KR20210043731A - 스트레인 게이지 및 다축력 센서 - Google Patents

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Abstract

다축력 센서용의 스트레인 게이지에 있어서, 주위 온도의 변화에 기인하는 계측 오차를 억제한다. 기재(121)은, 변형 발생 부재의 하중을 받아 변형이 생기는 변형 발생 영역에 장착되는 수감 영역(121s)와, 변형 발생 영역의 외측에 배치되는 불감 영역(121n1), (121n2)를 가지고, 변형 발생 부재의 제1 방향으로 작용하는 하중을 검출하는 제1 휘트스톤 브리지 회로(BC11)은 제1 방향 변형 수감 소자(X11), (X12)와 제1 방향 고정 저항 소자(RX11), (RX12)로 구성되고, 변형 발생 부재의 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 작용하는 하중을 검출하는 제2 휘트스톤 브리지 회로(BC12)는 제2 방향 변형 수감 소자(Y11), (Y12)와 제2 방향 고정 저항 소자 (RY11), (RY12)로 구성되고, 제1 방향 변형 수감 소자 및 제2 방향 변형 수감 소자는 수감 영역에 형성되어 있고, 제1 방향 고정 저항 소자 또는 제2 방향 고정 저항 소자는, 불감 영역에, 변형 수감 소자와 동일 재료로 형성되어 있다.

Description

스트레인 게이지 및 다축력 센서{STRAIN GAUGE AND MULTIPLE AXIS FORCE SENSOR}
본 발명은, 스트레인 게이지(strain gage) 및 상기 스트레인 게이지를 구비하는 다축력(多軸力) 센서에 관한 것이다.
스트레인 게이지를 구비하는 다축력 센서는, 로봇, 게임 기기, 각종 계측 기기(機器), 그 외의 기기에 있어서 널리 활용되고 있다. 특허문헌 1, 2에는, 스트레인 게이지를 포함하는 다축력 센서의 일례가 개시되어 있다.
일본 공개특허 제2010-164495호 공보 일본 특허 제5008188호 공보
스트레인 게이지를 구비하는 다축력 센서에 있어서는, 주위 온도의 변화에 기인하는 계측 오차의 존재가 인식되어 있고, 그 억제가 요구되고 있다.
그래서 본 발명은, 주위 온도의 변화에 기인하는 계측 오차의 발생이 억제된 스트레인 게이지, 및 이것을 구비하는 다축력 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 태양에 따르면,
하중(荷重; load)을 받아 변형되는 변형 발생 부재에 장착되어, 상기 변형 발생 부재의 제1 방향으로 작용하는 하중의 제1 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge) 회로에 의한 검출, 및 상기 변형 발생 부재의 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 작용하는 하중의 제2 휘트스톤 브리지 회로에 의한 검출에 사용되는 스트레인 게이지로서,
기재(基材)와,
상기 기재 상에 형성된 회로 패턴을 포함하고,
상기 기재는, 상기 변형 발생 부재의 하중을 받아 변형이 생기는 변형 발생 영역에 장착되는 수감(受感) 영역과, 상기 변형 발생 영역의 외측에 배치되는 불감(不感) 영역을 가지고,
상기 회로 패턴은, 제1 휘트스톤 브리지 회로를 구성하는 2개의 제1 방향 변형 수감 소자와, 제2 휘트스톤 브리지 회로를 구성하는 2개의 제2 방향 변형 수감 소자와, 제1 휘트스톤 브리지 회로를 구성하는 제1 방향 고정 저항 소자 및 제2 휘트스톤 브리지 회로를 구성하는 제2 방향 고정 저항 소자 중 적어도 한쪽을 포함하고,
상기 2개의 제1 방향 변형 수감 소자, 상기 2개의 제2 방향 변형 수감 소자, 및 상기 제1 방향 고정 저항 소자 및 제2 방향 고정 저항 소자 중 적어도 한쪽은 동일 재료로 형성되어 있고,
상기 2개의 제1 방향 변형 수감 소자 및 상기 2개의 제2 방향 변형 수감 소자는 상기 수감 영역에 형성되어 있고, 상기 제1 방향 고정 저항 소자 및 제2 방향 고정 저항 소자 중 적어도 한쪽은 상기 불감 영역에 형성되어 있는 스트레인 게이지가 제공된다.
본 발명의 제2 태양에 따르면,
하중을 받아 변형되는 변형 발생 부재에 장착되어, 상기 변형 발생 부재의 제1 방향으로 작용하는 하중의 제1 휘트스톤 브리지 회로에 의한 검출, 및 상기 변형 발생 부재의 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 작용하는 하중의 제2 휘트스톤 브리지 회로에 의한 검출에 사용되는 스트레인 게이지로서,
가요성(可撓性)의 기재와,
상기 기재 상에 형성된 회로 패턴을 포함하고,
상기 기재는, 상기 변형 발생 부재의 하중을 받아 변형이 생기는 변형 발생 영역에 장착되는 수감 영역과, 상기 변형 발생 영역의 외측에 배치되는 불감 영역과, 상기 수감 영역과 상기 불감 영역을 연결하는 연결 영역을 가지고,
상기 연결 영역의, 상기 수감 영역과 상기 불감 영역이 연결되는 방향과 직교하는 직교 방향의 치수가, 상기 수감 영역 및 상기 불감 영역의 직교 방향의 치수보다 작고,
상기 회로 패턴은, 제1 휘트스톤 브리지 회로를 구성하는 2개의 제1 방향 변형 수감 소자와, 제2 휘트스톤 브리지 회로를 구성하는 2개의 제2 방향 변형 수감 소자와, 제1 휘트스톤 브리지 회로를 구성하는 제1 방향 고정 저항 소자 및 제2 휘트스톤 브리지 회로를 구성하는 제2 방향 고정 저항 소자 중 적어도 한쪽을 포함하고,
상기 2개의 제1 방향 변형 수감 소자, 상기 2개의 제2 방향 변형 수감 소자, 및 상기 제1 방향 고정 저항 소자 및 제2 방향 고정 저항 소자 중 적어도 한쪽은 동일 재료로 형성되어 있고,
상기 2개의 제1 방향 변형 수감 소자 및 상기 2개의 제2 방향 변형 수감 소자는 상기 수감 영역에 형성되어 있고,
상기 제1 방향 고정 저항 소자 및 제2 방향 고정 저항 소자 중 적어도 한쪽은, 상기 불감 영역에 형성되어 있는 스트레인 게이지가 제공된다.
제1 및 제2 태양(態樣)의 스트레인 게이지에 있어서, 상기 회로 패턴은, 제1 휘트스톤 브리지 회로를 구성하는 2개의 제1 방향 고정 저항 소자와 제2 휘트스톤 브리지 회로를 구성하는 2개의 제2 방향 고정 저항 소자를 포함해도 되고, 상기 2개의 제1 방향 변형 수감 소자, 상기 2개의 제2 방향 변형 수감 소자, 상기 2개의 제1 방향 고정 저항 소자, 및 상기 2개의 제2 방향 고정 저항 소자는 동일 재료로 형성되어 있어도 되고, 상기 2개의 제1 방향 고정 저항 소자, 및 상기 2개의 제2 방향 고정 저항 소자는 상기 불감 영역에 형성되어 있어도 된다.
제1 및 제2 태양의 스트레인 게이지에 있어서, 상기 회로 패턴은 1개 이상의 단자를 더 포함해도 되고, 상기 1개 이상의 단자가, 상기 불감 영역에 형성되어 있어도 된다.
제1 및 제2 태양의 스트레인 게이지는, 상기 불감 영역에 있어서, 상기 1개 이상의 단자가, 상기 제1 방향 고정 저항 소자 및 제2 방향 고정 저항 소자 중 적어도 한쪽의 상기 수감 영역과는 반대측에 설치되어 있어도 된다.
제1 및 제2 태양의 스트레인 게이지에 있어서, 상기 불감 영역은, 상기 수감 영역의 양측에 한 쌍 설치되어 있어도 된다.
제1 및 제2 태양의 스트레인 게이지에 있어서, 상기 회로 패턴은 2개의 제3 방향 변형 수감 소자 또는 2개의 제3 방향 고정 저항 소자를 더 포함해도 되고, 상기 2개의 제3 방향 변형 수감 소자 또는 2개의 제3 방향 고정 저항 소자는, 제1 휘트스톤 브리지 회로와 제2 휘트스톤 브리지 회로를 접속하여 제3 휘트스톤 브리지 회로를 구성해도 된다.
제1 태양의 스트레인 게이지에 있어서, 상기 기재는 가요성을 가져도 되고, 상기 기재는, 상기 수감 영역과 상기 불감 영역을 연결하는 연결 영역을 더 가져도 되고, 상기 연결 영역의, 상기 수감 영역과 상기 불감 영역이 연결되는 방향과 직교하는 직교 방향의 치수가, 상기 수감 영역 및 상기 불감 영역의 직교 방향의 치수보다 작아도 된다.
제1 태양의 스트레인 게이지는, 또한 상기 변형 발생 부재의 제1 및 제2 방향과 직교하는 제3 방향으로 작용하는 하중의 제3 휘트스톤 브리지 회로에 의한 검출에 이용되어도 된다. 또한, 제1 태양의 스트레인 게이지에 있어서, 상기 기재는 가요성을 가져도 되고, 상기 기재의 상기 불감 영역은 한 쌍의 영역으로 해도 되고, 상기 기재는, 상기 수감 영역과 상기 불감 영역을 연결하는 연결 영역을 더 가져도 되고, 상기 연결 영역의, 상기 수감 영역과 상기 불감 영역이 연결되는 방향과 직교하는 직교 방향의 치수가, 상기 수감 영역 및 상기 불감 영역의 직교 방향의 치수보다 작아도 되고, 상기 회로 패턴은, 상기 수감 영역에 형성되고 또한 제3 휘트스톤 브리지 회로를 구성하는 2개의 제3 방향 변형 수감 소자와, 상기 불감 영역에 형성되고 또한 제1 휘트스톤 브리지 회로를 구성하는 2개의 제1 방향 고정 저항 소자와, 상기 불감 영역에 형성되고 또한 제2 휘트스톤 브리지 회로를 구성하는 2개의 제2 방향 고정 저항 소자를 포함해도 되고, 상기 2개의 제1 방향 변형 수감 소자, 상기 2개의 제2 방향 변형 수감 소자, 상기 2개의 제3 방향 변형 수감 소자, 상기 2개의 제1 방향 고정 저항 소자, 및 상기 2개의 제2 방향 고정 저항 소자는 동일 재료로 형성되어 있어도 되고, 상기 2개의 제3 방향 변형 수감 소자는, 제1 휘트스톤 브리지 회로와 제2 휘트스톤 브리지 회로를 접속하여 제3 휘트스톤 브리지 회로를 구성해도 된다.
본 발명의 제3 태양에 따르면,
변형 발생판과,
상기 변형 발생판에 접속된 하중 작용부와,
상기 변형 발생판에 장착된 제1 또는 제2 태양의 스트레인 게이지를 구비하는 다축력 센서가 제공된다.
제3 태양의 다축력 센서에 있어서, 상기 스트레인 게이지의 기재의 불감 영역이, 상기 변형 발생판의 측면에 접착되어 있어도 된다.
본 발명의 제4 태양에 따르면,
하중을 받아 변형되는 변형 발생 부재에 장착되어, 상기 변형 발생 부재의 제1 방향으로 작용하는 하중의 제1 휘트스톤 브리지 회로에 의한 검출, 상기 변형 발생 부재의 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 작용하는 하중의 제2 휘트스톤 브리지 회로에 의한 검출, 및 상기 변형 발생 부재의 제1 및 제2 방향과 직교하는 제3 방향으로 작용하는 하중의 제3 휘트스톤 브리지 회로에 의한 검출에 사용되는 스트레인 게이지로서,
가요성의 기재와,
상기 기재 상에 형성된 회로 패턴을 포함하고,
상기 기재는, 상기 변형 발생 부재의 하중을 받아 변형이 생기는 변형 발생 영역에 장착되는 수감 영역과, 상기 변형 발생 영역의 외측에 배치되는 한 쌍의 불감 영역과, 상기 수감 영역과 상기 불감 영역을 연결하는 연결 영역을 가지고,
상기 연결 영역의, 상기 수감 영역과 상기 불감 영역이 연결되는 방향과 직교하는 직교 방향의 치수가, 상기 수감 영역 및 상기 불감 영역의 상기 직교 방향의 치수보다 작고,
상기 회로 패턴은, 상기 제1 휘트스톤 브리지 회로를 구성하는 2개의 제1 방향 변형 수감 소자와, 상기 제2 휘트스톤 브리지 회로를 구성하는 2개의 제2 방향 변형 수감 소자와, 상기 제3 휘트스톤 브리지 회로를 구성하는 2개의 제3 방향 변형 수감 소자와, 상기 제1 휘트스톤 브리지 회로를 구성하는 2개의 제1 방향 고정 저항 소자와, 상기 제2 휘트스톤 브리지 회로를 구성하는 2개의 제2 방향 고정 저항 소자를 포함하고,
상기 제1 방향 변형 수감 소자, 상기 제2 방향 변형 수감 소자, 상기 제3 방향 변형 수감 소자, 및 상기 제1 방향 고정 저항 소자 및 상기 제2 방향 고정 저항 소자는 동일 재료로 형성되어 있고,
상기 제1 방향 변형 수감 소자, 상기 제2 방향 변형 수감 소자 및 상기 제3 방향 변형 수감 소자는, 상기 수감 영역에 형성되어 있고,
상기 제1 방향 고정 저항 소자 및 상기 제2 방향 고정 저항 소자는, 상기 불감 영역에 형성되어 있고,
상기 제3 방향 변형 수감 소자는, 상기 제1 휘트스톤 브리지 회로와 상기 제2 휘트스톤 브리지 회로를 접속하여 상기 제3 휘트스톤 브리지 회로를 구성하는 스트레인 게이지가 제공된다.
본 발명의 제5 태양에 따르면,
제4 태양의 스트레인 게이지와,
판형의 상기 변형 발생 부재와,
상기 변형 발생 부재에 접속된 하중 작용부를 구비한 3축력(軸力) 센서가 제공된다.
제5 태양의 3축력 센서는, 상기 변형 발생 부재의 상기 하중 작용부가 접속되는 면과는 반대측의 면의 주위 에지부로부터, 상기 제3 방향으로 직립하는 주위벽을 더 구비해도 되고, 상기 불감 영역이 상기 주위벽의 내주면(內周面)에 접착되어 있어도 된다.
본 발명의 스트레인 게이지 및 상기 스트레인 게이지를 구비하는 다축력 센서에 있어서는, 주위 온도의 변화에 기인하는 계측 오차의 발생이 억제되어 있다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 관한 스트레인 게이지의 배선 패턴을 나타낸다.
도 2는, 도 1의 스트레인 게이지의 배선 패턴에 대응하는 회로도이다.
도 3의 (a), 도 3의 (b)는, 본 발명의 각각의 실시형태에 관한 3축력 센서에서의 계측의 상태를 나타낸 설명도이다.
도 4는, 본 발명의 제1 실시형태에 관한 스트레인 게이지의 배선 패턴의 변형예를 나타낸다
도 5는, 본 발명의 제2 실시형태의 3축력 센서의 사시도이다.
도 6은, 도 5에 나타낸 3축력 센서를, 축(A2)를 포함하는 YZ면에서 절단한 단면도(斷面圖)이다.
도 7은, 본 발명의 제2 실시형태에 관한 스트레인 게이지의 배선 패턴을 나타낸다.
도 8은, 도 7의 스트레인 게이지의 배선 패턴에 대응하는 회로도이다.
도 9는, 본 발명의 제2 실시형태에 관한 스트레인 게이지의 배선 패턴의 다른 예를 나타낸다
도 10은, 본 발명의 제3 실시형태에 관한 3축력 센서를 적용한 전자 펜의 단면도이다.
도 11은, 본 발명의 제3 실시형태에 관한 3축력 센서의 사시도이다.
도 12는, 도 11에 나타낸 3축력 센서를, 축(A3)를 포함하는 yz면에서 절단한 단면도이다.
도 13은, 본 발명의 제3 실시형태에 관한 스트레인 게이지의 배선 패턴을 나타낸 도면이다.
도 14는, 도 13에 나타낸 스트레인 게이지의 배선 패턴에 대응하는 회로도이다.
<제1 실시형태>
본 발명의 스트레인 게이지 및 다축력 센서의 제1 실시형태에 대하여, 스트레인 게이지(120)와, 이것을 적용하는 3축력 센서(1000)를 예로 들어, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한다.
도 1에, 스트레인 게이지(120)가 3축력 센서(1000)의 변형 발생판(111)[도 3의 (a), 도 3의 (b) 참조]에 장착되는 전방의 상태를 나타낸다. 스트레인 게이지(120)은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 직사각형의 기재(121)와, 기재(121)의 표면 상에 프린트된 회로 패턴 CP1을 포함한다. 기재(121)은, 수감 영역(121s) 및 이것을 협지하는 불감 영역(121n1), (121n2)를 가지고, 회로 패턴 CP1은, 6개의 변형 수감 소자(X11), (X12), (Y11), (Y12), (Z11), (Z12)와, 4개의 고정 저항 소자(RX11), (RX12), (RY11), (RY12)와, 8개의 단자(T11)∼(T18)과, 이들을 접속하는 배선(W1)을 포함한다. 그리고, 제1 실시형태의 설명에서는, 스트레인 게이지(120) 및 이것을 포함하는 3축력 센서(1000)에 있어서, 불감 영역(121n1), (121n2)가 수감 영역(121s)을 협지하는 방향을 y방향(제2 방향)이라고 하고, 기재(121)의 표면 상에 있어서 y방향과 직교하는 방향을 x방향(제1 방향)이라고 한다. 또한, x방향 및 y방향과 직교하는 축의 방향을 z방향(제3 방향)이라고 한다.
여기서, 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)에 나타낸 3축력 센서(1000)에 있어서, 변형 발생판(111)은, 3축력 센서(1000)에 하중 작용부(112)를 통해 가해지는 외부로부터의 하중을 받아 변형되는 원판형이다. 변형 발생판(111)에서의 변형은, 변형 발생판(111)의 표면 및 이면(裏面; back surface)(z방향과 직교하는 상면 및 하면)에 있어서 생기고, 변형 발생판(111)의 측면(z방향과 평행한 주위면)에 있어서는 생기지 않거나 무시할 수 있을만큼 작다. 본 명세서에 있어서는, 본 실시형태에 있어서의 변형 발생판(111)의 표면 및 이면과 같이, 변형 발생판(111) 중 외부 하중을 받아 변형되는 영역을 「변형 발생 영역」이라고 하는 경우로 한다. 변형 발생판(111)의 직경 및 두께는 임의이다.
하중 작용부(112)는, 변형 발생판(111)의 표면의 중앙으로부터, 변형 발생판(111)의 회전축(A1)의 방향(z방향)과 직립한다. 하중 작용부(112)는, 외부로부터의 하중을 받아 이동하고, 변형 발생판(111)에 변형을 생기게 하는 부분이며, 예를 들면, 단면(斷面) 형상이 정사각형의 각기둥(角柱)이다. 하중 작용부(112)는, 각기둥의 중심축이 변형 발생판(111)의 회전축(A1)과 일치하도록, 즉 변형 발생판(111)과 동축형(同軸形)과, 변형 발생판(111)의 표면에 설치되어 있다. 변형 발생판(111) 및 하중 작용부(112)는, 예를 들면, 합성 수지 소재로 일체로 성형되어 있다.
도 1로 돌아와, 기재(121)은, 가요성을 가지는, 예를 들면, 수지 필름이며, 중앙의 원형상의 수감 영역(121s)와, 수감 영역(121s)을 협지하는 한 쌍의 불감 영역(121n1), (121n2)를 가진다. 수지 필름으로서는, 폴리에스테르, 폴리이미드 등을 사용할 수 있다. 또한, 수감 영역(121s), 불감 영역(121n1), (121n2)를 각각 상이한 재료에 의해 형성하는 것도 가능하지만, 이들을 동일한 재료에 의해 형성하여 모든 영역의 온도 특성[저항 온도 계수(係數) 등]을 동등하게 하는 것이 바람직하다. 또한, 이 경우에는, 일체로 형성된 재료(예를 들면, 폴리에스테르, 폴리이미드 등의 시트) 내의 근방의 부위보다 수감 영역(121s), 불감 영역(121n1), (121n2)를 일체로 잘라내어 기재(121)를 형성하는 것이 더욱 바람직하다. 이로써, 각 영역의 온도 특성을 더욱 균일하게 할 수 있다.
수감 영역(121s)는, 변형 발생판(111)의 이면(back surface)에 접착되는 영역이므로, 변형 발생판(111)의 이면(back surface)와 동등하거나 그보다 작은 직경을 가진다. 수감 영역(121s)의 일면 상에는, 중심(c)을 x방향으로 협지(sandwich)하여 변형 수감 소자(제1 방향 변형 수감 소자)(X11), (X12)가, y방향으로 협지되어 변형 수감 소자(제2 방향 변형 수감 소자)(Y11), (Y12)가 형성되어 있고, 외주를 따라 변형 수감 소자(제3 방향 변형 수감 소자)(Z11), (Z12)가 형성되어 있다.
변형 수감 소자(X11), (X12)는, 각각 y방향을 그리드의 폭 방향으로 하여, 서로 평행하게 형성되어 있다. 변형 수감 소자(X11)와 변형 수감 소자(X12)는, 각각 중심(c)으로부터 등거리의 위치에 형성되어 있고, 변형 수감 소자(X11)와 변형 수감 소자(X12)와의 사이의 x방향의 거리는, 하중 작용부(112)의 x방향의 폭보다 크다.
변형 수감 소자(Y11), (Y12)는, 각각 x방향을 그리드의 폭 방향으로 하여, 서로 평행하게 형성되어 있다. 변형 수감 소자(Y11)와 변형 수감 소자(Y12)는, 각각 중심(c)으로부터 등거리의 위치에 형성되어 있고, 변형 수감 소자(Y11)와 변형 수감 소자(Y12)와의 사이의 y방향의 거리는, 하중 작용부(112)의 y방향의 폭보다 크다.
변형 수감 소자(Z11), (Z12)는, 각각 원호형이며, 수감 영역(121s)의 주위 방향을 그리드의 폭 방향으로 하여, x방향으로 대향하여 형성되어 있다. 변형 수감 소자(Z11), (Z12)는, 변형 수감 소자(X11), (X12), (Y11), (Y12)의 중심(c)는 반대측(외측)에 배치되어 있다.
한 쌍의 불감 영역(121n1), (121n2)는, y방향으로 수감 영역(121s)을 협지하는 형상이다.
불감 영역(121n1)의 표면 상에서의 수감 영역(121s)으로부터 먼 부분에는, 각각 x방향으로 연장되는 고정 저항 소자(제1 방향 고정 저항 소자)(RX11), (RX12)가, x방향으로 나란히 형성되어 있고, 수감 영역(121s)에 가까운 부분에는, x방향으로 배열되는 4개의 단자(T11), (T12), (T13), (T14)가 형성되어 있다. 즉, 불감 영역(121n1)에 있어서는, 고정 저항 소자(RX11), (RX12)가 단자(T11)∼(T14)의, 수감 영역(121s)과는 반대측에 배치되어 있다.
마찬가지로, 불감 영역(121n2)의 표면 상에서의 수감 영역(121s)으로부터 먼 부분에는, 각각 x방향으로 연장되는 고정 저항 소자(제2 방향 고정 저항 소자)(RY11), (RY12)가, x방향으로 나란히 형성되어 있고, 수감 영역(121s)에 가까운 부분에는, x방향으로 배열되는 4개의 단자(T15), (T16), (T17), (T18)이 형성되어 있다. 즉, 불감 영역(121n2)에 있어서는, 고정 저항 소자(RY11), (RY12)가 단자(T15)∼(T15)의, 수감 영역(121s)과는 반대측에 배치되어 있다.
도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 배선(W1)는, 변형 수감 소자(X11), (X12), 고정 저항 소자(RX11), (RX12)를 접속하여 제1 브리지 회로(제1 휘트스톤 브리지 회로)(bC11)을 구성하고 있다. 또한, 변형 수감 소자(X11)와 고정 저항 소자(RX11)과의 사이에 단자(T11)이, 변형 수감 소자(X11), (X12)의 사이에 단자(T12)가, 고정 저항 소자(RX11), (RX12)의 사이에 단자(T13)이, 변형 수감 소자(X12)와 고정 저항 소자(RX12)와의 사이에 단자(T14)가 접속되어 있다.
마찬가지로, 배선(W1)는, 변형 수감 소자(Y11), (Y12), 고정 저항 소자(RY11), (RY12)를 접속하여 제2 브리지 회로(제2 휘트스톤 브리지 회로)(bC12)를 구성하고 있다. 변형 수감 소자(Y11)와 고정 저항 소자(RY11)의 사이에 단자(T18)이, 변형 수감 소자(Y11), (Y12)의 사이에 단자(T16)이, 고정 저항 소자(RY11), (RY12)의 사이에 단자(T17)이, 변형 수감 소자(Y12)와 고정 저항 소자(RY12)의 사이에 단자(T15)가 접속되어 있다.
변형 수감 소자(Z11)의 일단(一端)은 변형 수감 소자(X11)와 고정 저항 소자(RX11)와의 사이에 있어서 제1 브리지 회로(BC11)에 접속되어 있고, 타단은 변형 수감 소자(Y11)와 고정 저항 소자(RY11)와의 사이에 있어서 제2 브리지 회로(BC12)에 접속되어 있다. 마찬가지로, 변형 수감 소자(Z12)의 일단은 변형 수감 소자(X12)와 고정 저항 소자(RX12)와의 사이에 있어서 제1 브리지 회로(BC11)에 접속되어 있고, 타단은 변형 수감 소자(Y12)와 고정 저항 소자(RY12)와의 사이에 있어서 제2 브리지 회로(BC12)에 접속되어 있다. 이로써, 한 쌍의 대변부(對邊部; opposite side portion)에 제1 브리지 회로(BC11)과 제2 브리지 회로(BC12)를 각각 가지고, 다른 한 쌍의 대변부에 변형 수감 소자(Z11), (Z12)를 각각 가지는 제3 브리지 회로(제3 휘트스톤 브리지 회로)(bC13)을 구성하고 있다.
회로 패턴 CP1에 포함되는 변형 수감 소자(X11), (X12), (Y11), (Y12), (Z11), (Z12), 고정 저항 소자(RX11), (RX12), (RY11), (RY12), 배선(W1)은 서로 같은 재료에 의해, 더욱 바람직하게는 1개의 재료 내의 근방의 부위에 의해 형성되어 있다. 이 재료는, 일례로서 동, 동/니켈 등의 구리 합금 등이다. 회로 패턴 CP1의 기재(121) 상에의 프린트는, 포토 에칭, 인쇄, 증착(蒸着), 스퍼터링 등에 의해 행할 수 있다.
스트레인 게이지(120)은, 기재(121)의, 회로 패턴 CP1이 형성된 면과는 반대측의 면이 변형 발생판(111)에 접하도록, 변형 발생판(111)에 접착되어 있다.
구체적으로는, 기재(121)의 수감 영역(121s)는, 중심(c)이 변형 발생판(111)의 회전축(A1)에 일치하도록, 변형 발생판(111)의 이면(back surface)에 접착되어 있다. 그리고, 상기한 바와 같이 변형 수감 소자(X11), (X12)의 사이의 x방향의 거리는 하중 작용부(112)의 x방향의 치수보다 크고, 변형 수감 소자(Y11), (Y12) 사이의 y방향의 거리는 하중 작용부(112)의 y방향의 치수보다 크다. 따라서, 기재(121)의 수감 영역(121s)을 변형 발생판(111)에 접합한 상태에 있어서는, 변형 수감 소자(X11), (X12) 및 변형 수감 소자(Y11), (Y12)는, 각각, x방향 및 y방향에 있어서 하중 작용부(112)의 외측의, 변형이 비교적 크게 생기는 영역에 배치된다. 그리고, 도 1 및 도 4에 있어서는, 변형 발생판(111)에 기재(121)를 접합한 상태에서의 하중 작용부(112)의 윤곽을 점선으로 나타내고, 하중 작용부(112)와 변형 수감 소자(X11), (X12), (Y11), (Y12)와의 위치 관계를 나타내고 있다.
3축력 센서(1000)에 접착된 기재(121)에 있어서, 불감 영역(121n1)에 형성된 단자(T11), (T12), (T13), (T14), 불감 영역(121n2)에 형성된 단자(T15), (T16), (T17), (T18)은, 변형 발생판(111)의 직경 방향 외측(즉, 변형 발생 영역의 외측)에 노출되어 있다.
다음에, 본 실시형태의 스트레인 게이지(120) 및 3축력 센서(1000)의 사용 방법과 동작에 대하여 설명한다.
3축력 센서(1000)를 예를 들면, 로봇 핸드의 촉각 센서로서 사용하는 경우에는, 먼저, 3축력 센서(1000)을, 로봇 핸드의 손가락끝에 고정시킨다. 이어서, 단자(T11)∼(T11)과 신호 처리부(도시하지 않음)를, 각각, 리드선(lead wire)(L11)∼(L18)(도 2)을 사용하여 접속한다. 단자(T11)∼(T18)과 리드선(L11)∼(L18)의 접합은 임의의 방법으로 행할 수 있고, 예를 들면, 땜납이나 이방성(異方性) 도전(導電) 필름(ACF)을 사용하여 행할 수 있다.
단자(T11), (T15)는, 각각, 리드선(L11), (L15)에 의해, 신호 처리부의 전원(도시하지 않음)에 접속된다. 단자(T12), (T13), 단자(T16), (T17), 단자(T14), (T18)은, 각각, 리드선(L12), (L13), 리드선(L16), (L17), 리드선(L14), (L18)에 의해, 신호 처리부 내의 앰프(도시하지 않음)를 통하여, 신호 처리부 내의 연산부(도시하지 않음)에 접속된다.
3축력 센서(1000)의 동작 시에는, 전원에 의해 단자(T11)와 단자(T15)와의 사이에 입력 전압 Ei를 가한다. 제1 브리지 회로(BC11), 제2 브리지 회로(BC12), 제3 브리지 회로(BC13)을 구성하는 각각의 변형 수감 소자의 저항값 및 각 고정 저항 소자의 저항값은, 기재(121)의 수감 영역(121s)에 굴곡이 없는 상태에 있어서, 단자(T12), (T13) 사이에서 전압이 같게 되고, 단자(T16), (T17) 사이에서 전압이 같게 되고, 단자(T14), (T18) 사이에서 전압이 같아지도록 조정되어 있다. 따라서, 변형 발생판(111)에 변형이 생기고 있지 않고, 수감 영역(121s)에 굴곡이 없는 상태[도 3의 (a)]에 있어서는, 단자(T12), (T13) 간, 단자(T16), (T17) 간, 단자(T14), (T18) 사이에 전위차(電位差)는 없어, 연산부는 변형을 산출하지 않는다.
다음에, 하중 작용부(112)에 x방향의 하중이 부가되면, 하중 작용부(112)가 하중을 받아 이동하고, 변형 발생판(111)에 변형을 생기게 한다[도 3의 (b)]. 이 때, 변형 발생판(111)에 접착된 스트레인 게이지(120)의 기재(121)의 수감 영역(121s)도, 변형 발생판(111)과 일체로 굴곡되고, 변형 수감 소자(X11)에는 압축 변형이, 변형 수감 소자(X12)에는 신장 변형이 생긴다. 이로써, 변형 수감 소자(X11), (X12)의 저항값이 각각 변화하여, 변형 수감 소자(X11), (X12)를 포함하는 제1 브리지 회로(BC11)의 단자(T12), (T13) 사이에 전위차가 생긴다. 연산부는 이 전위차에 기초하여, 변형 발생판(111)에 생긴 변형의 양을 구하고, 하중 작용부(112)에 작용한 x방향의 하중의 크기를 구한다. 그리고, 이 때, 변형 발생 영역의 외측, 즉 불감 영역(121n1) 및 (121n2)에는 변형은 생기고 있지 않고, 고정 저항 소자(RX11), (RX12)의 저항값은 일정하다. 하중 작용부(112)에 y방향의 하중이 부가된 경우에도, 동일하게 하여 작용한 y방향의 하중의 크기를 구한다.
하중 작용부(112)에 Z방향의 하중이 부가된 경우에는, 변형 발생판(111) 및 기재(121)의 수감 영역(121s)은 중심이 돌출되도록 만곡되므로, 변형 수감 소자(X11), (X12), (Y11), (Y12), (Z11), (Z12)의 모두에 있어서 연장 변형 생긴다. 이로써, 제1 브리지 회로(BC11)의 합성 저항, 제2 브리지 회로(BC12)의 합성 저항, 변형 수감 소자(Z11), (Z12)의 저항값이 각각 변화하여, 제3 브리지 회로(BC13)의 단자(T14), (T18) 사이에 전위차가 생긴다. 연산부는 이 전위차에 기초하여, 변형 발생판(111)에 생긴 변형의 양을 구하고, 하중 작용부(112)에 작용한 Z방향의 하중의 크기를 구한다.
여기서, 제1 브리지 회로(BC11)의 고정 저항 소자(RX11), (RX12), 제2 브리지 회로(BC12)의 고정 저항 소자(RY11), (RY12)를 기재(121) 상에 프린트하여, 변형 수감 소자(X11), (X12), (Y11), (Y12)와 동일한 재료에 의해 형성하는 의의(意義)에 대하여 설명한다.
(1-1) 고정 저항 소자(RX11), (RX12), (RY11), (RY12)를 이와 같이 형성함으로써, 고정 저항 소자(RX11), (RX12), (RY11), (RY12)가, 변형 수감 소자(X11), (X12), (Y11), (Y12), (Z11), (Z12)와 동일한 재료로, 또한 이들에 근접한 위치에 형성되게 된다. 여기서, 온도 변화에 대한 저항값의 변화의 비율을 나타내는 저항 온도 계수는, 재료에 의존하는 물성값이므로, 본 실시형태에서는 전체 변형 수감 소자와 전체 고정 저항 소자의 저항 온도 계수는 같다. 또한, 고정 저항 소자(RX11), (RX12), (RY11), (RY12)가 기재(121) 상에 형성되어 있고, 변형 수감 소자(X11), (X12), (Y11), (Y12), (Z11), (Z12)의 근방에 형성되어 있으므로, 전체 변형 수감 소자와 전체 고정 저항 소자에 영향을 주는 주위 온도의 변화는 실질적으로 동일해진다. 따라서, 주위 온도에 변화가 생긴 경우에는, 전체 변형 수감 소자의 저항값과 전체 고정 저항 소자의 저항값은 동일한 비율로 변화한다.
제1 브리지 회로(BC11), 제2 브리지 회로(BC12), 제3 브리지 회로(BC13)에 있어서는, 각각에 포함되는 저항 소자(변형 수감 소자 및 고정 저항 소자)의 사이에서 저항값의 밸런스가 변화된 경우에, 단자(T12), (T13) 간, 단자(T16), (T17) 간, 단자(T14), (T18) 간에 전위차가 생기고, 이에 따라 변형이 검출된다. 따라서 주위 온도의 변화에 따라 변형 수감 소자의 저항값 및 고정 저항 소자의 저항값의 사이의 밸런스가 변화된 경우에는, 이 밸런스의 변화에 따라 계측 오차가 생길 수 있다. 그러나, 본 실시형태에 있어서는, 주위 온도에 변화가 생긴 경우에는, 전체 변형 수감 소자의 저항값과 전체 고정 저항 소자의 저항값이 동일한 비율로 변화되므로, 주위의 온도가 변화된 경우라도 각각의 소자 간의 저항값의 밸런스는 변화하지 않고, 계측 오차의 발생이 억제된다. 그리고, 회로 패턴 CP1의 형성 시에, 일체의 덩어리(塊)로서 준비된 재료(구리, 구리 합금 등)의 근방의 부위를 사용하여 변형 수감 소자 등을 형성함으로써, 변형 수감 소자(X11), (X12), (Y11), (Y12), (Z11), (Z12), 고정 저항 소자(RX11), (RX12), (RY11), (RY12), 배선(W1)의 저항 온도 계수를 더욱 균일하게 할 수 있어, 계측 오차의 발생을 더욱 양호하게 억제할 수 있다.
(1-2) 본 실시형태와 같이, 제1 브리지 회로(BC11)의 고정 저항 소자(RX11), (RX12), 제2 브리지 회로(BC12)의 고정 저항 소자(RY11), (RY12)를, 기재(121)의 불감 영역(121n1), (121n2)에 형성하고, 그리고, 변형이 생기지 않는 부분(변형 발생 영역의 외측)에 있어서, 고정 저항 소자(RX11), (RX12), (RY11), (RY12)를 온도 보상용의 더미 게이지로서 작용하게 할 수 있다. 따라서, 주위 온도의 변화에 따라 변형 발생판(111)를 포함하는 3축력 센서(1000)의 본체부에 팽창이나 수축이 생긴 경우에도, 이 팽창이나 수축에 의한 변형 수감 소자(X11), (X12), (Y11), (Y12)의 저항값의 변화를 보상하여, 계측 오차의 발생을 억제할 수 있다.
(1-3) 고정 저항 소자(RX11), (RX12), (RY11), (RY12)를 기재(121) 상에 프린트하여 형성함으로써, 제1 브리지 회로(BC11), 제2 브리지 회로(BC12), 제3 브리지 회로(BC13)을, 각각, 기재(121) 상에서 완결된 폐회로(閉回路)로서 형성할 수 있다.
브리지 회로를 구성하는 변형 수감 소자를 기재 상에 프린트하여, 브리지 회로를 구성하는 고정 저항 소자를 기재의 외부, 예를 들면, 신호 처리부에 설치하는 경우에는, 브리지 회로를 폐회로로 하기 위해, 기재 상의 변형 수감 소자와 신호 처리부의 고정 저항 소자를 리드선 등에 의해 접속할 필요가 있다. 이 경우, 기재 상의 배선과 리드선과의 접속은, 기재 상에 형성된 전극에 리드선을 접합하여 행하지만, 전극과 리드선과의 접합부에 접합 저항이 생기면 이것이 브리지 회로 내의 저항으로 되어 큰 변형 검출 오차의 원인으로 되므로, 접합 방법은, 접합 저항이 실질적으로 무시할 수 있을만큼 작은 땜납 접합에 한정되어 있다.
그러나, 땜납 접합을 양호하게 행하기 위해서는, 기재 상에 비교적 큰 전극을 설치하고, 또한 복수의 전극 간의 피치를 확보할 필요가 있으므로, 기재가 커져 버린다. 또한, 땜납 접합을 양호하게 행하기 위해서는 어느 정도의 두께를 가지고 땜납을 두껍게할 필요가 있으므로, 3축력 센서의 소형화의 방해로도 된다.
이에 대하여, 본 실시형태에서는, 제1 브리지 회로(BC11), 제2 브리지 회로(BC12), 제3 브리지 회로(BC13)가, 각각, 기재(121) 상에서 완결된 폐회로로서 형성되어 있고, 단자(T11)∼(T18)을 통한 기재(121)와 신호 처리부와의 접속은, 제1 브리지 회로(BC11), 제2 브리지 회로(BC12), 제3 브리지 회로(BC13)을 전원이나 연산부에 접속하기 위한 접합에 지나지 않는다. 따라서, 본 실시형태에 있어서는, 단자(T11)∼(T18)과 리드선(L11)∼(L18)과의 접합부에서 접합 저항의 발생이 허용되고, 땜납 접합 이외의 임의의 접합 방법, 예를 들면, 이방성 도전 필름을 사용한 접합을 채용할 수 있다. 그리고, 이방성 도전 필름을 사용함으로써, 전극의 크기, 전극 간의 피치, 접합부의 두께를 모두 땜납 접합의 경우의 10분의 1 정도로 억제할 수 있으므로, 3축력 센서(1000)의 소형화를 바라는 경우에는 이방성 도전 필름에 의한 접합이 유리하다.
본 실시형태의 스트레인 게이지(120) 및 3축력 센서(1000)의 효과는 다음과 같다.
본 실시형태의 스트레인 게이지(120)은, 제1 브리지 회로(BC11)의 고정 저항 소자(RX11), (RX12), 제2 브리지 회로(BC12)의 고정 저항 소자(RY11), (RY12)를 기재(121) 상에 형성하고 있으므로, 상기 (1-2), (1-3)의 효과를 얻을 수 있고, 또한 고정 저항 소자(RX11), (RX12), (RY11), (RY12)를 변형 수감 소자(X11), (X12), (Y11), (Y12)와 동일한 재료에 의해 형성하고 있으므로, 상기 (1-1)의 효과를 얻을 수 있다.
본 실시형태의 스트레인 게이지(120)에 있어서는, 수감 영역(121s)에는, 변형 수감 소자(X11), (X12), (Y11), (Y12), (Z11), (Z12)만이 형성되어 있고, 단자(T11)∼(T18) 및 고정 저항 소자(RX11), (RX12), (RY11), (RY12)는 불감 영역(121n1), (121n2)에 형성되어 있다. 따라서, 수감 영역(121s)의 직경(치수)을 작게 할 수 있고, 나아가서는 3축력 센서(1000)의 변형 발생판(111)을 작게 할 수 있다. 변형 발생판(111)의 소형화는 3축력 센서(1000)의 소형화로 이어져 바람직하다.
본 실시형태의 스트레인 게이지(120)에 있어서는, 전극(T11)∼(T18)이 불감 영역(121n1), (121n2)에 설치되어 있으므로, 필요에 따라 수감 영역(121s)의 직경을 크게 하지 않고, 전극(T11)*의 치수를 크게 하여, 리드선 등과의 접합 작업을 용이하게 할 수 있다.
본 실시형태의 3축력 센서(1000)은, 스트레인 게이지(120)를 구비하므로, 스트레인 게이지(120)의 효과와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
상기한 제1 실시형태에 있어서, 다음의 변형 태양을 채용할 수도 있다.
*스트레인 게이지(120)에 있어서, 변형 수감 소자(Z11), (Z12)는, 불감 영역(121n1) 및/또는 불감 영역(121n2)에 형성되어 있어도 된다. 이 경우, 불감 영역(121n1), (121n2)에는 굴곡이 생기지 않으므로, 변형 수감 소자(Z11), (Z12)는 실질적으로 고정 저항 소자(제3 방향 고정 저항 소자)로서 작용한다.
변형 수감 소자(Z11), (Z12)가 고정 저항 소자로서 작용하는 경우에도, 제1 브리지 회로(BC11)을 사용한 x방향 하중의 검출, 제2 브리지 회로(BC12)를 사용한 y방향 하중의 검출은, 상기한 제1 실시형태와 마찬가지로 행할 수 있다. 또한, Z방향 하중의 검출도 행할 수 있다. 하중 작용부(112)에 Z방향 하중이 작용하여 변형 검출 소자(X11), (X12), (Y11), (Y12)에 저항값의 변화가 생기면, 제1 브리지 회로(BC11)의 합성 저항, 제2 브리지 회로(BC12)의 합성 저항이 각각 변화하여, 변형 수감 소자(Z11), (Z12)의 저항값이 일정하게 있어도, 제3 브리지 회로(BC13)의 소자 간의 저항값의 밸런스가 변화하기 때문이다.
스트레인 게이지(120)은, 변형 수감 소자(Z11), (Z12)를 가지지 않아도 된다. 이 경우에는, 예를 들면, 제1 브리지 회로(BC11), 제2 브리지 회로(BC12)는, 변형 수감 소자(Z11), (Z12) 대신에, 2개의 원호형의 배선(W1)에 의해 접속된다.
변형 수감 소자(Z11), (Z12)가 존재하지 않을 경우에도, 제1 브리지 회로(BC11)을 사용한 x방향 하중의 검출, 제2 브리지 회로(BC12)를 사용한 y방향 하중의 검출은, 상기한 제1 실시형태와 마찬가지로 행할 수 있다. 이와 같은 변형 태양의 스트레인 게이지(120)은, 2축력 센서에 있어서 사용할 수 있다. 또는, 이와 같은 변형 태양의 스트레인 게이지가 가지는 제1 휘트스톤 브리지 및 제2 휘트스톤 브리지를, 신호 처리부에 형성된 고정 저항 소자로 연결해 제3 휘트스톤 브리지를 구성하여, 3축력 센서에 있어서 사용할 수도 있다.
스트레인 게이지(120)에 있어서, 기재(121)의 불감 영역(121n1), (121n2)에 형성된 고정 저항 소자(RX11), (RX12), (RY11), (RY12)는, 이들 중 하나 이상을 기재(121) 상에 남기고, 다른 것을 기재(121)의 외부, 예를 들면, 신호 처리부에 설치해도 된다. 이와 같은 태양에서도, 제1 브리지 회로(BC11)을 구성하는 고정 저항 소자(RX11), (RX12) 및 제2 브리지 회로(BC12)를 구성하는 고정 저항 소자(RY11), RY(12) 중 하나 이상을 기재(121) 상의 불감 영역(121n1) 및/또는 (121n2)에 설치함으로써, 스트레인 게이지(120) 및 3축력 센서(1000)에서의 온도 오차를 억제하는 효과를 얻을 수 있다.
수감 영역(121s)의 y방향(제2 방향)의 한쪽 측에 설치된 불감 영역(121n1)에 있어서, 고정 저항 소자(RX11), (RX12)와 단자(T11)∼(T14)를 y방향(제2 방향)과 직교하는 x방향(제1 방향)을 따라 일렬로 배치해도 되고, 수감 영역(121s)의 y방향(제2 방향)의 다른 쪽 측으로 설치된 불감 영역(121n2)에 있어서, 고정 저항 소자(RY11), (RY12)와 단자(T15)∼(T18)을 y방향(제2 방향)과 직교하는 x방향(제1 방향)을 따라 일렬로 배치해도 된다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 불감 영역(121n1)의 수감 영역(121s)에 가까운 부분에 고정 저항 소자(RX11), (RX12)가, 수감 영역(121s)으로부터 먼 부분에 단자(T11)∼(T14)가 형성되어 있어도 된다. 즉, 불감 영역(121n1)에 있어서는, 단자(T11)∼(T14)가 고정 저항 소자(RX11), (RX12)의 수감 영역(121s)과는 반대측에 설치되어 있어도 된다. 불감 영역(121n2)에서의 고정 저항 소자(RY11), (RY12) 및 단자(T15)∼(T18)의 배치도 마찬가지이다. 이와 같이, 단자(T11)∼(T18)을 외측에 배치함으로써, 단자(T11)∼(T18)에 대한 리드선 등의 접합이 보다 용이해진다.
단자(T11)∼(T18) 중 어느 하나 이상이, 수감 영역(121s)에 형성되어 있어도 된다. 이 경우, 하중 작용부(112)의 아래쪽에 접착하여 변형이 쉽게 생기지 않는 중심(c)의 근방에 설치하는 것이 바람직하다.
수감 영역(121s)에 있어서, 변형 수감 소자(Z11), (Z12)는, 변형 수감 소자(X11), (X12), (Y11), (Y12)의 중심(c) 측(내측)에 배치되어 있어도 된다. 또한, 변형 수감 소자(X11), (X12), (Y11), (Y12)는 각각, 그 그리드의 폭 방향이 수감 영역(121s)의 주위 방향으로 되도록 원호형으로 형성되어 있어도 된다. 이와 같은 스트레인 게이지(120)은, 회전축(A1)을 중심으로 하는 원통형의 하중 작용부(112)가 접속된 변형 발생판(111)에 접착하여 양호하게 사용할 수 있다.
스트레인 게이지(120)의 기재(121)의 형상은 임의이며, 예를 들면, 타원 형상이라도 되고, 불감 영역(121n1), (121n2) 중 어느 한쪽을 가지는 것만이라도 된다. 불감 영역(121n1), (121n2) 중 어느 한쪽만을 가지는 기재(121)에 있어서는, 이 불감 영역에 고정 저항 소자(RX11), (RX12), (RY11), (RY12), 단자(T11)∼(T18)의 모두가 형성될 수 있다. 그 외에, 기재(121)은, 다축력 센서의 변형 발생판에 접착되는 수감 영역과, 상기 영역의 외측에 배치되는 불감 영역을 구비하는 임의의 형상으로 할 수 있다.
상기한 제1 실시형태의 스트레인 게이지(120)을, 다축력 센서 이외의 임의의 센서의 변형 발생 부재에 사용할 수도 있다.
<제2 실시형태>
본 발명의 다축력 센서 및 스트레인 게이지의 제2 실시형태에 대하여, 로봇 핸드의 촉각 센서로서 사용되는 3축력 센서(2000)와, 3축력 센서(2000)에 포함되는 스트레인 게이지(220)를 예로서, 도 5∼도 9를 주로 참조하여 설명한다.
본 실시형태의 3축력 센서(2000)은, 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 축(A2)의 주위로 회전 대칭인 본체부(210)와, 본체부(210)에 접착된 스트레인 게이지(220)를 구비한다. 본체부(210)은, 축(A2)을 회전축으로 하는 원판형의 변형 발생판(변형 발생 부재)(211)과, 변형 발생판(211)의 표면(211a)의 중앙으로부터 축 방향으로 직립하는 하중 작용부(212)와, 변형 발생판(211)의 표면(211a)의 주위 에지부로부터 축 방향으로 직립하는 한 쌍의 유지판(213)과, 변형 발생판(211)의 이면(back surface)(211b)의 주위 에지부로부터 축 방향으로 직립하는 주위벽(214)과, 주위벽(214) 상에 장착된 4개의 각부(角部)(215)를 포함한다. 본체부(210)는, 예를 들면, 합성 수지 소재로 일체로 성형되어 있다.
제2 실시형태의 설명에 있어서는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 변형 발생판(211)의 직교하는 2개의 직경 방향을 3축력 센서(2000) 및 본체부(210)의 X방향(제1 방향) 및 Y방향(제2 방향)이라고 한다. 또한, X방향 및 Y방향과 직교하는 축(A2)의 방향을 3축력 센서(2000) 및 본체부(210)의 Z방향(제3 방향)이라고 한다.
변형 발생판(211)은, 3축력 센서(2000)의 본체부(210)에 하중 작용부(212)를 통해 가해지는 외부로부터의 하중을 받아 변형되는 원판이다. 변형 발생판(211)에서의 변형은, 변형 발생판(211)의 표면(211a) 및 이면(back surface)(211b)[도 5에 있어서 축(A2)와 직교하는 상면 및 하면]에 있어서 생기고, 변형 발생판(211)의 측면(211c)[도 5에 있어서 축(A2)과 평행한 주위면]에 있어서는 생기지 않거나 무시할 수 있을만큼 작다. 상기한 바와 같이, 본 명세서에 있어서는, 본 실시형태에 있어서의 변형 발생판(211)의 표면(211a) 및 이면(211b)와 같이, 변형 발생판(211) 중 외부 하중을 받아 변형되는 영역을 「변형 발생 영역」이라고 한다. 변형 발생판(211)의 직경 및 두께는 임의이다.
하중 작용부(212)는, 외부로부터의 하중을 받아 이동하고, 변형 발생판(211)에 변형을 생기게 하는 부분이며, 예를 들면, 단면 형상이 정사각형의 각기둥이다. 하중 작용부(212)는, 각기둥의 중심축이 변형 발생판(211)의 회전축(축A2)과 일치하도록, 즉 변형 발생판(211)과 동축형으로, 변형 발생판(211)의 표면(211a)에 설치되어 있다.
한 쌍의 유지판(213)은, 후술하는 스트레인 게이지(220)의 기재(221)(도 7)의 일부분[불감 영역(221n1), (221n2)]이 접착되는 부분이다. 유지판(213)은, Y방향에 있어서 하중 작용부(212)를 협지하도록 서로 대향하여, 변형 발생판(211)의 표면(211a)으로부터 직립하고 있고, 각각이 변형 발생판(211)의 외주(外周)에 따른 곡면을 가진다.
주위벽(214)는, 변형 발생판(211)의 이면(211b)의 외주를 따라 이면(211b)으로부터 직립하여, 이면(211b)를 포위하고 있다. 또한, 주위벽(214)에는, Y방향에 있어서 하중 작용부(212)를 협지하도록, 한 쌍의 절결부(切缺部; cut-out portion)(214n)가 형성되어 있다. 즉, 한 쌍의 절결부(214n)는, 변형 발생판(211)의 주위 방향에 있어서, 한 쌍의 유지판(213)과 중복되는 위치에 설치되어 있다. 주위벽(214)은 스트레인 게이지(220)를 변형 발생판(211)에 접착할 때의 가이드로서 사용되지만, 그 상세한 것에 대하여는 후술한다.
각부(215)는, 3축력 센서(2000)를 로봇 핸드에 장착하기 위한 받침대(pedestal)이며, 주위벽(214) 상에 등간격(等間隔)으로 이격되어 4개 설치되어 있다.
도 7에, 도 5에 나타낸 스트레인 게이지(220)가 변형 발생판(211)에 장착되는 전방의 상태[전개도(展開圖)]를 나타낸다. 스트레인 게이지(220)은, 도 7에 나타낸 바와 같이, 기재(221)와, 기재(221)의 표면 상에 프린트된 회로 패턴 CP2를 포함한다. 기재(221)은, 수감 영역(221s) 및 이것을 협지하는 불감 영역(221n1), (221n2)를 가지고, 회로 패턴 CP2는, 6개의 변형 수감 소자(X21), (X22), (Y21), (Y22), (Z21), (Z22)와, 4개의 고정 저항 소자(RX21),(RX22),(RY21), (RY22)와, 8개의 단자(T21)∼(T28)과, 이들을 접속하는 배선(W2)을 포함한다. 그리고, 이하의 설명에서는, 불감 영역(221n1), (221n2)가 수감 영역(221s)을 협지하는 방향을 y방향(제2 방향)이라고 하고, 기재(221)의 표면 상에 있어서 y방향과 직교하는 방향을 x방향(제1 방향)이라고 한다.
기재(221)은, 가요성을 가지는 수지 필름이며, 중앙의 원형상의 수감 영역(221s)와, 수감 영역(221s)을 협지하는 한 쌍의 불감 영역(221n1), (221n2)와, 수감 영역(221s)과 한 쌍의 불감 영역(221n1), (221n2)를 각각 연결하는 한 쌍의 연결 영역(221c1), (221c2)를 가진다. 수지 필름은 용이하게 절곡이 행해지도록 한 유연하며 굴곡성이 높은 것을 사용하는 것이 바람직하고, 구체예로서는, 폴리에스테르, 폴리이미드 등을 사용할 수 있다. 또한, 수감 영역(221s), 불감 영역(221n1), (221n2), 연결 영역(221c1), (221c2)를 각각 상이한 재료에 의해 형성하는 것도 가능하지만, 이들을 동일한 재료에 의해 형성하여 모든 영역의 온도 특성(저항 온도 계수 등)을 동등하게 하는 것이 바람직하다. 또한, 이 경우에는, 일체로 형성된 재료(예를 들면, 폴리에스테르, 폴리이미드 등의 시트) 내의 근방의 부위보다 수감 영역(221s), 불감 영역(221n1), (221n2), 연결 영역(221c1), (221c2)를 일체로 잘라내어 기재(221)를 형성하는 것이 더욱 바람직하다. 이로써, 각 영역의 온도 특성을 더욱 균일하게 할 수 있다.
수감 영역(221s)는, 본체부(210)의 변형 발생판(211)의 이면(211b)에 접착되는 영역이므로, 변형 발생판(211)의 이면(211b)와 동등하거나 그보다 작은 직경을 가진다. 수감 영역(221s)의 일면 상에는, 중심(c)을 x방향으로 협지되어 변형 수감 소자(제1 방향 변형 수감 소자)(X21), (X22)가, y방향으로 협지되어 변형 수감 소자(제2 방향 변형 수감 소자)(Y21), (Y22)가 형성되어 있고, 외주를 따라 변형 수감 소자(제3 방향 변형 수감 소자)(Z21), (Z22)가 형성되어 있다.
변형 수감 소자(X21), (X22)는, 각각 y방향을 그리드의 폭 방향으로 하여, 서로 평행하게 형성되어 있다. 변형 수감 소자(X21)와 변형 수감 소자(X22)는, 각각 중심(c)으로부터 등거리의 위치에 형성되어 있고, 변형 수감 소자(X21)와 변형 수감 소자(X22)와의 사이의 x방향의 거리는, 본체부(210)의 하중 작용부(212)의 X방향의 폭보다 크다.
변형 수감 소자(Y21), (Y22)는, 각각 x방향을 그리드의 폭 방향으로 하여, 서로 평행하게 형성되어 있다. 변형 수감 소자(Y21)와 변형 수감 소자(Y22)는, 각각 중심(c)으로부터 등거리의 위치에 형성되어 있고, 변형 수감 소자(Y21)와 변형 수감 소자(Y22)와의 사이의 y방향의 거리는, 본체부(210)의 하중 작용부(212)의 Y방향의 폭보다 크다.
변형 수감 소자(Z21), (Z22)는, 각각 원호형이며, 수감 영역(221s)의 주위 방향을 그리드의 폭 방향으로 하여, x방향으로 대향하여 형성되어 있다. 변형 수감 소자(Z21), (Z22)는, 변형 수감 소자(X21), (X22), (Y21), (Y22)의 중심(c)과는 반대측(외측)에 배치되어 있다.
한 쌍의 불감 영역(221n1), (221n2)는, y방향으로 수감 영역(221s)을 협지하고 있고, 각각 x방향을 장변(長邊) 방향, y방향을 단변(短邊) 방향으로 하는 직사각형이다.
불감 영역(221n1)의 표면 상에서의 수감 영역(221s)으로부터 먼 부분에는, 각각 x방향으로 연장되는 고정 저항 소자(제1 방향 고정 저항 소자)(RX21),(RX22)가, x방향으로 나란히 형성되어 있고, 수감 영역(221s)에 가까운 부분에는, x방향으로 배열되는 4개의 단자(T21), (T22), (T23), (T24)가 형성되어 있다. 즉, 불감 영역(221n1)에 있어서는, 고정 저항 소자(RX21),(RX22)가 단자(T21)의, 수감 영역(221s)과는 반대측에 배치되어 있다.
마찬가지로, 불감 영역(221n2)의 표면 상에서의 수감 영역(221s)으로부터 먼 부분에는, 각각 x방향으로 연장되는 고정 저항 소자(제2 방향 고정 저항 소자R)Y(21), (RY22)가, x방향으로 나란히 형성되어 있고, 수감 영역(221s)에 가까운 부분에는, x방향으로 배열되는 4개의 단자(T25), (T26), (T27), (T28)이 형성되어 있다. 즉, 불감 영역(221n2)에 있어서는, 고정 저항 소자(RY21), (RY22)가 단자(T25)∼(T28)의, 수감 영역(221s)과는 반대측에 배치되어 있다.
수감 영역(221s)과 불감 영역(221n1), (221n2)를 연결하는 연결 영역(221c1), (221c2)는, 각각, 수감 영역(221s)과 불감 영역(221n1), (221n2)가 연결되는 y방향과 직교하는 x방향의 치수(폭)가 수감 영역(221s), 불감 영역(221n1), (221n2)의 x방향의 치수(폭)보다 작다. 그러므로, 기재(221)은, 연결 영역(221c1), (221c2)에 있어서 잘록해진 형상으로 되어 있다.
도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 배선(W2)는, 변형 수감 소자(X21), (X22), 고정 저항 소자(RX21),(RX22)를 접속하여 제1 브리지 회로[제1 휘트스톤 브리지 회로(bc21)]을 구성하고 있다. 또한, 변형 수감 소자(X21)와 고정 저항 소자(RX21)과의 사이에 단자(T21)가, 변형 수감 소자(X21), (X22)의 사이에 단자(T22)가, 고정 저항 소자(RX21),(RX22)의 사이에 단자(T23)가, 변형 수감 소자(X22)와 고정 저항 소자(RX22)와의 사이에 단자(T24)가 접속되어 있다.
마찬가지로, 배선(W2)는, 변형 수감 소자(Y21), (Y22), 고정 저항 소자(RY21), (RY22)를 접속하여 제2 브리지 회로(제2 휘트스톤 브리지 회로bc2)2를 구성하고 있다. 변형 수감 소자(Y21)와 고정 저항 소자(RY21)의 사이에 단자(T28)이, 변형 수감 소자(Y21), (Y22)의 사이에 단자(T26)이, 고정 저항 소자(RY21), (RY22)의 사이에 단자(T27)이, 변형 수감 소자(Y22)와 고정 저항 소자(RY22)의 사이에 단자(T25)가 접속되어 있다.
변형 수감 소자(Z21)의 일단은 변형 수감 소자(X21)와 고정 저항 소자(RX21)와의 사이에 있어서 제1 브리지 회로(BC21)에 접속되어 있고, 타단은 변형 수감 소자(Y21)와 고정 저항 소자(RY21)와의 사이에 있어서 제2 브리지 회로(BC22)에 접속되어 있다. 마찬가지로, 변형 수감 소자(Z22)의 일단은 변형 수감 소자(X22)와 고정 저항 소자(RX22)와의 사이에 있어서 제1 브리지 회로(BC21)에 접속되어 있고, 타단은 변형 수감 소자(Y22)와 고정 저항 소자(RY22)와의 사이에 있어서 제2 브리지 회로(BC22)에 접속되어 있다. 이로써, 한 쌍의 대변부에 제1 브리지 회로(BC21)과 제2 브리지 회로(BC22)를 각각 가지고, 다른 한 쌍의 대변부에 변형 수감 소자(Z21), (Z22)를 각각 가지는 제3 브리지 회로[제3 휘트스톤 브리지 회로(bc23)]을 구성하고 있다.
회로 패턴 CP2에 포함되는 변형 수감 소자(X21), (X22), (Y21), (Y22), (Z21), (Z22), 고정 저항 소자(RX21),(RX22),(RY21), (RY22), 배선(W2)은 서로 같은 재료에 의해, 더욱 바람직하게는 1개의 재료 내의 근방의 부위에 의해 형성되어 있다. 이 재료는, 일례로서 동, 동/니켈 등의 구리 합금 등이다. 회로 패턴 CP2의 기재(221) 상에의 프린트는, 포토 에칭, 인쇄, 증착, 스퍼터링 등에 의해 행할 수 있다.
도 5, 도 6에 나타낸 바와 같이, 스트레인 게이지(220)은, 기재(221)의, 회로 패턴 CP2가 형성된 면과는 반대측의 면이 본체부(210)에 접하도록, 본체부(210)에 접착되어 있다.
구체적으로는, 기재(221)의 수감 영역(221s)는, x방향 및 y방향이, 본체부(210)의 X방향 및 Y방향에 각각 일치하고, 중심(c)이 축(A2)에 일치하도록, 변형 발생판(211)의 이면(211b)에 접착되어 있다. 그리고, 상기한 바와 같이 변형 수감 소자(X21), (X22)의 사이의 x방향의 거리는 하중 작용부(212)의 X방향의 치수보다 크고, 변형 수감 소자(Y21), (Y22) 사이의 y방향의 거리는 하중 작용부(212)의 Y방향의 치수보다 크다. 따라서, 기재(221)의 수감 영역(221s)을 변형 발생판(211)에 접합한 상태에 있어서는, 변형 수감 소자(X21), (X22) 및 변형 수감 소자(Y21), (Y22)는, 각각, X방향 및 Y방향에 있어서 하중 작용부(212)의 외측의, 변형이 비교적 크게 생기는 영역에 배치된다. 그리고, 도 7 및 도 9에 있어서는, 변형 발생판(211)에 기재(221)를 접합한 상태에서의 하중 작용부(212)의 윤곽을 파선(破線)으로 나타내고, 하중 작용부(212)와 변형 수감 소자(X21), (X22), (Y21), (Y22)와의 위치 관계를 나타내고 있다.
기재(221)의 한 쌍의 불감 영역(221n1), (221n2)는, 각각, 절곡되어 변형 발생판(211)의 측면(211c)와, 그 위쪽으로 연장되는 유지판(213)의 외면에 접착되어 있다. 따라서, 불감 영역(221n1)에 형성된 단자(T21), (T22), (T23), (T24), 불감 영역(221n2)에 형성된 단자(T25), (T26), (T27), (T28)은, 변형 발생판(211)의 직경 방향 외측을 향해 노출되어 있다.
한 쌍의 연결 영역(221c1), (221c2)는, 각각, 주위벽(214)의 절결부(214n)를 지나고, 변형 발생판(211)의 이면(211b)와 측면(211c)과의 연접부(連接部)에 있어서 굴곡되어 있다.
스트레인 게이지(220)를 기재(221)에 접착할 때는, 기재(221)의 수감 영역(221s)의 주위 에지부를 주위벽(214)의 내주면에 맞닿게 하여, 기재(221)의 한 쌍의 연결 영역(221c1), (221c2)를 주위벽(214)의 한 쌍의 절결부(214n)에 각각 배치함으로써, 본체부(210) 및 변형 발생판(211)에 대한 스트레인 게이지(220)의 위치 결정을 용이하게 행할 수 있다.
구체적으로는, 기재(221)의 수감 영역(221s)의 주위 에지부를 주위벽(214)의 내주면에 접촉시킴으로써, 수감 영역(221s)의 중심(c)이 본체부(210)의 축(A2)과 일치하도록 위치맞춤되고, 또한 수감 영역(221s)의 X방향 및 Y방향으로의 이동이 규제된다. 이어서, 스트레인 게이지(220)의 한 쌍의 연결 영역(221c1), (221c2)를 주위벽(214)의 한 쌍의 절결부(214n)에 배치함으로써, 스트레인 게이지(220)은, 축(A2) 중심의 주위 방향에 있어서도, 본체부(210) 및 변형 발생판(211)에 대하여 위치맞춤된다.
다음에, 본 실시형태의 3축력 센서(2000), 및 스트레인 게이지(220)의 사용 방법과 동작에 대하여 설명한다.
3축력 센서(2000)를 로봇 핸드의 촉각 센서로서 사용하는 경우에는, 먼저, 3축력 센서(2000)을, 각부(215)를 통하여, 로봇 핸드의 손가락끝에 고정시킨다. 이어서, 단자(T21)∼(T28)과 신호 처리부(도시하지 않음)를, 각각, 리드선(L21)∼(L28)(도 8)을 사용하여 접속한다. 단자(T21)∼(T28)과 리드선(L21)∼(LT28)의 접합은 임의의 방법으로 행할 수 있고, 예를 들면, 땜납이나 이방성 도전 필름(ACF)을 사용하여 행할 수 있다.
단자(T21), (T25)는, 각각, 리드선(L21), (L25)에 의해, 신호 처리부의 전원(도시하지 않음)에 접속된다. 단자(T22), (T23), 단자(T26), (T27), 단자(T24), (T28)은, 각각, 리드선(L22), (L23), 리드선(L26), (L27), 리드선(L24), (L28)에 의해, 신호 처리부 내의 앰프(도시하지 않음)를 통하여, 신호 처리부 내의 연산부(도시하지 않음)에 접속된다.
3축력 센서(2000)의 동작 시에는, 전원에 의해 단자(T21)와 단자(T25)와의 사이에 입력 전압 Ei를 가한다. 제1 브리지 회로(BC21), 제2 브리지 회로(BC22), 제3 브리지 회로(BC23)을 구성하는 각각의 변형 수감 소자의 저항값 및 각 고정 저항 소자의 저항값은, 기재(221)의 수감 영역(221s)에 굴곡이 없는 상태에 있어서, 단자(T22), (T23) 사이에서 전압이 같게 되고, 단자(T26), (T27) 사이에서 전압이 같게 되고, 단자(T24), (T28) 사이에서 전압이 같아지도록 조정되어 있다. 따라서, 변형 발생판(211)에 변형이 생기고 있지 않고, 수감 영역(221s)에 굴곡이 없는 상태[도 3의 (a)]에 있어서는, 단자(T22), (T23) 간, 단자(T26), (T27) 간, 단자(T24), (T28) 간에 전위차가 없어, 연산부는 변형을 산출하지 않는다.
다음에, 하중 작용부(212)에 X방향의 하중이 부가되면, 하중 작용부(212)가 하중을 받아 이동하고, 변형 발생판(211)에 변형을 생기게 한다[도 3의 (b). 이 때, 변형 발생판(211)에 접착된 스트레인 게이지(220)의 기재(221)의 수감 영역(221s)도 변형 발생판(211)과 일체로 굴곡, 변형 수감 소자(X21)에는 압축 변형이, 변형 수감 소자(X22)에는 신장하고 변형이 생긴다. 이로써, 변형 수감 소자(X21), (X22)의 저항값이 각각 변화하여, 변형 수감 소자(X21), (X22)를 포함하는 제1 브리지 회로(BC21)의 단자(T22), (T23) 사이에 전위차가 생긴다. 연산부는 이 전위차에 기초하여, 변형 발생판(211)에 생긴 변형의 양을 구하고, 하중 작용부(212)에 작용한 X방향의 하중의 크기를 구한다. 그리고, 이 때, 변형 발생판(211)의 측면(211c) 및 유지판(213)에는 변형은 생기고 있지 않고, 고정 저항 소자(RX21),(RX22)의 저항값은 일정하다. 하중 작용부(212)에 Y방향의 하중이 부가된 경우에도, 동일하게 하여 작용한 Y방향의 하중의 크기를 구한다.
하중 작용부(212)에 Z방향의 하중이 부가된 경우에는, 변형 발생판(211) 및 기재(221)의 수감 영역(221s)은 중심이 돌출되도록 만곡되므로, 변형 수감 소자(X21), (X22), (Y21), (Y22), (Z21), (Z22)의 모두에 있어서 연장 변형 생긴다. 이로써, 제1 브리지 회로(BC21)의 합성 저항, 제2 브리지 회로(BC22)의 합성 저항, 변형 수감 소자(Z21), (Z22)의 저항값이 각각 변화하여, 제3 브리지 회로(BC23)의 단자(T24), (T28) 사이에 전위차가 생긴다. 연산부는 이 전위차에 기초하여, 변형 발생판(211)에 생긴 변형의 양을 구하고, 하중 작용부(212)에 작용한 Z방향의 하중의 크기를 구한다.
여기서, 제1 브리지 회로(BC21)의 고정 저항 소자(RX21),(RX22), 제2 브리지 회로(BC22)의 고정 저항 소자(RY21), (RY22)를 기재(221) 상에 프린트하여, 변형 수감 소자(X21), (X22), (Y21), (Y22)와 동일한 재료에 의해 형성하는 의의에 대하여 설명한다.
(2-1) 고정 저항 소자(RX21),(RX22),(RY21), (RY22)를 이와 같이 형성함으로써, 고정 저항 소자(RX21),(RX22),(RY21), (RY22)가, 변형 수감 소자(X21), (X22), (Y21), (Y22), (Z21), (Z22)와 동일한 재료로, 또한 이들에 근접한 위치에 형성되게 된다. 여기서, 온도 변화에 대한 저항값의 변화의 비율을 나타내는 저항 온도 계수는, 재료에 의존하는 물성값이므로, 본 실시형태에서는 전체 변형 수감 소자와 전체 고정 저항 소자의 저항 온도 계수는 같다. 또한, 고정 저항 소자(RX21),(RX22),(RY21), (RY22)가 기재(221) 상에 형성되어 있고, 변형 수감 소자(X21), (X22), (Y21), (Y22), (Z21), (Z22)의 근방에 형성되어 있으므로, 전체 변형 수감 소자와 전체 고정 저항 소자에 영향을 주는 주위 온도의 변화는 실질적으로 동일해진다. 따라서, 주위 온도에 변화가 생긴 경우에는, 전체 변형 수감 소자의 저항값과 전체 고정 저항 소자의 저항값은 동일한 비율로 변화한다.
제1 브리지 회로(BC21), 제2 브리지 회로(BC22), 제3 브리지 회로(BC23)에 있어서는, 각각에 포함되는 저항 소자(변형 수감 소자 및 고정 저항 소자)의 사이에서 저항값의 밸런스가 변화된 경우에, 단자(T22), (T23) 간, 단자(T26), (T27) 간, 단자(T24), (T28) 간에 전위차가 생기고, 이에 따라 변형이 검출된다. 따라서 주위 온도의 변화에 따라 변형 수감 소자의 저항값 및 고정 저항 소자의 저항값의 사이의 밸런스가 변화된 경우에는, 이 밸런스의 변화에 따라 계측 오차가 생길 수 있다. 그러나, 본 실시형태에 있어서는, 주위 온도에 변화가 생긴 경우에는, 전체 변형 수감 소자의 저항값과 전체 고정 저항 소자의 저항값이 동일한 비율로 변화되므로, 주위의 온도가 변화된 경우라도 각각의 소자 간의 저항값의 밸런스는 변화하지 않고, 계측 오차의 발생이 억제된다. 그리고, 회로 패턴 CP2의 형성 시에, 일체의 덩어리로서 준비된 재료(구리, 구리 합금 등)의 근방의 부위를 사용하여 변형 수감 소자 등을 형성함으로써, 변형 수감 소자(X21), (X22), (Y21), (Y22), (Z21), (Z22), 고정 저항 소자(RX21),(RX22),(RY21), (RY22), 배선(W2)의 저항 온도 계수를 더욱 균일하게 할 수 있고, 계측 오차의 발생을 더욱 양호하게 억제할 수 있다.
(2-2) 본 실시형태와 같이, 제1 브리지 회로(BC21)의 고정 저항 소자(RX21),(RX22), 제2 브리지 회로(BC22)의 고정 저항 소자(RY21), (RY22)를, 기재(221)의 불감 영역(221n1), (221n2)에 형성하고, 불감 영역(221n1), (221n2)를, 본체부(210)의 변형이 생기지 않는 부분(변형 발생 영역의 외측)에 접합한 경우에는, 고정 저항 소자(RX21),(RX22),(RY21), (RY22)를 온도 보상용의 더미 게이지로서 작용하게 할 수 있다. 따라서, 주위 온도의 변화에 따라 변형 발생판(211)를 포함하는 본체부(210)에 팽창이나 수축이 생긴 경우에도, 이 팽창이나 수축에 의한 변형 수감 소자(X21), (X22), (Y21), (Y22)의 저항값의 변화를 보상하여, 계측 오차의 발생을 억제할 수 있다.
(2-3) 고정 저항 소자(RX21),(RX22),(RY21), (RY22)를 기재(221) 상에 프린트하여 형성함으로써, 제1 브리지 회로(BC21), 제2 브리지 회로(BC22), 제3 브리지 회로(BC23)을, 각각, 기재(221) 상에서 완결된 폐회로로서 형성할 수 있다.
브리지 회로를 구성하는 변형 수감 소자를 기재 상에 프린트하여, 브리지 회로를 구성하는 고정 저항 소자를 기재의 외부, 예를 들면, 신호 처리부에 설치하는 경우에는, 브리지 회로를 폐회로로 하기 위해, 기재 상의 변형 수감 소자와 신호 처리부의 고정 저항 소자를 리드선 등에 의해 접속할 필요가 있다. 이 경우, 기재 상의 배선과 리드선과의 접속은, 기재 상에 형성된 전극에 리드선을 접합하여 행하지만, 전극과 리드선과의 접합부에 접합 저항이 생기면 이것이 브리지 회로 내의 저항으로 되어 큰 변형 검출 오차의 원인으로 되므로, 접합 방법은, 접합 저항이 실질적으로 무시할 수 있을만큼 작은 땜납 접합에 한정되어 있다.
그러나, 땜납 접합을 양호하게 행하기 위해서는, 기재 상에 비교적 큰 전극을 설치하고, 또한 복수의 전극 간의 피치를 확보할 필요가 있으므로, 기재가 커져 버린다. 또한, 땜납 접합을 양호하게 행하기 위해서는 어느 정도의 두께를 가지고 땜납을 두껍게 할 필요가 있으므로, 3축력 센서의 소형화의 방해로도 된다.
이에 대하여, 본 실시형태에서는, 제1 브리지 회로(BC21), 제2 브리지 회로(BC22), 제3 브리지 회로(BC23)가, 각각, 기재(221) 상에서 완결된 폐회로로서 형성되어 있고, 단자(T21)∼(T28)을 통한 기재(221)와 신호 처리부와의 접속은, 제1 브리지 회로(BC21), 제2 브리지 회로(BC22), 제3 브리지 회로(BC23)을 전원이나 연산부에 접속하기 위한 접합에 지나지 않는다. 따라서, 본 실시형태에 있어서는, 단자(T21)∼(T28)과 리드선(L21)∼(L28)과의 접합부에서 접합 저항의 발생이 허용되고, 땜납 접합 이외의 임의의 접합 방법, 예를 들면, 이방성 도전 필름을 사용한 접합을 채용할 수 있다. 그리고, 이방성 도전 필름을 사용함으로써, 전극의 크기, 전극 간의 피치, 접합부의 두께를 모두 땜납 접합의 경우의 10분의 1 정도로 억제할 수 있으므로, 3축력 센서(2000)의 소형화를 바라는 경우에는 이방성 도전 필름에 의한 접합이 유리하다.
본 실시형태의 3축력 센서(2000) 및 스트레인 게이지(220)의 효과는 다음과 같다.
본 실시형태의 스트레인 게이지(220)은, 제1 브리지 회로(BC21)의 고정 저항 소자(RX21),(RX22), 제2 브리지 회로(BC22)의 고정 저항 소자(RY21), (RY22)를 기재(221) 상에 형성하고 있으므로, 상기 (2-2), (2-3)의 효과를 얻을 수 있고, 또한 고정 저항 소자(RX21), (RX22), (RY21), (RY22)를 변형 수감 소자(X21), (X22), (Y21), (Y22)와 동일한 재료에 의해 형성하고 있으므로, 상기 (2-1)의 효과를 얻을 수 있다.
본 실시형태의 스트레인 게이지(220)에 있어서는, 수감 영역(221s)에는, 변형 수감 소자(X21), (X22), (Y21), (Y22), (Z21), (Z22)만이 형성되어 있고, 단자(T21)∼(T28) 및 고정 저항 소자(RX21), (RX22), (RY21), (RY22)는 불감 영역(221n1), (221n2)에 형성되어 있다. 따라서, 수감 영역(221s)의 직경(치수)을 작게 할 수 있고, 나아가서는 3축력 센서(2000)의 변형 발생판(211)을 작게 할 수 있다. 변형 발생판(211)의 소형화는 3축력 센서(2000)의 소형화로 이어져 바람직하다.
본 실시형태의 스트레인 게이지(220)에 있어서는, 전극(T21)∼(T28)이 불감 영역(221n1), (221n2)에 설치되어 있으므로, 필요에 따라 수감 영역(221s)의 직경을 크게 하지 않고, 전극(T21)∼(T28)의 치수를 크게 하여, 리드선 등과의 접합 작업을 용이하게 할 수 있다.
본 실시형태의 스트레인 게이지(220)의 기재(221)은, 수감 영역(221s)과 불감 영역(221n1), (221n2)의 사이에, 수감 영역(221s) 및 불감 영역(221n1), (221n2)보다 폭이 좁은 연결 영역(221c1), (221c2)를 가지므로, 수감 영역(221s) 및 불감 영역(221n1), (221n2)를, 연결 영역(221c1), (221c2)와의 접속부에 규제되지 않고 다양한 태양으로 배치할 수 있다.
본 실시형태의 3축력 센서(2000)은, 스트레인 게이지(220)를 구비하므로, 스트레인 게이지(220)의 효과와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
상기한 제2 실시형태에 있어서, 다음의 변형 태양을 채용할 수도 있다.
스트레인 게이지(220)에 있어서, 변형 수감 소자(Z21), (Z22)는, 불감 영역(221n1) 및/또는 불감 영역(221n2)에 형성되어 있어도 된다. 이 경우, 불감 영역(221n1), (221n2)에는 굴곡이 생기지 않으므로, 변형 수감 소자(Z21), (Z22)는 실질적으로 고정 저항 소자(제3 방향 고정 저항 소자)로서 작용한다.
변형 수감 소자(Z21), (Z22)가 고정 저항 소자로서 작용하는 경우에도, 제1 브리지 회로(BC21)을 사용한 X방향 하중의 검출, 제2 브리지 회로(BC22)를 사용한 Y방향 하중의 검출은, 상기한 제2 실시형태와 마찬가지로 행할 수 있다. 또한, Z방향 하중의 검출도 행할 수 있다. 하중 작용부(212)에 Z방향 하중이 작용하여 변형 검출 소자(X21), (X22), (Y21), (Y22)에 저항값의 변화가 생기면, 제1 브리지 회로(BC21)의 합성 저항, 제2 브리지 회로(BC22)의 합성 저항이 각각 변화하여, 변형 수감 소자(Z21), (Z22)의 저항값이 일정하게 있어도, 제3 브리지 회로(BC23)의 소자 간의 저항값의 밸런스가 변화하기 때문이다.
스트레인 게이지(220)은, 변형 수감 소자(Z21), (Z22)를 가지지 않아도 된다. 이 경우에는, 예를 들면, 제1 브리지 회로(BC21), 제2 브리지 회로(BC22)는, 변형 수감 소자(Z21), (Z22) 대신에, 2개의 원호형의 배선(W2)에 의해 접속된다.
변형 수감 소자(Z21), (Z22)가 존재하지 않을 경우에도, 제1 브리지 회로(BC21)을 사용한 X방향 하중의 검출, 제2 브리지 회로(BC22)를 사용한 Y방향 하중의 검출은, 상기 실시형태와 마찬가지로 행할 수 있다. 이와 같은 변형 태양의 스트레인 게이지(220)은, 2축력 센서에 있어서 사용할 수 있다. 또는, 이와 같은 변형 태양의 스트레인 게이지가 가지는 제1 휘트스톤 브리지 및 제2 휘트스톤 브리지를, 신호 처리부에 형성된 고정 저항 소자로 연결해 제3 휘트스톤 브리지를 구성하여, 3축력 센서에 있어서 사용할 수도 있다.
스트레인 게이지(220)에 있어서, 기재(221)의 불감 영역(221n1), (221n2)에 형성된 고정 저항 소자(RX21),(RX22),(RY21), (RY22)는, 이들 중 하나 이상을 기재(221) 상에 남기고, 외를 기재(221)의 외부, 예를 들면, 신호 처리부에 설치해도 된다. 이와 같은 태양이라도, 제1 브리지 회로(BC21)을 구성하는 고정 저항 소자(RX21),(RX22) 및 제2 브리지 회로(BC22)를 구성하는 고정 저항 소자(RY21), (RY22)중 하나 이상을 기재(221) 상의 불감 영역(221n1) 및/또는 221(n2)에 설치함으로써, 스트레인 게이지(220) 및 3축력 센서(2000)에서의 온도 오차를 억제하는 효과를 얻을 수 있다.
수감 영역(221s)의 y방향(제2 방향)의 한쪽 측에 설치된 불감 영역(221n1)에 있어서, 고정 저항 소자(RX21),(RX22)와 단자(T21)∼(T24)를 y방향(제2 방향)과 직교하는 x방향(제1 방향)을 따라 일렬로 배치해도 되고, 수감 영역(221s)의 y방향(제2 방향)의 다른 쪽 측으로 설치된 불감 영역(221n2)에 있어서, 고정 저항 소자(RY21), (RY22)와 단자(T25)∼(T28)을 y방향(제2 방향)과 직교하는 x방향(제1 방향)을 따라 일렬로 배치해도 된다. 이로써, 불감 영역(221n1), (221n2)를 더욱 가늘고 긴 부분에 접착할 수 있고, 예를 들면, 본체부(210)의 유지판(213)을 생략하고, 변형 발생판(211)의 측면에만 불감 영역(221n1), (221n2)를 접착할 수 있다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 불감 영역(221n1)의 수감 영역(221s)에 가까운 부분에 고정 저항 소자(RX21),(RX22)가, 수감 영역(221s)으로부터 먼 부분에 단자(T21)∼(T24)가 형성되어 있어도 된다. 즉, 불감 영역(221n1)에 있어서는, 단자(T21)∼(T24)가 고정 저항 소자(RX21),(RX22)의 수감 영역(221s)과는 반대측에 설치되어 있어도 된다. 불감 영역(221n2)에서의 고정 저항 소자(RY21), (RY22) 및 단자(T25)∼(T28)의 배치도 마찬가지이다. 이와 같이, 단자(T21)∼(T28)을 외측에 배치함으로써, 단자(T21)∼(T28)에 대한 리드선 등의 접합이 보다 용이해진다.
단자(T21)∼(T28) 중 어느 하나 이상이, 수감 영역(221s)에 형성되어 있어도 된다. 이 경우, 하중 작용부(212)의 아래쪽에 접착하여 변형이 쉽게 생기지 않는 중심(c)의 근방에 설치하는 것이 바람직하다.
수감 영역(221s)에 있어서, 변형 수감 소자(Z21), (Z22)는, 변형 수감 소자(X21), (X22), (Y21), (Y22)의 중심(c) 측(내측)에 배치되어 있어도 된다. 또한, 변형 수감 소자(X21), (X22), (Y21), (Y22)는 각각, 그 그리드의 폭 방향이 수감 영역(221s)의 주위 방향으로 되도록 원호형으로 형성되어 있어도 된다. 이와 같은 스트레인 게이지(220)은, 하중 작용부(212)가 축(A2)을 중심으로 하는 원통형인 본체부(210)에 접착하여 양호하게 사용할 수 있다.
스트레인 게이지(220)의 기재(221)의 형상은 임의이며, 연결 영역(221c1), (221c2)를 가지지 않는 직사각형이나 타원 형상이라도 되고, 불감 영역(221n1), (221n2) 중 어느 한쪽을 가지는 것만이라도 된다. 불감 영역(221n1), (221n2) 중 어느 한쪽만을 가지는 기재(221)에 있어서는, 이 불감 영역에 고정 저항 소자(RX21),(RX22),(RY21), (RY22), 단자(T21)∼(T28)의 모두가 형성될 수 있다. 그 외에, 기재(221)은, 다축력 센서의 변형 발생판에 접착되는 수감 영역과, 상기 영역의 외측에 배치되는 불감 영역을 구비하는 임의의 형상으로 할 수 있다.
본체부(210)의 유지판(213)은, 변형 발생판(211)의 외주로부터, 변형 발생판(211)과 평행하게 연장되는 평판으로 해도 된다. 이 경우에는, 스트레인 게이지(220)의 기재(221)은, 절곡하지 않고, 변형 발생판(211) 및 유지판(213)에 접착된다. 또한, 본체부(210)는 유지판(213)을 가지지 않아도 된다. 이 경우에는, 변형 발생판(211)의 측면(211c)에 불감 영역(221n1), (221n2)의 전역(全域)을 접착할 수 있다. 그 외에, 불감 영역(221n1), (221n2)는 변형 발생판(211)의 측면(211c)에 접착되어 있지 않아도 되고, 본체부(210)에 접착되어 있지 않아도 된다. 수감 영역(221s)이 변형 발생판(211)의 이면(211b)에 접착된 상태에서의 불감 영역(221n1), (221n2)의 배치는, 다축 센서의 본체부의 형상이나 다축 센서의 용도에 따라 적절히 결정할 수 있다.
상기한 제2 실시형태의 스트레인 게이지(220)을, 다축력 센서 이외의 임의의 센서의 변형 발생 부재에 사용할 수도 있다.
<제3 실시형태>
본 발명에 관한 스트레인 게이지, 및 3축력 센서의 제3 실시형태에 대하여, 이들을 전자 펜에 적용하는 경우를 예로 들어, 도 10∼도 14를 주로 참조하여 설명한다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 전자 펜(4000)은, 팁(431) 및 (432)와, 3축력 센서(3000)와, 홀더(433)와, 보디(434)와, 프론트 캡(435)을 구비한다.
팁(431)은, 예를 들면, 플라스틱에 의해 형성되고, 펜 끝으로서 기능한다. 팁(432)는, 예를 들면, SUS에 의해 형성되고, 그 일단이 팁(431)에 접속되고, 또한 타단이 3축력 센서(3000)에 접속된다. 이로써, 펜 끝을 통해 가해지는 외부로부터의 하중이 3축력 센서(3000)로 계측되게 된다.
홀더(433)은, 3축력 센서(3000)의 동작에 필요한 신호 처리 회로나 전원 외에, 각종 회로가 실장(實裝)된 PCBA(Printed Circuit Board Assembly)를 유지한다. 보디(434)는, 3축력 센서(3000)의 일부분과 홀더(433)를 덮고, 프론트 캡(435)는, 3축력 센서(3000)의 남은 부분과 팁(432)을 덮는다.
다음에, 도 11 및 도 12에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 3축력 센서(3000)은, 축(A3)의 주위로 회전 대칭인 본체부(310)를 구비한다. 본체부(310)은, 축(A3)을 회전축으로 하는 원판형의 변형 발생판(판형의 변형 발생 부재)(311)과, 변형 발생판(311)의 표면(311a)의 중앙으로부터 축 방향으로 직립하는 하중 작용부(312)와, 변형 발생판(311)의 이면(311b)의 주위 에지부로부터 축 방향으로 직립하는 주위벽(313)을 포함한다. 또한, 하중 작용부(312)는, 도 10에 나타낸 팁(432)에 끼워맞추어진다. 본체부(310)은, 예를 들면, 합성 수지 소재로 일체로 성형되어 있다.
제3 실시형태의 설명에 있어서는, 도 11에 나타낸 바와 같이, 변형 발생판(311)의 직교하는 2개의 직경 방향을 3축력 센서(3000) 및 본체부(310)의 x방향(제1 방향) 및 y방향(제2 방향)이라고 한다. 또한, x방향 및 y방향과 직교하는 축(A3)의 방향을 3축력 센서(3000) 및 본체부(310)의 z방향(제3 방향)이라고 한다.
변형 발생판(311)은, 하중 작용부(312)를 통해 가해지는 외부로부터의 하중을 받아 변형되는 원판이다. 변형 발생판(311)에서의 변형은, 변형 발생판(311)의 표면(311a) 및 이면(311b)[도 11에 있어서 축(A3)와 직교하는 상면 및 하면]에 있어서 생기고, 주위벽(313)[도 11에 있어서 축(A3)과 평행한 주위면]에서는 생기지 않거나 무시할 수 있을만큼 작다. 전술한 바와 같이, 본 명세서에 있어서는, 본 실시형태에 있어서의 변형 발생판(311)의 표면(311a) 및 이면(311b)와 같이, 외부 하중을 받아 변형되는 영역을 「변형 발생 영역」이라고 한다. 변형 발생판(311)의 직경 및 두께는 임의이다.
하중 작용부(312)는, 외부로부터의 하중을 받아 이동하고, 변형 발생판(311)에 변형을 생기게 한다. 하중 작용부(312)는, 그 중심축이 변형 발생판(311)의 회전축(축A3)과 일치하도록, 즉 변형 발생판(311)과 동축형으로, 변형 발생판(311)의 표면(311a)에 설치되어 있다.
주위벽(313)은, 변형 발생판(311)의 이면(311b)의 외주를 따라 이면(311b)로부터 직립하여, 이면(311b)를 포위하고 있다. 그리고, 도 11에 있어서는, 주위벽(313)의 외주면(外周面)이 원통형인 경우에 대하여 예시하고 있지만, 다음과 같이 주위벽(313)을 변경시켜도 된다. 즉, x축 방향에서의 주위벽(313)의 한쪽 측 또는 양측에 있어서, x축에 교차(직교)하는 평면 부분을 주위벽(313)의 외주면에 형성해도 된다. 또는, y축 방향에서의 주위벽(313)의 한쪽 측 또는 양측에 있어서, y축에 교차(직교)하는 평면 부분을 주위벽(313)의 외주면에 형성해도 된다.
특히, x축 방향에서의 주위벽(313)의 한쪽측에만 평면 부분을 설치하는 경우에는, y축 방향에 대하여도 주위벽(313)의 한쪽측에만 평면 부분을 설치할 수 있다. 이 경우에는, 주위벽(313)의 외주면에 대하여 2개의 평면 부분이 설치되게 된다. 또한, x축 방향에서의 주위벽(313)의 양측에 평면 부분을 설치하는 경우에는, y축 방향에 대하여도 주위벽(313)의 양측에 평면 부분을 설치할 수 있다. 이 경우에는, 주위벽(313)의 외주면에 대하여 4개의 평면 부분이 설치되게 된다.
이와 같이, 주위벽(313)의 외주면에 평면 부분을 설치함으로써, 상기 평면 부분을 이용하여, 전자 펜(4000)의 홀더(433)에 대한 본체부(310)[즉, 3축력 센서(3000)]의 위치 결정을 용이하고 또한 확실하게 행하는 것이 가능하게 된다. 그리고, 도 11과 같은 원통형의 외주면을 가지는 주위벽(313)에 대하여, 얼라인먼트 마크를 설치함으로써, 홀더(433)에 대한 본체부(310)의 위치 결정을 가능하게 해도 된다.
본 실시형태의 스트레인 게이지(320)은, 그 기재(321)(도 13 참조)의 일부분[수감 영역(321s)]이 변형 발생판(311)의 이면(311b)에 접착하고, 남은 부분[불감 영역(321n1), (321n2)]이 주위벽(313)의 내주면에 절곡되어 접착된다.
도 13에, 스트레인 게이지(320)가 변형 발생판(311)에 장착되는 전방의 상태(전개도)를 나타낸다. 스트레인 게이지(320)은, 도 13에 나타낸 바와 같이, 기재(321)와, 기재(321)의 표면 상에 프린트된 회로 패턴 CP3을 포함한다. 기재(321)은, 수감 영역(321s) 및 이것을 협지하는 불감 영역(321n1), (321n2)를 가지고, 회로 패턴 CP3은, 6개의 변형 수감 소자(X31), (X32), (Y31), (Y32), (Z31), (Z32)와, 4개의 고정 저항 소자(RX31),(BC32), (RY31), (RY32)와, 8개의 단자(T31)∼(T38)과, 이들을 접속하는 배선(W3)을 포함한다. 그리고, 이하의 설명에서는, 불감 영역(321n1), (321n2)가 수감 영역(321s)을 협지하는 방향을 y방향(제2 방향)이라고 하고, 기재(321)의 표면 상에 있어서 y방향과 직교하는 방향을 x방향(제1 방향)이라고 한다.
기재(321)은, 가요성을 가지는 수지 필름이며, 중앙의 원형상의 수감 영역(321s)와, 수감 영역(321s)을 협지하는 한 쌍의 불감 영역(321n1), (321n2)와, 수감 영역(321s)과 한 쌍의 불감 영역(321n1), (321n2)를 각각 연결하는 한 쌍의 연결 영역(321c1), (321c2)를 가진다. 수지 필름은 용이하게 절곡이 행해지도록 한 유연하며 굴곡성이 높은 것을 사용하는 것이 바람직하고, 구체예로서는, 폴리에스테르, 폴리이미드 등을 사용할 수 있다. 또한, 수감 영역(321s), 불감 영역(321n1), (321n2), 연결 영역(321c1), (321c2)를 각각 상이한 재료에 의해 형성하는 것도 가능하지만, 이들을 동일한 재료에 의해 형성하여 모든 영역의 온도 특성(저항 온도 계수 등)을 동등하게 하는 것이 바람직하다. 또한, 이 경우에는, 일체로 형성된 재료(예를 들면, 폴리에스테르, 폴리이미드 등의 시트) 내의 근방의 부위보다 수감 영역(321s), 불감 영역(321n1), (321n2), 연결 영역(321c1), (321c2)를 일체로 잘라내어 기재(321)를 형성하는 것이 더욱 바람직하다. 이로써, 각 영역의 온도 특성을 더욱 균일하게 할 수 있다.
수감 영역(321s)는, 본체부(310)의 변형 발생판(311)의 이면(311b)에 접착되는 영역이므로, 변형 발생판(311)의 이면(311b)와 동등하거나 그보다 작은 직경을 가진다. 수감 영역(321s)의 일면 상에는, 중심(c)을 x방향으로 협지되어 변형 수감 소자(제1 방향 변형 수감 소자)(X31), (X32)가, y방향으로 협지되어 변형 수감 소자(제2 방향 변형 수감 소자)(Y31), (Y32)가 형성되어 있고, 외주를 따라 변형 수감 소자(제3 방향 변형 수감 소자)(Z31), (Z32)가 형성되어 있다.
변형 수감 소자(X31), (X32)는, 각각 원호형이며, 도 13에 파선으로 나타내는 하중 작용부(312)의 윤곽에 따른 주위 방향을 그리드의 폭 방향으로 하여, x방향에 대향하여 형성되어 있다. 또한, 변형 수감 소자(X31)와 변형 수감 소자(X32)는, 각각 중심(c)으로부터 등거리의 위치에 형성되어 있다.
변형 수감 소자(Y31), (Y32)는, 각각 원호형이며, 하중 작용부(312)의 윤곽에 따른 주위 방향을 그리드의 폭 방향으로 하여, y방향으로 대향하여 형성되어 있다. 또한, 변형 수감 소자(Y31)와 변형 수감 소자(Y32)는, 각각 중심(c)으로부터 등거리의 위치에 형성되어 있다.
변형 수감 소자(Z31), (Z32)는, 각각 원호형이며, 수감 영역(321s)의 주위 방향을 그리드의 폭 방향으로 하여, x방향으로 대향하여 형성되어 있다. 그리고, 변형 수감 소자(Z31), (Z32)는, 변형 수감 소자(X31), (X32), (Y31), (Y32)의 중심(c)는 반대측(외측)에 배치되어 있다.
한 쌍의 불감 영역(321n1), (321n2)는, y방향으로 수감 영역(321s)을 협지하고 있고, 각각 x방향을 장변 방향, y방향을 단변 방향으로 하는 직사각형이다.
불감 영역(321n1)의 표면 상에서의 수감 영역(321s)으로부터 먼 부분에는, 각각 x방향으로 연장되는 고정 저항 소자(제1 방향 고정 저항 소자)(RX31),(BC32)가, x방향으로 나란히 형성되어 있고, 수감 영역(321s)에 가까운 부분에는, x방향으로 배열되는 4개의 단자(T31), (T32), (T33), (T34)가 형성되어 있다. 즉, 불감 영역(321n1)에 있어서는, 고정 저항 소자(RX31),(BC32)가 단자(T31)∼(T34)의, 수감 영역(321s)과는 반대측에 배치되어 있다.
마찬가지로, 불감 영역(321n2)의 표면 상에서의 수감 영역(321s)으로부터 먼 부분에는, 각각 x방향으로 연장되는 고정 저항 소자(제2 방향 고정 저항 소자)(RY31), (RY32)가, x방향으로 나란히 형성되어 있고, 수감 영역(321s)에 가까운 부분에는, x방향으로 배열되는 4개의 단자(T35), (T36), (T37), (T38)이 형성되어 있다. 즉, 불감 영역(321n2)에 있어서는, 고정 저항 소자(RY31), (RY32)가 단자(T35)∼(T38)의, 수감 영역(321s)과는 반대측에 배치되어 있다.
수감 영역(321s)과 불감 영역(321n1), (321n2)를 연결하는 연결 영역(321c1), (321c2)는, 각각, 수감 영역(321s)과 불감 영역(321n1), (321n2)가 연결되는 y방향과 직교하는 x방향(직교 방향)의 치수(폭)가 수감 영역(321s), 불감 영역(321n1), (321n2)의 x방향의 치수(폭)보다 작다. 그러므로, 기재(321)은, 연결 영역(321c1), (321c2)에 있어서 잘록해진 형상으로 되어 있다.
도 13 및 도 14에 나타낸 바와 같이, 배선(W3)는, 변형 수감 소자(X31), (X32), 고정 저항 소자(RX31),(BC32)를 접속하여 제1 브리지 회로(제1 휘트스톤 브리지 회로)(bC31)을 구성하고 있다. 또한, 변형 수감 소자(X31)와 고정 저항 소자(RX31)과의 사이에 단자(T31)이, 변형 수감 소자(X31), (X32)의 사이에 단자(T32)가, 고정 저항 소자(RX31),(BC32)의 사이에 단자(T33)이, 변형 수감 소자(X32)와 고정 저항 소자(BC32)와의 사이에 단자(T34)가 접속되어 있다.
마찬가지로, 배선(W3)는, 변형 수감 소자(Y31), (Y32), 고정 저항 소자(RY31), (RY32)를 접속하여 제2 브리지 회로(제2 휘트스톤 브리지 회로)(bC32)를 구성하고 있다. 변형 수감 소자(Y31)와 고정 저항 소자(RY31)의 사이에 단자(T38)이, 변형 수감 소자(Y31), (Y32)의 사이에 단자(T36)이, 고정 저항 소자(RY31), (RY32)의 사이에 단자(T37)이, 변형 수감 소자(Y32)와 고정 저항 소자(RY32)의 사이에 단자(T35)가 접속되어 있다.
변형 수감 소자(Z31)의 일단은 변형 수감 소자(X31)와 고정 저항 소자(RX31)와의 사이에 있어서 제1 브리지 회로(BC31)에 접속되어 있고, 타단은 변형 수감 소자(Y31)와 고정 저항 소자(RY31)와의 사이에 있어서 제2 브리지 회로(BC32)에 접속되어 있다. 마찬가지로, 변형 수감 소자(Z32)의 일단은 변형 수감 소자(X32)와 고정 저항 소자(BC32)와의 사이에 있어서 제1 브리지 회로(BC31)에 접속되어 있고, 타단은 변형 수감 소자(Y32)와 고정 저항 소자(RY32)와의 사이에 있어서 제2 브리지 회로(BC32)에 접속되어 있다. 이로써, 한 쌍의 대변부에 제1 브리지 회로(BC31)과 제2 브리지 회로(BC32)를 각각 가지고, 다른 한 쌍의 대변부에 변형 수감 소자(Z31), (Z32)를 각각 가지는 제3 브리지 회로(제3 휘트스톤 브리지 회로)(bC33)을 구성하고 있다.
회로 패턴 CP3에 포함되는 변형 수감 소자(X31), (X32), (Y31), (Y32), (Z31), (Z32), 고정 저항 소자(RX31),(BC32), (RY31), (RY32), 배선(W3)은 서로 같은 재료에 의해, 더욱 바람직하게는 1개의 재료 내의 근방의 부위에 의해 형성되어 있다. 이 재료는, 일례로서 동, 동/니켈 등의 구리 합금 등이다. 회로 패턴 CP3의 기재(321) 상에의 프린트는, 포토 에칭, 인쇄, 증착, 스퍼터링 등에 의해 행할 수 있다.
도 12에 나타낸 바와 같이, 스트레인 게이지(320)은, 기재(321)의, 회로 패턴 CP3가 형성된 면과는 반대측의 면이 변형 발생판(311)의 이면(311b)에 접하도록, 본체부(310)에 접착되어 있다.
구체적으로는, 기재(321)의 수감 영역(321s)는, 그 x방향 및 y방향이 본체부(310)의 x방향 및 y방향에 각각 일치하고, 중심(c)이 축(A3)에 일치하도록, 변형 발생판(311)의 이면(311b)에 접착되어 있다. 즉, 수감 영역(321s)는, 변형 발생판(311)의 하중을 받아 변형이 생기는 변형 발생 영역에 장착되어 있다. 따라서, 기재(321)의 수감 영역(321s)을 변형 발생판(311)에 접합한 상태에 있어서는, 변형 수감 소자(X31), (X32) 및 변형 수감 소자(Y31), (Y32)는, 각각, x방향 및 y방향에 있어서 하중 작용부(312)의 외측의, 변형이 비교적 크게 생기는 영역에 배치된다.
기재(321)의 한 쌍의 불감 영역(321n1), (321n2)는, 각각, 절곡되어 주위벽(313)의 내주면에 접착되어 있다. 즉, 불감 영역(321n1), (321n2)는, 변형 발생 영역의 외측에 배치된다. 따라서, 불감 영역(321n1)에 형성된 단자(T31), (T32), (T33), (T34), 불감 영역(321n2)에 형성된 단자(T35), (T36), (T37), (T38)은, 주위벽(313)의 직경 방향 내측을 향해 노출되어 있다.
다음에, 본 실시형태의 3축력 센서(3000), 및 스트레인 게이지(320)의 사용 방법과 동작에 대하여 설명한다.
3축력 센서(3000)를 전자 펜(4000)에 사용하는 경우에는, 먼저, 하중 작용부(312)를 펜 끝[즉, 팁(432)]에 끼워맞춘다. 이어서, 단자(T31)∼(T38)과 신호 처리 회로(도시하지 않음)를, 각각, 리드선(L31)∼(L38)을 사용하여 접속한다. 단자(T31)∼(T38)과 리드선(L31)∼(L38)의 접합은 임의의 방법으로 행할 수 있고, 예를 들면, 땜납이나 이방성 도전 필름(ACF)을 사용하여 행할 수 있다.
단자(T31), (T35)는, 각각, 리드선(L31), (L35)에 의해, 전원(도시하지 않음)에 접속된다. 단자(T32), (T33), 단자(T36), (T37), 단자(T34), (T38)은, 각각, 리드선(L32), (L33), 리드선(L36), (L37), 리드선(L34), (L38)에 의해, 신호 처리 회로 내의 앰프(도시하지 않음)를 통하여, 신호 처리 회로 내의 연산부(도시하지 않음)에 접속된다.
3축력 센서(3000)의 동작 시에는, 전원에 의해 단자(T31)와 단자(T35)와의 사이에 입력 전압 Ei를 가한다. 제1 브리지 회로(BC31), 제2 브리지 회로(BC32), 제3 브리지 회로(BC33)을 구성하는 각각의 변형 수감 소자의 저항값 및 각 고정 저항 소자의 저항값은, 기재(321)의 수감 영역(321s)에 굴곡이 없는 상태에 있어서, 단자(T32), (T33) 사이에서 전압이 같게 되고, 단자(T36), (T37) 사이에서 전압이 같게 되고, 단자(T34), (T38) 사이에서 전압이 같아지도록 조정되어 있다.
따라서, 도 3의 (a)에 나타낸 바와 같이, 변형 발생판(311)에 변형이 생기고 있지 않고, 수감 영역(321s)에 굴곡이 없는 상태에 있어서는, 단자(T32), (T33) 간, 단자(T36), (T37) 간, 단자(T34), (T38) 간에 전위차는 없어, 연산부는 변형을 산출하지 않는다.
다음에, 도 3의 (b)에 나타낸 바와 같이, 하중 작용부(312)에 x방향의 하중이 부가되면, 하중 작용부(312)가 하중을 받아 이동하고, 변형 발생판(311)에 변형을 생기게 한다. 이 때, 변형 발생판(311)에 접착된 스트레인 게이지(320)의 기재(321)의 수감 영역(321s)도 변형 발생판(311)과 일체로 굴곡되고, 변형 수감 소자(X31)에는 압축 변형이, 변형 수감 소자(X32)에는 신장 변형이 생긴다.
이로써, 변형 수감 소자(X31), (X32)의 저항값이 각각 변화하여, 변형 수감 소자(X31), (X32)를 포함하는 제1 브리지 회로(BC31)의 단자(T32), (T33) 사이에 전위차가 생긴다. 연산부는 이 전위차에 기초하여, 변형 발생판(311)에 생긴 변형의 양을 구하고, 하중 작용부(312)에 작용하였다. 방향의 하중의 크기를 구한다. 그리고, 이 때, 주위벽(313)에는 변형은 생기고 있지 않고, 고정 저항 소자(RX31),(BC32)의 저항값은 일정하다.
하중 작용부(312)에 y방향의 하중이 부가된 경우에도, 동일하게 하여 작용한 y방향의 하중의 크기를 구한다.
하중 작용부(312)에 z방향의 하중이 부가된 경우에는, 변형 발생판(311) 및 기재(321)의 수감 영역(321s)은 중심이 돌출되도록 만곡되므로, 변형 수감 소자(X31), (X32), (Y31), (Y32), (Z31), (Z32)의 모두에 있어서 연장 변형 생긴다. 이로써, 제1 브리지 회로(BC31)의 합성 저항, 제2 브리지 회로(BC32)의 합성 저항, 변형 수감 소자(Z31), (Z32)의 저항값이 각각 변화하여, 제3 브리지 회로(BC33)의 단자(T34), (T38) 사이에 전위차가 생긴다. 연산부는 이 전위차에 기초하여, 변형 발생판(311)에 생긴 변형의 양을 구하고, 하중 작용부(312)에 작용한 z방향의 하중의 크기를 구한다.
여기서, 제1 브리지 회로(BC31)의 고정 저항 소자(RX31),(BC32), 제2 브리지 회로(BC32)의 고정 저항 소자(RY31), (RY32)를 기재(321) 상에 프린트하여, 변형 수감 소자(X31), (X32), (Y31), (Y32), (Z31), (Z32)와 동일한 재료에 의해 형성하는 의의에 대하여 설명한다.
(3-1) 고정 저항 소자(RX31),(BC32), (RY31), (RY32)를 이와 같이 형성함으로써, 고정 저항 소자(RX31),(BC32), (RY31), (RY32)가, 변형 수감 소자(X31), (X32), (Y31), (Y32), (Z31), (Z32)와 동일한 재료로, 또한 이들에 근접한 위치에 형성되게 된다. 여기서, 온도 변화에 대한 저항값의 변화의 비율을 나타내는 저항 온도 계수는, 재료에 의존하는 물성값이므로, 본 실시형태에서는 전체 변형 수감 소자와 전체 고정 저항 소자의 저항 온도 계수는 같다. 또한, 고정 저항 소자(RX31),(BC32), (RY31), (RY32)가 기재(321) 상에 형성되어 있고, 변형 수감 소자(X31), (X32), (Y31), (Y32), (Z31), (Z32)의 근방에 형성되어 있으므로, 전체 변형 수감 소자와 전체 고정 저항 소자에 영향을 주는 주위 온도의 변화는 실질적으로 동일해진다. 따라서, 주위 온도에 변화가 생긴 경우에는, 전체 변형 수감 소자의 저항값과 전체 고정 저항 소자의 저항값은 동일한 비율로 변화한다.
제1 브리지 회로(BC31), 제2 브리지 회로(BC32), 제3 브리지 회로(BC33)에 있어서는, 각각에 포함되는 저항 소자(변형 수감 소자 및 고정 저항 소자)의 사이에서 저항값의 밸런스가 변화된 경우에, 단자(T32), (T33) 간, 단자(T36), (T37) 간, 단자(T34), (T38) 간에 전위차가 생기고, 이에 따라 변형이 검출된다. 따라서 주위 온도의 변화에 따라 변형 수감 소자의 저항값 및 고정 저항 소자의 저항값의 사이의 밸런스가 변화된 경우에는, 이 밸런스의 변화에 따라 계측 오차가 생길 수 있다. 그러나, 본 실시형태에 있어서는, 주위 온도에 변화가 생긴 경우에는, 전체 변형 수감 소자의 저항값과 전체 고정 저항 소자의 저항값이 동일한 비율로 변화되므로, 주위의 온도가 변화된 경우라도 각각의 소자 간의 저항값의 밸런스는 변화하지 않고, 계측 오차의 발생이 억제된다. 그리고, 회로 패턴 CP3의 형성 시에, 일체의 덩어리로서 준비된 재료(구리, 구리 합금 등)의 근방의 부위를 사용하여 변형 수감 소자 등을 형성함으로써, 변형 수감 소자(X31), (X32), (Y31), (Y32), (Z31), (Z32), 고정 저항 소자(RX31),(BC32), (RY31), (RY32), 배선(W3)의 저항 온도 계수를 더욱 균일하게 할 수 있어, 계측 오차의 발생을 더욱 양호하게 억제할 수 있다.
(3-2) 본 실시형태와 같이, 제1 브리지 회로(BC31)의 고정 저항 소자(RX31),(BC32), 제2 브리지 회로(BC32)의 고정 저항 소자(RY31), (RY32)를, 기재(321)의 불감 영역(321n1), (321n2)에 형성하고, 불감 영역(321n1), (321n2)를, 본체부(310)의 변형이 생기지 않는 부분(변형 발생 영역의 외측)에 접합한 경우에는, 고정 저항 소자(RX31),(BC32), (RY31), (RY32)를 온도 보상용의 더미 게이지로서 작용하게 할 수 있다. 따라서, 주위 온도의 변화에 따라 변형 발생판(311)를 포함하는 본체부(310)에 팽창이나 수축이 생긴 경우에도, 이 팽창이나 수축에 의한 변형 수감 소자(X31), (X32), (Y31), (Y32)의 저항값의 변화를 보상하여, 계측 오차의 발생을 억제할 수 있다.
(3-3) 고정 저항 소자(RX31),(BC32), (RY31), (RY32)를 기재(321) 상에 프린트하여 형성함으로써, 제1 브리지 회로(BC31), 제2 브리지 회로(BC32), 제3 브리지 회로(BC33)을, 각각, 기재(321) 상에서 완결된 폐회로로서 형성할 수 있다.
브리지 회로를 구성하는 변형 수감 소자를 기재 상에 프린트하여, 브리지 회로를 구성하는 고정 저항 소자를 기재의 외부, 예를 들면, 신호 처리 회로에 설치하는 경우에는, 브리지 회로를 폐회로로 하기 위해, 기재 상의 변형 수감 소자와 신호 처리부의 고정 저항 소자를 리드선 등에 의해 접속할 필요가 있다. 이 경우, 기재 상의 배선과 리드선과의 접속은, 기재 상에 형성된 전극에 리드선을 접합하여 행하지만, 전극과 리드선과의 접합부에 접합 저항이 생기면 이것이 브리지 회로 내의 저항으로 되고 큰 변형 검출 오차의 원인으로 되므로, 접합 방법은, 접합 저항이 실질적으로 무시할 수 있을만큼 작은 땜납 접합에 한정되어 있다.
그러나, 땜납 접합을 양호하게 행하기 위해서는, 기재 상에 비교적 큰 전극을 설치하고, 또한 복수의 전극 간의 피치를 확보할 필요가 있으므로, 기재가 커져 버린다. 또한, 땜납 접합을 양호하게 행하기 위해서는 어느 정도의 두께를 가지고 땜납을 두껍게 할 필요가 있으므로, 3축력 센서의 소형화의 방해로도 된다.
이에 대하여, 본 실시형태에서는, 제1 브리지 회로(BC31), 제2 브리지 회로(BC32), 제3 브리지 회로(BC33)가, 각각, 기재(321) 상에서 완결된 폐회로로서 형성되어 있고, 단자(T31)∼(T38)을 통한 기재(321)와 신호 처리부와의 접속은, 제1 브리지 회로(BC31), 제2 브리지 회로(BC32), 제3 브리지 회로(BC33)을 전원이나 연산부에 접속하기 위한 접합에 지나지 않는다. 따라서, 본 실시형태에 있어서는, 단자(T31)∼(T38)과 리드선(L31)∼(L38)과의 접합부에서 접합 저항의 발생이 허용되고, 땜납 접합 이외의 임의의 접합 방법, 예를 들면, 이방성 도전 필름을 사용한 접합을 채용할 수 있다. 그리고, 이방성 도전 필름을 사용함으로써, 전극의 크기, 전극 간의 피치, 접합부의 두께를 모두 땜납 접합의 경우의 10분의 1 정도로 억제할 수 있으므로, 3축력 센서(3000)의 소형화를 원하는 경우에는 이방성 도전 필름에 의한 접합이 유리하다.
본 실시형태의 스트레인 게이지(320), 및 3축력 센서(3000)의 효과는 다음과 같다.
스트레인 게이지(320)은, 제1 브리지 회로(BC31)의 고정 저항 소자(RX31),(BC32), 제2 브리지 회로(BC32)의 고정 저항 소자(RY31), (RY32)를 기재(321) 상에 형성하고 있으므로, 상기 (3-2), (3-3)의 효과를 얻을 수 있고, 또한 고정 저항 소자(RX31),(BC32), (RY31), (RY32)를 변형 수감 소자(X31), (X32), (Y31), (Y32)와 동일한 재료에 의해 형성하고 있으므로, 상기 (3-1)의 효과를 얻을 수 있다.
스트레인 게이지(320)에 있어서는, 수감 영역(321s)에는, 변형 수감 소자(X31), (X32), (Y31), (Y32), (Z31), (Z32)만이 형성되어 있고, 단자(T31)∼(T38) 및 고정 저항 소자(RX31),(BC32), (RY31), (RY32)는 불감 영역(321n1), (321n2)에 형성되어 있다. 따라서, 수감 영역(321s)의 직경(치수)을 작게 할 수 있고, 나아가서는 3축력 센서(3000)의 변형 발생판(311)을 작게 할 수 있다. 변형 발생판(311)의 소형화는 3축력 센서(3000)의 소형화로 이어져 바람직하다.
스트레인 게이지(320)에 있어서는, 단자(T31)∼(T38)이 불감 영역(321n1), (321n2)에 설치되어 있으므로, 필요에 따라 수감 영역(321s)의 직경을 크게 하지 않고, 단자(T31)∼(T38)의 치수를 크게 하여, 리드선 등과의 접합 작업을 용이하게 할 수 있다.
스트레인 게이지(320)의 기재(321)은, 수감 영역(321s)과 불감 영역(321n1), (321n2)의 사이에, 수감 영역(321s) 및 불감 영역(321n1), (321n2)보다 폭이 좁은 연결 영역(321c1), (321c2)를 가지므로, 수감 영역(321s) 및 불감 영역(321n1), (321n2)를, 연결 영역(321c1), (321c2)와의 접속부에 규제되지 않고 다양한 태양으로 배치할 수 있다.
본 실시형태의 3축력 센서(3000) 및 전자 펜(4000)은, 스트레인 게이지(320)를 구비하므로, 스트레인 게이지(320)의 효과와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 특징을 유지하는 한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 생각되는 그 외의 형태에 대해서도, 본 발명의 범위 내에 포함된다.
[산업 상의 이용 가능성]
본 발명의 스트레인 게이지 및 다축력 센서는, 하중 검출에서의 온도 변화의 영향을 억제할 수 있어, 로봇, 게임 기기, 각종 계측 기기, 그 외의 기기에서의 안정성, 신뢰성의 향상에 기여할 수 있다.
111, 211, 311: 변형 발생판(변형 발생 부재), 112, 212, 312: 하중 작용부, 120, 220, 320: 스트레인 게이지, 121, 221, 321: 기재, 121s, 221s, 321s: 수감 영역, 121n1, 121n2, 221n1, 221n2, 321n1, 321n2: 불감 영역, BC11, BC21, BC31: 제1 브리지 회로(제1 휘트스톤 브리지 회로), BC12, BC22, BC32: 제2 브리지 회로(제2 휘트스톤 브리지 회로), BC13, BC23, BC33: 제3 브리지 회로(제3 휘트스톤 브리지 회로), RX11, RX12, RX21, RX22, RX31, BC32: 고정 저항 소자(제1 방향 고정 저항 소자), RY11, RY12, RY21, RY22, RY31, RY32: 고정 저항 소자(제2 방향 고정 저항 소자), T11∼T18, T21∼T28, T31∼T38: 단자, X11, X12, X21, X22, X31, X32: 변형 수감 소자(제1 방향 변형 수감 소자), Y11, Y12, Y21, Y22, Y31, Y32: 변형 수감 소자(제2 방향 변형 수감 소자), Z11, Z12, Z21, Z22, Z31, Z32: 변형 수감 소자(제3 방향 변형 수감 소자)

Claims (7)

  1. 제1 방향으로 작용하는 힘, 및 제1 방향과는 상이한 제2 방향으로 작용하는 힘의 검출에 사용되는 변형 발생체로서,
    변생 발생 부재;
    제1 방향으로 작용하는 힘을 검출하는 한 쌍의 제1 방향 변형 수감(受感) 소자;
    상기 한 쌍의 제1 방향 변형 수감 소자에 전기적으로 접속되는 제1 단자;
    제2 방향으로 작용하는 힘을 검출하는 한 쌍의 제2 방향 변형 수감 소자; 및
    상기 한 쌍의 제2 방향 변형 수감 소자에 전기적으로 접속되는 제2 단자;
    를 포함하고,
    상기 변형 발생 부재는, 검출 대상의 힘을 받아 변형이 생기는 변형 발생 영역과, 상기 변형 발생 영역과는 상이한 영역을 가지고,
    상기 한 쌍의 제1 방향 변형 수감 소자 및 상기 한 쌍의 제2 방향 변형 수감 소자는 동일 재료로 형성되고, 또한 상기 변형 발생 부재의 상기 변형 발생 영역에 설치되어 있고,
    제1 단자 및 제2 단자는 상기 변형 발생 부재의 상기 변형 발생 영역과는 상이한 영역에 설치되어 있고,
    상기 변형 발생 영역과는 상이한 영역에 설치되고, 상기 한 쌍의 제1 방향 변형 수감 소자 및 상기 한 쌍의 제2 방향 변형 수감 소자와 동일 재료로 형성되고, 또한 상기 한 쌍의 제1 방향 변형 수감 소자 또는 상기 한 쌍의 제2 방향 변형 수감 소자와 함께 휘트스톤브리지(Wheatstonebridge) 회로를 구성하는 한 쌍의 고정 저항 소자;
    를 더 포함하는,
    변형 발생체.
  2. 제1 방향으로 작용하는 힘, 및 제1 방향과는 상이한 제2 방향으로 작용하는 힘의 검출에 사용되는 변형 발생체로서,
    변형 발생 부재;
    제1 방향으로 작용하는 힘을 검출하는 한 쌍의 제1 방향 변형 수감 소자;
    상기 한 쌍의 제1 방향 변형 수감 소자에 전기적으로 접속되는 제1 단자;
    제2 방향으로 작용하는 힘을 검출하는 한 쌍의 제2 방향 변형 수감 소자;
    상기 한 쌍의 제2 방향 변형 수감 소자에 전기적으로 접속되는 제2 단자;
    상기 변형 발생 부재 상에 설치되고, 또한 상기 한 쌍의 제1 방향 변형 수감 소자의 한쪽과 다른 쪽을 전기적으로 접속하는 제1 배선; 및
    제1 배선과는 상이한 제2 배선으로서, 상기 변형 발생 부재 상에 설치되고, 또한 상기 한 쌍의 제2 방향 변형 수감 소자의 한쪽과 다른 쪽을 전기적으로 접속하는 제2 배선;
    을 포함하고,
    상기 변형 발생 부재는, 검출 대상의 힘을 받아 변형이 생기는 변형 발생 영역과, 상기 변형 발생 영역과는 상이한 영역을 가지고,
    상기 한 쌍의 제1 방향 변형 수감 소자 및 상기 한 쌍의 제2 방향 변형 수감 소자는 동일 재료로 형성되고, 또한 상기 변형 발생 부재의 상기 변형 발생 영역에 설치되어 있고,
    제1 단자 및 제2 단자는 상기 변형 발생 부재의 상기 변형 발생 영역과는 상이한 영역에 설치되어 있는,
    변형 발생체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 변형 발생 영역과는 상이한 영역에 설치되고, 상기 한 쌍의 제1 방향 변형 수감 소자 및 상기 한 쌍의 제2 방향 변형 수감 소자와 동일 재료로 형성되고, 또한 상기 한 쌍의 제1 방향 변형 수감 소자 또는 상기 한 쌍의 제2 방향 변형 수감 소자와 함께 휘트스톤브리지 회로를 구성하는 한 쌍의 고정 저항 소자를 더 포함하는, 변형 발생체.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    제1 단자 또는 제2 단자는, 상기 변형 발생 영역과는 상이한 영역에 있어서, 상기 한 쌍의 고정 저항 소자의 상기 변형 발생 영역과는 반대측에 설치되어 있는, 변형 발생체.
  5. 제1 방향으로 작용하는 힘, 및 제1 방향과는 상이한 제2 방향으로 작용하는 힘의 검출에 사용되는 변형 발생체로서,
    변형 발생 부재;
    제1 방향으로 작용하는 힘을 검출하는 한 쌍의 제1 방향 변형 수감 소자;
    제2 방향으로 작용하는 힘을 검출하는 한 쌍의 제2 방향 변형 수감 소자; 및
    상기 한 쌍의 제1 방향 변형 수감 소자 또는 상기 한 쌍의 제2 방향 변형 수감 소자에 전기적으로 접속되는 단자;
    를 포함하고,
    상기 변형 발생 부재는, 검출 대상의 힘을 받아 변형이 생기는 변형 발생 영역과, 상기 변형 발생 영역과는 상이한 영역을 가지고,
    상기 한 쌍의 제1 방향 변형 수감 소자 및 상기 한 쌍의 제2 방향 변형 수감 소자는 동일 재료로 형성되고, 또한 상기 변형 발생 부재의 상기 변형 발생 영역에 설치되어 있고,
    상기 단자가 상기 한 쌍의 제1 방향 변형 수감 소자 및 상기 한 쌍의 제2 방향 변형 수감 소자보다 상기 변형 발생 부재의 중심 측에 설치되어 있고,
    상기 변형 발생 영역과는 상이한 영역은, 상기 변형 발생 영역에 변형이 생길 때에도 변형이 생기지 않는 영역이며, 또한 상기 한 쌍의 제1 방향 변형 수감 소자와 상기 한 쌍의 제2 방향 변형 수감 소자와 상기 단자를 협지하도록 구획된 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는,
    변형 발생체.
  6. 제1항 내지 제3항, 및 제5항 중 어느 한 항에 기재된 변형 발생체; 및
    상기 변형 발생 부재에 접속된 하중 작용부;
    를 포함하는, 센서.
  7. 제4항에 기재된 변형 발생체; 및
    상기 변형 발생 부재에 접속된 하중 작용부;
    를 포함하는, 센서.
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