、RX、RY、RYを基材21上にプリントして形成することにより、第1ブリッジ回路BC1、第2ブリッジ回路BC2、第3ブリッジ回路BC3を、それぞれ、基材21上で完結した閉回路として形成することができる。 (3) By forming the fixed resistance elements RX 1 , RX 2 , RY 1 , and RY 2 by printing on the base material 21, the first bridge circuit BC1, the second bridge circuit BC2, and the third bridge circuit BC3 are formed. Each can be formed as a complete closed circuit on the substrate 21.

ブリッジ回路を構成するひずみ受感素子を基材上にプリントし、ブリッジ回路を構成する固定抵抗素子を基材の外部、例えば信号処理部に設ける場合には、ブリッジ回路を閉回路とするために、基材上のひずみ受感素子と信号処理部の固定抵抗素子とをリード線等により接続する必要がある。この場合、基材上の配線とリード線との接続は、基材上に設けられた電極にリード線を接合して行うが、電極とリード線との接合部に接合抵抗が生じるとこれがブリッジ回路内の抵抗となり大きなひずみ検出誤差の原因となるため、接合方法は、接合抵抗が実質的に無視できるほど小さいはんだ接合に限られている。   In order to make the bridge circuit a closed circuit, the strain-sensitive element that constitutes the bridge circuit is printed on the substrate, and the fixed resistance element that constitutes the bridge circuit is provided outside the substrate, for example, in the signal processing unit. It is necessary to connect the strain sensing element on the base material and the fixed resistance element of the signal processing section by a lead wire or the like. In this case, the wiring on the base material and the lead wire are connected by joining the lead wire to the electrode provided on the base material. The bonding method is limited to solder bonding in which the bonding resistance is practically negligible because it becomes a resistance in the circuit and causes a large strain detection error.

しかしながら、はんだ接合を良好に行うためには、基材上に比較的大きな電極を設け、且つ複数の電極間のピッチを確保する必要があるため、基材が大きくなってしまう。また、はんだ接合を良好に行うためにはある程度の厚みを有してはんだを盛る必要があるため、3軸力センサの小型化の妨げにもなる。   However, in order to perform good soldering, it is necessary to provide a relatively large electrode on the base material and to secure a pitch between the plurality of electrodes, so that the base material becomes large. In addition, since it is necessary to fill the solder with a certain thickness in order to perform good solder joint, it also hinders the downsizing of the triaxial force sensor.

これに対し、本実施形態では、第1ブリッジ回路BC1、第2ブリッジ回路BC2、第3ブリッジ回路BC3が、それぞれ、基材21上で完結した閉回路として形成されており、端子T〜Tを介した基材21と信号処理部との接続は、第1ブリッジ回路BC1、第2ブリッジ回路BC2、第3ブリッジ回路BC3を電源や演算部に接続するための接合にすぎない。したがって、本実施形態においては、端子T〜Tとリード線L〜Lとの接合部において接合抵抗の発生が許容され、はんだ接合以外の任意の接合方法、例えば異方性導電フィルムを用いた接合を採用することができる。なお、異方性導電フィルムを用いることにより、電極の大きさ、電極間のピッチ、接合部の厚さをいずれもはんだ接合の場合の10分の1程度に抑えることができるため、3軸力センサ100の小型化を望む場合には異方性導電フィルムによる接合が有利である。 In contrast, in the present embodiment, the first bridge circuit BC1, second bridge circuit BC2, the third bridge circuit BC3, respectively, is formed as a closed circuit was completed on the substrate 21, the terminal T 1 through T The connection between the base material 21 and the signal processing unit via 8 is merely a joint for connecting the first bridge circuit BC1, the second bridge circuit BC2, and the third bridge circuit BC3 to the power supply and the arithmetic unit. Therefore, in the present embodiment, the generation of the joining resistance is allowed at the joints between the terminals T 1 to T 8 and the lead wires L 1 to L 8, and any joining method other than the solder joining, for example, an anisotropic conductive film is used. Bonding using can be adopted. By using the anisotropic conductive film, the size of the electrodes, the pitch between the electrodes, and the thickness of the joint can all be suppressed to about one-tenth that in the case of solder joining, so that the triaxial force can be applied. If miniaturization of the sensor 100 is desired, joining with an anisotropic conductive film is advantageous.

本実施形態のひずみゲージ20及び3軸力センサ100の効果は以下の通りである。   The effects of the strain gauge 20 and the triaxial force sensor 100 of this embodiment are as follows.

本実施形態のひずみゲージ20は、第1ブリッジ回路BC1の固定抵抗素子RX、RX、第2ブリッジ回路BC2の固定抵抗素子RY、RYを基材21上に形成しているため、上記(2)、(3)の効果を奏することができ、更に固定抵抗素子RX、RX、RY、RYをひずみ受感素子X、X、Y、Yと同一の材料により形成しているため上記(1)の効果を奏することができる。 In the strain gauge 20 of the present embodiment, since the fixed resistance elements RX 1 and RX 2 of the first bridge circuit BC1 and the fixed resistance elements RY 1 and RY 2 of the second bridge circuit BC2 are formed on the base material 21, The effects of the above (2) and (3) can be obtained, and the fixed resistance elements RX 1 , RX 2 , RY 1 , and RY 2 are the same as those of the strain sensing elements X 1 , X 2 , Y 1 , and Y 2 . Since it is made of a material, the effect (1) can be obtained.

本実施形態のひずみゲージ20においては、受感領域21sには、ひずみ受感素子X、X、Y、Y、Z、Zのみが形成されており、端子T〜T及び固定抵抗素子RX、RX、RY、RYは不感領域21n1、21n2に形成されている。したがって、受感領域21sの径(寸法)を小さくすることができ、ひいては3軸力センサ100の起歪板11を小さくすることができる。起歪板11の小型化は3軸力センサ100の小型化につながり好ましい。 In the strain gauge 20 of the present embodiment, only the strain sensitive elements X 1 , X 2 , Y 1 , Y 2 , Z 1 , Z 2 are formed in the sensitive region 21s, and the terminals T 1 to T are formed. 8 and the fixed resistance elements RX 1 , RX 2 , RY 1 , and RY 2 are formed in the dead areas 21n1 and 21n2. Therefore, the diameter (dimension) of the sensitive area 21s can be reduced, and thus the strain plate 11 of the triaxial force sensor 100 can be reduced. The downsizing of the strain plate 11 leads to downsizing of the triaxial force sensor 100, which is preferable.

本実施形態のひずみゲージ20においては、電極T〜Tが不感領域21n1、21n2に設けられているため、必要に応じて、受感領域21sの径を大きくすることなく、電極T〜Tの寸法を大きくし、リード線等との接合作業を容易とすることができる。 In the strain gauge 20 of the present embodiment, since the electrode T 1 through T 8 is provided in the dead region 21N1,21n2, if necessary, without increasing the diameter of the sensitive area 21s, electrodes T 1 ~ The size of T 8 can be increased to facilitate the work of joining with a lead wire or the like.

本実施形態の3軸力センサ100は、ひずみゲージ20を備えるため、ひずみゲージ20の効果と同様の効果を奏することができる。   Since the triaxial force sensor 100 according to the present embodiment includes the strain gauge 20, the same effect as that of the strain gauge 20 can be obtained.

上記実施形態において、次の変形態様を採用することもできる。   In the above embodiment, the following modified modes can be adopted.

ひずみゲージ20において、ひずみ受感素子Z、Zは、不感領域21n1及び/又は不感領域21n2に形成されていてもよい。この場合、不感領域21n1、21n2にはたわみが生じないため、ひずみ受感素子Z、Zは実質的に固定抵抗素子(第3方向固定抵抗素子)として作用する。 In the strain gauge 20, the strain sensitive elements Z 1 and Z 2 may be formed in the dead region 21n1 and / or the dead region 21n2. In this case, since the insensitive areas 21n1 and 21n2 are not bent, the strain sensitive elements Z 1 and Z 2 substantially act as fixed resistance elements (third-direction fixed resistance elements).

ひずみ受感素子Z、Zが固定抵抗素子として作用する場合も、第1ブリッジ回路BC1を用いたx方向荷重の検出、第2ブリッジ回路BC2を用いたy方向荷重の検出は、上記実施形態と同様に行うことができる。また、Z方向荷重の検出も行うことができる。荷重作用部12にZ方向荷重が作用してひずみ検出素子X、X、Y、Yに抵抗値の変化が生じると、第1ブリッジ回路BC1の合成抵抗、第2ブリッジ回路BC2の合成抵抗がそれぞれ変化し、ひずみ受感素子Z、Zの抵抗値が一定であっても、第3ブリッジ回路BC3の素子間の抵抗値のバランスが変化するためである。 Even when the strain sensitive elements Z 1 and Z 2 act as fixed resistance elements, the detection of the x-direction load using the first bridge circuit BC1 and the detection of the y-direction load using the second bridge circuit BC2 are performed as described above. It can be performed similarly to the form. Also, the Z-direction load can be detected. When a load in the Z direction acts on the load acting unit 12 and the resistance values of the strain detecting elements X 1 , X 2 , Y 1 , and Y 2 change, the combined resistance of the first bridge circuit BC1 and the second bridge circuit BC2. This is because, even if the combined resistance changes and the resistance values of the strain sensitive elements Z 1 and Z 2 are constant, the balance of the resistance values between the elements of the third bridge circuit BC3 changes.

ひずみゲージ20は、ひずみ受感素子Z、Zを有さなくても良い。この場合は例えば、第1ブリッジ回路BC1、第2ブリッジ回路BC2は、ひずみ受感素子Z、Zに代えて、2本の円弧状の配線Wで接続される。 The strain gauge 20 may not have the strain sensing elements Z 1 and Z 2 . In this case, for example, the first bridge circuit BC1 and the second bridge circuit BC2 are connected by two arcuate wirings W instead of the strain sensing elements Z 1 and Z 2 .

ひずみ受感素子Z、Zが存在しない場合も、第1ブリッジ回路BC1を用いたx方向荷重の検出、第2ブリッジ回路BC2を用いたy方向荷重の検出は、上記実施形態と同様に行うことができる。このような変形態様のひずみゲージ20は、2軸力センサにおいて用いることができる。または、このような変形態様のひずみゲージが有する第1ホイートストンブリッジ及び第2ホイートストンブリッジを、信号処理部に形成された固定抵抗素子で繋いで第3ホイートストンブリッジを構成して、3軸力センサにおいて用いることもできる。 Even when the strain sensing elements Z 1 and Z 2 are not present, the detection of the x-direction load using the first bridge circuit BC1 and the detection of the y-direction load using the second bridge circuit BC2 are the same as in the above-described embodiment. It can be carried out. The strain gauge 20 in such a modified form can be used in a biaxial force sensor. Alternatively, in a three-axis force sensor, the third Wheatstone bridge is configured by connecting the first Wheatstone bridge and the second Wheatstone bridge, which are included in the strain gauge of such a modified mode, with a fixed resistance element formed in the signal processing unit. It can also be used.

ひずみゲージ20において、基材21の不感領域21n1、21n2に形成された固定抵抗素子RX、RX、RY、RYは、これらの少なくとも1つを基材21上に残し、他を基材21の外部、例えば信号処理部に設けても良い。このような態様であっても、第1ブリッジ回路BC1を構成する固定抵抗素子RX、RX及び第2ブリッジ回路BC2を構成する固定抵抗素子RY、RYの少なくとも1つを基材21上の不感領域21n1及び/又は21n2に設けることにより、ひずみゲージ20及び3軸力センサ100における温度誤差を抑制する効果を奏することができる。 In the strain gauge 20, the fixed resistance elements RX 1 , RX 2 , RY 1 , and RY 2 formed in the dead regions 21n1 and 21n2 of the base material 21 leave at least one of them on the base material 21 and the other bases. It may be provided outside the material 21, for example, in the signal processing unit. Even in such an aspect, at least one of the fixed resistance elements RX 1 and RX 2 forming the first bridge circuit BC1 and the fixed resistance elements RY 1 and RY 2 forming the second bridge circuit BC2 is provided on the base material 21. By providing in the dead area 21n1 and / or 21n2 above, the effect of suppressing the temperature error in the strain gauge 20 and the triaxial force sensor 100 can be exerted.

受感領域21sのy方向(第2方向)の一方側に設けられた不感領域21n1において、固定抵抗素子RX、RXと端子T〜Tとをy方向(第2方向)に直交するx方向(第1方向)に沿って一列に配置してもよく、受感領域21sのy方向(第2方向)の他方側に設けられた不感領域21n2において、固定抵抗素子RY、RYと端子T〜Tとをy方向(第2方向)に直交するx方向(第1方向)に沿って一列に配置してもよい。 In the dead region 21n1 provided on one side of the sensitive region 21s in the y direction (second direction), the fixed resistance elements RX 1 and RX 2 and the terminals T 1 to T 4 are orthogonal to the y direction (second direction). The fixed resistance elements RY 1 and RY may be arranged in a row along the x direction (first direction), and in the dead region 21n2 provided on the other side of the sensitive region 21s in the y direction (second direction). 2 and the terminals T 5 to T 8 may be arranged in a line along the x direction (first direction) orthogonal to the y direction (second direction).

図4に示す通り、不感領域21n1の受感領域21sに近い部分に固定抵抗素子RX、RXが、受感領域21sから遠い部分に端子T〜Tが形成されていてもよい。すなわち、不感領域21n1においては、端子T〜Tが固定抵抗素子RX、RXの受感領域21sとは反対側に設けられていてもよい。不感領域21n2における固定抵抗素子RY、RY及び端子T〜Tの配置も同様である。このように端子T〜Tを外側に配置することで、端子T〜Tへのリード線等の接合がより容易となる。 As shown in FIG. 4, fixed resistance elements RX 1 and RX 2 may be formed in a portion of the dead area 21n1 close to the sensitive area 21s, and terminals T 1 to T 4 may be formed in a portion far from the sensitive area 21s. That is, in the dead region 21n1, the terminals T 1 to T 4 may be provided on the opposite side of the fixed resistance elements RX 1 and RX 2 from the sensitive region 21s. The same applies to the arrangement of the fixed resistance elements RY 1 and RY 2 and the terminals T 5 to T 8 in the dead area 21n2. By arranging the terminals T 1 to T 8 on the outer side in this way, it becomes easier to join the lead wires and the like to the terminals T 1 to T 8 .

端子T〜Tのいずれか1つ以上が、受感領域21sに形成されていてもよい。この場合、荷重作用部12の下方に貼り付けられてひずみが生じにくい中心cの近傍に設けることが望ましい。 Any one or more of the terminals T 1 to T 8 may be formed in the sensitive area 21s. In this case, it is desirable to provide it in the vicinity of the center c which is attached below the load acting portion 12 and is less likely to cause strain.

受感領域21sにおいて、ひずみ受感素子Z、Zは、ひずみ受感素子X、X、Y、Yの中心c側(内側)に配置されていてもよい。また、ひずみ受感素子X、X、Y、Yはそれぞれ、そのグリッドの幅方向が受感領域21sの周方向となるよう円弧状に形成されていてもよい。このようなひずみゲージ20は、回転軸Aを中心とする円筒状の荷重作用部12が接続された起歪板11に貼り付けて良好に使用することができる。 In the sensitive area 21s, the strain sensitive elements Z 1 and Z 2 may be arranged on the center c side (inner side) of the strain sensitive elements X 1 , X 2 , Y 1 and Y 2 . Further, each of the strain sensing elements X 1 , X 2 , Y 1 , Y 2 may be formed in an arc shape so that the width direction of the grid thereof is the circumferential direction of the sensing region 21s. Such a strain gauge 20 can be satisfactorily used by being attached to the flexure plate 11 to which the cylindrical load acting portion 12 having the rotation axis A as its center is connected.

ひずみゲージ20の基材21の形状は任意であり、例えば楕円形状であってもよく、不感領域21n1、21n2のいずれか一方を有するのみでもよい。不感領域21n1、21n2のいずれか一方のみを有する基材21においては、この不感領域に固定抵抗素子RX、RX、RY、RY、端子T〜Tのすべてが形成され得る。その他、基材21は、多軸力センサの起歪板に貼り付けられる受感領域と、当該領域の外側に配置される不感領域とを備える任意の形状とすることができる。 The base material 21 of the strain gauge 20 may have any shape, for example, may have an elliptical shape, and may have only one of the dead areas 21n1 and 21n2. In the base material 21 having only one of the dead areas 21n1 and 21n2, the fixed resistance elements RX 1 , RX 2 , RY 1 , RY 2 and the terminals T 1 to T 8 can all be formed in this dead area. In addition, the base material 21 may have any shape including a sensitive area attached to the flexure plate of the multi-axis force sensor and a dead area disposed outside the sensitive area.

上記実施形態のひずみゲージ20を、多軸力センサ以外の任意のセンサの起歪部材に用いることもできる。   The strain gauge 20 of the above-described embodiment can be used as a strain generating member of any sensor other than the multiaxial force sensor.

本発明の特徴を維持する限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。   As long as the features of the present invention are maintained, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and other forms conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention. ..

本発明のひずみゲージ及び多軸力センサは、荷重検出における温度変化の影響を抑制でき、ロボット、ゲーム機器、各種計測機器、その他の機器における安定性、信頼性の向上に寄与することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The strain gauge and the multi-axis force sensor of the present invention can suppress the influence of temperature change in load detection, and can contribute to improvement of stability and reliability in robots, game machines, various measuring machines, and other machines.

11 起歪板(起歪部材)
12 荷重作用部
20 ひずみゲージ
21 基材
21s 受感領域
21n1、21n2 不感領域
BC1 第1ブリッジ回路(第1ホイートストンブリッジ回路)
BC2 第2ブリッジ回路(第2ホイートストンブリッジ回路)
BC3 第3ブリッジ回路(第3ホイートストンブリッジ回路)
RX、RX 固定抵抗素子(第1方向固定抵抗素子)
RY、RY 固定抵抗素子(第2方向固定抵抗素子)
〜T 端子
、X ひずみ受感素子(第1方向ひずみ受感素子)
、Y ひずみ受感素子(第2方向ひずみ受感素子)
、Z ひずみ受感素子(第3方向ひずみ受感素子)
11 Strain plate (strain member)
12 Load acting part 20 Strain gauge 21 Base material 21s Sensitive area 21n1, 21n2 Dead area BC1 1st bridge circuit (1st Wheatstone bridge circuit)
BC2 2nd bridge circuit (2nd Wheatstone bridge circuit)
BC3 3rd bridge circuit (3rd Wheatstone bridge circuit)
RX 1 , RX 2 fixed resistance element (first direction fixed resistance element)
RY 1 , RY 2 fixed resistance element (second direction fixed resistance element)
T 1 to T 8 terminals X 1 and X 2 strain sensing element (first direction strain sensing element)
Y 1 , Y 2 strain sensitive element (second direction strain sensitive element)
Z 1 , Z 2 strain sensing element (third direction strain sensing element)

Claims (7)

荷重を受けてひずむ起歪部材に取り付けられて、前記起歪部材の第1方向に作用する荷重の第1ホイートストンブリッジ回路による検出、及び前記起歪部材の第1方向に直交する第2方向に作用する荷重の第2ホイートストンブリッジ回路による検出に用いられるひずみゲージであって、
基材と、
前記基材上に形成された回路パターンとを備え、
前記基材は、前記起歪部材の荷重を受けてひずみが生じる起歪領域に取り付けられる受感領域と、前記起歪領域の外側に配置される不感領域とを有し、
前記回路パターンは、第1ホイートストンブリッジ回路を構成する2つの第1方向ひずみ受感素子と、第2ホイートストンブリッジ回路を構成する2つの第2方向ひずみ受感素子と、第1ホイートストンブリッジ回路を構成する第1方向固定抵抗素子及び第2ホイートストンブリッジ回路を構成する第2方向固定抵抗素子の少なくとも一方を含み、
前記2つの第1方向ひずみ受感素子、前記2つの第2方向ひずみ受感素子、並びに前記第1方向固定抵抗素子及び第2方向固定抵抗素子の少なくとも一方は同一材料で形成されており、
前記2つの第1方向ひずみ受感素子及び前記2つの第2方向ひずみ受感素子は前記受感領域に形成されており、前記第1方向固定抵抗素子及び第2方向固定抵抗素子の少なくとも一方は前記不感領域に形成されているひずみゲージ。
The load is attached to the strain-deflecting member and is detected by the first Wheatstone bridge circuit of the load acting in the first direction of the strain-generating member, and in the second direction orthogonal to the first direction of the strain-generating member. A strain gauge used for detecting a load acting by a second Wheatstone bridge circuit,
Base material,
A circuit pattern formed on the substrate,
The base material has a sensitive area attached to a strain generating area where strain is generated by receiving a load of the strain generating member, and a dead area arranged outside the strain generating area,
The circuit pattern forms two first direction strain sensing elements that form a first Wheatstone bridge circuit, two second direction strain sensing elements that form a second Wheatstone bridge circuit, and a first Wheatstone bridge circuit. Including a first direction fixed resistance element and a second direction fixed resistance element forming a second Wheatstone bridge circuit,
At least one of the two first direction strain sensing elements, the two second direction strain sensing elements, and the first direction fixed resistance element and the second direction fixed resistance element is formed of the same material,
The two first direction strain sensing elements and the two second direction strain sensing elements are formed in the sensing area, and at least one of the first direction fixed resistance element and the second direction fixed resistance element is A strain gauge formed in the dead region.
前記回路パターンは、第1ホイートストンブリッジ回路を構成する2つの第1方向固定抵抗素子と第2ホイートストンブリッジ回路を構成する2つの第2方向固定抵抗素子とを含み、
前記2つの第1方向ひずみ受感素子、前記2つの第2方向ひずみ受感素子、前記2つの第1方向固定抵抗素子、及び前記2つの第2方向固定抵抗素子は同一材料で形成されており、
前記2つの第1方向固定抵抗素子、及び前記2つの第2方向固定抵抗素子は前記不感領域に形成されている請求項1に記載のひずみゲージ。
The circuit pattern includes two first direction fixed resistance elements forming a first Wheatstone bridge circuit and two second direction fixed resistance elements forming a second Wheatstone bridge circuit,
The two first direction strain sensing elements, the two second direction strain sensing elements, the two first direction fixed resistance elements, and the two second direction fixed resistance elements are formed of the same material. ,
The strain gauge according to claim 1, wherein the two first direction fixed resistance elements and the two second direction fixed resistance elements are formed in the dead region.
前記回路パターンは少なくとも1つの端子を更に含み、
前記少なくとも1つの端子が、前記不感領域に形成されている請求項1又は2に記載のひずみゲージ。
The circuit pattern further includes at least one terminal,
The strain gauge according to claim 1, wherein the at least one terminal is formed in the dead region.
前記不感領域において、前記少なくとも1つの端子が、前記第1方向固定抵抗素子及び第2方向固定抵抗素子の少なくとも一方の前記受感領域とは反対側に設けられている請求項3に記載のひずみゲージ。   The strain according to claim 3, wherein in the dead region, the at least one terminal is provided on a side opposite to the sensitive region of at least one of the first-direction fixed resistance element and the second-direction fixed resistance element. gauge. 前記不感領域は、前記受感領域の両側に一対設けられている請求項1〜4のいずれか一項に記載のひずみゲージ。   The strain gauge according to any one of claims 1 to 4, wherein a pair of the dead areas are provided on both sides of the sensitive area. 前記回路パターンは2つの第3方向ひずみ受感素子又は2つの第3方向固定抵抗素子を更に含み、
前記2つの第3方向ひずみ受感素子又は2つの第3方向固定抵抗素子は、第1ホイートストンブリッジ回路と第2ホイートストンブリッジ回路とを接続して第3ホイートストンブリッジ回路を構成する請求項1〜5のいずれか一項に記載のひずみゲージ。
The circuit pattern further includes two third-direction strain sensing elements or two third-direction fixed resistance elements,
The two third direction strain sensing elements or the two third direction fixed resistance elements form a third Wheatstone bridge circuit by connecting a first Wheatstone bridge circuit and a second Wheatstone bridge circuit. The strain gauge according to any one of 1.
起歪板と、
前記起歪板に接続された荷重作用部と、
前記起歪板に取り付けられた請求項1〜6のいずれか一項に記載のひずみゲージとを備える多軸力センサ。
Strain plate,
A load acting portion connected to the strain plate,
A multi-axis force sensor comprising: the strain gauge according to claim 1 attached to the strain-flexing plate.
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