JP2021139626A - Force sensor - Google Patents

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Abstract

To provide a force sensor with a configuration that can detect forces and moments with high accuracy by significantly improving the misalignment of multiple strain gauges and the variation in resistance values.SOLUTION: A force sensor 1 includes: a first strain body 11 having a first main surface 11a in which a plurality of first strain gauges are arranged; and a second strain body 12 having a second main surface 12a on which a plurality of second strain gauges are arranged. The first strained body 11 and the second strained body 12 have a configuration in which the first main surface 11a and the second main surface 12a are connected and fixed outward to each other or inward to each other.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、歪みゲージ式の力覚センサに関する。 The present invention relates to a strain gauge type force sensor.

歪みゲージ式の力覚センサは、計測機器や産業用ロボット等の高度な制御に用いられている。既知の6軸力覚センサは、起歪体のアーム部における上面、下面、右側面及び左側面の合計4つの面にそれぞれ複数の歪みゲージを配設していた。そのため、多数の歪みゲージを設けることになり、また、それら歪みゲージの配線が非常に複雑となってしまうため、高価格であった。そこで、起歪体における表面と裏面の合計2つの面に所定配置でそれぞれ複数の歪みゲージを設ける構成の力覚センサが提案されている(特許文献1:特許第6047703号公報参照)。また、起歪体における主面のみに所定配置でそれぞれ複数の歪みゲージを設ける構成の力覚センサが提案されている(特許文献2:特許第6378381号公報参照)。 Strain gauge type force sensors are used for advanced control of measuring instruments and industrial robots. In the known 6-axis force sensor, a plurality of strain gauges are arranged on each of a total of four surfaces of the upper surface, the lower surface, the right side surface, and the left side surface of the arm portion of the strain generating body. Therefore, a large number of strain gauges are provided, and the wiring of the strain gauges becomes very complicated, so that the price is high. Therefore, there has been proposed a force sensor having a configuration in which a plurality of strain gauges are provided in a predetermined arrangement on a total of two surfaces of the strain-causing body (see Patent Document 1: Patent No. 6047703). Further, a force sensor having a configuration in which a plurality of strain gauges are provided only on the main surface of the strain-causing body in a predetermined arrangement has been proposed (see Patent Document 2: Patent No. 6378381).

特許第6047703号公報Japanese Patent No. 6047703 特許第6378381号公報Japanese Patent No. 6378381

特許文献1に記載の構成は、上面に配設された複数の歪みゲージの配置と下面に配設された複数の歪みゲージの配置とが平面視で一致するように配設されていることが検出精度を確保する上で重要である。しかし、歪みゲージの位置ずれや抵抗値のばらつきが生じ易いという問題がある。一方、特許文献2に記載の構成は、起歪体における歪みゲージが配設された主面と反対側の面との外力による変形の仕方が異なるため、特許文献1に記載の力覚センサに比べて対称性が劣るという問題がある。そのため、歪みゲージのさらなる位置精度の向上による検出精度の向上が望まれる。 The configuration described in Patent Document 1 is such that the arrangement of the plurality of strain gauges arranged on the upper surface and the arrangement of the plurality of strain gauges arranged on the lower surface coincide with each other in a plan view. This is important for ensuring detection accuracy. However, there is a problem that the position shift of the strain gauge and the variation of the resistance value are likely to occur. On the other hand, the configuration described in Patent Document 2 is different from the method of deformation due to an external force between the main surface on which the strain gauge is arranged and the surface on the opposite side in the strain-causing body. There is a problem that the symmetry is inferior. Therefore, it is desired to improve the detection accuracy by further improving the position accuracy of the strain gauge.

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、複数の歪みゲージの位置ずれや抵抗値のばらつきが大幅に改善されたことで、力ならびにモーメントを高精度に検出できる構成の力覚センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and by significantly improving the positional deviation of a plurality of strain gauges and the variation in resistance values, it is possible to provide a force sensor having a configuration capable of detecting a force and a moment with high accuracy. With the goal.

一実施形態として、以下に開示するような解決手段により、前記課題を解決する。 As an embodiment, the problem is solved by a solution means as disclosed below.

本発明に係る力覚センサは、複数の第1歪みゲージが配設された第1主面を有する第1起歪体と、複数の第2歪みゲージが配設された第2主面を有する第2起歪体とを備え、前記第1起歪体と前記第2起歪体とは、前記第1主面と前記第2主面とが互いに外向きまたは互いに内向きで連結固定されていることを特徴とする。 The force sensor according to the present invention has a first strain generating body having a first main surface on which a plurality of first strain gauges are arranged, and a second main surface on which a plurality of second strain gauges are arranged. A second main surface is provided, and the first main surface and the second main surface are connected and fixed to each other with the first main surface and the second main surface facing outward or inward with each other. It is characterized by being.

この構成によれば、第1起歪体及び第2起歪体は、第1主面に配設された複数の第1歪みゲージの配置と第2主面に配設された複数の第2歪みゲージの配置とが平面視で一致するように配設された状態で連結固定されるので、位置ずれが大幅に改善されて力ならびにモーメントを高精度に検出できる。 According to this configuration, the first strain-generating body and the second strain-causing body have a plurality of first strain gauges arranged on the first main surface and a plurality of second strains arranged on the second main surface. Since the strain gauges are arranged and fixed so as to coincide with each other in a plan view, the misalignment is greatly improved and the force and the moment can be detected with high accuracy.

本発明によれば、位置ずれが大幅に改善されて生産性が向上するとともに力ならびにモーメントを高精度に検出できる力覚センサが実現できる。 According to the present invention, it is possible to realize a force sensor capable of detecting a force and a moment with high accuracy while greatly improving the misalignment and improving the productivity.

図1は本発明の第1の実施形態に係る力覚センサの例を示す概略の斜視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of a force sensor according to the first embodiment of the present invention. 図2は図1に示す力覚センサの概略の構造展開図である。FIG. 2 is a schematic structural development view of the force sensor shown in FIG. 図3は図1に示す力覚センサの概略の構造展開図である。FIG. 3 is a schematic structural development view of the force sensor shown in FIG. 図4Aは図1に示す力覚センサにおける第1起歪体の概略の斜視図であり、図4Bは図1に示す力覚センサにおける第2起歪体の概略の斜視図である。FIG. 4A is a schematic perspective view of the first strain generating body in the force sensor shown in FIG. 1, and FIG. 4B is a schematic perspective view of the second strain generating body in the force sensor shown in FIG. 図5は本発明の第2の実施形態に係る力覚センサの例を示す概略の斜視図である。FIG. 5 is a schematic perspective view showing an example of a force sensor according to a second embodiment of the present invention.

(第1の実施形態)
以下、図面を参照して、本発明の第1の実施形態について詳しく説明する。本実施形態の力覚センサ1は、三次元空間の直交座標系(X軸、Y軸、Z軸)の3軸方向の力成分Fx、Fy、Fzと、その3軸回りのモーメント成分Mx、My、Mzの計6成分を同時に検出することができる6軸力覚センサである。本実施形態の力覚センサ1(1A)は、中心軸P1に対して回転対称となる位置に、破線で囲んだ部分で示されるビーム部11eが3つ備わっている場合の例である。
(First Embodiment)
Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The force sensor 1 of the present embodiment has force components Fx, Fy, Fz in the three-axis directions of the Cartesian coordinate system (X-axis, Y-axis, Z-axis) in the three-dimensional space, and moment components Mx around the three axes. It is a 6-axis force sensor that can detect a total of 6 components of My and Mz at the same time. The force sensor 1 (1A) of the present embodiment is an example in which three beam portions 11e indicated by a portion surrounded by a broken line are provided at positions that are rotationally symmetric with respect to the central axis P1.

図1は、本実施形態に係る力覚センサ1Aの例を示す概略の斜視図であり、図2は斜め上方から見た力覚センサ1Aの概略の構造展開図であり、図3は斜め下方から見た力覚センサ1Aの概略の構造展開図である(信号処理部および配線は不図示)。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。 FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of the force sensor 1A according to the present embodiment, FIG. 2 is a schematic structural development view of the force sensor 1A viewed from diagonally above, and FIG. 3 is an obliquely downward view. It is a schematic structural development view of the force sensor 1A seen from (the signal processing unit and wiring are not shown). In all the drawings for explaining the embodiment, members having the same function may be designated by the same reference numerals, and the repeated description thereof may be omitted.

図1〜図3に示すように、力覚センサ1Aは、複数の第1歪みゲージ31〜34が配設された第1主面11aを有する第1起歪体11と、複数の第2歪みゲージ41〜44が配設された第2主面12aを有する第2起歪体12と、第1起歪体11と第2起歪体12との間に配設された中間体13とを備えており、中間体13を挟んで第1起歪体11と第2起歪体12とが固定部材51によって連結固定されている。この例では、テーブル14およびベース15が備わっており、テーブル14と第2起歪体12とがボルトなどの固定部材52によって連結固定されており、第1起歪体11とベース15とがボルトなどの固定部材51によって連結固定されている。なお、固定部材51や固定部材52に代えて、接着剤などで接着固定することも可能である。 As shown in FIGS. 1 to 3, the force sensor 1A includes a first strain body 11 having a first main surface 11a on which a plurality of first strain gauges 31 to 34 are arranged, and a plurality of second strains. A second strain 12 having a second main surface 12a on which gauges 41 to 44 are arranged, and an intermediate 13 disposed between the first strain 11 and the second strain 12 The first straining body 11 and the second straining body 12 are connected and fixed by a fixing member 51 with the intermediate body 13 interposed therebetween. In this example, the table 14 and the base 15 are provided, the table 14 and the second strain generating body 12 are connected and fixed by a fixing member 52 such as a bolt, and the first strain generating body 11 and the base 15 are bolted. It is connected and fixed by a fixing member 51 such as. Instead of the fixing member 51 and the fixing member 52, it is also possible to bond and fix with an adhesive or the like.

第1起歪体11と第2起歪体12とは、第1主面11aと第2主面12aとが互いに外向きまたは互いに内向きで連結固定されている構成である。図1〜図3に示す例では、第1主面11aと第2主面12aとが互いに外向きで連結固定されている。ここでは、第1主面11aは図中のZ軸方向の矢印と同じ向きになっており、第2主面12aは図中のZ軸方向の矢印と反対向きになっている。そして、テーブル14の下側は凹部14aが形成されており、また、ベースの上側は凹部15aが形成されおり、第1起歪体11および第2起歪体12の力による変形を妨げない構成になっている。上記以外の構成として、第1起歪体11と第2起歪体12とは、第1主面11aと第2主面12aとが互いに内向きで連結固定されている場合がある。 The first strain-generating body 11 and the second strain-causing body 12 have a configuration in which the first main surface 11a and the second main surface 12a are connected and fixed to each other outward or inward. In the examples shown in FIGS. 1 to 3, the first main surface 11a and the second main surface 12a are connected and fixed to each other outward. Here, the first main surface 11a is in the same direction as the arrow in the Z-axis direction in the drawing, and the second main surface 12a is in the opposite direction to the arrow in the Z-axis direction in the drawing. A recess 14a is formed on the lower side of the table 14, and a recess 15a is formed on the upper side of the base so as not to prevent deformation of the first strain generating body 11 and the second strain generating body 12 due to the force. It has become. As a configuration other than the above, in the first strain-generating body 11 and the second strain-causing body 12, the first main surface 11a and the second main surface 12a may be connected and fixed to each other inward.

一例として、第1起歪体11と第2起歪体12とは、NC加工機を用いてアルミニウム合金、合金鋼、ステンレス鋼などバネ性のある材料に貫通孔などを形成することによって得られる。一例として、第1起歪体11および第2起歪体12は、外形が円形の板状体に切削加工、レーザ加工、または放電加工若しくはこれらの複合加工等を施して成形される。 As an example, the first strain generating body 11 and the second strain generating body 12 are obtained by forming through holes or the like in a springy material such as an aluminum alloy, alloy steel, or stainless steel using an NC processing machine. .. As an example, the first strain-causing body 11 and the second strain-causing body 12 are formed by subjecting a plate-shaped body having a circular outer shape to cutting, laser processing, electric discharge machining, or a combination of these.

一例として、第1起歪体11および第2起歪体12は、金属ガラスからなる。一例として、第1起歪体11と第2起歪体12とは、金型などを用いてアモルファス金属を形成することによって得られた金属ガラスからなる。金属ガラスはナノオーダーで金型の成型面を転写できることから、第1起歪体11の造形と同時に絶縁層を設けるための第1主面11aを鏡面にすることができ、また、第2起歪体12の造形と同時に絶縁層を設けるための第2主面12aを鏡面にすることができる。よって、第1起歪体11および第2起歪体12の加工時間を大幅に短縮することが可能になる。一例として、第1起歪体11と第2起歪体12とは、Fe−Co−Si−B−Nb系金属ガラスからなる。なお、上記の構成に限定されず、既知の材料を用いた既知の製造方法によって第1起歪体11と第2起歪体12とを製造する場合がある。 As an example, the first straining body 11 and the second straining body 12 are made of metallic glass. As an example, the first strain-causing body 11 and the second strain-causing body 12 are made of metallic glass obtained by forming an amorphous metal using a mold or the like. Since the molding surface of the mold can be transferred to the metal glass on the nano-order, the first main surface 11a for providing the insulating layer can be made a mirror surface at the same time as the molding of the first strain 11, and the second riser The second main surface 12a for providing the insulating layer at the same time as the modeling of the strain body 12 can be made a mirror surface. Therefore, the processing time of the first strain-causing body 11 and the second strain-causing body 12 can be significantly shortened. As an example, the first strain-causing body 11 and the second strain-causing body 12 are made of Fe-Co-Si-B-Nb-based metallic glass. The structure is not limited to the above, and the first strain-generating body 11 and the second strain-causing body 12 may be manufactured by a known manufacturing method using a known material.

一例として、第1歪みゲージ31〜34および第2歪みゲージ41〜44は、Cu−Ni系合金やNi−Cr系合金の金属薄膜の配線パターンを、ポリイミドフィルムやエポキシフィルムで覆った構成の場合があり、半導体薄膜を用いた構成の場合がある。一例として、スパッタリング法や真空蒸着法を用いて金属薄膜からなる歪みゲージを直接形成した構成の場合がある。 As an example, the first strain gauges 31 to 34 and the second strain gauges 41 to 44 have a configuration in which the wiring pattern of a metal thin film of a Cu—Ni-based alloy or a Ni—Cr-based alloy is covered with a polyimide film or an epoxy film. In some cases, a semiconductor thin film is used. As an example, there is a case where a strain gauge made of a metal thin film is directly formed by using a sputtering method or a vacuum vapor deposition method.

図4Aは第1起歪体11の概略の斜視図であり、図4Bは第2起歪体12の概略の斜視図である。第1起歪体11と第2起歪体12とは中心軸P1に対して回転対称となる形状の板状体である。第1起歪体11は、中心軸P1上に位置する受力部11cと、受力部11cに対して固定される固定部11dと、受力部11cと固定部11dとを連結するビーム部11eとを有する。同様に、第2起歪体12は、中心軸P1上に位置する受力部12cと、受力部12cに対して固定される固定部12dと、受力部12cと固定部12dとを連結するビーム部12eとを有する。受力部11c、ビーム部11eおよび固定部11dは、一体構造体である。第1起歪体11は、受力部11cおよび固定部11dを剛体とみなしたときにビーム部11eが弾性体とみなせるように各部のサイズが設定される。第2起歪体12についても同様である。 FIG. 4A is a schematic perspective view of the first strain-causing body 11, and FIG. 4B is a schematic perspective view of the second strain-causing body 12. The first strain-causing body 11 and the second strain-causing body 12 are plate-shaped bodies having a shape that is rotationally symmetric with respect to the central axis P1. The first strain generating body 11 is a beam portion that connects a receiving portion 11c located on the central axis P1, a fixing portion 11d fixed to the receiving portion 11c, and the receiving portion 11c and the fixing portion 11d. It has 11e and. Similarly, the second strain generating body 12 connects the receiving portion 12c located on the central axis P1, the fixing portion 12d fixed to the receiving portion 12c, and the receiving portion 12c and the fixing portion 12d. It has a beam portion 12e to be used. The receiving portion 11c, the beam portion 11e, and the fixing portion 11d are integral structures. The size of each portion of the first strain generating body 11 is set so that the beam portion 11e can be regarded as an elastic body when the receiving portion 11c and the fixed portion 11d are regarded as rigid bodies. The same applies to the second strain body 12.

本実施形態は、第1起歪体11と第2起歪体12とは同一構造である。これにより、対称性が維持できるとともに、部品の種類を増やすことなく、生産性が向上する。一例として、第1起歪体11と第2起歪体12とは同一構造であるとともに、同一材料からなる。これにより、対称性に優れた起歪体を低コストで製造することが容易にできる。一例として、中間体13を設けたことによって、配線や回路基板の配置に必要なスペース(隙間)を設けることが容易にできる。そして、第1起歪体11の第3主面11bおよび第2起歪体12の第4主面12bを活用してブリッジ回路の配線をすることが容易にできる。 In this embodiment, the first strain-generating body 11 and the second strain-causing body 12 have the same structure. As a result, symmetry can be maintained and productivity is improved without increasing the types of parts. As an example, the first strain-causing body 11 and the second strain-causing body 12 have the same structure and are made of the same material. As a result, it is possible to easily manufacture a strain-causing body having excellent symmetry at low cost. As an example, by providing the intermediate body 13, it is possible to easily provide a space (gap) necessary for wiring and arranging a circuit board. Then, it is possible to easily wire the bridge circuit by utilizing the third main surface 11b of the first strain-generating body 11 and the fourth main surface 12b of the second strain-causing body 12.

一例として、第1歪みゲージ31〜34および第2歪みゲージ41〜44は、同一材質のスパッタ膜または同一材質の蒸着膜からなる。これにより、対称性が維持できるとともに、生産性が向上し、製造ばらつきを極力抑えた構成にできる。一例として、第1歪みゲージ31〜34および第2歪みゲージ41〜44は一括同時形成した構成にできる。これにより、第1歪みゲージ31〜34および第2歪みゲージ41〜44の抵抗値を均一に揃えた構成にできる。なお、上記の構成に限定されず、第1歪みゲージ31〜34および第2歪みゲージ41〜44を板状、シート状またはフィルム状にしてそれぞれ接着した構成の場合がある。 As an example, the first strain gauges 31 to 34 and the second strain gauges 41 to 44 are made of a sputter film of the same material or a vapor deposition film of the same material. As a result, the symmetry can be maintained, the productivity can be improved, and the manufacturing variation can be suppressed as much as possible. As an example, the first strain gauges 31 to 34 and the second strain gauges 41 to 44 can be configured to be formed at the same time. As a result, the resistance values of the first strain gauges 31 to 34 and the second strain gauges 41 to 44 can be made uniform. The configuration is not limited to the above, and the first strain gauges 31 to 34 and the second strain gauges 41 to 44 may be formed into a plate shape, a sheet shape, or a film shape and bonded to each other.

第1歪みゲージ31〜34は、各ビーム部11eにおける互いに対称となる位置の4つによって所定方向の力成分を検出するブリッジ回路が構成されるようにそれぞれ配設されている。同様に、第2歪みゲージ41〜44は、各ビーム部12eにおける互いに対称となる位置の4つによって所定方向の力成分を検出するブリッジ回路が構成されるようにそれぞれ配設されている。これらブリッジ回路の構成方法としては、上述の特許文献1など既知の技術が適用できる。 The first distortion gauges 31 to 34 are arranged so as to form a bridge circuit for detecting a force component in a predetermined direction by four positions symmetrical with each other in each beam portion 11e. Similarly, the second strain gauges 41 to 44 are arranged so as to form a bridge circuit for detecting a force component in a predetermined direction by four positions symmetrical with each other in each beam portion 12e. As a method for constructing these bridge circuits, known techniques such as the above-mentioned Patent Document 1 can be applied.

本実施形態は、第1起歪体11と第2起歪体12との間に、X軸方向の力成分Fx、Y軸方向の力成分Fy、Z軸方向の力成分Fz、X軸周りのモーメント成分Mx、Y軸周りのモーメント成分My、およびZ軸周りのモーメント成分Mzに応じて変形可能な材質および形状からなる中間体13が配設されている。中間体13は、X軸、Y軸、Z軸の3軸方向の力成分Fx、Fy、Fzと、その3軸回りのモーメント成分Mx、My、Mzの計6成分に応じて線形に変形可能な構造体である。本実施形態によれば、中間体13を配したことで、中間体13の材質、形状、厚み、枚数を任意に設定することによって、所望の定格容量にすることができる。 In the present embodiment, the force component Fx in the X-axis direction, the force component Fy in the Y-axis direction, the force component Fz in the Z-axis direction, and the circumference of the X-axis are formed between the first strain-causing body 11 and the second strain-causing body 12. An intermediate body 13 made of a material and a shape that can be deformed according to the moment component Mx, the moment component My around the Y axis, and the moment component Mz around the Z axis is arranged. The intermediate 13 can be linearly deformed according to a total of 6 components of the force components Fx, Fy, and Fz in the three axis directions of the X axis, the Y axis, and the Z axis, and the moment components Mx, My, and Mz around the three axes. Structure. According to the present embodiment, by arranging the intermediate body 13, the desired rated capacity can be obtained by arbitrarily setting the material, shape, thickness, and number of the intermediate bodies 13.

一例として、中間体13と第1起歪体11と第2起歪体12とは平面視で同一形状である。一例として、中間体13と第1起歪体11と第2起歪体12とは同一構造である。これにより、部品の種類を増やすことなく、設計の自由度を高めることができ、生産性が向上する。一例として、中間体13と第1起歪体11と第2起歪体12とは同一材料からなる。これにより、低コストで製造することが容易にできる。中間体13は一つの場合があり、複数の中間体13を積層する場合がある。一例として、中間体13は、第1起歪体11よりも厚みが大きく、第2起歪体よりも厚みが大きい。一例として、中間体13は、第1起歪体11よりも厚みが大きく、第2起歪体よりも厚みが大きな鋳造品である。これにより、力覚センサ1Aが測定出来る力の大きさとしての定格容量を大きくすることができる。一例として、中間体13は、第1起歪体11および第2起歪体12よりも剛性が高い。これにより、力覚センサ1Aが測定出来る力の大きさとしての定格容量を大きくすることができる。一例として、中間体13の枚数を増やすことで力覚センサ1Aが測定出来る力の大きさとしての定格容量を大きくすることができる。上述の構成の一つないし複数を採用することにより、さまざまな仕様に応じた力覚センサ1Aを容易に作製することができる。よって、従来構造よりも設計の自由度が飛躍的に高められる。なお、上記の構成に限定されず、既知の材料を用いて既知の製造方法によって製造する場合がある。 As an example, the intermediate body 13, the first strain-causing body 11, and the second strain-causing body 12 have the same shape in a plan view. As an example, the intermediate 13, the first strain 11 and the second strain 12 have the same structure. As a result, the degree of freedom in design can be increased without increasing the types of parts, and productivity is improved. As an example, the intermediate 13, the first strain 11 and the second strain 12 are made of the same material. This makes it easy to manufacture at low cost. The intermediate 13 may be one, and a plurality of intermediates 13 may be laminated. As an example, the intermediate 13 is thicker than the first strained body 11 and thicker than the second strained body 11. As an example, the intermediate 13 is a cast product having a thickness larger than that of the first strained body 11 and a thickness larger than that of the second strained body 11. As a result, the rated capacity as the magnitude of the force that can be measured by the force sensor 1A can be increased. As an example, the intermediate 13 is more rigid than the first straining body 11 and the second straining body 12. As a result, the rated capacity as the magnitude of the force that can be measured by the force sensor 1A can be increased. As an example, by increasing the number of intermediates 13, the rated capacity as the magnitude of the force that can be measured by the force sensor 1A can be increased. By adopting one or more of the above configurations, it is possible to easily manufacture the force sensor 1A according to various specifications. Therefore, the degree of freedom in design is dramatically increased as compared with the conventional structure. In addition, the present invention is not limited to the above structure, and may be produced by a known production method using a known material.

続いて、力覚センサ1(1A)の製造方法について、以下に説明する。 Subsequently, a method of manufacturing the force sensor 1 (1A) will be described below.

本実施形態の力覚センサ1Aは、複数の第1歪みゲージ31〜34を第1起歪体11の第1主面11aに配設し、且つ、複数の第2歪みゲージ41〜44を第2起歪体12の第2主面12aに配設する歪みゲージ配設ステップを有する。また、歪みゲージ配設ステップの後に、第1歪みゲージ31〜34が配設された第1起歪体11と、第2歪みゲージ41〜44が配設された第2起歪体12とを、第1主面11aと第2主面12aとが互いに外向きまたは互いに内向きになるように連結固定して一体構造にする組立ステップとを有する。組立ステップは、一例として、第1起歪体11と第2起歪体12との間に、第1起歪体11や第2起歪体12よりも剛性が高い中間体13を配設する。 In the force sensor 1A of the present embodiment, a plurality of first strain gauges 31 to 34 are arranged on the first main surface 11a of the first strain generating body 11, and a plurality of second strain gauges 41 to 44 are arranged on the first main surface 11a. It has a strain gauge disposing step for disposing on the second main surface 12a of the distorted body 12. Further, after the strain gauge disposing step, the first strain body 11 in which the first strain gauges 31 to 34 are arranged and the second strain body 12 in which the second strain gauges 41 to 44 are arranged are placed. The first main surface 11a and the second main surface 12a are connected and fixed so as to face outward or inward to form an integral structure. In the assembly step, as an example, an intermediate body 13 having a higher rigidity than the first strain-generating body 11 and the second strain-causing body 12 is arranged between the first strain-causing body 11 and the second strain-causing body 12. ..

歪みゲージ配設ステップの前段階として、第1起歪体11の第1主面11aと第2起歪体12の第2主面12aとに、それぞれ絶縁層を設ける。一例として、板状体の片面に絶縁層を設け、その後、第1起歪体11と第2起歪体12とをそれぞれ切り出す。一例として、第1起歪体11と第2起歪体12とをそれぞれ切り出し、その後、第1主面11aと第2主面12aとにそれぞれ絶縁層を設ける。 As a preliminary step of the strain gauge disposing step, insulating layers are provided on the first main surface 11a of the first strain 11 and the second main surface 12a of the second strain 12. As an example, an insulating layer is provided on one side of the plate-shaped body, and then the first strain-generating body 11 and the second strain-causing body 12 are cut out, respectively. As an example, the first strain-generating body 11 and the second strain-causing body 12 are cut out, respectively, and then insulating layers are provided on the first main surface 11a and the second main surface 12a, respectively.

歪みゲージ配設ステップは、第1歪みゲージ31〜34を、各ビーム部11eにおける互いに対称となる位置の4つによって所定方向の力成分を検出するブリッジ回路が構成されるようにそれぞれ配設する。同様に、第2歪みゲージ41〜44を、各ビーム部12eにおける互いに対称となる位置の4つによって所定方向の力成分を検出するブリッジ回路が構成されるようにそれぞれ配設する。これらブリッジ回路の構成方法としては、上述の特許文献1の技術が適用できる。 In the strain gauge disposing step, the first strain gauges 31 to 34 are arranged so as to form a bridge circuit for detecting a force component in a predetermined direction by four positions symmetrical with each other in each beam portion 11e. .. Similarly, the second strain gauges 41 to 44 are arranged so as to form a bridge circuit for detecting a force component in a predetermined direction by four positions symmetrical with each other in each beam portion 12e. As a method for constructing these bridge circuits, the above-mentioned technique of Patent Document 1 can be applied.

歪みゲージ配設ステップは、第1歪みゲージ31〜34と第2歪みゲージ41〜44とを配設するに際し、一例として、同一材質のスパッタ膜または蒸着膜を同時に形成する。または、第1歪みゲージ31〜34と第2歪みゲージ41〜44とを配設するに際し、一例として、同一材質のスパッタ膜または蒸着膜を連続して形成する。一例として、板状体の絶縁層を設けた面(片面)に、第1歪みゲージ31〜34と第2歪みゲージ41〜44とを設け、その後、第1起歪体11と第2起歪体12とをそれぞれ切り出す。一例として、第1起歪体11と第2起歪体12とをそれぞれ切り出し、第1主面11aと第2主面12aとにそれぞれ絶縁層を設け、その後、第1歪みゲージ31〜34と第2歪みゲージ41〜44とを設ける。 In the strain gauge disposing step, when disposing the first strain gauges 31 to 34 and the second strain gauges 41 to 44, as an example, a sputter film or a vapor deposition film of the same material is simultaneously formed. Alternatively, when arranging the first strain gauges 31 to 34 and the second strain gauges 41 to 44, as an example, a sputter film or a vapor-deposited film of the same material is continuously formed. As an example, the first strain gauges 31 to 34 and the second strain gauges 41 to 44 are provided on the surface (one side) of the plate-shaped body provided with the insulating layer, and then the first strain 11 and the second strain are generated. Cut out each of the body 12. As an example, the first strain-causing body 11 and the second strain-causing body 12 are cut out, respectively, and insulating layers are provided on the first main surface 11a and the second main surface 12a, respectively, and then the first strain gauges 31 to 34 and Second strain gauges 41 to 44 are provided.

一般に、スパッタリング装置や真空蒸着装置は、膜厚の再現性を維持するため加工条件を厳格に管理する必要がある。本実施形態によれば、第1歪みゲージ31〜34を配設するときの製造条件と、第2歪みゲージ41〜44を配設するときの製造条件とを一致させることが容易にできる。よって、対称性が維持できるとともに、生産性が向上し、製造ばらつきを極力抑えた構成にできる。なお、上記の構成に限定されず、板状、シート状またはフィルム状の第1歪みゲージ31〜34および第2歪みゲージ41〜44を既知の製造方法によってそれぞれ接着する場合がある。 Generally, in a sputtering apparatus or a vacuum vapor deposition apparatus, it is necessary to strictly control the processing conditions in order to maintain the reproducibility of the film thickness. According to this embodiment, it is possible to easily match the manufacturing conditions when the first strain gauges 31 to 34 are arranged and the manufacturing conditions when the second strain gauges 41 to 44 are arranged. Therefore, the symmetry can be maintained, the productivity is improved, and the manufacturing variation can be suppressed as much as possible. The structure is not limited to the above, and the plate-shaped, sheet-shaped, or film-shaped first strain gauges 31 to 34 and the second strain gauges 41 to 44 may be bonded by a known manufacturing method, respectively.

(第2の実施形態)
図5に示す第2の実施形態の力覚センサ1Bは、中間体13を有さない構造の例である。第2の実施形態では、第1の実施形態と相違する点を中心に説明する。
(Second Embodiment)
The force sensor 1B of the second embodiment shown in FIG. 5 is an example of a structure having no intermediate body 13. In the second embodiment, the differences from the first embodiment will be mainly described.

本実施形態は、第1起歪体11と第2起歪体12とは、第1起歪体11における第1主面11aの反対側の第3主面11bと、第2起歪体12における第2主面12aの反対側の第4主面12bとが互いに外向きまたは互いに内向きに合わさっている構成である。この構成によれば、部品点数を少なくするとともに、全体の厚みを薄くした構成にできる。 In the present embodiment, the first straining body 11 and the second straining body 12 are the third main surface 11b on the opposite side of the first main surface 11a of the first straining body 11 and the second straining body 12. In this configuration, the fourth main surface 12b on the opposite side of the second main surface 12a is fitted to each other outward or inward. According to this configuration, the number of parts can be reduced and the overall thickness can be reduced.

上述の例では、第1起歪体11と第2起歪体12とは、平面視で円形状の構成で説明したが、これに限定されず、平面視で正方形状や多角形状にする場合がある。第1起歪体11と第2起歪体12とは、平面視でいわゆるY字形状の起歪体や平面視でいわゆる十字形状の起歪体など既知の起歪体形状が適用できる。 In the above example, the first strain-causing body 11 and the second strain-causing body 12 have been described as having a circular shape in a plan view, but the present invention is not limited to this, and a case where a square shape or a polygonal shape is formed in a plan view. There is. As the first straining body 11 and the second straining body 12, known straining body shapes such as a so-called Y-shaped straining body in a plan view and a so-called cross-shaped straining body in a plan view can be applied.

上述の中間体13を設けた例では、中間体13と第1起歪体11と第2起歪体12とが平面視で同一形状の例で説明したが、これに限定されず、仕様等に応じて、中間体13を第1起歪体11や第2起歪体12とは異なる形状にする場合がある。中間体13は、平面視でいわゆるY字形状の起歪体や平面視でいわゆる十字形状の起歪体など既知の起歪体形状が中間体にも適用できる。 In the above-mentioned example in which the intermediate body 13 is provided, the intermediate body 13, the first strain-causing body 11 and the second strain-causing body 12 have the same shape in a plan view. Depending on the situation, the intermediate body 13 may have a shape different from that of the first strain-generating body 11 and the second strain-causing body 12. As the intermediate body 13, known strain-causing body shapes such as a so-called Y-shaped strain-causing body in a plan view and a so-called cross-shaped strain-generating body in a plan view can be applied to the intermediate.

第1起歪体11、第2起歪体12、中間体13の加工方法は切削加工、レーザ加工、放電加工若しくはこれらの複合加工等に限られず、エッチング法、ダイキャスト法、プレス加工、3Dプリンタ技術等既知の加工技術が適用できる。以上、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。 The processing methods of the first strain-causing body 11, the second strain-causing body 12, and the intermediate body 13 are not limited to cutting, laser machining, electric discharge machining, or a combination of these, but also etching, die-casting, press working, and 3D. Known processing technologies such as printer technology can be applied. As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment.

1、1A、1B 力覚センサ
11 第1起歪体、11a 第1主面、11b 第3主面、11c 受力部、11d 固定部、11e ビーム部、11f アーム部、11g フレクシャ部
12 第2起歪体、12a 第2主面、12b 第4主面、12c 受力部、12d 固定部、12e ビーム部、12f アーム部、12g フレクシャ部
13 中間体
14 テーブル
15 ベース
21 第1ブリッジ回路(Fz、Mx、My検出用ブリッジ回路)
22 第2ブリッジ回路(Fx、Fy、Mz検出用ブリッジ回路)
31〜34 第1歪みゲージ
41〜44 第2歪みゲージ
P1 中心軸
1, 1A, 1B Force sensor 11 1st strain generator, 11a 1st main surface, 11b 3rd main surface, 11c receiving part, 11d fixed part, 11e beam part, 11f arm part, 11g flexure part 12 2nd Distortion body, 12a 2nd main surface, 12b 4th main surface, 12c receiving part, 12d fixed part, 12e beam part, 12f arm part, 12g flexure part 13 Intermediate 14 Table 15 Base 21 1st bridge circuit (Fz) , Mx, My detection bridge circuit)
22 Second bridge circuit (Fx, Fy, Mz detection bridge circuit)
31-34 First strain gauge 41-44 Second strain gauge P1 Central axis

Claims (5)

複数の第1歪みゲージが配設された第1主面を有する第1起歪体と、複数の第2歪みゲージが配設された第2主面を有する第2起歪体とを備え、
前記第1起歪体と前記第2起歪体とは、前記第1主面と前記第2主面とが互いに外向きまたは互いに内向きで連結固定されていること
を特徴とする力覚センサ。
A first strain body having a first main surface on which a plurality of first strain gauges are arranged and a second strain body having a second main surface on which a plurality of second strain gauges are arranged are provided.
The first strain-generating body and the second strain-causing body are force sensor characterized in that the first main surface and the second main surface are connected and fixed to each other outward or inward to each other. ..
前記第1起歪体と前記第2起歪体とは同一構造であること
を特徴とする請求項1記載の力覚センサ。
The force sensor according to claim 1, wherein the first strain-causing body and the second strain-causing body have the same structure.
前記第1起歪体と前記第2起歪体とは金属ガラスからなること
を特徴とする請求項1または2記載の力覚センサ。
The force sensor according to claim 1 or 2, wherein the first strain-causing body and the second strain-causing body are made of metallic glass.
前記第1起歪体と前記第2起歪体との間に、X軸方向の力成分、Y軸方向の力成分、Z軸方向の力成分、X軸周りのモーメント成分、Y軸周りのモーメント成分、およびZ軸周りのモーメント成分に応じて変形可能な材質および形状からなる中間体が配設されていること
を特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載の力覚センサ。
Between the first strain-causing body and the second strain-causing body, a force component in the X-axis direction, a force component in the Y-axis direction, a force component in the Z-axis direction, a moment component around the X-axis, and a force component around the Y-axis. The force sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein an intermediate body made of a material and a shape that can be deformed according to a moment component and a moment component around the Z axis is arranged.
前記第1起歪体と前記第2起歪体とは、中心軸上に位置する受力部と前記受力部に対して固定される固定部と前記受力部と前記固定部とを連結するビーム部とをそれぞれ有しており、
前記第1歪みゲージと前記第2歪みゲージとは、前記ビーム部における互いに対称となる位置の4つによって所定方向の力成分を検出するブリッジ回路が構成されるようにそれぞれ配設されていること
を特徴とする請求項1〜4のいずれか一項記載の力覚センサ。
The first strain-generating body and the second strain-causing body are connected to a receiving portion located on a central axis, a fixing portion fixed to the receiving portion, the receiving portion, and the fixing portion. Each has a beam part to do
The first strain gauge and the second strain gauge are respectively arranged so as to form a bridge circuit for detecting a force component in a predetermined direction by four positions symmetrical with each other in the beam portion. The force sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the force sensor according to any one of claims 1 to 4.
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