JP7114706B2

JP7114706B2 - 分割ブリッジ回路力センサ

Info

Publication number: JP7114706B2
Application number: JP2020526396A
Authority: JP
Inventors: スレッシュ，アシュウィンラム
Original assignee: インテュイティブサージカルオペレーションズ，インコーポレイテッド
Priority date: 2017-11-14
Filing date: 2018-11-14
Publication date: 2022-08-08
Anticipated expiration: 2038-11-14
Also published as: US11460360B2; JP2024069724A; KR102415597B1; JP2021503082A; US11965789B2; JP2022161908A; KR20200058567A; US20220390300A1; CN115574994A; CN111480059B; KR102482611B1; EP3710800A4; KR20220093402A; JP7512328B2; US20200278265A1; WO2019099562A1; EP3710800A1; CN111480059A

Description

（優先権の主張）
本出願は、２０１７年１１月１５日に出願された米国仮特許出願第62/586,721号及び２０１７年１１月１４日に出願された米国仮特許出願第62/586,166号に対する優先権の利益を主張するものであり、これらの出願の各々は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

低侵襲外科処置の間の力の感知とフィードバックは、処置を行う外科医により良好な没入、現実感及び直感性をもたらす可能性がある。ハプティクス（触覚）（haptics）のレンダリング及び精度の性能を最良にするために、力センサが、手術器具上に、可能な限り解剖学的組織相互作用に近接して配置されることがある。一つのアプローチは、手術器具に付与されたひずみを測定するために、印刷又は積層造形（additive deposition）プロセスを通して、力変換器上に形成された電気ひずみゲージを有する力センサを手術器具シャフトの遠位端に埋め込むことである。

図１は、４つのフルホイートストンブリッジ（フルブリッジ）を有する矩形梁を含む力センサを示す例示的な図面である。ブリッジ回路は、電気回路の回路トポロジーであり、２つの回路分岐（通常、互いに並列）が、それらに沿った中間点において最初の２つの分岐の間に接続された第３の分岐によってブリッジされる。２つのフルブリッジが、梁の長手方向軸に直交する力を測定するために、梁の２つの隣接する直交する側面の各々に形成される。梁は、シャフトの長手方向軸に直交する力を感知するために、手術器具シャフトの遠位部分に固定されることがある。梁の側面に直角に印加される力（すなわち、Ｘ又はＹの力）は、梁のその側面の近位端部及び遠位端部におけるフルブリッジによって決定される力測定値を差し引くことによって決定される。

力センサが、測定されることになる対象の直交力、モーメント、軸外力、軸外モーメント、圧縮／引張、ねじり、周囲温度及び勾配温度を含む種々の異なるひずみソースに直面する可能性がある。フルブリッジの各々は、温度、ねじり、軸外力、軸外モーメントの応力を相殺する。各個々のフルブリッジ出力は、力、モーメント、及び圧縮／引張による応力を示す。側面上に形成された近位フルブリッジによって生成された出力値の同じ側面上の遠位フルブリッジによって生成された出力値からの減算は、モーメント及び圧縮／引張を相殺し、測定されることになる対象の直交力を表す出力値をもたらす。

手術器具の力センサは、患者の安全を確実にするために重要であることがある。従って、力センサの故障を検出することによって危害から保護するために、力センサのエラー検出が必要とされることがある。エラー検出のための１つのアプローチは、エラーを検出するために比較することができる冗長な力測定値を生成するために、追加のフルブリッジを提供することであり得る。しかし、梁側面上の空間が限られているため、側面上に追加のフルブリッジを形成することは実用的ではない。さらに、製造プロセスは、典型的には、多くて２つの側面上でのブリッジの形成に限定される。４つの側面へのブリッジの形成は、製造コストを大幅に増加させる。

一態様では、力センサが、長手方向軸と、近位端部と、遠位端部とを有する梁を含む。第１のホイートストンブリッジが、梁の第１の面上に配置され、第１及び第２の引張ゲージ抵抗器（tension gauge resistors）並びに第１及び第２の圧縮ゲージ抵抗器を含む。第２のホイートストンブリッジが、梁の第１の面上に配置され、第３及び第４の引張ゲージ抵抗器並びに第３及び第４の圧縮ゲージ抵抗器を含む。第１及び第３の引張ゲージ抵抗器並びに第１及び第３の圧縮ゲージ抵抗器は、梁の近位端部に配置される。第２及び第４の引張ゲージ抵抗器並びに第２及び第４の圧縮ゲージ抵抗器は、梁の遠位端部に配置される。

別の態様では、力センサが、長手方向軸と、近位端部と、遠位端部とを有する梁を含む。第１の引張ゲージハーフブリッジが、梁の第１の面上に配置され、第１及び第２の引張ゲージ抵抗器を含む。第２の引張ゲージハーフブリッジが、梁の第１の面上に配置され、第３及び第４の引張ゲージ抵抗器を含む。圧縮ゲージハーフブリッジが、梁の第１面上に配置され、第１及び第２の圧縮ゲージ抵抗器を含む。第１及び第３の引張ゲージ抵抗器並びに第１の圧縮ゲージ抵抗器は、梁の近位端部に配置される。第２及び第４の引張ゲージ抵抗器並びに第２の圧縮ゲージ抵抗器は、梁の遠位端部に配置される。

さらに別の態様では、力センサは、長手方向軸と、近位端部と、遠位端部とを有する梁を含む。第１のブリッジ回路が、梁の第１の面上に配置され、複数の引張ゲージ抵抗器及び少なくとも１つの圧縮ゲージ抵抗器を含む。第２のブリッジ回路が、梁の第１の面上に配置され、複数の引張ゲージ抵抗器及び少なくとも１つの圧縮ゲージ抵抗器を含む。第１のブリッジ回路及び第２のブリッジ回路の各々からの少なくとも１つの引張抵抗器並びに第１のブリッジ及び第２のブリッジのうちの１つからの少なくとも１つの圧縮ゲージ抵抗器は、梁の近位端部に配置される。第１のブリッジ回路及び第２のブリッジ回路の各々からの少なくとも１つの引張抵抗器並びに第１のブリッジ及び第２のブリッジのうちの他のうちの１つからの少なくとも１つの圧縮ゲージ抵抗器は、梁の遠位端部に配置される。

図面は必ずしも正確な比率で描かれていないが、これらの図面において、類似の番号は類似の要素を互いに異なる視点で説明し得る。異なる文字のサフィックスを有する類似の番号は、類似の要素の異なる例を表わし得る。図面は概して、この文書で論じる様々な実施形態を例として示すが、限定するものではない。

４つのフルホイートストンブリッジ（フルブリッジ）を有する矩形梁を含む力センサを示す例示的な図面である。いくつかの例による、取り付けられた力センサ梁を有する細長いシャフトを備える手術器具の遠位部の例示的な側面立面図である。一対の分割ブリッジ回路が形成された梁側面を有する力センサ梁の例示的な斜視図である。第１のフルブリッジブリッジ回路を表す例示的な概略図である。第２のフルブリッジ回路を表す例示的な概略図である。その上に形成された一対の交互配置型分割ブリッジ回路を備える梁側面を有する力センサ梁の例示的な斜視図である。一対のインタリーブ（かみ合い）型分割ハーフブリッジ回路を備える梁面側を有する力センサ梁の例示的な斜視図である。３つのハーフブリッジ回路を表す例示的な概略図である。図６のインタリーブ（かみ合い）型の３つのハーフブリッジの例のゲージセンサの配置を示す梁の例示的な側面図である。一対の交互配置型分割ハーフブリッジ回路を備える梁面を有する力センサ梁の例示的な斜視図である。図９の交互配置型の３つのハーフブリッジの例のゲージセンサの配置を示す例示的な側面図である。梁の中立軸に沿って配置されたＴゲージ（引張）及びＣゲージ（圧縮）を有する梁の例示的な斜視図である。梁の近位端部及び遠位端部にそれぞれ、梁の中立軸に沿って配置された引張ゲージＲ１及びＲ２を有する梁の例示的な斜視図である。図１２のＲ１及びＲ２を含むハーフブリッジ回路を示す説明図である。力が梁に印加される位置からの距離ｌにおけるひずみ測定を示す片持梁に印加される力の例示的な側面図である。力が梁に印加される位置からの近位距離及び遠位距離でのひずみ測定を示す片持梁に印加される力の例示的側面図である。片持ち梁の側面図である。ホイートストンブリッジが近位端部に配置された梁の側面図である。図１７Ａのホイートストンブリッジ回路の概略図である。引張ゲージ抵抗器Ｒ１及び圧縮ゲージ抵抗器Ｒ２を有する分割ホイートストンブリッジを備える梁の側面図である。２つの分割フルブリッジ回路を有する梁を含む例示の力センサを示す説明図である。２つの近位分割ブリッジ回路半部のひずみゲージ素子と２つの遠位分割ブリッジ回路半部のひずみゲージ素子との間に延在する機械的に分離されたリード線を示す例示的な単純化されたブロック図である。図２０Ａの例示的センサのひずみゲージ素子の第１の例の配置の特定の詳細を示す説明図である。図２０Ａの例示的なセンサのひずみゲージ素子の第２の例の配置の特定の詳細を示す説明図である。入力パッドと測定パッドとが一致する面積を有する近位接続パッドのセットと遠位接続パッドのセットとを示す説明図である。測定パッドが入力パッドよりも大きな面積を有する近位接続パッドのセットと遠位接続パッドのセットとを示す例示的な図である。励起電圧入力を共有する梁上に配置された例示的な第１及び第２の分割ブリッジ回路を含む力センサを示す例示的な回路概略図である。図２３の例示的な二重分割ブリッジ回路のためのタップリード線を示す例示的な図である。

図２は、幾つかの例による、力センサ梁２０６が取り付けられた、部分的に切り取られて示された、細長いシャフト２０４を備える手術器具２０２の遠位部分の例示的な側面立面図である。手術器具２０２は、例えば、関節動作可能な（articulatable）ジョー部を含み得る、エンドエフェクタ２０８を含む。外科的処置の間、エンドエフェクタ２０８は、解剖学的組織に接触し、これは、Ｘ、Ｙ、又はＺ方向の力を生じさせ、Ｙ方向の軸周りのモーメントＭ_Ｙのようなモーメント力を生じさせ得る。長手方向軸２１０を含む力センサ２０６は、長手方向軸２１０に垂直なＸ及びＹ力を測定するために使用され得る。

図３は、一対の分割ブリッジ回路が形成された梁側面２１２を有する力センサ梁２０６の例示的な斜視図である。ブリッジ回路は、各ブリッジ回路の一部が梁の近位端部に配置され、ブリッジ回路の一部が梁の遠位端部に配置されて分割される。より詳細には、図３の例では、ブリッジ回路は、幾つかの例にしたがって、その上に形成され、近位梁端部２０６Ｐにおいて（梁の側面から等距離にある）中立軸に沿って整列されたひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｃ１、Ｒ_Ｃ３、Ｒ_Ｔ１、Ｒ_Ｔ３を有し、遠位梁端部２０６Ｄにおいて中立軸に沿って整列されたひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｃ２、Ｒ_Ｃ４、Ｒ_Ｔ２、Ｒ_Ｔ４を有する、インタリーブ（かみ合い）型分割フルホイートストンブリッジ（フルブリッジ）として構成される。インタリーブ型分割フルブリッジの同一対（図示せず）が、隣接する直交梁側面２１４上に形成される。隣接する直交側面に形成された一対のインタリーブ型分割フルブリッジは、梁に引張ひずみを与え得る、梁２０６の長手方向軸２１０に垂直な力を測定するように構成される。中立軸は軸外力（off axis Force）及びモーメントに対して鈍感であるので、中立軸に沿ったゲージ抵抗器のアライメント（整列）は軸外荷重の影響を低減することが理解されるであろう。

図４Ａは、図示のように入力電圧Ｖ_ｉｎを受け且つ第１の出力電圧Ｖ_Ｏ１を生成するように結合された、引張ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ１及びＲ_Ｔ２を備える引張ゲージハーフブリッジを含み且つ圧縮ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｃ１及びＲ_Ｃ２を備える圧縮ゲージハーフブリッジを含む、対の第１の分割フルブリッジブリッジを表す例示的な概略図である。図４Ｂは、図示のように入力電圧Ｖ_ｉｎを受け且つ第２の出力電圧Ｖ_Ｏ２を生成するように結合された引張ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ３及びＲ_Ｔ４を有する引張ゲージハーフブリッジを含み且つ圧縮ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｃ３及びＲ_Ｃ４を有する圧縮ゲージハーフブリッジ含む、対の第２の分割フルブリッジを表す例示的な概略図である。

以下にさらに詳細に説明するように、各引張りひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ１－Ｒ_Ｔ４及び各圧縮ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｃ１－Ｒ_Ｃ４は、サーペンタイン（曲がりくねった）構成又は蛇行状の構成を形成するように、平行に整列するとともに端と端を結合された複数の細長い抵抗器部分を含む。圧縮ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｃ１－Ｒ_Ｃ４の細長い部分は、梁２０６上の圧縮ひずみを感知するように、梁の長手方向軸２１０に平行に整列され得る。引張ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ１－Ｒ_Ｔ４の細長い部分は、梁上の引張ひずみを感知するように、梁の長手方向軸に対して垂直に整列され得る。

再び図３を参照すると、各インタリーブ型分割フルブリッジは、梁２０６の近位端部２０６Ｐに配置された引張ゲージセンサ抵抗器と圧縮ゲージセンサ抵抗器とを有する。各インタリーブ型分割フルブリッジはまた、梁２０６の遠位端部２０６Ｄに配置された引張ゲージセンサと圧縮ゲージセンサとを有する。具体的には、ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ１、Ｒ_Ｔ３、Ｒ_Ｃ１及びＲ_Ｃ３は梁２０６の近位端部２０６Ｐに配置され、ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ２、Ｒ_Ｔ４、Ｒ_Ｃ２及びＲ_Ｃ４は梁２０６の遠位端部２０６Ｄに配置される。さらに、ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ１の細長い部分は、同一場所に設置され（co-located）且つ梁の同じ長手方向領域を占めるように、ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ３の細長い部分とかみ合う（インタリーブされる（interleaved with））（詳細には図８と同様）。ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｃ１の細長い部分は、同一場所に設置され且つ梁の同じ長手方向領域を占めるように、ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｃ３の細長い部分とインタリーブされる（詳細には図８と同様）。インタリーブ型圧縮ゲージ抵抗器Ｒ_Ｃ１、Ｒ_Ｃ３は、インタリーブ型引張抵抗器Ｒ_Ｔ１、Ｒ_Ｔ３よりも梁の近位端部に近接して配置される。ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ２の細長い部分は、同一場所に設置され且つ梁の同じ長手方向領域を占めるように、ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ４の細長い部分とインタリーブされる（詳細には図８と同様）。ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｃ３の細長い部分は、同一場所に設置され且つ梁の同じ長手方向領域を占めるように、ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｃ４の細長い部分とインタリーブされる（詳細には図８と同様）。インタリーブ型圧縮ゲージ抵抗器Ｒ_Ｃ２、Ｒ_Ｃ４は、インタリーブ型引張抵抗器Ｒ_Ｔ２、Ｒ_Ｔ４よりも梁の遠位端部から離れて配置される。図３の例のひずみゲージ抵抗器のインタリーブは、図８の例示的な図面に示されたインタリーブ型ハーフブリッジの例を参照して、説明からより良く理解されるであろう。

図５は、幾つかの例による、各々が近位梁端部２０６Ｐにおいて中立軸に沿って整列したひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｃ１、Ｒ_Ｃ３、Ｒ_Ｔ１、Ｒ_Ｔ３を有し且つ各々が遠位梁端部２０６Ｄにおいて中立軸に沿って整列したひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｃ２、Ｒ_Ｃ４、Ｒ_Ｔ２、Ｒ_Ｔ４を有する、その上に形成された交互配置型（staggered）分割フルブリッジを備える梁側面２１２を有する力センサ梁２０６の例示的な斜視図である。梁は、４つの細長い長方形の側面と長方形の端面を有する。交互配置型分割フルブリッジ（図示せず）の同一対が、隣接する直交梁側面２１４上に形成される。隣接する直交側面に形成された交互配置型分割フルブリッジの対は、梁に引張ひずみを与え得る、梁の長手方向軸に垂直な力を測定するように構成される。

上述の図４Ａ～４Ｂの例示的な概略図は、図５の交互配置型分割フルブリッジの第１及び第２のフルブリッジを表す。各交互配置型分割フルブリッジは、梁２０６の近位端部２０６Ｐに配置された引張ゲージセンサ抵抗器と圧縮ゲージセンサ抵抗器とを有している。各フルブリッジはまた、梁２０６の遠位端部２０６Ｄに配置された引張ゲージセンサと圧縮ゲージセンサとを有する。具体的には、ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ１、Ｒ_Ｔ３、Ｒ_Ｃ１及びＲ_Ｃ３は梁２０６の近位端部２０６Ｐに配置され、ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ２、Ｒ_Ｔ４、Ｒ_Ｃ２及びＲ_Ｃ４は梁２０６の遠位端部２０６Ｄに配置される。しかし、図３のインタリーブ型分割フルブリッジの対とは異なり、図５の分割交互配置分割ブリッジは、各フルブリッジのひずみゲージの対が梁の両端部において互いに隣接して配置される「交互配置型」配置で配置される。第１の交互配置型分割フルブリッジのひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ１及びＲ_Ｃ１は、梁２０６の近位端部２０６Ｐにおいて互いに隣接して配置される。第２の交互配置型分割フルブリッジのひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ３及びＲ_Ｃ３は、梁２０６の近位端部２０６Ｐに互いに隣接して配置され、ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ１及びＲ_Ｃ１よりも近位端部２０６Ｐから離れてオフセットされている。同様に、第１の交互配置型分割フルブリッジのひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ２及びＲ_Ｃ２は、梁２０６の遠位端部２０６Ｄにいて互いに隣接して配置される。第２の交互配置型分割フルブリッジのひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ４及びＲ_Ｃ４は、遠位端部２０６Ｄにおいて互いに隣接して配置され、ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ２及びＲ_Ｃ２よりも遠位端部２０６Ｄに近接してオフセットされる。

インタリーブ型分割フルブリッジと交互配置型分割フルブリッジの両方は、冗長な第１及び第２の出力電圧Ｖ_Ｏ１及びＶ_Ｏ２を生成する。図３のインタリーブ型分割フルブリッジの対及び図５の交互配置型分割フルブリッジの対の引張及び圧縮ゲージセンサ抵抗器の長手方向分布は、測定される力に対する３つの方向のいずれかにおける軸外荷重モーメント及び２つの直交方向のいずれかにおける力などの他のソースからの力によって生じ得るノイズを相殺し実質的に除去する。さらに、インタリーブ型分割フルブリッジの対の各々及び交互配置型分割フルブリッジの対の各々は、温度変動の影響を実質的に相殺するように構成される引張及び圧縮ひずみゲージ抵抗器の両方を含む。さらに、図３の例におけるこれらのひずみゲージ抵抗器のインタリーブは、それらが梁の同じ位置でひずみを測定することを確実にし、それにより、たとえ梁の長さに沿って温度変化があっても、冗長な第１の出力電圧Ｖ_Ｏ１及び第２の出力電圧Ｖ_Ｏ２が一致する値（matching values）を有することを確実にする。

従って、梁の近位端部と遠位端部との間の各フルブリッジのゲージセンサ抵抗器の分布は、第１及び第２の出力信号Ｖ_Ｏ１及びＶ_Ｏ２が同じ冗長値を生成するように、力の他のソースから生じるノイズの影響を除去し且つ温度の影響を相殺する。第１及び第２の出力信号値Ｖ_Ｏ１及びＶ_Ｏ２は、それらが異なる値を有するかどうかを判定するために比較され得る。Ｖ_Ｏ１とＶ_Ｏ２の値が異なるという判定は、例えば、力センサの損傷によるエラーの指示を提供する。

図６は、幾つかの例による、各々が梁２０６の近位端部及び遠位端部に形成された引張ゲージセンサ抵抗器を有する一対のインタリーブ型分割ハーフホイートストンブリッジ（ハーフブリッジ）を備える梁面２１２を有するとともに梁の近位端部及び遠位端部に形成された圧縮ゲージ抵抗器を有する共有ハーフブリッジを有する、力センサ梁２０６の例示的な斜視図である。第１の引張ゲージハーフブリッジが、近位端部２０６Ｐにひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ１を含み、遠位端部２０６Ｄにひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ２を含む（詳細には図８と同様）。第２の引張ゲージハーフブリッジが、近位端部２０６Ｐにひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ３を含み、遠位端部２０６Ｄにひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ４を含む（詳細には図８と同様）。圧縮ゲージハーフブリッジは、近位端部にひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｃ１を含み、遠位端部２０６Ｄにひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｃ２を含む。引張ゲージセンサ抵抗器を有するインタリーブ型ハーフブリッジ（図示せず）及び圧縮ゲージセンサ抵抗器を有する同一の共有ハーフブリッジ（図示せず）の同一の対が、隣接する直交梁面２１４上に形成される。隣接する直交面上に形成されるインタリーブ型分割ハーフブリッジの対は、梁に引張ひずみを与え得る梁２０６の長手方向軸２１０に垂直な力を測定するように構成される。隣接する直交梁面上に形成された共有圧縮ゲージセンサ抵抗器は、梁２０６に圧縮ひずみを付与し得る梁の長手方向軸に平行な力を測定するように構成される。

図７は、３つのハーフブリッジを表す例示的な概略図である。第１の引張ゲージハーフブリッジ６０２は、中立軸に沿って整列された引張ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ１及びＲ_Ｔ２を含む。第２の引張ゲージハーフブリッジ６０４は、中立軸に沿って整列された引張ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ３及びＲ_Ｔ４を含む。圧縮ハーフブリッジ６０６は、中立軸に沿って整列した圧縮ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｃ１及びＲ_Ｃ２を含む。第１及び第２の引張ゲージハーフブリッジ６０２、６０４及び圧縮ゲージハーフブリッジ６０６の各々は、入力電圧Ｖ_ｉｎを受けるように結合される。第１の引張ゲージハーフブリッジ６０２は、第１の張力出力Ｖ_Ｏ１を提供するように結合される。第２の引張ゲージハーフブリッジ６０４は、第２の張力出力Ｖ_Ｏ３を提供するように結合される。圧縮ゲージハーフブリッジ６０６は、圧縮力出力Ｖ_Ｏ２を生成するように結合される。各抵抗器Ｒ_Ｔ１－Ｒ_Ｔ４及びＲ_Ｃ１－Ｒ_Ｃ２は、サーペンタイン（曲がりくねった）（serpentine）又は蛇様の形状を形成するように、平行に整列され且つ端から端まで結合された複数の平行な細長い部分を含む。抵抗器Ｒ_Ｃ１－Ｒ_Ｃ２の細長い部分は、梁２０６の長手方向軸２１０に平行に整列され、圧縮ゲージセンサとして作用する。抵抗器Ｒ_Ｔ１－Ｒ_Ｔ４の細長い部分は、梁２０６の長手方向軸２１０に対して垂直に整列され、引張ゲージセンサとして作用する。

再び図６を参照すると、各インタリーブ型分割ハーフブリッジは、梁２０６の近位端部２０６Ｐに配置された引張ゲージセンサ抵抗器及び共有圧縮ゲージセンサ抵抗器を有する。各インタリーブ型分割ハーフブリッジはまた、梁２０６の遠位端部２０６Ｄに配置された引張ゲージセンサ及び共有圧縮ゲージセンサを有する。具体的には、ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ１、Ｒ_Ｃ１及びＲ_Ｔ３は梁２０６の近位端部２０６Ｐに配置され、ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ２、Ｒ_Ｃ２及びＲ_Ｔ４は梁２０６の遠位端部２０６Ｄに配置される。

図８は、破線で示される図６のインタリーブ型の３つのハーフブリッジの例のゲージセンサの配置を示す梁の側面図を示す。ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ１の細長い部分Ｌ_Ｔ１は、同一場所に設置され且つ梁の同一の長手方向領域を占めるように、ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ３の細長い部分Ｌ_Ｔ３とインタリーブされる。インタリーブ型ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ１及びＲ_Ｔ３は、梁の近位端部から圧縮ゲージ抵抗器Ｒ_Ｃ１よりも離れている。近位端部と遠位端部との間に延びるリード_{Ｔ１、Ｔ２}は、近位端部２０６Ｐに位置するＲ_Ｔ１と遠位端部２０６Ｄに位置するＲ_Ｔ２とを結合する。ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ２の細長い部分Ｌ_Ｔ２は、同一場所に設置され且つ梁の同一の長手方向領域を占めるように、ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ４の細長い部分Ｌ_Ｔ４とインタリーブされる。インタリーブ型ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ２及びＲ_Ｔ４は、圧縮ゲージ抵抗器Ｒ_Ｃ２よりも梁の遠位端部に近接して配置される。近位端部と遠位端部との間に延びるリード_{Ｔ３、Ｔ４}は、近位端部２０６Ｐに位置するＲ_Ｔ３と、遠位端部２０６Ｄに位置するＲ_Ｔ４とを結合する。近位端部と遠位端部との間に延びるリード_{Ｃ１、Ｃ２}は、近位端部２０６Ｐに位置するＲ_Ｃ１と遠位端部２０６Ｄに位置するＲ_Ｃ２とを結合する。

図９は、幾つかの例に従った、各々が梁の近位端部及び遠位端部に形成された引張ゲージセンサ抵抗器を有し、梁の近位端部及び遠位端部に形成された圧縮ゲージ抵抗器を有する共有ハーフブリッジを有する交互配置型分割ハーフブリッジを備えた梁面２１２を有する力センサ梁２０６の例示的な斜視図である。図７の概略図はまた、図９の交互配置型の３つのハーフブリッジを表している。第１の引張ゲージハーフブリッジは、近位端部２０６Ｐにひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ１を含み、遠位端部２０６Ｄにひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ２を含む。第２の引張ゲージハーフブリッジは、近位端部２０６Ｐにひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ３を含み、遠位端部２０６Ｄにひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ４を含む。圧縮ゲージハーフブリッジは、近位端部にひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｃ１を含み、遠位端部２０６Ｄにひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｃ２を含む。引張ゲージセンサ抵抗器を有するインタリーブ型分割ハーフブリッジ（図示せず）の同一の対及び圧縮ゲージセンサ抵抗器を有する同一の共有ハーフブリッジ（図示せず）が、隣接する直交梁面２１４上に形成される。隣接する直交面上に形成されたインタリーブ型分割ハーフブリッジの対は、梁２０６に引張ひずみを与え得る梁２０６の長手方向軸２１０に垂直な力を測定するように構成される。隣接する直交梁面上に形成された共有圧縮ゲージセンサ抵抗器は、梁２０６に圧縮ひずみを与え得る梁の長手方向軸２１０に平行な力を測定するように構成される。

図１０は、図９の交互配置型の３つのハーフブリッジ例のゲージセンサの配置を示す例示的な側面図である。第１の引張ゲージ抵抗器ハーフブリッジは、中立軸に沿って整列された引張ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ１及びＲ_Ｔ２を含む。第２の引張ゲージ抵抗器ハーフブリッジは、中立軸に沿って整列された引張ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ３及びＲ_Ｔ４を含む。圧縮ゲージ抵抗器ハーフブリッジは、中立軸に沿って整列された圧縮ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｃ１及びＲ_Ｃ２を含む。第１の圧縮ゲージ抵抗器Ｒ_Ｃ１は、第１の引張ゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ１と第３の引張ゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ３との間の梁の近位端部に配置され、第１の引張ゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ１は、第３の引張ゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ３よりも梁の近位端部に近接して配置される。第２の圧縮ゲージ抵抗器Ｒ_Ｃ２は、第２の引張ゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ２と第４の引張ゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ４との間の梁の遠位端部に配置され、第４の引張ゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ４は、第２の引張ゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ２よりも梁の遠位端部に近接して配置される。近位端部と遠位端部との間に延びるリード_{Ｔ１、Ｔ２}は、近位端部２０６Ｐに位置するＲ_Ｔ１と遠位端部２０６Ｄに位置するＲ_Ｔ２とを結合する。近位端部と遠位端部との間に延びるリード_{Ｔ３、Ｔ４}は、近位端部２０６Ｐに位置するＲ_Ｔ３と遠位端部２０６Ｄに位置するＲ_Ｔ４とを結合する。近位端部と遠位端部との間に延在するリード_{Ｃ１、Ｃ２}は、近位端部２０６Ｐに位置するＲ_Ｃ１と遠位端部２０６Ｄに位置するＲ_Ｃ２とを結合する。

従って、インタリーブ型分割ハーフブリッジ及び交互配置型分割ハーフブリッジの両方は、冗長な第１及び第２の張力出力電圧Ｖ_Ｏ１及びＶ_Ｏ３を生成する。図６のインタリーブ型分割ハーフブリッジの対及び図９の交互配置型分割ハーフブリッジの対の引張及び圧縮ゲージセンサ抵抗器の長手方向分布は、測定される力に対する３つの方向のいずれかにおける軸外荷重モーメント及び２つの直交方向のいずれかにおける力などの他のソースからの力によって生じ得るノイズをキャンセルし実質的に除去する。さらに、図６のインタリーブ型ハーフブリッジの例では、ひずみゲージ抵抗器のインタリーブにより、それらが梁の同じ位置でひずみを測定することを保証し、これは、冗長な第１の出力電圧Ｖ_Ｏ１及び第３の出力電圧Ｖ_Ｏ３が、梁の長さに沿った温度変化があっても、一致する値を有することを保証する。

本発明に到達するに当たり、本発明者は、各ハーフブリッジ（引張ゲージハーフブリッジ及び圧縮ゲージハーフブリッジの両方）が、次の応力：モーメント、軸外力、軸外モーメント、圧縮／引張、ねじり、及び周囲温度をキャンセルすることを理解した。また、本発明者は、各ハーフブリッジ出力が、次のもの：力及び勾配温度を含むことを理解した。
発明者はさらに、Ｖ_Ｏがハーフブリッジの出力である場合、以下であることを理解し、

ここで、ε_ｐ及びε_ｄは近接応力及び遠位応力を表し、ＧＦはゲージ率を表す。

次に、上式の（ε_ｐ－ε_ｄ）の差分は：モーメント、軸外力、軸外モーメント、圧縮／引張、ねじり、及び周囲温度をキャンセルし、次に、「Ｔｇａｕｇｅ」ハーフブリッジ出力及び「Ｃｇａｕｇｅ」ハーフブリッジ出力を差し引いて、勾配温度をキャンセルする。

Ｖ_Ｏ１が「Ｔｇａｕｇｅ」のハーフブリッジの出力であり、Ｖ_Ｏ２が「Ｃｇａｕｇｅ」のハーフブリッジの出力である場合、Ｖ_Ｏ１－Ｖ_Ｏ２の減算は周囲温度と勾配温度をキャンセルし、減算後の最終出力のみが求められている「Ｆｏｒｃｅ（力）」である。

図６及び図９の分割ハーフブリッジの例について、冗長な比較は、以下のように実施され得る。

冗長な比較は、ハーフブリッジ測定値Ｖ_Ｏ１、Ｖ_Ｏ２及びＶ_Ｏ３から力信号及び温度差信号を抽出した後に行われる。
Ｘ軸について、例えば（「ｘ」で示され）、
Ｆｏｒｃｅ１_＿ｘとｄｅｌｔａＴ１_＿ｘを取得するためにＶ_Ｏ１＿ｘとＶ_Ｏ２＿ｘを使用することができ、
Ｆｏｒｃｅ２_＿ｘ及びｄｅｌｔａＴ２_＿ｘを取得するためにＶ_Ｏ３＿ｘ及びＶ_Ｏ２＿ｘを使用することができ、
Ｙ軸（「ｙ」で示される）について、
Ｆｏｒｃｅ１_＿ｙとｄｅｌｔａＴ１_＿ｙを取得するためにＶ_Ｏ１＿ｙ及びＶ_Ｏ２＿ｙを使用することができ、
Ｆｏｒｃｅ２_＿ｙとｄｅｌｔａＴ２_＿ｙを取得するためにＶ_Ｏ２＿ｙ及びＶ_Ｏ２＿ｙを使用することができ、
冗長チェックのために、
Ｆｏｒｃｅ_＿ｘ：Ｆｏｒｃｅ１_＿ｘとＦｏｒｃｅ２_＿ｘが一致するかどうかをチェックし、
Ｆｏｒｃｅ_＿ｙ：Ｆｏｒｃｅ１_＿ｙとＦｏｒｃｅ２_＿ｙが一致するかどうかをチェックし、
ｄｅｌｔａＴ：ｄｅｌｔａＴ１_＿ｘとｄｅｌｔａＴ１_＿ｙが一致するかどうかをチェックする。

これらの比較チェックは、ゲージのいずれかの故障をカバーする。

ｄｅｌｔａＴ２_＿ｘ及びｄｅｌｔａＴ２_＿ｙは、それらが追加情報を提供しないため、一種のスローアウェイ項である。

電圧出力から力とｄｅｌｔａＴを計算するために使用される数学は次のとおりである。

ここで、「ＴｇａｕｇｅＶ_Ｏ」はＶ_Ｏ１、「ＣｇａｕｇｅＶ_Ｏ」はＶ_Ｏ２である。

従って、梁の近位端部と遠位端部との間の各引張ゲージハーフブリッジのゲージセンサ抵抗器の分布は、他の力のソースから生じるノイズの影響を除去し、温度の影響をキャンセルし、そのため、第１及び第２の引張ゲージ力出力信号Ｖ_Ｏ１及びＶ_Ｏ３が同じ冗長値を生成する。第１及び第２の引張ゲージ力出力信号値Ｖ_Ｏ１及びＶ_Ｏ３は、それらが異なる値を有するかどうかを決定するために比較され得る。Ｖ_Ｏ１とＶ_Ｏ３が異なる値を有するという決定は、例えば、力センサの損傷によるエラーの指標を提供する。

冗長な温度値は、隣接する直交面に形成される圧縮ゲージハーフブリッジによって生成される圧縮出力値Ｖ_Ｏ２によって与えられる。隣接する直交面に形成されるハーフブリッジによって生成される圧縮出力値Ｖ_Ｏ２は、それらが異なる値を有するかどうかを決定するために比較され得る。隣接する直交面上の圧縮ゲージハーフブリッジが異なる値を有するという決定は、例えば、力センサの損傷によるエラーの指標を提供する。

証明

Ａ．Ｔゲージ（Ｔｇａｕｇｅ）ひずみ及びＣゲージ（Ｃｇａｕｇｅ）ひずみを決定する：
図１１は、梁の中立軸に沿って配置されたＴゲージ（引張）及びＣゲージ（圧縮）を有する梁の例示的な斜視図である。

力と温度の変化を決定するために用いられる値は、以下を含む:
Ｆ_ｇ：検知面に沿った力
ｌ：加えられる力の位置
Ｍ：検知面に垂直に加えられるモーメント
Ｆ_Ｚ：中立軸に平行に加えられる力
Ｉ：慣性モーメント
Ａ：面積又は断面積
ＣＴＥ：熱膨張係数
ΔＴ：温度変化
ε：ひずみ
ρ：ポアソン比
Ｔゲージひずみ測定式：

Ｃゲージひずみ測定式:

Ｂ．力及びΔＴの決定：
図１２は、梁の近位端部及び遠位端部にそれぞれ、梁の中立軸に沿って配置された引張ゲージＲ１及びＲ２を持つ梁の例示的な斜視図である。図１３は、図１２のＲ１及びＲ２を含むハーフブリッジ回路を示す例示的な概略図である。

図１２－１３のハーフブリッジについては、上記のＴゲージひずみ測定を用いて、Ｒ１、Ｒ２、及びＶ_ｉｎに基づいてＶ_Ｏを計算することができる。

両ゲージの公称抵抗値は、無負荷で同じＲ値である。ゲージが受けるひずみに依存する抵抗の変化はゲージ係数をかけたものである。小さな抵抗変化に対しては、一次近似を用いて次式を得る。

力に関してＶ_Ｏを取得するためにひずみ方程式を代わりに用いることができる。

同様に、圧縮（Ｃ）ゲージを用いてハーフブリッジの方程式を得た。

ＣゲージとＴゲージの方程式を用いて、Ｆ_ｌｌ及びΔＴ＝（ΔＴ_１－ΔＴ_２）を解くことができる。

Ｃ．ひずみを利用した基本的な力測定：
図１４は、力が梁に加えられる位置からの距離ｌにおけるひずみ測定を示す片持梁に印加される力の例示的な側面図である。

片持梁の遠位端に加えられる垂直力に対するひずみ方程式は、次のとおりである。

ここで
Ｅ：弾性率
Ｉ：慣性モーメント。

ひずみ方程式は、検知点からの距離ｌだけでなく、加えられる力Ｆにも依存することが分かる。従って、加えられる力を測定できるようにするためには、「ｌ」の依存性を除去するための第２の測定が必要である。これを行う最も明白な方法は、梁に沿った異なる点でひずみを測定することである。

図１５は、力が梁に印加される位置からの近位距離ｌ_ｐｒｏｘ及び遠位距離ｌ_ｄｉｓｔにおけるひずみ測定を示す片持梁に加えられる力の例示的な側面図である。その結果、以下を得ることができる。

次に、２つの測定値を引くと、以下を得る。

距離の差は既知の量であり、２つの検知点間の距離である。

Ｄ．ノイズソース下での力測定
図１６は片持ち梁の側面図である。

典型的な力測定シナリオでは、我々には関心がないが依然として梁に測定可能なひずみを発生させるノイズソース／信号が存在し、これは、我々が検知しており、これは加えられる力の誤った推定に帰着することになる。存在する可能性がある他のひずみのソースは、
・２つの直交方向の力
・３方向すべてのモーメント
・温度変化
である。

測定したい力がＸ軸に沿って向けられるように基準フレームが選択された場合、
測定するための望ましくないひずみソースは、力（Ｆ_ｙ、Ｆ_ｚ）、モーメント（Ｍ_ｘ、Ｍ_ｙ、Ｍ_ｚ）及び温度（ΔＴ）である。

したがって、中立軸に平行に向けられた片持ち梁上の点検出要素の最も一般的なひずみ方程式は、以下の通りである。

ここで、
Ｅ：弾性率
Ｉ：慣性モーメント。
γ：中立軸を通るＹＺ面への垂直距離
ｄ：中立軸を通るＸＺ面への垂直距離
Ａ：断面積
ＣＴＥ：熱膨張係数
εｃ_Ｍｚ：中立軸に垂直なねじれＭ_ｚによるひずみ
εｔ_Ｍｚ：中立軸に平行なねじれＭ_ｚによるひずみ
ρ_ｒ：基板のポアソン比

上式から分かるように、ひずみの点測定は、多くのひずみソースに依存する。また、近位及び遠位の測定値を差し引く行為は、共通モードとしてのひずみのいくつかのソースを排除する。以下が排除される。
・力：Ｆ_ｚ
・モーメント：Ｍ_ｙ、Ｍ_ｚ

検知点／要素が中立軸を中心として対称的に配置される場合（ｄ＝０）、以下はひずみ測定値に影響を与えない。
・力：Ｆ_ｙ
・モーメント：Ｍ_ｘ

したがって、補償されないひずみソースは温度変化である。温度を補償する最も普通の方法は、温度変化からのひずみを局所的に除去するために「Ｃ」（圧縮）ゲージ及び「Ｔ」（引張）ゲージを使用するホイートストンブリッジ構成を使用することである。

図１７Ａは、その近位端部に配置されたホイートストンブリッジを持つ梁の側面図である。図１７Ｂは、図１７Ａのホイートストンブリッジ回路の概略図である。

ホイートストンブリッジの出力は次のとおりである。

ゲージの抵抗ひずみ関係は以下の通りである。

すべてのゲージの公称抵抗が同じであり、ひずみ-抵抗関係を置き換え、一次近似を行う場合、次の式が得られる。

Ｆ_ｘが適用されるとき、上式は次の形に変えられる。

ここで、Ｋはスカラー定数、ｌ＝Δｌ＋（１＋ρ_ｒ）ｌ_１、Δｌ＝ｌ_２－ｌ_１である。

したがって、加えられた力に比例する出力信号を得る。

温度変化がある場合、すべてのゲージで見られるひずみは同じであり、出力はゼロになり、これは、温度変化が局所的に補償されることを意味する。

従って、検知方向（Ｘ軸）における加えられる力を測定するためには、梁の近位端部及び遠位端部近くに位置する２つのホイートストンブリッジが必要である。

Ｅ. 単一ホイートストンブリッジを用いる力の測定
図１８は、その近位端部に中立軸に沿って配置された引張ゲージ抵抗器Ｒ１及び圧縮ゲージ抵抗器Ｒ２と、その遠位端部に中立軸に沿って配置された引張ゲージ抵抗器Ｒ３及び圧縮ゲージ抵抗器Ｒ４とを有する分割ホイートストンブリッジを備える梁の側面図である。図１７Ｂの概略図は、図１８の分割ブリッジに適用可能である。

ささいな設計を見ると、温度を局所的に補償し、２つの信号を測定し、加えられる力を取得するために外部から２つの信号を差し引くが、ホイートストンブリッジ方程式の構造は内部で信号を差し引く能力を持っているので、これを有利に使うことができる。また、温度が局所的に補償される代わりに、温度効果を全体的に補償できるようにゲージを配置することができる。

各測定点で見られる温度変化は、どこでも同じである周囲温度変化と、周囲温度とその点の温度との間の温度差である温度差に分解することができる。周囲温度変化は、最終的に共通のモードであり、近位及び遠位信号を差し引く行為だけで、その影響を除去する。

上記の構成では、出力信号を次のように得る。

温度差がなければ、Ｒ１、Ｒ２は引張ゲージであり、Ｒ３、Ｒ４は圧縮ゲージであり、加得られる力との関係は－ρ_ｒによって変化するので、Ｒ１及びＲ２は一緒に加えられ力を測定でき、Ｒ３及びＲ４は同様に加えられる力を測定できることがわかる。したがって、全体の式は次のようになる。

ここで、Ｋは固定定数であり、

温度差についての同じ構成は異なる結果を有し、Ｒ１及びＲ２は近位ゲージと遠位ゲージとの間の温度差の影響を測定し、Ｒ３及びＲ４は同様に温度差の影響を測定する。たとえ２つの対が異なるゲージタイプであっても、それらは、温度変化によるひずみに対して同じ感度を有する。

ここで、Ｋは固定定数であり、

したがって、「Ｃ」ゲージは温度補償ゲージ、「Ｔ」ゲージは測定ゲージとおおよそみなすことができる。

図１９は、２つの分割フルブリッジ回路を備える梁１９０２を含む力センサ１９００を示す例示的な図面である。梁１９０２は、近位端部１９０２Ｐと遠位端部１９０２Ｄと、その間の中央部とを含む。第１の分割ブリッジ回路は、ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｃ１、Ｒ_Ｃ３、Ｒ_Ｔ１、Ｒ_Ｔ３を含む。第１のブリッジ回路は、梁の近位端部に配置された圧縮ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｃ１及び引張ゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ１と、梁の遠位端部に配置された圧縮ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｃ３及び引張ゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ３とに分割される。第２の分割ブリッジ回路は、ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｃ２、Ｒ_Ｃ４、Ｒ_Ｔ２、Ｒ_Ｔ４を含む。第２のブリッジ回路は、梁の近位端部に配置された圧縮ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｃ２及び引張ゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ２と、梁の遠位端部に配置された圧縮ひずみゲージ抵抗器Ｒ_Ｃ４及び引張ゲージ抵抗器Ｒ_Ｔ４とに分割される。

梁上に配置された導電性測定出力リード線Ｌ１～Ｌ４及び入力信号リード線Ｌ５～Ｌ６が、図示のようにひずみゲージ抵抗器を電気的に結合する。測定出力リード線Ｌ１は、ノードＶ_Ｏ１ ^－でＲ_Ｔ１及びＲ_Ｔ３を電気的に結合するために梁の近位部、中央部及び遠位部と一体的に延びるように配置される。測定出力リード線Ｌ２は、ノードＶ_Ｏ１ ^＋においてＲ_Ｃ１及びＲ_Ｃ３を電気的に結合するために梁の近位部、中央部及び遠位部と一体的に延びるように配置される。測定出力リード線Ｌ３は、ノードＶ_Ｏ２ ^＋においてＲ_Ｃ２及びＲ_Ｃ４を電気的に結合するために梁と一体に延びるように配置される。測定出力リード線Ｌ４は、ノードＶ_Ｏ２ ^－においてＲ_Ｔ２及びＲ_Ｔ４を電気的に結合するために梁と一体的に延びるように配置される。入力信号リード線Ｌ５は、ノードＶ_Ｉ ^＋においてＲ_Ｃ１、Ｒ_Ｃ２、Ｒ_Ｔ１及びＲ_Ｔ２を電気的に結合するために梁の近位部内に延びる。入力信号リード線Ｌ６は、ノードＶ_Ｉ ^－においてＲ_Ｃ３、Ｒ_Ｃ４、Ｒ_Ｔ３及びＲ_Ｔ４を電気的に結合するために梁の遠位部内に延びる。リード線Ｌ１～Ｌ６は、梁と一体に配置され、梁に機械的に結合される。

Ｒ_Ｔ１、Ｒ_Ｔ３、Ｒ_Ｃ１、Ｒ_Ｃ３に結合された入力タップノードＶ_Ｉ ^＋、及びＲ_Ｔ２、Ｒ_Ｔ４、Ｒ_Ｃ２、Ｒ_Ｃ４に結合されたＶ_Ｉ ^－は、入力信号ノードとして作用し、入力励起信号の正極性及び負極性を受信するように結合される。Ｒ_Ｔ１、Ｒ_Ｔ３のそれぞれの接合部、及びＲ_Ｃ１、Ｒ_Ｃ３の接合部における測定タップノードＶ_Ｏ１ ^－及びＶ_Ｏ１ ^＋は、出力測定信号ノードとして働き、ひずみを示す出力測定信号を提供するように結合される。同様に、Ｒ_Ｔ２、Ｒ_Ｔ４のそれぞれの接合部、及びＲ_Ｃ２、Ｒ_Ｃ４の接合部における測定タップノードＶ_Ｏ２ ^－及びＶ_Ｏ２ ^＋は、出力測定信号ノードとして働き、ひずみを示す出力測定信号を提供するように結合される。

各分割ブリッジは、梁の近位端部に配置されたひずみゲージ抵抗器と梁の遠位端部に配置されたひずみゲージ抵抗器の両方を含むので、各ブリッジの抵抗器を電気的に結合するリード線Ｌ１～Ｌ６は比較的長い。例えば、図１９の第１及び第２の分割ブリッジの抵抗器を結合するリード線は、各ブリッジが完全に梁の近位端部又は梁の遠位端部のいずれかに位置する図１の例示的なブリッジの非分割ブリッジ回路の抵抗器を結合するために使用されるリード線よりも比較的長い。

分割ブリッジ回路は、ゲージがひずみゲージのサイズに比べて長距離にわたる梁位置に分布しているため、ひずみゲージ間に望ましくない量の不釣り合いリード抵抗を導入する可能性がある。リード抵抗は、センサ測定の精度に影響を及ぼし、クロスカップリング及び温度依存性オフセットを導入する。

より詳細には、導電性リード線は、ひずみゲージを生成する蒸着及びエッチングプロセスを介して梁上に一体的に形成される。好ましくは、リード線は、例えば、梁に与えられる力又は温度の変化に応答して、電気的特性を変化させない。しかし、梁の反対の端部で能動抵抗ひずみゲージを結合するために梁に沿って延びる導電性リード線は、梁に加えられる力に応じて梁が歪むのでひずみを受け、これは導電性線の抵抗を変化させる。いくつかの例において、リード線の長さは、蛇行形状の抵抗ひずみゲージ素子を構成する導体線部分の全体の長さに大きさが匹敵し得る。電気接続線はブリッジ回路の能動抵抗素子としてふるまうことを意図していないので、電気伝導線の抵抗の変化はひずみ測定値の歪み（distortion）を生じさせる可能性がある。従って、リード抵抗を低減し、残存するリード抵抗を最小限に抑えるバランスをとる必要がある。

図２０Ａ～２０Ｂは、中立軸２００４を有する梁２００２を含み、かつ測定出力リード線Ｌ１’～Ｌ４’によって電気的に結合された分割ブリッジ半部を有する２つの分割フルブリッジ回路を含み、かつ電気的に結合された入力リード線Ｌ５～Ｌ６が梁２００２から機械的に分離された梁２００２を含む、例示の力センサ２０００を示す説明図である。図２０Ａは、分割ブリッジ半部のひずみゲージ素子Ｒ_Ｃ１－Ｒ_Ｃ４及びＲ_Ｔ１－Ｒ_Ｔ４を簡略化したブロック図の形態で示し、分割ブリッジ半部のひずみゲージ素子間に延びる機械的に分離された測定出力リード線Ｌ１’－Ｌ４’を示し、ノードＶ_Ｉ ^＋においてＲ_Ｃ１、Ｒ_Ｃ２、Ｒ_Ｔ１及びＲ_Ｔ２を電気的に結合する入力信号リード線Ｌ５’を示し、ノードＶ_Ｉ ^－においてＲ_Ｃ３、Ｒ_Ｃ４、Ｒ_Ｔ３及びＲ_Ｔ４を電気的に結合する入力信号リード線Ｌ６’を示す。図２０Ｂは、図２０Ａの例示的なセンサのひずみゲージ素子Ｒ_Ｃ１－Ｒ_Ｃ４及びＲ_Ｔ１－Ｒ_Ｔ４の第１の例示的な配置の詳細を示す。図２０Ｃは、図２０Ａの例示的なセンサ２０００のひずみゲージ素子Ｒ_Ｃ１－Ｒ_Ｃ４及びＲ_Ｔ１－Ｒ_Ｔ４の第２の例示的な配置の詳細を示す。図面を簡単にするために、機械的に分離された測定出力リード線Ｌ１’－Ｌ４’及び入力リード線Ｌ５－Ｌ６は、図２０Ｂ-２０Ｃから省略されるが、それらの相互接続を以下に説明する。

図２０Ａを参照すると、図２０Ａの機械的に分離された測定出力リード線Ｌ１’－Ｌ４’は、図１９の対応してラベル付けされた一体測定出力リード線Ｌ１’－Ｌ４’に対応する。機械的に分離されたリード線Ｌ１’－Ｌ４’は、梁から外れて外にルーティングされ、この実装の一例は、梁にワイヤボンディングされたフレックス回路／ケーブルの一部であるリードＬ１’－Ｌ６’を有することになる。フレックスケーブルは、加えられる力による梁のたわみがフレックス回路／ケーブルにひずみを生じないように十分なたるみを有するように取り付けられ、さらに、フレックス回路上のリード線は、ニクロム（ニッケルとクロムの合金）などのより高い抵抗の薄膜材料と比較して銅などのより低い抵抗の電気材料で作ることができ、従って、より低い大きさのリード抵抗を提供する。従って、ひずみゲージ素子を電気的に結合するリード線Ｌ１’－Ｌ４’は、梁に加えられる歪ませる力（deflecting force）（図示せず）による梁２００２のたわみ（deflection）中に与えられるひずみから機械的に分離される。

図２０Ｂの例示的な２ブリッジ構成を参照すると、リード線の変化を除いて、図２０Ｂの力センサ２０００の構成は、図１９のセンサの構成と同一である。伸長された測定出力リード線Ｌ１’－Ｌ４’及び入力リード線Ｌ５－Ｌ６は、梁から機械的に分離され、より短い一体の近位リード線部分Ｘ_Ｐ１－Ｘ_Ｐ６及びより短い一体の遠位リード線部分Ｘ_Ｄ１－Ｘ_Ｄ６は、梁と一体に配置される。その結果、梁の機械的なたわみの間にリードに加えられる応力がより少なくなり、従って、図１９の例示的センサと比較した場合に生じるひずみ測定値の歪みがより少なくなる。

機械的に分離されたリード線Ｌ１’は、近位及び遠位ブリッジ半部のＶ_Ｏ１ ^－と標識されたノードでＲ_Ｃ１及びＲ_Ｃ３を電気的に結合するように、梁の近位部、中央部及び遠位部の間で梁から機械的に分離されて延びるように配置される。絶縁されたリード線Ｌ２’は、近位部及び遠位ブリッジ半部のＶ_Ｏ１ ^＋と標識されたノードでＲ_Ｔ１及びＲ_Ｔ３を電気的に結合するように、梁の近位部、中央部及び遠位部の間で梁から機械的に分離されて延びるように配置される。絶縁されたリード線Ｌ３’は、近位及び遠位ブリッジ半部のＶ_Ｏ２ ^－と標識されたノードでＲ_Ｃ２及びＲ_Ｃ４を電気的に結合するように、梁の近位部、中央部及び遠位部の間で梁から機械的に分離されて延びるように配置される。絶縁されたリード線Ｌ４’は、近位及び遠位ブリッジ半部においてＶ_Ｏ２ ^＋と標識されたノードでＲ_Ｔ２及びＲ_Ｔ４を電気的に結合するように、梁の近位部、中央部及び遠位部の間で梁から機械的に分離されて延びるように配置される。近位リード線要素Ｘ_Ｐ３－Ｘ_Ｐ４は、電圧Ｖ_Ｉ ^＋に結合され、それにより、電圧Ｖ_Ｉ ^＋でＲ_Ｃ１、Ｒ_Ｃ２、Ｒ_Ｔ１及びＲ_Ｔ２を電気的に結合する。遠位リード線要素Ｘ_Ｄ３－Ｘ_Ｄ４は、電圧Ｖ_Ｉ ^－に結合され、それにより、Ｒ_Ｃ３、Ｒ_Ｃ４、Ｒ_Ｔ３及びＲ_Ｔ４を電圧Ｖ_Ｉ ^＋に電気的に結合する。

図２０Ｃの例示的な２ブリッジ構成を参照すると、各圧縮ゲージ抵抗器及び各引張ゲージ抵抗器は、梁の中立軸２００４を中心に対称に配置される。さらに、第２の例の構成では、第１のブリッジの近位半部のＲ_Ｃ１及びＲ_Ｔ１、ならびに第２のブリッジの近位半部のＲ_Ｃ２及びＲ_Ｔ２は、梁の近位部において、それらの間の近位横断軸２００６Ｐの周りに対称に配置される。Ｒ_Ｔ１はＲ_Ｃ１を部分的に囲み、Ｒ_Ｔ２はＲ_Ｃ２を部分的に囲む。Ｒ_Ｃ１及びＲ_Ｔ１の端子は、近位横断軸２００６Ｐの近位に横方向に整列し、Ｒ_Ｃ２及びＲ_Ｔ２の端子は、近位横断軸２００６Ｐに遠位に横方向に整列する。同様に、第１のブリッジの遠位半部のＲ_Ｃ３及びＲ_Ｔ３、ならびに第２のブリッジの遠位半部のＲ_Ｃ４及びＲ_Ｔ４は、梁の遠位部においてそれらの間の遠位横断軸２００６Ｄの周りに対称に配置される。Ｒ_Ｃ３及びＲ_Ｔ３の端子は、遠位横断軸２００６Ｄの近位に横方向に整列され、Ｒ_Ｃ４及びＲ_Ｔ４の端子は、遠位横断軸２００６Ｄの遠位に横方向に整列される。Ｒ_Ｃ３はＲ_Ｃ３を部分的に囲み、Ｒ_Ｔ４はＲ_Ｃ４を部分的に囲む。

依然として図２０Ｃを参照すると、細長いリード線部分Ｌ１’－Ｌ４’は、梁から機械的に分離され、より短い一体の近位リード線部分Ｘ_Ｐ７－Ｘ_Ｐ８及びより短い一体の遠位リード線部分Ｘ_Ｄ７－Ｘ_Ｄ８は、梁と一体に配置される。その結果、より少ない応力が梁の機械的たわみの間にリードに加えられ、従って、図１９の例示的センサと比較するとき、より少ないひずみ測定値の歪みが生じる。

ノードとリード線との間の結合は、図２０Ｂ～２０Ｃの第１及び第２の例示的な構成と同じである。より具体的には、図２０Ｃを参照すると、機械的に分離されたリード線Ｌ１’は、近位及び遠位ブリッジ半部においてＶ_Ｏ１ ^－と標識されたノードでＲ_Ｃ１及びＲ_Ｃ３を電気的に結合するように、梁の近位部、中央部及び遠位部の間で梁から機械的に分離されて延びるように配置されている。分離されたリード線Ｌ２’は、近位及びブリッジ半部においてＶ_Ｏ１ ^＋と標識されたノードでＲ_Ｔ１及びＲ_Ｔ３を電気的に結合するように、梁の近位部、中央部及び遠位部の間で梁から機械的に分離されて延びるように配置される。分離されたリード線Ｌ３’は、近位及び遠位ブリッジ半部においてＶ_Ｏ２ ^－と標識されたノードでＲ_Ｃ２及びＲ_Ｃ４を電気的に結合するように、梁の近位部、中央部及び遠位部の間で梁から機械的に分離されて延びるように配置される。分離されたリード線Ｌ４’は、近位及び遠位ブリッジ半部においてＶ_Ｏ２ ^＋と標識されたノードでＲ_Ｔ２及びＲ_Ｔ４を電気的に結合するように、梁の近位部、中央部及び遠位部の間で梁から機械的に分離されて延びるように配置される。近位のリード線要素Ｘ_Ｐ７－Ｘ_Ｐ８は電圧Ｖ_Ｉ ^＋に結合され、それにより電圧Ｖ_Ｉ ^＋でＲ_Ｃ１、Ｒ_Ｃ２、Ｒ_Ｔ１及びＲ_Ｔ２を電気的に結合する。遠位のリード線要素Ｘ_Ｄ７－Ｘ_Ｄ８は、電圧Ｖ_Ｉ ^－に結合され、それにより、Ｒ_Ｃ３、Ｒ_Ｃ４、Ｒ_Ｔ３及びＲ_Ｔ４を電圧Ｖ_Ｉ ^＋に電気的に結合する。

図２１は、入力パッド２１１２及び測定パッド２１１４が一致する面積（matching areas）を有する、図２０Ａの梁２００２上に配置された近位接続パッド２１１０Ｐのセット及び遠位接続パッド２１１０Ｄのセットを示す例示的な図である。近位接続パッド２１１０のセット及び遠位接続パッド２１１０のセットは、機械的に分離された測定出力リード線Ｌ１’－Ｌ４’及び入力信号線Ｌ５’－Ｌ６’をひずみゲージ抵抗器に電気的に結合するために、例示の梁２００２上に配置される。ワイヤボンド（それらは図２１にあり、パッドからリード線の集合に向かう小さい弧である。リードのバンドルにＬ５－Ｌ６も含める）は、測定出力リードＬ１’－Ｌ４’をパッド測定パッド２１１４に電気的に結合し、入力信号リードＬ５’－Ｌ６’を入力パッド２１１２に結合する。入力信号パッド２１１２は、図示のように、励起電圧Ｖ_Ｉ ^＋、Ｖ_Ｉ ^－を受けるように結合される。測定出力パッド２１１４は、図示のように、感知出力電圧Ｖ_Ｏ１ ^－、Ｖ_Ｏ１ ^＋、Ｖ_Ｏ２ ^－、Ｖ_Ｏ２ ^＋を受けるように結合される。

従来、全てのパッドは、典型的には、同じ面積であり、従って、同じ抵抗を有する。しかし、ワイヤボンドは不定であることがあり、これはパッドとリードとの間の電気接続の抵抗に影響を与えることがあり、これは、異なる電気リード上の信号間のゼロオフセットに影響を与えることがあり、また、電気接続の温度感度に影響を与えることがある。入力パッドでの抵抗の増加は、測定の感度に関係する電圧のゲインに影響する。出力測定パッドでの抵抗の増加は、ゼロオフセットに影響する。一般に、ゲインは、例えば、ソフトウェアを用いて、ゼロオフセットよりも容易に管理することができる。

図２２は、近位接続パッド２１１０Ｐ’のセット及び遠位接続パッド２１１０Ｄ’のセットを示す例示的な図であり、測定出力パッド２１１４’は、入力信号パッド２１１２’よりも大きい面積を有する。入力パッド面積は、より大きい測定パッド面積を提供するために犠牲にされる。より大きい測定パッド面積は、測定パッド２１１４’の抵抗を減少させ、これは、接続パッド抵抗に対するワイヤボンド変動の影響を減少させ、ゼロオフセットに対するワイヤボンド変動の影響を減少させる。従って、入力信号パッドサイズと比較した測定パッドサイズの相対的な増加は、測定パッド抵抗の変動性を減少させ、測定精度に対するワイヤボンドの位置及びサイズの変動の影響を小さくする。

依然として図２２を参照すると、近位接続パッド２１１０Ｐ’のセット及び遠位接続パッド２１１０Ｄ’のセットが、機械的に分離されたリード線Ｌ１’－Ｌ４’及びＬ５’－Ｌ６’をひずみゲージ抵抗器に電気的に結合するために、例示の梁２００２上に配置される。ワイヤボンドは、リードＬ１’－Ｌ４’を測定出力パッド２１１４’に電気的に結合する。入力信号パッド２１１２’は、図示のように、励起電圧Ｖ_Ｉ ^＋、Ｖ_Ｉ ^－を受けるように結合される。測定信号出力パッド２１１４’は、図示のように、感知出力電圧Ｖ_Ｏ１ ^－、Ｖ_Ｏ１ ^＋、Ｖ_Ｏ２ ^－、Ｖ_Ｏ２ ^＋を受けるように結合される。

図２３は、励起電圧入力Ｖ_Ｉ ^＋、Ｖ_Ｉ ^－を共有する梁上に配置された例示的な第１及び第２の分割ブリッジ回路２３１０、２３２０を含む力センサ２０００を示す例示的な回路概略図である。各ブリッジ回路の半部は梁の近位端部に配置され、各ブリッジ回路の半部は梁の遠位部に配置される。しかし、図２３は、図面を簡略化するために、梁の両端部における近位半部と遠位半部の物理的分離を示していない。図２３は、梁上の重複しない分離位置における第１及び第２の分割ブリッジ回路の例示的な構成を示す。図５は、第１及び第２の分割ブリッジ回路の交互配置型配置例を示す。図６は、第１及び第２の分割ブリッジ回路のインタリーブ配置例を示す。

上述のように、測定冗長性は、２つの分割ブリッジ回路を使用して達成され、各回路は、梁の近位端部に配置されたハーフブリッジを有し、梁の遠位端部に配置されたハーフブリッジ部分を有する。例えば、２つの分割ブリッジ回路の対応する出力測定値の不整合は、２つのブリッジ回路の一方又は両方の測定誤差及び可能性のある損傷を示す。測定不整合の決定における正確さを確実にするために、例えば、第１及び第２のブリッジ回路の対応するタップリード線の抵抗は一致すべきである。

図２４は、図２３の例示的なデュアル分割ブリッジ回路のためのタップリード線を示す例示的な図である。電圧レベルと回路ノードとの間のタップリード線は、等しいリード線長を有し、均一な線幅を有し、所与のタップ点と、タップ点に電気的に結合される回路ノードの各々との間の一致する抵抗を提供する。従って、各タップ点と、タップ点に電気的に結合されるノードとの間の抵抗は、バランスされる。

特に、例えば、励磁入力電圧Ｖ_Ｉ ^＋のタップ点と、Ｖ_Ｉ ^＋Ａを受ける回路ノードとの間のタップリード線長及びリード線幅は、Ｖ_Ｉ ^＋タップ点の両側の単一ハッシュマークで示される電圧Ｖ_Ｉ ^＋のタップ点と、Ｖ_Ｉ ^＋Ｂを受ける回路ノードとの間のタップリード線長及びリード線幅と等しい。

励磁入力電圧Ｖ_Ｉ ^－のタップ点とＶ_Ｉ ^－Ａを受ける回路ノードとの間のタップリード線長及びリード線幅は、Ｖ_Ｉ ^－タップ点の両側の二重ハッシュマークで示される電圧Ｖ_Ｉ ^－タップ点とＶ_Ｉ ^－Ｂを受ける回路ノードとの間のタップリード線長及びリード線幅と等しい。

測定電圧Ｖ_Ｏ１ ^＋のタップ点とＶ_Ｏ１ ^＋を供給する回路ノードとの間のタップリード線長及びリード線幅は、Ｖ_Ｏ１ ^＋タップ点の両側にある３つのハッシュマークで示された電圧Ｖ_Ｏ１ ^＋のタップ点とＶ_Ｏ１ ^＋Ｂを受ける回路ノードとの間のタップリード線長及びリード線幅と等しい。

測定電圧Ｖ_Ｏ１ ^－のタップ点とＶ_Ｏ１ ^－Ａを供給する回路ノードとの間のタップリード線長及びリード線幅は、Ｖ_Ｏ１ ^－タップ点の両側にある４つのハッシュマークで示される電圧Ｖ_Ｏ１ ^－のタップ点とＶ_Ｏ１ ^－Ｂを受ける回路ノードとの間のタップリード線長及びリード線幅と等しい。

測定電圧Ｖ_Ｏ２ ^＋のタップ点とＶ_Ｏ２ ^＋Ａを供給する回路ノードとの間のタップリード線長及びリード線幅は、Ｖ_Ｏ２ ^＋タップ点の両側にある５つのハッシュマークで示される電圧Ｖ_Ｏ２ ^＋のタップ点とＶ_Ｏ２ ^＋Ｂを受ける回路ノードとの間のタップリード線長及びリード線幅と等しい。

測定電圧Ｖ_Ｏ２ ^－のタップ点とＶ_Ｏ２ ^－Ａを供給する回路ノードとの間のタップリード線長及びリード線幅は、Ｖ_Ｏ２ ^－タップ点の両側にある６つのハッシュマークで示される電圧Ｖ_Ｏ２ ^－のタップ点とＶ_Ｏ２ ^－Ｂを受ける回路ノードとの間のタップリード線長及びリード線幅と等しい。

等しいタップリード線長は、各タップ点の各側のバランスのとれたタップリード線長抵抗を確実にし、例えば、測定出力信号ミスマッチに基づいて回路損傷のより正確な決定をもたらす。

例示的な例が示され、説明されたが、広範囲の修正、変更及び置換が前述の開示において考えられ、いくつかの例においては、例のいくつかの特徴は、他の特徴の対応する使用なしに用いられ得る。当業者であれば、多くのバリエーション、代替、及び修正を認識するであろう。従って、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によってのみ限定されるべきであり、特許請求の範囲は、広くかつ本明細書に開示された例の範囲と一貫する方法で解釈されることが適切である。上述の説明は、当業者が梁及び分散されたブリッジ回路を備えた力センサを作成し、使用することを可能にするために提示されている。例に対する種々の修正は、当業者には容易に明らかであり、本明細書に定義された包括的な原理は、本発明の範囲から逸脱することなく、他の例及び用途に適用することができる。先の説明では、説明のために多数の詳細が記載されている。しかし、当業者は、本発明がこれらの特定の詳細を使用せずに実施され得ることを理解するであろう。他の例では、本発明の説明を不必要な詳細で不明瞭にしないために、よく知られたプロセスはブロック図の形式で示されている。同一の参照番号は、異なる図面における同一又は類似のアイテムの異なるビューを表現するために使用することができる。従って、本発明に従った実施例の前述の説明及び図面は、本発明の原理を単に例示するに過ぎない。従って、添付の特許請求の範囲に定義される本発明の範囲から逸脱することなく、当業者によって例に対して種々の修正を行うことができることが理解されるであろう。

Claims

梁であって、近位端部と、遠位端部と、前記梁の前記近位端部と前記梁の前記遠位端部との間の第１の面と、前記梁の前記近位端部と前記梁の前記遠位端部との間に延びる長手方向軸とを有する梁と；
前記梁の前記第１の面上の第１のホイートストンブリッジであって、第１及び第２の引張ゲージ抵抗器並びに第１及び第２の圧縮ゲージ抵抗器を有する、第１のホイートストンブリッジと；
前記梁の前記第１の面上の第２のホイートストンブリッジであって、第３及び第４の引張ゲージ抵抗器並びに第３及び第４の圧縮ゲージ抵抗器を有する、第２のホイートストンブリッジと；
を有し、
前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器並びに前記第１及び前記第３の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の前記近位端部に配置され、
前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器並びに前記第２及び前記第４の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の前記遠位端部に配置される、
前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器は、前記梁上に同一場所に設置され、
前記第１及び前記第３の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁上に同一場所に設置され、
前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器は、前記梁上に同一場所に設置され、
前記第２及び前記第４の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁上に同一場所に設置される、
力センサ。
梁であって、近位端部と、遠位端部と、前記梁の前記近位端部と前記梁の前記遠位端部との間の第１の面と、前記梁の前記近位端部と前記梁の前記遠位端部との間に延びる長手方向軸とを有する梁と；
前記梁の前記第１の面上の第１のホイートストンブリッジであって、第１及び第２の引張ゲージ抵抗器並びに第１及び第２の圧縮ゲージ抵抗器を有する、第１のホイートストンブリッジと；
前記梁の前記第１の面上の第２のホイートストンブリッジであって、第３及び第４の引張ゲージ抵抗器並びに第３及び第４の圧縮ゲージ抵抗器を有する、第２のホイートストンブリッジと；
を有し、
前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器並びに前記第１及び前記第３の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の前記近位端部に配置され、
前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器並びに前記第２及び前記第４の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の前記遠位端部に配置される、
前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器は、対応する第１及び第３の引張ゲージ抵抗器細長部分を有し、前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器細長部分は、互いにかみ合い；
前記第１及び前記第３の圧縮ゲージ抵抗器は、対応する第１及び第３の圧縮ゲージ抵抗器細長部分を有し、前記第１及び前記第３の圧縮ゲージ抵抗器細長部分は、互いにかみ合い；
前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器は、対応する第２及び第４の引張ゲージ抵抗器細長部分を有し、前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器細長部分は、互いにかみ合い；
前記第２及び前記第４の圧縮ゲージ抵抗器は、対応する第２及び第４の圧縮ゲージ抵抗器細長部分を有し、前記第２及び前記第４の圧縮ゲージ抵抗器細長部分は、互いにかみ合う；
力センサ。
梁であって、近位端部と、遠位端部と、前記梁の前記近位端部と前記梁の前記遠位端部との間の第１の面と、前記梁の前記近位端部と前記梁の前記遠位端部との間に延びる長手方向軸とを有する梁と；
前記梁の前記第１の面上の第１のホイートストンブリッジであって、第１及び第２の引張ゲージ抵抗器並びに第１及び第２の圧縮ゲージ抵抗器を有する、第１のホイートストンブリッジと；
前記梁の前記第１の面上の第２のホイートストンブリッジであって、第３及び第４の引張ゲージ抵抗器並びに第３及び第４の圧縮ゲージ抵抗器を有する、第２のホイートストンブリッジと；
を有し、
前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器並びに前記第１及び前記第３の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の前記近位端部に配置され、
前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器並びに前記第２及び前記第４の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の前記遠位端部に配置される、
前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器は、対応する第１及び第３の引張ゲージ抵抗器蛇行構成を有し、前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器蛇行構成は、互いにかみ合い；
前記第１及び前記第３の圧縮ゲージ抵抗器は、対応する第１及び第３の圧縮ゲージ抵抗器蛇行構成を有し、前記第１及び前記第３の圧縮ゲージ抵抗器蛇行構成は、互いにかみ合い；
前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器は、対応する第２及び第４の引張ゲージ抵抗器蛇行構成を有し、前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器蛇行構成は、互いにかみ合い；
前記第２及び前記第４の圧縮ゲージ抵抗器は、対応する第２及び第４の圧縮ゲージ抵抗器蛇行構成を有し、前記第２及び前記第４の圧縮ゲージ抵抗器蛇行構成は、互いにかみ合う；
力センサ。
前記梁は、前記長手方向軸と平行に前記梁の前記第１の面内に延び且つ前記第１の面の対向する縁から等距離にある中立軸を有し、
前記第１、前記第２、前記第３及び前記第４の引張ゲージ抵抗器は、前記第１の面上に位置し且つ前記梁の前記第１の面内の前記中立軸に沿って整列し、
前記第１、前記第２、前記第３及び前記第４の圧縮ゲージ抵抗器は、前記第１の面上に位置し且つ前記梁の前記第１の面内の前記中立軸に沿って整列する、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の力センサ。
前記梁は、前記第１の面に直交する第２の面を有し、
前記力センサは、前記梁の前記第２の面上に配置される第３のホイートストンブリッジを有し、前記第３のホイートストンブリッジは、第５及び第６の引張ゲージ抵抗器並びに第５及び第６の圧縮ゲージ抵抗器を有し；
前記力センサは、前記梁の前記第２の面上に配置される第４のホイートストンブリッジを有し、前記第４のホイートストンブリッジは、第７及び第８の引張ゲージ抵抗器並びに第７及び第８の圧縮ゲージ抵抗器を有し；
前記第５及び前記第７の引張ゲージ抵抗器並びに前記第５及び前記第７の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の前記近位端部にあり、
前記第６及び前記第８の引張ゲージ抵抗器並びに前記第６及び前記第８の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の前記遠位端部にある、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の力センサ。
前記力センサは、手術器具シャフト及び手術エンドエフェクタをさらに有し、
前記梁の前記近位端部は前記手術器具シャフトに結合され、
前記梁の前記遠位端部は前記手術エンドエフェクタに結合される、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の力センサ。
梁であって、近位端部と、遠位端部と、前記梁の前記近位端部と前記梁の前記遠位端部との間の第１の面と、前記梁の前記近位端部と前記梁の前記遠位端部との間に延びる長手方向軸とを有する梁と；
前記梁の前記第１の面上の第１の引張ゲージハーフホイートストンブリッジであって、第１及び第２の引張ゲージ抵抗器を有する、第１の引張ゲージハーフホイートストンブリッジと；
前記梁の前記第１の面上の第２の引張ゲージハーフホイートストンブリッジであって、第３及び第４の引張ゲージ抵抗器を有する、第２の引張ゲージハーフホイートストンブリッジと；
前記梁の前記第１の面上の圧縮ゲージハーフホイートストンブリッジであって、第１及び第２の圧縮ゲージ抵抗器を有する、圧縮ゲージハーフホイートストンブリッジと；
を有し、
前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器並びに前記第１の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の前記近位端部にあり、
前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器並びに前記第２の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の前記遠位端部にある、
力センサ。
前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器は、前記梁上に同一場所に設置され、
前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器は、前記梁上に同一場所に設置される、
請求項７に記載の力センサ。
前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器は、対応する第１及び第３の引張ゲージ抵抗器細長部分を有し、前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器細長部分は、互いにかみ合い；
前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器は、対応する第２及び第４の引張ゲージ抵抗器細長部分を有し、前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器細長部分は、互いにかみ合う；
請求項７に記載の力センサ。
前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器は、対応する第１及び第３の引張ゲージ抵抗器蛇行部分を有し、前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器蛇行部分は、互いにかみ合い；
前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器は、対応する第２及び第４の引張ゲージ抵抗器蛇行部分を有し、前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器蛇行部分は、互いにかみ合う；
請求項７に記載の力センサ。
前記梁は、前記長手方向軸と平行に前記梁の前記第１の面内に延び且つ前記第１の面の対向する縁から等距離にある中立軸を有し、
前記第１、前記第２、前記第３及び前記第４の引張ゲージ抵抗器は、前記第１の面上に位置し且つ前記梁の前記第１の面内の前記中立軸に沿って整列し、
前記第１及び前記第２の圧縮ゲージ抵抗器は、前記第１の面上に位置し且つ前記第１の面内の前記梁の前記中立軸に沿って整列する、
請求項７に記載の力センサ。
前記第１の圧縮ゲージ抵抗器は、前記第１の引張ゲージ抵抗器と前記第３の引張ゲージ抵抗器との間にあり、
前記第２の圧縮ゲージ抵抗器は、前記第２の引張ゲージ抵抗器と前記第４の引張ゲージ抵抗器との間にある、
請求項７に記載の力センサ。
前記梁は、前記長手方向軸と平行に前記梁の前記第１の面内に延び且つ前記第１の面の対向する縁から等距離にある中立軸を有し、
前記第１、前記第２、前記第３及び前記第４の引張ゲージ抵抗器は、前記第１の面上に位置し且つ前記梁の前記第１の面内の前記中立軸に沿って整列し、
前記第１及び前記第２の圧縮ゲージ抵抗器は、前記第１の面上に位置し且つ前記梁の前記第１の面内の前記中立軸に沿って整列する、
請求項１２に記載の力センサ。
前記梁は、前記第１の面に直交する第２の面を有し、
前記力センサは、前記梁の前記第２の面上の第３の引張ゲージハーフホイートストンブリッジを有し、前記第３の引張ゲージハーフホイートストンブリッジは、第５及び第６の引張ゲージ抵抗器を有し；
前記力センサは、前記梁の前記第２の面に配置される第４の引張ゲージハーフホイートストンブリッジを有し、前記第４の引張ゲージハーフホイートストンブリッジは、第７及び第８の引張ゲージ抵抗器を有し；
前記力センサは、前記梁の前記第２の面に配置される第２の圧縮ゲージハーフホイートストンブリッジを有し、前記第２の圧縮ゲージハーフホイートストンブリッジは、第３及び第４の圧縮ゲージ抵抗器を有し；
前記第５及び前記第７の引張ゲージ抵抗器並びに前記第３の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の前記近位端部にあり、
前記第６及び前記第８の引張ゲージ抵抗器並びに前記第４の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の前記遠位端部にある、
請求項７に記載の力センサ。
前記力センサは、手術器具シャフト及び手術エンドエフェクタをさらに有し、
前記梁の前記近位端部は前記手術器具シャフトに結合され、
前記梁の前記遠位端部は前記手術エンドエフェクタに結合される、
請求項７乃至１４のいずれか１項に記載の力センサ。
梁であって、近位端部と、遠位端部と、前記梁の前記近位端部と前記梁の前記遠位端部との間の第１の面と、前記梁の前記近位端部と前記梁の前記遠位端部との間に延びる長手方向軸とを有する梁と；
前記梁の前記第１の面上の第１のブリッジ回路であって、複数の引張ゲージ抵抗器を有する、第１のブリッジ回路と；
前記梁の前記第１の面上の第２のブリッジ回路であって、複数の引張ゲージ抵抗器を含む、第２のブリッジ回路と；
前記梁の前記第１の面上の第３のブリッジ回路であって、複数の圧縮ゲージ抵抗器を含む、第３のブリッジ回路と；
を有し、
前記第１及び前記第２のブリッジ回路の各々からの１つ又は複数の引張ゲージ抵抗器並びに前記第３のブリッジ回路からの１つ又は複数の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の前記近位端部にあり、
前記第１及び前記第２のブリッジ回路の各々からの１つ又は複数の引張ゲージ抵抗器並びに前記第３のブリッジ回路からの１つ又は複数の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の前記遠位端部にあり、
前記梁の前記近位端部の前記第１のブリッジ回路の前記１つ又は複数の引張ゲージ抵抗器は、前記梁の前記近位端部の前記第２のブリッジ回路からの前記１つ又は複数の引張ゲージ抵抗器と前記梁上で同一場所に設置され、
前記梁の前記遠位端部の前記第１のブリッジ回路の前記１つ又は複数の引張ゲージ抵抗器は、前記梁の前記遠位端部の前記第２のブリッジ回路からの前記１つ又は複数の引張ゲージ抵抗器と同一場所に設置される、
力センサ。
前記力センサは、手術器具シャフト及び手術エンドエフェクタをさらに有し、
前記梁の前記近位端部は前記手術器具シャフトに結合され、
前記梁の前記遠位端部は前記手術エンドエフェクタに結合される、
請求項１６に記載の力センサ。