JP6664742B2 - Force sensor - Google Patents

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Description

本発明は、歪ゲージ式の力覚センサに適用して有効な技術に関する。   The present invention relates to a technology that is effective when applied to a strain gauge type force sensor.

力覚センサは、受力部が受ける力ならびにモーメントを高精度に検出することが出来るため、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。   The force sensor can detect the force and moment received by the force receiving portion with high accuracy, and is therefore used for advanced control of measuring instruments, industrial robots, and the like.

従来の6軸力覚センサは、起歪体のアーム部の四面(例えば上面、下面、右側面、左側面)に歪みゲージを設けていた。そのため、多数の歪みゲージを設けることとなり、また、それら歪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。   In a conventional six-axis force sensor, strain gauges are provided on four surfaces (for example, an upper surface, a lower surface, a right side surface, and a left side surface) of an arm portion of a flexure element. Therefore, a large number of strain gauges are provided, and the wiring of the strain gauges becomes very complicated, resulting in a high price.

そこで本願発明者らは、起歪体のアーム部において向かい合う2面に所定配置で歪みゲージを設ける構成の力覚センサの提案を行った(特許文献1:特開2016−70673号公報参照)。   Therefore, the inventors of the present application have proposed a force sensor having a configuration in which strain gauges are provided in a predetermined arrangement on two opposing surfaces of an arm portion of a flexure element (see JP-A-2006-70673).

特開2016−70673号公報JP-A-2006-70673

特許文献1に記載の力覚センサは、起歪体のアーム部において向かい合う2面に所定配置で歪みゲージを設ける構造である。ここで、特許文献1に記載の力覚センサのように、例えばアーム部の上面および下面の2面に所定配置で設けられる歪みゲージによってブリッジ回路が構成される場合、上面の歪みゲージと下面の歪みゲージとが対称(平面視で一致)に設けられることが、検出精度を確保する上で重要である。つまり、検出精度を確保するためには、上面に貼り付けた複数の歪みゲージと、下面に貼り付けた複数の歪みゲージとが面対称となる位置に貼り付けられるように、高精度の位置調整が必要となる。しかし、高精度の位置調整を行うと生産性が低下してしまう。よって、さらなる、歪ゲージの位置ずれ防止と生産性の向上が望まれる。   The force sensor described in Patent Document 1 has a structure in which strain gauges are provided in a predetermined arrangement on two opposing surfaces in an arm portion of a strain body. Here, as in a force sensor described in Patent Document 1, for example, when a bridge circuit is formed by strain gauges provided in a predetermined arrangement on two surfaces of an upper surface and a lower surface of an arm portion, a strain gauge on the upper surface and a lower surface of the lower surface are formed. It is important that the strain gauge and the strain gauge are provided symmetrically (coincident in plan view) in order to ensure detection accuracy. In other words, in order to ensure detection accuracy, high-precision position adjustment is performed so that the plurality of strain gauges attached to the upper surface and the plurality of strain gauges attached to the lower surface are attached at positions that are plane-symmetric. Is required. However, if the position is adjusted with high accuracy, the productivity is reduced. Therefore, further prevention of displacement of the strain gauge and improvement of productivity are desired.

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、起歪体のアーム部において向かい合う2面に所定配置で複数の歪みゲージを設けることに起因する位置ずれをなくした構成によって、歪ゲージの位置ずれ防止と生産性の向上の両立が可能な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 has a configuration in which a displacement caused by providing a plurality of strain gauges in a predetermined arrangement on two opposing surfaces in an arm portion of a strain generating body is eliminated, thereby preventing displacement of the strain gauge. It is an object of the present invention to provide a force sensor having a configuration capable of improving productivity.

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 one embodiment, the above-mentioned problem is solved by a solution as disclosed below.

開示の力覚センサは、中心軸に対して回転対称となる位置に3つ以上設けられたビーム部を有する起歪体と、前記ビーム部の外側面に設けられた複数の歪みゲージと、を備え、前記起歪体は、前記中心軸上に位置する受力部と、前記受力部に対して前記ビーム部を介して固定される固定部と、を有し、前記ビーム部は、前記受力部と連結されるアーム部と、前記アーム部の延在方向と交差する方向で前記アーム部の両側にそれぞれ連結されるフレクシャ部と、を有し、前記複数の歪みゲージは、前記固定部の外周面と隣り合う位置の前記外側面にのみ設けられることを特徴とする。   The force sensor according to the disclosure includes a strain body having three or more beam portions provided at positions that are rotationally symmetric with respect to a central axis, and a plurality of strain gauges provided on an outer surface of the beam portion. Provided, the strain body has a force receiving portion located on the central axis, and a fixing portion fixed to the force receiving portion via the beam portion, the beam portion, An arm portion connected to a force receiving portion, and flexure portions connected to both sides of the arm portion in a direction intersecting with an extending direction of the arm portion, wherein the plurality of strain gauges are fixed to the plurality of strain gauges. It is provided only on the outer surface at a position adjacent to the outer peripheral surface of the portion.

開示の力覚センサによれば、ビーム部における、固定部の外周面と隣り合う位置の外側面にのみ複数の歪みゲージが設けられるので、アーム部において向かい合う2面に所定配置で歪みゲージを設けることに起因する位置ずれをなくした構成となる。よって、歪ゲージの位置ずれ防止ができる。さらに、前記外側面にのみ複数の歪みゲージを設ける構成によって、歪ゲージの配設数が半減するので生産性が大幅に向上し、且つ大幅なコストダウンが図られる。   According to the force sensor disclosed herein, since a plurality of strain gauges are provided only on the outer surface of the beam portion adjacent to the outer peripheral surface of the fixed portion, the strain gauges are provided in a predetermined arrangement on two opposite surfaces of the arm portion. This eliminates the displacement caused by this. Therefore, the displacement of the strain gauge can be prevented. Furthermore, by providing a plurality of strain gauges only on the outer surface, the number of strain gauges to be provided is reduced by half, so that productivity is greatly improved and cost is significantly reduced.

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斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an example of the force sensor according to the first embodiment of the present invention. 図2(A)は上記実施形態の力覚センサの平面図であり、図2(B)は図2(A)の正面図である。FIG. 2A is a plan view of the force sensor according to the embodiment, and FIG. 2B is a front view of FIG. 2A. 図3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斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing an example of a force sensor according to the second embodiment of the present invention. 図4(A)は上記実施形態の力覚センサの平面図であり、図4(B)は図4(A)の正面図である。FIG. 4A is a plan view of the force sensor according to the embodiment, and FIG. 4B is a front view of FIG. 4A. 図5は本発明の第3の実施形態に係る力覚センサの例を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing an example of a force sensor according to the third embodiment of the present invention. 図6(A)は上記実施形態の力覚センサの平面図であり、図6(B)は図6(A)の正面図である。FIG. 6A is a plan view of the force sensor of the embodiment, and FIG. 6B is a front view of FIG. 6A. 図7は上記実施形態の力覚センサの底面図である。FIG. 7 is a bottom view of the force sensor according to the embodiment. 図8は本発明の第4の実施形態に係る力覚センサの例を示す斜視図である。FIG. 8 is a perspective view showing an example of the force sensor according to the fourth embodiment of the present invention. 図9(A)は上記実施形態の力覚センサの平面図であり、図9(B)は図9(A)の正面図である。FIG. 9A is a plan view of the force sensor according to the embodiment, and FIG. 9B is a front view of FIG. 9A. 図10(A)は本発明に係る力覚センサが有するFz、Mx、My検出用ブリッジ回路の説明図であり、図10(B)は本発明に係る力覚センサが有するFx、Fy、Mz検出用ブリッジ回路の説明図である。FIG. 10A is an explanatory diagram of a bridge circuit for detecting Fz, Mx, and My included in the force sensor according to the present invention, and FIG. 10B is a diagram illustrating Fx, Fy, and Mz included in the force sensor according to the present invention. FIG. 4 is an explanatory diagram of a detection bridge circuit.

以下に説明する第1の実施形態〜第4の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。   The force sensor 1 according to the first to fourth embodiments described below includes force components Fx, Fy, in three-axis directions of a rectangular coordinate system (x-axis, y-axis, z-axis) in a three-dimensional space. This is a six-axis force sensor that can simultaneously detect a total of six components Fz and moment components Mx, My, and Mz around the three axes.

(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。第1の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3つのビーム部20が備わっている場合の例であり、基本構造の例である。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The force sensor 1 (1A) of the first embodiment is an example of a case where three beam units 20 are provided at positions rotationally symmetric with respect to the central axis P1, and is an example of a basic structure.

図1は、本実施形態に係る力覚センサ1Aの例を示す斜視図(概略図)であり、図2(A)はその平面図(概略図)であり、図2(B)はその正面図(概略図)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 perspective view (schematic diagram) showing an example of a force sensor 1A according to the present embodiment, FIG. 2 (A) is a plan view (schematic diagram) thereof, and FIG. 2 (B) is a front view thereof. It is a figure (schematic diagram) (signal processing part and wiring are not shown). In all the drawings for describing the embodiments, members having the same functions are denoted by the same reference numerals, and the repeated description thereof may be omitted.

図1、図2(A)、図2(B)に示すように、力覚センサ1Aは、複数の歪みゲージ41〜48と、複数の歪みゲージ41〜48が設けられる外側面20aを有する起歪体2と、を備える。本実施形態の起歪体2は、板状体であり、中心軸P1上に位置する受力部12と、受力部12に対して固定される固定部19と、受力部12と固定部19とを連結するビーム部20と、を有する。ビーム部20は、起歪体2の中心軸P1に対して回転対称となる位置に3つ配されている。固定部19は、同様に3つ配されている。起歪体2は、その中心軸P1に対して、回転対称となる形状である。   As shown in FIGS. 1, 2A, and 2B, the force sensor 1A includes a plurality of strain gauges 41 to 48 and an outer surface 20a on which the plurality of strain gauges 41 to 48 are provided. A distortion body 2. The flexure element 2 of the present embodiment is a plate-shaped body, and has a force receiving portion 12 located on the central axis P1, a fixing portion 19 fixed to the force receiving portion 12, and a fixing portion with the force receiving portion 12. A beam section 20 for connecting the section 19 with the beam section 20. The three beam portions 20 are arranged at positions that are rotationally symmetric with respect to the central axis P1 of the strain body 2. Similarly, three fixing portions 19 are arranged. The flexure element 2 has a shape that is rotationally symmetric with respect to the center axis P1.

図1と図2(A)において、破線で囲んだ部分がビーム部20のうちの1つを指している。ビーム部20は、受力部12と連結されるアーム部14と、アーム部14の延在方向であるY軸方向と交差するX軸方向でアーム部14の両側にそれぞれ連結されるフレクシャ部16,18と、を有する構成である。フレクシャ部16とフレクシャ部18は、起歪体2の中心軸P1に対して互いに線対称となる位置に設けられる。受力部12、ビーム部20、および固定部19は、一体構造体である。起歪体2は、受力部12および固定部19を剛体とみなしたときにビーム部20が弾性体とみなせるように各部のサイズが設定される。   1 and 2A, a portion surrounded by a broken line indicates one of the beam portions 20. The beam section 20 includes an arm section 14 connected to the force receiving section 12 and a flexure section 16 connected to both sides of the arm section 14 in an X-axis direction intersecting the Y-axis direction in which the arm section 14 extends. , 18. The flexure portion 16 and the flexure portion 18 are provided at positions that are line-symmetric with respect to the central axis P1 of the strain body 2. The force receiving portion 12, the beam portion 20, and the fixing portion 19 are an integral structure. The size of each part of the flexure element 2 is set so that the beam section 20 can be regarded as an elastic body when the force receiving section 12 and the fixing section 19 are regarded as rigid bodies.

図2(A)のように、フレクシャ部16(18)のY軸方向の巾寸法は、アーム部14のX軸方向の巾寸法よりも小さく設定される。そして、図2(B)のように、フレクシャ部16(18)のZ軸方向の高さ寸法は、フレクシャ部16,18のY軸方向の巾寸法よりも大きく設定される。   As shown in FIG. 2A, the width of the flexure portion 16 (18) in the Y-axis direction is set smaller than the width of the arm portion 14 in the X-axis direction. Then, as shown in FIG. 2B, the height of the flexure portions 16 (18) in the Z-axis direction is set to be larger than the width of the flexure portions 16 and 18 in the Y-axis direction.

複数の歪みゲージ41〜48は、ビーム部20に設けられており、固定部19の外周面19fと隣り合う位置の外側面20aにのみ設けられている。   The plurality of strain gauges 41 to 48 are provided on the beam portion 20, and are provided only on the outer surface 20 a at a position adjacent to the outer peripheral surface 19 f of the fixing portion 19.

外側面20aは、ビーム部20の中心軸P1方向の面と比較して、サイズが大きい。また、外側面20aには、遮蔽物がない。よって、外側面20aは、複数の歪みゲージ41〜48を配設し易く、且つ、起歪体2の小型化に対応し易い。   The outer side surface 20a is larger in size than the surface of the beam portion 20 in the direction of the central axis P1. Further, there is no shielding on the outer side surface 20a. Therefore, the outer side surface 20a is easy to arrange the plurality of strain gauges 41 to 48 and is easy to cope with downsizing of the strain body 2.

起歪体2は、例えば、NC(Numerical Control)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。ここでは、例えば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、受力部12、固定部19、およびビーム部20からなる起歪体2が成形される。起歪体2には、受力部12、固定部19、およびビーム部20のそれぞれを区画するための空間(貫通部)が形成される。本実施形態では、ビーム部20の径方向の側面のうち中心軸P1から離れた位置にある外側面20aと、固定部19の外周面19fとで、起歪体2の外周部を構成している。力覚センサ1Aは、固定部19に形成された貫通孔19aにボルト等を通して、例えば産業用ロボット等に組み付けられる。   The strain generating element 2 is obtained by, for example, forming a through-hole or the like in a springy material such as an aluminum alloy, an alloy steel, or a stainless steel using an NC (Numerical Control) machine. Here, for example, a plate-like body having a circular outer shape is subjected to cutting, laser machining, electric discharge machining, or a combination thereof, and the like, and the strain-generating body 2 including the force receiving portion 12, the fixing portion 19, and the beam portion 20 is formed. Is molded. The strain body 2 has a space (through portion) for partitioning each of the force receiving portion 12, the fixing portion 19, and the beam portion 20. In the present embodiment, the outer peripheral surface of the flexure element 2 is constituted by the outer peripheral surface 20a of the radial side surface of the beam portion 20 which is located away from the central axis P1 and the outer peripheral surface 19f of the fixing portion 19. I have. The force sensor 1A is assembled to, for example, an industrial robot or the like by passing a bolt or the like through a through hole 19a formed in the fixing portion 19.

力覚センサ1Aは、起歪体2の中心軸P1上に配された受力部12に力が加えられると、応力(曲げ、せん断、捩り)による歪みがビーム部20に生じる。例えば、ビーム部20の放射方向(延在方向)およびこれと直交する方向に曲げ(撓み)歪みが生じ、ビーム部20の放射方向に対して45°方向にせん断歪みが生じ、そしてビーム部20の周方向に捩り歪みが生ずる。力覚センサ1Aでは、これら歪みを検出するにあたり、ビーム部20における外側面20aにのみ複数の歪みゲージ41〜48が設けられる。外側面20aは、アーム部14の延在方向に形成されている。また、外側面20aは、ビーム部20の径方向の側面のうち中心軸P1から離れた位置に形成されている。   In the force sensor 1 </ b> A, when a force is applied to the force receiving portion 12 disposed on the central axis P <b> 1 of the flexure element 2, strain (bending, shearing, torsion) due to stress (bending, shearing, torsion) occurs in the beam portion 20. For example, bending (deflection) distortion is generated in the radiation direction (extending direction) of the beam portion 20 and a direction orthogonal thereto, shear distortion is generated in a 45 ° direction with respect to the radiation direction of the beam portion 20, and Causes torsional distortion in the circumferential direction. In the force sensor 1 </ b> A, a plurality of strain gauges 41 to 48 are provided only on the outer surface 20 a of the beam unit 20 when detecting these strains. The outer side surface 20a is formed in the direction in which the arm 14 extends. The outer side surface 20a is formed at a position apart from the central axis P1 on the radial side surface of the beam portion 20.

歪みゲージ41〜48としては、例えば、Cu(銅)−Ni(ニッケル)系合金やNi−Cr(クロム)系合金の金属薄膜(金属箔など)の配線パターンを、可撓性を有するポリイミドやエポキシ樹脂フィルムで覆ったものを用いることができる。このような歪みゲージ41〜48は、接着剤を用いてビーム部20における外側面20aに貼り付けられ、金属薄膜がビーム部20の歪みを受けて変形したときの抵抗変化から歪みを検知、検出することができる。また、歪みゲージ41〜48としては、半導体薄膜を用いた半導体歪みゲージを用いることもできる。また、歪みゲージ41〜48は、スパッタリング法や真空蒸着法を用いてビーム部20における外側面20aに金属薄膜ゲージを直接形成してもよい。   As the strain gauges 41 to 48, for example, a wiring pattern of a metal thin film (such as a metal foil) of a Cu (copper) -Ni (nickel) -based alloy or a Ni-Cr (chromium) -based alloy may be formed by using a polyimide having flexibility. One covered with an epoxy resin film can be used. Such strain gauges 41 to 48 are attached to the outer surface 20a of the beam unit 20 using an adhesive, and detect and detect distortion from a change in resistance when the metal thin film is deformed due to the distortion of the beam unit 20. can do. Further, as the strain gauges 41 to 48, semiconductor strain gauges using a semiconductor thin film can be used. Further, as the strain gauges 41 to 48, a metal thin film gauge may be directly formed on the outer surface 20a of the beam section 20 using a sputtering method or a vacuum evaporation method.

本実施形態によれば、固定部19の外周面19fと隣り合う位置の外側面20aにのみ複数の歪みゲージ41〜48を設けているので、アーム部において向かい合う2面に所定配置で複数の歪みゲージを設けることに起因する位置ずれをなくした構成となる。よって、歪ゲージの位置ずれ防止ができる。さらに、外側面20aにのみ複数の歪みゲージ41〜48を設ける構成によって、歪ゲージの配設数が半減するので生産性が大幅に向上し、且つ大幅なコストダウンが図られる。さらには、外側面20aには、遮蔽物がないので、スパッタリング法や真空蒸着法を用いて金属薄膜ゲージを直接形成することで複数の歪みゲージ41〜48を配設することが容易である。スパッタリング法や真空蒸着法を用いることで、生産性が飛躍的に向上する。そして、外側面20aは、ビーム部20の中心軸P1方向の面と比較して、サイズが大きいので、複数の歪みゲージ41〜48を配設し易く、且つ、起歪体2の小型化に対応し易い。   According to the present embodiment, since the plurality of strain gauges 41 to 48 are provided only on the outer surface 20a at a position adjacent to the outer peripheral surface 19f of the fixing portion 19, the plurality of strain gauges are arranged in a predetermined arrangement on the two facing surfaces in the arm portion. The configuration is such that the displacement caused by providing the gauge is eliminated. Therefore, the displacement of the strain gauge can be prevented. Further, by providing a plurality of strain gauges 41 to 48 only on the outer side surface 20a, the number of strain gauges to be provided is reduced by half, so that productivity is greatly improved and cost is significantly reduced. Furthermore, since there is no shielding on the outer surface 20a, it is easy to arrange a plurality of strain gauges 41 to 48 by directly forming a metal thin film gauge using a sputtering method or a vacuum evaporation method. By using a sputtering method or a vacuum evaporation method, productivity is significantly improved. Since the outer surface 20a is larger in size than the surface of the beam portion 20 in the direction of the central axis P1, it is easy to arrange the plurality of strain gauges 41 to 48 and to reduce the size of the strain body 2. Easy to respond.

複数の歪みゲージ41〜48は、固定部19の外周面19fよりも中心軸P1に近い位置に設けられる。これにより、力覚センサ1Aをハンドリングする際に、例えば、複数の歪みゲージ41〜48よりも中心軸P1から離れた位置に設けられた外周面19fを把持することで、複数の歪みゲージ41〜48に誤って接触してしまうことが防止できる。   The plurality of strain gauges 41 to 48 are provided at a position closer to the central axis P1 than the outer peripheral surface 19f of the fixing portion 19. Thereby, when handling the force sensor 1A, for example, by gripping the outer peripheral surface 19f provided at a position farther from the central axis P1 than the plurality of strain gauges 41 to 48, the plurality of strain gauges 41 to 48 can be prevented from being accidentally contacted.

本実施形態の力覚センサ1Aは、中心軸P1とZ軸を一致させた場合において、受力部12が受けた力の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を検出する構成とされる。力覚センサ1Aは、図10(A)に示すFz、Mx、およびMyを検出する第1ブリッジ回路21と、図10(B)に示すFx、Fy、およびMzを検出する第2ブリッジ回路22とを有する。本実施形態では、6軸方向の力成分を切り分けて検出するために、3つのビーム部20のそれぞれに、歪みゲージ41〜48からなる第1ブリッジ回路21および第2ブリッジ回路22を設けている。   The force sensor 1A of the present embodiment has a force component Fx in the X-axis direction, a force component Fy in the Y-axis direction, and a Z-axis of the force received by the force receiving unit 12 when the center axis P1 and the Z axis are made to coincide with each other. A direction component Fz, a moment component Mx around the X axis, a moment component My around the Y axis, and a moment component Mz around the Z axis are detected. The force sensor 1A includes a first bridge circuit 21 for detecting Fz, Mx, and My shown in FIG. 10A, and a second bridge circuit 22 for detecting Fx, Fy, and Mz shown in FIG. 10B. And In the present embodiment, the first bridge circuit 21 and the second bridge circuit 22 including the strain gauges 41 to 48 are provided for each of the three beam units 20 in order to separate and detect the force components in the six axial directions. .

Fz、Mx、およびMyを検出する第1ブリッジ回路21は、第1の歪ゲージ41、第2の歪ゲージ42、第3の歪ゲージ43、第4の歪ゲージ44から構成される。Fx、Fy、およびMzを検出する第2ブリッジ回路22は、第5の歪ゲージ45、第6の歪ゲージ46、第7の歪ゲージ47、第8の歪ゲージ48から構成される。ただし、この構成に限定されない。   The first bridge circuit 21 for detecting Fz, Mx, and My includes a first strain gauge 41, a second strain gauge 42, a third strain gauge 43, and a fourth strain gauge 44. The second bridge circuit 22 that detects Fx, Fy, and Mz includes a fifth strain gauge 45, a sixth strain gauge 46, a seventh strain gauge 47, and an eighth strain gauge 48. However, it is not limited to this configuration.

複数の歪みゲージ41〜48は、外側面20aにおいて、フレクシャ部16と一対一で対応する配置エリア16a内と、フレクシャ部18と一対一で対応する配置エリア18a内と、に二分されて設けられる。これによって、1対のフレクシャ部16,18から生じる歪みの検出力を高められる。   The plurality of strain gauges 41 to 48 are provided on the outer side surface 20a by being divided into an arrangement area 16a corresponding to the flexure part 16 one-to-one and an arrangement area 18a corresponding to the flexure part 18 one-to-one. . As a result, the ability to detect distortion generated by the pair of flexure sections 16 and 18 can be increased.

図2(B)に示すように、第1の歪ゲージ41と第3の歪ゲージ43、第2の歪ゲージ42と第4の歪ゲージ44、第5の歪ゲージ45と第7の歪ゲージ47、および、第6の歪ゲージ46と第8の歪ゲージ48は、中心軸P1に対して、互いに線対称の位置に設けられる。これによれば、線対称位置関係にある歪みゲージ41〜48の抵抗値をZ軸方向の力成分Fzに対して同様に変化させることができる。そして、第1ブリッジ回路21と第2ブリッジ回路22とを構成するので、受力部12に力が作用しないときに不要な出力信号が生じないようにキャンセルさせることができる。   As shown in FIG. 2B, a first strain gauge 41 and a third strain gauge 43, a second strain gauge 42 and a fourth strain gauge 44, a fifth strain gauge 45 and a seventh strain gauge. 47, and the sixth strain gauge 46 and the eighth strain gauge 48 are provided at positions symmetrical with each other with respect to the central axis P1. According to this, the resistance values of the strain gauges 41 to 48 having a line symmetrical positional relationship can be similarly changed with respect to the force component Fz in the Z-axis direction. Further, since the first bridge circuit 21 and the second bridge circuit 22 are configured, when no force acts on the force receiving unit 12, it is possible to cancel an unnecessary output signal so as not to be generated.

第1の歪ゲージ41と第2の歪ゲージ42、第3の歪ゲージ43と第4の歪ゲージ44、第5の歪ゲージ45と第7の歪ゲージ47、および、第6の歪ゲージ46と第8の歪ゲージ48は、外側面20aの中心線のうち、中心軸12と直交する方向の中心線P2に対して、互いに線対称の位置に設けられる。これによれば、線対称位置関係にある歪みゲージ41〜48の抵抗値をX軸方向の力成分Fxに対して同様に変化させることができる。そして、第1ブリッジ回路21と第2ブリッジ回路22とを構成するので、受力部12に力が作用しないときに不要な出力信号が生じないようにキャンセルさせることができる。   A first strain gauge 41 and a second strain gauge 42, a third strain gauge 43 and a fourth strain gauge 44, a fifth strain gauge 45 and a seventh strain gauge 47, and a sixth strain gauge 46. And the eighth strain gauge 48 are provided at symmetrical positions with respect to a center line P2 in a direction orthogonal to the center axis 12 among the center lines of the outer surface 20a. According to this, the resistance values of the strain gauges 41 to 48 having a line symmetrical positional relationship can be similarly changed with respect to the force component Fx in the X-axis direction. Further, since the first bridge circuit 21 and the second bridge circuit 22 are configured, when no force acts on the force receiving unit 12, it is possible to cancel an unnecessary output signal so as not to be generated.

第1の歪ゲージ41、第2の歪ゲージ42、第3の歪ゲージ43、第4の歪ゲージ44は、いずれも、歪みの検出方向がアーム部14の延在方向に対して45°方向(あるいは135°方向)となるように配される。   Each of the first strain gauge 41, the second strain gauge 42, the third strain gauge 43, and the fourth strain gauge 44 has a strain detection direction of 45 ° with respect to the extending direction of the arm 14. (Or 135 ° direction).

第5の歪ゲージ45、第6の歪ゲージ46、第7の歪ゲージ47、第8の歪ゲージ48は、いずれも、歪みの検出方向がアーム部14の延在方向と一致するように配される。   All of the fifth strain gauge 45, the sixth strain gauge 46, the seventh strain gauge 47, and the eighth strain gauge 48 are arranged such that the direction in which the strain is detected matches the direction in which the arm 14 extends. Is done.

そして、図10(A)に示すように、第1ブリッジ回路21に入力信号BVが印加されると、歪みゲージ41〜44の抵抗値の変化により非平衡状態となったときに出力信号Voが変化する。力覚センサ1Aではビーム部20に応力が発生するが、第1ブリッジ回路21を構成するので、干渉除去機能や温度保証機能を持たせると共に、例えば曲げ(撓み)による応力を検出する際には、せん断による応力をキャンセルさせている。   Then, as shown in FIG. 10A, when the input signal BV is applied to the first bridge circuit 21, the output signal Vo becomes unbalanced due to a change in the resistance value of the strain gauges 41 to 44. Change. In the force sensor 1A, stress is generated in the beam portion 20, but since the first bridge circuit 21 is formed, the force sensor 1A has an interference removal function and a temperature assurance function, and when detecting stress due to bending (bending), for example. , Cancels the stress caused by shearing.

また、図10(B)に示すように、第2ブリッジ回路22に入力信号BVが印加されると、歪みゲージ45〜48の抵抗値の変化により非平衡状態となったときに出力信号Voが変化する。力覚センサ1Aではビーム部20に応力が発生するが、第2ブリッジ回路22を構成するので、干渉除去機能や温度保証機能を持たせると共に、例えばせん断による応力を検出する際には、曲げ(撓み)による応力をキャンセルさせている。   Further, as shown in FIG. 10B, when the input signal BV is applied to the second bridge circuit 22, the output signal Vo becomes unbalanced due to a change in the resistance value of the strain gauges 45 to 48. Change. In the force sensor 1A, stress is generated in the beam section 20, but since the second bridge circuit 22 is formed, the beam section 20 is provided with an interference removal function and a temperature assurance function. (Bending).

中心軸P1とZ軸を一致させた場合において、力覚センサ1Aの起歪体2の受力部12が受けた力のZ軸方向の力成分Fz、X軸周りのモーメント成分Mx、およびY軸周りのモーメント成分Myを、第1ブリッジ回路21が検出した検出結果を次の表1に示す。   When the center axis P1 and the Z axis are matched, the force component Fz in the Z-axis direction, the moment component Mx around the X-axis, and the Y component of the force received by the force receiving portion 12 of the strain sensor 2 of the force sensor 1A. Table 1 below shows detection results obtained by detecting the moment component My around the axis by the first bridge circuit 21.

Figure 0006664742
Figure 0006664742

表1において、歪みゲージ41〜44の抵抗値が増加するときを「+」、減少するときを「−」、0また値が小さいときを「0」としている。また、出力信号Voは、ブリッジ出力(非平衡出力)があるときを「1」、0または値が小さいときを「0」としている。   In Table 1, when the resistance value of each of the strain gauges 41 to 44 increases, the value is “+”, when the resistance value decreases, “−”, and when the resistance value is small, the value is “0”. The output signal Vo is set to “1” when there is a bridge output (unbalanced output), and is set to “0” when the value is 0 or when the value is small.

表1によって、第1ブリッジ回路21は、Z軸方向の力成分Fz、X軸周りのモーメント成分Mx、およびY軸周りのモーメント成分Myにおいて、歪みゲージ41〜44の抵抗値の増減が確認され、Fz,Mx,Myを検出することができることが示された。   According to Table 1, the first bridge circuit 21 confirms that the resistance values of the strain gauges 41 to 44 increase and decrease in the Z-axis direction force component Fz, the X-axis moment component Mx, and the Y-axis moment component My. , Fz, Mx, and My can be detected.

次に、力覚センサ1Aの起歪体2の受力部12が受けた力のX軸方向の力成分Fx、Y軸方向の力成分Fy、およびZ軸周りのモーメント成分Mzを、第2ブリッジ回路22が検出した検出結果を次の表2に示す。   Next, the force component Fx in the X-axis direction, the force component Fy in the Y-axis direction, and the moment component Mz around the Z-axis of the force received by the force-receiving portion 12 of the strain body 2 of the force sensor 1A are calculated as a second component. The detection results detected by the bridge circuit 22 are shown in Table 2 below.

Figure 0006664742
Figure 0006664742

表2において、歪みゲージ45〜48の抵抗値が増加するときを「+」、減少するときを「−」、0また値が小さいときを「0」としている。また、出力信号Voは、ブリッジ出力(非平衡出力)があるときを「1」、0または値が小さいときを「0」としている。   In Table 2, “+” indicates that the resistance value of the strain gauges 45 to 48 increases, “−” indicates that the resistance value decreases, and “0” indicates that the resistance value is small. The output signal Vo is set to “1” when there is a bridge output (unbalanced output), and is set to “0” when the value is 0 or when the value is small.

表2によって、第2ブリッジ回路22は、X軸方向の力成分Fx、Y軸方向の力成分Fy、およびZ軸周りのモーメント成分Mzにおいて、歪みゲージ41〜44の抵抗値の増減が確認され、Fx,Fy,Mzを検出することができることが示された。   According to Table 2, the second bridge circuit 22 confirmed that the resistance values of the strain gauges 41 to 44 increased or decreased in the force component Fx in the X-axis direction, the force component Fy in the Y-axis direction, and the moment component Mz around the Z-axis. , Fx, Fy, and Mz can be detected.

表1と表2によれば、第2ブリッジ回路22では検出し難い成分(Fz、Mx、My)を第1ブリッジ回路21で検出し、また、第1ブリッジ回路21では検出し難い成分(Fx、Fy、Mz)を第2ブリッジ回路22で検出する相補的な構成となっている。このように第1ブリッジ回路21と第2ブリッジ回路22を構成することで、6軸方向の力成分を切り分けて検出することができる。   According to Tables 1 and 2, components (Fz, Mx, My) that are difficult to detect with the second bridge circuit 22 are detected by the first bridge circuit 21, and components (Fx) that are difficult to detect with the first bridge circuit 21. , Fy, Mz) are detected by the second bridge circuit 22 in a complementary configuration. By configuring the first bridge circuit 21 and the second bridge circuit 22 in this manner, it is possible to separate and detect the six-axis direction force components.

ここで、歪みゲージ41〜48を一組としたときの、3組は、中心軸P1に対して、回転対称となる配置構成である。これは、各外側面20aにおける歪みゲージ41〜48のブリッジ回路の組み方を同じにできるので、歪みゲージ41〜48を各外側面20aに設けるときの作業性がよく、初期状態での出力をゼロとする零位調整や、出力レベルを適正値にするための感度調整等の調整作業が容易となるからである。ただし、この構成に限定されない。   Here, when one set of the strain gauges 41 to 48 is provided, the three sets are arranged to be rotationally symmetric with respect to the central axis P1. This makes it possible to make the same arrangement of the bridge circuit of the strain gauges 41 to 48 on each outer surface 20a, so that the workability when providing the strain gauges 41 to 48 on each outer surface 20a is good, and the output in the initial state is zero. This is because adjustment work such as zero adjustment and sensitivity adjustment for setting the output level to an appropriate value becomes easy. However, it is not limited to this configuration.

(第2の実施形態)
第2の実施形態の力覚センサ1(1B)は、中心軸P1に対して回転対称となる位置に3つのビーム部20が備わっている場合の例であり、固定部19を補強した構造の例である。
(Second embodiment)
The force sensor 1 (1B) of the second embodiment is an example in which three beam portions 20 are provided at positions that are rotationally symmetric with respect to the central axis P1, and has a structure in which the fixing portion 19 is reinforced. It is an example.

図3は、本実施形態に係る力覚センサ1Bの例を示す斜視図(概略図)であり、図4(A)はその平面図(概略図)であり、図4(B)はその正面図(概略図)である(信号処理部および配線は不図示)。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。   FIG. 3 is a perspective view (schematic diagram) showing an example of the force sensor 1B according to the present embodiment, FIG. 4 (A) is a plan view (schematic diagram) thereof, and FIG. 4 (B) is a front view thereof. It is a figure (schematic diagram) (signal processing part and wiring are not shown). In the second embodiment, a description will be given focusing on differences from the first embodiment.

本実施形態では、例えば円柱状の素体に切削加工、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受力部12、固定部19、連結部9、およびビーム部20からなる起歪体2が成形される。起歪体2には、受力部12、固定部19、連結部9、およびビーム部20のそれぞれを区画するための空間(貫通部)が形成される。   In the present embodiment, for example, a columnar body is subjected to cutting, laser machining, electric discharge machining, or a combination thereof to form an elevating unit including a force receiving portion 12, a fixing portion 19, a connecting portion 9, and a beam portion 20. The strain body 2 is formed. The strain body 2 has a space (through portion) for partitioning each of the force receiving portion 12, the fixing portion 19, the connecting portion 9, and the beam portion 20.

本実施形態では、隣接する固定部19同士は、連結部9によって連結されている。受力部12、ビーム部20、固定部19、および連結部9は、一体構造体である。この構成によって、起歪体2は、固定部19と連結部9とで補強されるので、堅牢な構造となる。   In the present embodiment, the adjacent fixing portions 19 are connected by the connecting portion 9. The force receiving part 12, the beam part 20, the fixing part 19, and the connecting part 9 are an integral structure. With this configuration, the strain body 2 is reinforced by the fixing portion 19 and the connecting portion 9, and thus has a robust structure.

連結部9は、ビーム部20の径方向の側面のうち中心軸P1から離れた位置にある外側面20aと隣り合う位置にそれぞれ設けられている。外側面20aを囲む位置に2つの連結部9、および2つの固定部19が設けられている。そして、固定部19の外周面19fと、連結部9の外周面19gとで、起歪体2の外周部を構成している。これにより、外周面19fと外周面19gとで、外側面20aを囲む構成となる。   The connecting portion 9 is provided at a position adjacent to the outer side surface 20a at a position apart from the central axis P1 in the radial side surface of the beam portion 20. Two connecting portions 9 and two fixing portions 19 are provided at positions surrounding the outer side surface 20a. The outer peripheral surface 19f of the fixing portion 19 and the outer peripheral surface 19g of the connecting portion 9 constitute the outer peripheral portion of the strain body 2. Thus, the outer peripheral surface 19f and the outer peripheral surface 19g surround the outer surface 20a.

複数の歪みゲージ41〜48は、外周面19fよりも中心軸P1に近い位置に設けられ、且つ、外周面19gよりも中心軸P1に近い位置に設けられる。これにより、力覚センサ1Bをハンドリングする際に、例えば、複数の歪みゲージ41〜48よりも中心軸P1から離れた位置に設けられた外周面19fと外周面19gのいずれかないしは両方を把持することで、複数の歪みゲージ41〜48に誤って接触してしまうことが防止できる。さらに、複数の歪みゲージ41〜48は、外周面19fと外周面19gとで構成される起歪体2の外周部よりも中心軸P1に近い位置に設けられることで保護されているので、複数の歪みゲージ41〜48に誤って接触してしまうことが防止できる。   The plurality of strain gauges 41 to 48 are provided at a position closer to the central axis P1 than the outer peripheral surface 19f, and are provided at a position closer to the central axis P1 than the outer peripheral surface 19g. Thereby, when handling the force sensor 1B, for example, one or both of the outer peripheral surface 19f and the outer peripheral surface 19g provided at a position farther from the central axis P1 than the plurality of strain gauges 41 to 48 are gripped. By doing so, it is possible to prevent erroneous contact with the plurality of strain gauges 41 to 48. Furthermore, since the plurality of strain gauges 41 to 48 are protected by being provided at a position closer to the central axis P1 than the outer peripheral portion of the strain generating body 2 composed of the outer peripheral surface 19f and the outer peripheral surface 19g, Erroneous contact with any of the strain gauges 41 to 48 can be prevented.

フレクシャ部16,18の中心軸P1方向の両面にはそれぞれスリット19bが形成されている。スリット19bによって、フレクシャ部16,18の中心軸P1方向の両面と、連結部9とは、切り離されているので、フレクシャ部16,18が弾性変形し易い構造となっている。スリット19bはX軸方向に延設されて所定深さの溝形状となっている。スリット19bによって、フレクシャ部16,18の中心軸P1と直交する方向の両面と、固定部19とは、互いの結合が疎になっているので、フレクシャ部16,18が弾性変形し易い構造となっている。したがって、歪みゲージ41〜48が歪みを検出し易い構造となっている。   Slits 19b are formed on both surfaces of the flexure portions 16 and 18 in the direction of the central axis P1. Since both surfaces of the flexure portions 16 and 18 in the direction of the central axis P1 and the connecting portion 9 are separated by the slit 19b, the flexure portions 16 and 18 are easily elastically deformed. The slit 19b extends in the X-axis direction and has a groove shape with a predetermined depth. Due to the slit 19b, both surfaces of the flexure portions 16 and 18 in the direction orthogonal to the central axis P1 and the fixed portion 19 are loosely coupled to each other, so that the flexure portions 16 and 18 are easily elastically deformed. Has become. Therefore, the strain gauges 41 to 48 have a structure in which strain can be easily detected.

また、受力部12およびアーム部14は、固定部19および連結部9で保護されているので、堅牢な構造となる。   In addition, since the force receiving portion 12 and the arm portion 14 are protected by the fixing portion 19 and the connecting portion 9, a robust structure is provided.

(第3の実施形態)
第3の実施形態の力覚センサ1(1C)は、中心軸P1に対して回転対称となる位置に3つのビーム部20が備わっている場合の例であり、テーブル6、起歪体2、およびベース8が一体化された構造の例である。
(Third embodiment)
The force sensor 1 (1C) of the third embodiment is an example in which three beam portions 20 are provided at positions that are rotationally symmetric with respect to the central axis P1, and the table 6, the flexure element 2, This is an example of a structure in which the base 8 and the base 8 are integrated.

図5は、本実施形態に係る力覚センサ1Cの例を示す斜視図(概略図)であり、図6(A)はその平面図(概略図)であり、図6(B)はその正面図(概略図)であり、図7はその底面図(概略図)である(信号処理部および配線は不図示)。第3の実施形態では、既に説明した実施形態と相違する点を中心に説明する。   FIG. 5 is a perspective view (schematic diagram) showing an example of the force sensor 1C according to the present embodiment, FIG. 6 (A) is a plan view (schematic diagram) thereof, and FIG. 6 (B) is a front view thereof. FIG. 7 is a schematic diagram, and FIG. 7 is a bottom view (schematic diagram) thereof (signal processing unit and wiring are not shown). In the third embodiment, a description will be given focusing on differences from the already described embodiments.

本実施形態では、例えば円柱状の素体に切削加工、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受力部12と固定部19とビーム部20とを有する起歪体2、テーブル6、およびベース8が一体的に成形される。また、受力部12、固定部19、ビーム部20、テーブル6、およびベース8のそれぞれを区画するための空間(貫通部)が形成される。   In the present embodiment, for example, a cylindrical element body is subjected to cutting, laser processing, electric discharge machining, or a combination thereof, and the like, and is subjected to a strain generating body 2 having a force receiving portion 12, a fixed portion 19, and a beam portion 20, The table 6 and the base 8 are integrally formed. In addition, a space (through portion) for partitioning each of the force receiving portion 12, the fixing portion 19, the beam portion 20, the table 6, and the base 8 is formed.

本実施形態では、テーブル6は、中心軸P1上に配されており、受力部12に連結されている。ベース8は、中心軸P1上でテーブル6と反対側の位置に配されており、固定部19から中心軸P1の方向に延設された結合部19dに連結されている。テーブル6、受力部12、ビーム部20、固定部19、結合部19d、およびベース8は、一体構造体である。   In the present embodiment, the table 6 is disposed on the central axis P1 and is connected to the force receiving portion 12. The base 8 is arranged at a position opposite to the table 6 on the central axis P1, and is connected to a coupling portion 19d extending from the fixed portion 19 in the direction of the central axis P1. The table 6, the force receiving section 12, the beam section 20, the fixing section 19, the connecting section 19d, and the base 8 are an integral structure.

この構成によって、起歪体2を、テーブル6とベース8とに組み込む工数が削減できる。また、テーブル6、起歪体2、およびベース8は、一体構造体であることで、起歪体2とテーブル6、起歪体2とベース8とを、それぞれ組み付けるボルトやネジ等の部品が削減できる。さらに、部品組み立てによる組み立て誤差がなくなるため、性能が向上する。そして、このような力覚センサ1Cは、ハンドリングし易くなる。また、テーブル6とベース8とで起歪体2を保護しており、堅牢な構造となる。   With this configuration, the number of man-hours for incorporating the flexure element 2 into the table 6 and the base 8 can be reduced. In addition, since the table 6, the flexure element 2 and the base 8 are an integral structure, parts such as bolts and screws for assembling the flexure element 2 and the table 6 and the flexure element 2 and the base 8 are used. Can be reduced. Furthermore, the performance is improved because assembly errors due to the assembly of parts are eliminated. And such a force sensor 1C becomes easy to handle. Further, the flexure element 2 is protected by the table 6 and the base 8, so that a robust structure is provided.

テーブル6のZ軸方向の面のうち、受力部12と反対側の面には、中心軸P1に対して回転対称となる位置に、測定治具等をボルト等で取り付ける取り付け穴6aが所定間隔で4つ形成されており、また、中心軸P1と直交する方向の位置に、測定治具等の位置決めピンを取り付けるピン穴6bが所定間隔で2つ形成されている。   Of the surface of the table 6 in the Z-axis direction, a mounting hole 6a for mounting a measuring jig or the like with a bolt or the like is provided at a position that is rotationally symmetric with respect to the central axis P1 on a surface opposite to the force receiving portion 12. Four pin holes 6b for mounting positioning pins such as a measuring jig are formed at predetermined intervals at positions in a direction orthogonal to the center axis P1.

ベース8のZ軸方向の面のうち、受力部12と反対側の面には、中心軸P1に対して回転対称となる位置に、取り付け穴8aが所定間隔で4つ形成されている。取り付け穴8aは、力覚センサ1Cを計測機器の筐体等にボルト等で取り付けるものである。   Of the surface of the base 8 in the Z-axis direction, on the surface opposite to the force receiving portion 12, four mounting holes 8a are formed at predetermined intervals at positions that are rotationally symmetric with respect to the central axis P1. The mounting hole 8a is for mounting the force sensor 1C to a housing or the like of a measuring device with a bolt or the like.

複数の歪みゲージ41〜48は、テーブル6の外周面よりも中心軸P1に近い位置に設けられ、且つ、ベース8の外周面よりも中心軸P1に近い位置に設けられる。これにより、力覚センサ1Cをハンドリングする際に、複数の歪みゲージ41〜48に誤って接触してしまうことが防止できる。さらに、複数の歪みゲージ41〜48は、テーブル6とベース8とで保護されているので、複数の歪みゲージ41〜48に誤って接触してしまうことが防止できる。   The plurality of strain gauges 41 to 48 are provided at a position closer to the central axis P1 than the outer peripheral surface of the table 6 and are provided at a position closer to the central axis P1 than the outer peripheral surface of the base 8. Thereby, when handling the force sensor 1 </ b> C, it is possible to prevent the plurality of strain gauges 41 to 48 from being erroneously contacted. Further, since the plurality of strain gauges 41 to 48 are protected by the table 6 and the base 8, it is possible to prevent the plurality of strain gauges 41 to 48 from being erroneously contacted.

フレクシャ部16,18の中心軸P1方向の両面にはそれぞれ空間が形成されているので、フレクシャ部16,18が弾性変形し易い構造となっている。したがって、歪みゲージ41〜48が歪みを検出し易い構造となっている。   Since spaces are formed on both sides of the flexure portions 16 and 18 in the direction of the central axis P1, the flexure portions 16 and 18 are configured to be easily elastically deformed. Therefore, the strain gauges 41 to 48 have a structure in which strain can be easily detected.

また、起歪体2は、テーブル6およびベース8で保護されているので、堅牢な構造となる。   Further, since the flexure element 2 is protected by the table 6 and the base 8, it has a robust structure.

図6(B)に示すように、起歪体2の受力部12は、テーブル6と連結されている。図7に示すように、起歪体2の受力部12は、ベース8とは切り離されている。起歪体2の固定部19には、結合部19dが形成されている。起歪体2の固定部19は、結合部19dを介してベース8と連結されている。ここでは、受力部12は、平面視で、正六角形状となっている。   As shown in FIG. 6B, the force receiving portion 12 of the strain body 2 is connected to the table 6. As shown in FIG. 7, the force receiving portion 12 of the strain body 2 is separated from the base 8. A coupling portion 19d is formed in the fixing portion 19 of the strain body 2. The fixing portion 19 of the strain body 2 is connected to the base 8 via a connecting portion 19d. Here, the force receiving portion 12 has a regular hexagonal shape in plan view.

(第4の実施形態)
上述の第1の実施形態〜第3の実施形態では、起歪体2がビーム部20を3つ有する場合の例であり、いわゆるYビーム構造の例を示した。第4の実施形態の力覚センサ1(1D)は、起歪体2がビーム部20を4つ有する場合の例であり、いわゆるXビーム構造の例である。
(Fourth embodiment)
The above-described first to third embodiments are examples in which the strain body 2 has three beam portions 20, and have shown an example of a so-called Y beam structure. The force sensor 1 (1D) of the fourth embodiment is an example in which the strain body 2 has four beam portions 20, and is an example of a so-called X-beam structure.

図8は、本実施形態に係る力覚センサ1Dの例を示す斜視図(概略図)であり、図9(A)はその平面図(概略図)であり、図9(B)はその正面図(概略図)である(信号処理部および配線は不図示)。第4の実施形態では、既に説明した実施形態と相違する点を中心に説明する。   FIG. 8 is a perspective view (schematic diagram) showing an example of the force sensor 1D according to the present embodiment, FIG. 9 (A) is a plan view (schematic diagram) thereof, and FIG. 9 (B) is a front view thereof. It is a figure (schematic diagram) (signal processing part and wiring are not shown). In the fourth embodiment, a description will be given focusing on differences from the already described embodiments.

本実施形態では、例えば角柱状の素体に切削加工、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起歪体2が成形される。ビーム部20は、受力部12のZ軸方向の中心軸P1に対して回転対称位置に4つ配されている。   In the present embodiment, for example, the prism element 2 is subjected to cutting, laser processing, electric discharge machining, or a combination thereof to form the strain generating element 2. The four beam portions 20 are arranged at rotationally symmetric positions with respect to the center axis P1 of the force receiving portion 12 in the Z-axis direction.

本実施形態では、Z軸方向を上方とすると、受力部12の上部は、アーム部14および固定部19の上面から突出している。これにより、固定部19に形成された貫通孔19aにボルト等を通して載置台等に組み付けた状態で、受力部12に形成された取り付け穴12aに測定治具等をボルト等で取り付け易く、また、測定治具等が大きく変位しても固定部19に当接しない構造となっている。固定部19の下部は、切り欠き部19eが形成されている。これにより、固定部19に形成された貫通孔19aにボルト等を通して載置台等に組み付けた状態で、フレクシャ部16、18が、載置台等に当接しない構造となっている。ここでは、起歪体2は、平面視で、正方形状となっている。なお、この例に限定されず、起歪体2は平面視で円形状とすることができる。   In this embodiment, assuming that the Z-axis direction is upward, the upper portion of the force receiving portion 12 protrudes from the upper surfaces of the arm portion 14 and the fixing portion 19. This makes it easy to attach a measurement jig or the like to the mounting hole 12a formed in the force receiving portion 12 with a bolt or the like in a state in which the mounting hole or the like is inserted into the through hole 19a formed in the fixing portion 19 through a bolt or the like. , Even if the measuring jig or the like is largely displaced, it does not come into contact with the fixing portion 19. A cut-out portion 19e is formed at a lower portion of the fixing portion 19. Accordingly, the flexure portions 16 and 18 do not abut on the mounting table or the like in a state where the flexure sections 16 and 18 are assembled to the mounting table or the like through bolts or the like in the through holes 19a formed in the fixing section 19. Here, the strain body 2 has a square shape in plan view. Note that the present invention is not limited to this example, and the strain body 2 can be formed in a circular shape in plan view.

本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、本発明を逸脱しない範囲において種々変更が可能である。例えば、上述の実施形態では、6軸力覚センサに適用した場合について説明した。これに限らず、1軸、3軸など軸数を減らした力覚センサへも適用することができる。また、上述の実施形態では、ビーム部20を3つまたは4つ有する例について説明した。これに限らず、ビーム部20を5つ以上有する構成とすることができる。起歪体2は、上述の切削加工、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。   The present invention is not limited to the embodiments described above, and various changes can be made without departing from the present invention. For example, in the above-described embodiment, a case where the present invention is applied to a six-axis force sensor is described. The present invention is not limited to this, and can be applied to a force sensor having a reduced number of axes such as one axis and three axes. In the above-described embodiment, an example in which three or four beam units 20 are provided has been described. The configuration is not limited to this, and a configuration having five or more beam units 20 can be adopted. The strain generating element 2 is not limited to the above-described cutting, laser processing, electric discharge machining, or a combination thereof, and may employ a known processing technique such as an etching method, a die casting method, a press processing, and a 3D printer technique.

例えば、ブリッジ回路を構成する複数の歪みゲージ41〜48をビーム部に設けるにあたり、予めブリッジ回路を構成するよう接続された所定数の歪みゲージを、ブリッジ形成された歪みゲージASSY(assembly)として貼り付けることができる。   For example, when a plurality of strain gauges 41 to 48 forming a bridge circuit are provided in the beam section, a predetermined number of strain gauges connected in advance to form a bridge circuit are attached as bridge-formed strain gauges ASSY (assembly). Can be attached.

上述の、歪みゲージ41〜48の配設において、外側面20aは、内側面と比較して、スパッタリング法や真空蒸着法を用いることが容易な位置であり、スパッタリング法や真空蒸着法を用いて、歪みゲージ41〜48を同時に形成することによって、生産性が飛躍的に向上し、また、同時形成によって歪みゲージ同士の互いの位置ずれを防止することも可能となる。   In the arrangement of the strain gauges 41 to 48 described above, the outer surface 20a is a position where it is easier to use the sputtering method or the vacuum evaporation method than the inner surface, and the outer surface 20a is formed by using the sputtering method or the vacuum evaporation method. By forming the strain gauges 41 to 48 at the same time, the productivity is remarkably improved, and it is also possible to prevent mutual displacement of the strain gauges by the simultaneous formation.

1、1A、1B,1C、1D 力覚センサ
2 起歪体
6 テーブル
8 ベース
9 連結部
12 受力部
14 アーム部
16、18 フレクシャ部
16a、18a 配置エリア
19 固定部
19f 外周面
19g 連結部
20 ビーム部
20a 外側面
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)
41〜48 歪みゲージ
P1 中心軸
1, 1A, 1B, 1C, 1D Force sensor 2 Flexure element 6 Table 8 Base 9 Connecting part 12 Force receiving part 14 Arm part 16, 18 Flexure part 16a, 18a Arrangement area 19 Fixed part 19f Outer peripheral surface 19g Connecting part 20 Beam part 20a Outer side surface 21 First bridge circuit (Fz, Mx, My detection bridge circuit)
22 Second bridge circuit (Fx, Fy, Mz detection bridge circuit)
41-48 Strain gauge P1 Central axis

Claims (8)

中心軸に対して回転対称となる位置に3つ以上設けられたビーム部を有する起歪体と、前記ビーム部の外側面に設けられた複数の歪みゲージと、を備え、
前記起歪体は、前記中心軸上に位置する受力部と、前記受力部に対して前記ビーム部を介して固定される固定部と、を有し、
前記ビーム部は、前記受力部と連結されるアーム部と、前記アーム部の延在方向と交差する方向で前記アーム部の両側にそれぞれ連結されるフレクシャ部と、を有し、
前記複数の歪みゲージは、前記固定部の外周面と隣り合う位置の前記外側面にのみ設けられること
を特徴とする力覚センサ。
A flexure element having three or more beam portions provided at positions that are rotationally symmetric with respect to the central axis, and a plurality of strain gauges provided on an outer surface of the beam portion;
The strain body has a force receiving portion located on the central axis, and a fixing portion fixed to the force receiving portion via the beam portion,
The beam portion has an arm portion connected to the force receiving portion, and a flexure portion connected to both sides of the arm portion in a direction intersecting with an extending direction of the arm portion,
The force sensor, wherein the plurality of strain gauges are provided only on the outer surface at a position adjacent to the outer peripheral surface of the fixing portion.
前記複数の歪みゲージは、前記フレクシャ部と一対一で対応する1対の配置エリア内に、それぞれ設けられること
を特徴とする請求項1記載の力覚センサ。
2. The force sensor according to claim 1, wherein the plurality of strain gauges are provided in a pair of arrangement areas corresponding to the flexure unit on a one-to-one basis. 3.
隣接する前記固定部同士に連結された連結部を、さらに備え、
前記外側面を囲む位置に前記連結部および前記固定部が設けられていること
を特徴とする請求項1または請求項2記載の力覚センサ。
A connection portion connected to the adjacent fixed portions, further comprising:
The force sensor according to claim 1, wherein the connecting portion and the fixing portion are provided at a position surrounding the outer surface.
前記中心軸上に配されて前記受力部に連結されたテーブルと、前記中心軸上で前記テーブルと反対側の位置に配されて前記固定部に連結されたベースとを、さらに備えること
を特徴とする請求項1または請求項2記載の力覚センサ。
A table arranged on the central axis and connected to the force receiving portion, and a base arranged at a position opposite to the table on the central axis and connected to the fixing portion, further comprising: The force sensor according to claim 1 or claim 2, wherein
前記テーブル、前記起歪体、および前記ベースは、一体構造体であること、
を特徴とする請求項4記載の力覚センサ。
The table, the flexure element, and the base are an integral structure,
The force sensor according to claim 4, wherein:
前記受力部が受ける力のZ軸方向の力成分Fz、X軸周りのモーメント成分Mx、およびY軸周りのモーメント成分Myを検出する第1ブリッジ回路と、
前記受力部が受ける力のX軸方向の力成分Fx、Y軸方向の力成分Fy、およびZ軸周りのモーメント成分Mzを検出する第2ブリッジ回路と、を有し、
前記複数の歪みゲージは、前記第1ブリッジ回路を構成する第1の歪ゲージ、第2の歪ゲージ、第3の歪ゲージ、および第4の歪ゲージと、
前記第2ブリッジ回路を構成する第5の歪ゲージ、第6の歪ゲージ、第7の歪ゲージ、および第8の歪ゲージと、を有すること
を特徴とする請求項1〜5のいずれか一項記載の力覚センサ。
A first bridge circuit for detecting a force component Fz in the Z-axis direction, a moment component Mx around the X-axis, and a moment component My around the Y-axis of the force received by the force receiving unit;
A second bridge circuit for detecting a force component Fx in the X-axis direction, a force component Fy in the Y-axis direction, and a moment component Mz around the Z-axis of the force received by the force receiving unit;
The plurality of strain gauges include a first strain gauge, a second strain gauge, a third strain gauge, and a fourth strain gauge that configure the first bridge circuit;
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 5, further comprising a fifth strain gauge, a sixth strain gauge, a seventh strain gauge, and an eighth strain gauge constituting the second bridge circuit. A force sensor according to any one of the preceding claims.
前記第1の歪ゲージと前記第3の歪ゲージ、前記第2の歪ゲージと前記第4の歪ゲージ、前記第5の歪ゲージと前記第7の歪ゲージ、および、前記第6の歪ゲージと前記第8の歪ゲージは、前記中心軸に対して、互いに線対称となる位置に設けられること
を特徴とする請求項6記載の力覚センサ。
The first strain gauge and the third strain gauge, the second strain gauge and the fourth strain gauge, the fifth strain gauge and the seventh strain gauge, and the sixth strain gauge The force sensor according to claim 6, wherein the strain gauge and the eighth strain gauge are provided at positions that are line-symmetric with respect to the center axis.
前記第1の歪ゲージと前記第2の歪ゲージ、前記第3の歪ゲージと前記第4の歪ゲージ、前記第5の歪ゲージと前記第7の歪ゲージ、および、前記第6の歪ゲージと前記第8の歪ゲージは、前記中心軸と直交する方向の前記外側面の中心線に対して、互いに線対称となる位置に設けられること
を特徴とする請求項6または請求項7記載の力覚センサ。
The first strain gauge and the second strain gauge, the third strain gauge and the fourth strain gauge, the fifth strain gauge and the seventh strain gauge, and the sixth strain gauge 8. The apparatus according to claim 6, wherein the strain gauge and the eighth strain gauge are provided at positions that are line-symmetric with each other with respect to a center line of the outer surface in a direction orthogonal to the center axis. 9. Force sensor.
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