KR20220125345A - 힘 센서 장치 및 그 조립 방법 - Google Patents

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로렌스 씨. 포트젠스
잔-윌렘 슬로엣제스
에드윈 본크
루벤 아우어
토마스 게르젠 헨드릭 코우웬
크리스토발 루이즈 즈월로
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센사타 테크놀로지스, 인크
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Abstract

특정 실시예에서, 힘 센서 장치에 인가되는 힘에 응답하여 변형되는 힘-순응 요소를 포함하는 힘 센서 장치가 개시된다. 장치는 또한 힘-순응 요소에 결합되고 힘-순응 요소가 힘 센서 장치에 대한 힘의 인가에 응답하여 변형되는 정도를 나타내는 신호를 생성하도록 구성된 감지 요소를 포함한다. 이 실시예에서, 장치는 또한 감지 요소로부터 신호를 수신하도록 구성된 인쇄 회로 보드 및 인쇄 회로 보드가 결합되는 표면을 갖는 지지 구조를 포함한다. 지지 구조는 힘-순응 요소에 부착된 외부 림을 갖는다. 장치는 또한 인쇄 회로 보드를 덮는 센서 하우징을 포함한다. 센서 하우징은 힘-순응 요소에 부착된 외부 림을 갖는다.

Description

힘 센서 장치 및 그 조립 방법
힘 센서는 구성요소에 인가되는 힘을 제어하거나 조절하는 데 사용되는 경우가 많다. 힘 센서의 한 유형에서, 힘 센서는 측정될 힘이 센서에 작용하는 방식으로 위치 설정된다. 힘 센서는 힘의 측정을 힘의 제어 또는 조절에 추가로 사용하기 위해 전기 신호로 변환하도록 구성될 수 있다. 이러한 유형의 힘 센서는 자동차에서 전기 기계식 브레이크의 제동력을 측정하는 것과 같은 다양한 용례에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 힘 센서의 힘-순응 요소는 제동 시스템의 일부 구성요소에 결합될 수 있으며, 힘이 인가됨에 따라, 힘-순응 요소는 일시적으로 변형된다. 이 예에서, 힘-순응 요소에 대한 변형이 측정되어 제동 시스템의 구성요소에 작용하는 힘을 나타내는 전기 신호를 생성하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 상기 및 기타 목적, 특징 및 이점은 첨부 도면에 예시된 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예의 다음의 보다 구체적인 설명으로부터 명백할 것이고, 도면에서 유사한 참조 번호는 일반적으로 본 발명의 예시적인 실시예의 유사한 부분을 나타낸다.
특정 실시예에서, 힘 센서 장치에 인가되는 힘에 응답하여 변형되는 힘-순응 요소를 포함하는 힘 센서 장치가 개시된다. 장치는 또한 힘-순응 요소에 결합되고 힘-순응 요소가 힘 센서 장치에 대한 힘의 인가에 응답하여 변형되는 정도를 나타내는 신호를 생성하도록 구성된 감지 요소를 포함한다. 이 실시예에서, 장치는 또한 감지 요소로부터 신호를 수신하도록 구성된 인쇄 회로 보드 및 인쇄 회로 보드가 결합되는 표면을 갖는 지지 구조를 포함한다. 지지 구조는 힘-순응 요소에 부착된 외부 림을 갖는다. 장치는 또한 인쇄 회로 보드를 덮는 센서 하우징을 포함한다. 센서 하우징은 힘-순응 요소에 부착된 외부 림을 갖는다.
다른 실시예에서, 힘 센서 장치에 대한 힘의 인가에 응답하여 변형하도록 구성된 힘 링을 포함하는 힘 센서 장치가 개시된다. 힘 링은 힘 링의 변형량을 나타내는 전기 신호를 생성하도록 구성된 복수의 감지 요소를 갖는다. 장치는 또한 힘 링으로부터의 전기 신호를 처리하도록 구성된 인쇄 회로 보드를 포함한다. 이 실시예에서, 장치는 또한 인쇄 회로 보드 및 힘 링의 일부를 덮는 센서 캡을 포함한다. 센서 캡은 힘 링에 부착된 내부 림과 외부 림을 갖는다. 장치는 또한 센서 캡의 내부 림과 힘 링의 내부 림 사이에 원형 환경 밀봉부를 포함한다.
특정 실시예에서, 힘 센서 장치를 조립하는 방법이 개시된다. 이 방법은 전기 구성요소를 갖는 인쇄 회로 보드(PCB)를 지지 링에 부착하는 단계; 힘 링 상의 적어도 2개의 감지 요소에 PCB의 전기 구성요소를 전기적으로 결합하는 단계로서, 적어도 2개의 감지 요소는 힘 센서 장치에 인가되는 힘을 측정하도록 구성되는, 단계; 지지 링을 힘 링에 부착하는 단계; PCB와 지지 링 위에 센서 캡을 위치 설정하는 단계; 및 센서 캡을 힘 링에 부착하는 단계를 포함한다.
도 1은 본 개시내용의 실시예에 따른 힘 센서 장치의 분해도를 예시하는 다이어그램이고;
도 2는 조립 후의 도 1의 힘 센서 장치의 등각 투영도를 예시하는 다이어그램이며;
도 3은 조립 후의 도 1의 힘 센서 장치의 부분 단면도를 예시하는 다이어그램이고;
도 4는 조립 후의 도 1의 힘 센서 장치의 평면도를 예시하는 다이어그램이며;
도 5a는 조립 후의 도 1의 힘 센서 장치의 측면도를 예시하는 다이어그램이고;
도 5b는 조립 후의 도 1의 힘 센서 장치의 측면도를 예시하는 다이어그램이며;
도 6은 본 개시내용의 실시예에 따른 힘 센서 장치의 분해도를 예시하는 다이어그램이고;
도 7은 조립 후의 도 6의 힘 센서 장치의 부분 단면도를 예시하는 다이어그램이며;
도 8은 조립 후의 도 6의 힘 센서 장치의 측면도를 예시하는 다이어그램이고;
도 9는 힘 센서 장치의 부분 단면도를 예시하는 다이어그램이며;
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 힘 센서 장치의 측면도를 예시하는 다이어그램이고;
도 11은 도 10의 힘 센서 장치의 부분 단면도를 예시하는 다이어그램이며;
도 12는 본 개시내용의 실시예에 따른 힘 센서 장치를 구성하기 위한 방법의 구현을 예시하는 흐름도이고;
도 13은 본 개시내용의 실시예에 따른 힘 센서 장치를 조립하기 위한 방법의 다른 구현을 예시하는 흐름도이며;
도 14는 본 개시내용의 실시예에 따른 힘 센서 장치를 조립하기 위한 방법의 다른 구현을 예시하는 흐름도이다.
본 명세서에 개시된 시스템 및 방법의 이점, 및 기타 특징은 본 발명의 대표적인 실시예를 설명하는 도면과 함께 취한 특정 실시예의 다음의 상세한 설명으로부터 본 기술 분야의 숙련자에게 보다 쉽게 명백해질 것이다.
설명에서, 공통된 특징은 도면 전체에 걸쳐 공통 참조 번호로 지정된다. 본 명세서에 사용될 때, 다양한 용어는 단지 특정한 구현을 설명하기 위해 사용되며 제한하려는 의도가 아니다. 예를 들어, 단수 형태는 문맥상 달리 명확하게 나타내지 않는 한 복수 형태도 포함하도록 의도된다. "포함하다", "포함한다" 및 "포함하는"이라는 용어는 "구비하다", "구비한다" 또는 "구비하는"과 상호 교환 가능하게 사용될 수 있음이 추가로 이해될 수 있다. 또한, "여기서"라는 용어는 "여기에서"와 상호 교환 가능하게 사용될 수 있음이 이해될 것이다. 본 명세서에 사용될 때, "예시적인"은 예, 구현 및/또는 양태를 나타낼 수 있고, 선호도 또는 바람직한 구현을 제한하거나 나타내는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 명세서에 사용될 때, 구조, 구성요소, 동작 등과 같은 요소를 수정하기 위해 사용되는 서수 용어(예를 들어, "제1", "제2", "제3" 등)는 그 자체로 다른 요소에 대한 해당 요소의 임의의 우선 순위 또는 순서를 나타내지 않고, 오히려 동일한 이름(단, 서수 용어 사용)을 갖는 다른 요소와 해당 요소를 구별할 뿐이다. 본 명세서에 사용될 때, "세트"라는 용어는 하나 이상의 요소의 그룹화를 지칭하고, "복수"라는 용어는 다수의 요소를 지칭한다.
본 명세서에 사용될 때, "결합"은 "통신 가능하게 결합", "전기적으로 결합" 또는 "물리적으로 결합"을 포함할 수 있고, 또한(또는 대안적으로) 그 임의의 조합을 포함할 수 있다. 2개의 디바이스(또는 구성요소)는 하나 이상의 다른 디바이스, 구성요소, 와이어 등을 통해 직접 또는 간접적으로 결합(예를 들어, 통신 가능하게 결합, 전기적으로 결합, 또는 물리적으로 결합)될 수 있다. 전기적으로 결합된 2개의 디바이스(또는 구성요소)는 동일한 디바이스 또는 상이한 디바이스에 포함될 수 있으며, 예시적이고 비제한적인 예로서 전자 기기, 하나 이상의 커넥터, 또는 유도 결합을 통해 연결될 수 있다. 일부 구현에서, 전기 통신에서와 같이 통신 가능하게 결합된 2개의 디바이스(또는 구성요소)는, 예컨대 하나 이상의 와이어, 버스, 네트워크 등을 통해 직접 또는 간접적으로 전기 신호(디지털 신호 또는 아날로그 신호)를 전송 및 수신할 수 있다. 본 명세서에 사용될 때, "직접 결합"은 개재 구성요소 없이 결합(예를 들어, 통신 가능하게 결합, 전기적으로 결합, 또는 물리적으로 결합)되는 2개의 디바이스를 포함할 수 있다.
또한, "상부", "하부", "내부" 및 "외부"와 같은 배향을 정의하는 단어는 단지 구성요소의 서로에 대한 위치를 설명하는 데 도움이 되도록 사용된다. 예를 들어, 부품의 "내부" 표면은 단지 동일한 부품의 "외부" 표면과 별개인 표면을 설명하도록 의도된다. 배향을 나타내는 단어는 절대 배향(즉, "내부" 부품이 항상 부품의 내부에 있어야 하는 경우)을 설명하는 데 사용되지 않는다.
본 명세서의 기술은 본 명세서에서 설명된 바와 같은 힘 센서 조립체와 같은 임의의 유형의 센서 용례에서 사용하기에 매우 적합하다는 점에 유의한다. 그러나, 본 명세서의 실시예는 이러한 용례에서의 사용으로 제한되지 않으며 본 명세서에서 설명된 기술은 다른 용례에도 매우 적합하다는 점에 유의해야 한다.
도 1은 본 개시내용의 실시예에 따른 힘 센서 장치(100)의 분해도를 예시하는 다이어그램이다. 도 1의 장치(100)는 힘 센서 장치에 인가된 힘에 응답하여 변형되도록 구성된 힘-순응 요소(102)를 포함한다. 특정 실시예에서, 힘-순응 요소(102)는 제1 힘을 받도록 배열된 제1 표면을 갖는다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 힘-순응 요소는, 힘-순응 요소가 힘 센서 장치(100)에 대한 제1 힘 및 제2 힘의 인가에 응답하여 변형되도록, 제1 힘과 반대 방향의 제2 힘을 받도록 배열된 인터페이스 구조(118)와 연결된다. 특정 실시예에서, 힘-순응 요소(102)는 힘의 인가에 응답하여 변형되는 금속 또는 플라스틱과 같은 재료 피스이다. 예를 들어, 힘-순응 요소(102)는 링 형상의 금속 디스크일 수 있다. 본 기술 분야의 숙련자는 힘-순응 요소(102)가 선삭 및 밀링 및 금속 사출 성형을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 방법 및 기술을 사용하여 제조될 수 있음을 인식할 것이다.
도 1의 장치(100)는 또한 힘-순응 요소(102)에 결합된 4개의 감지 요소(104)를 포함한다. 특정 실시예에서, 힘-순응 요소(102)의 상단 표면은 감지 요소(104)를 위한 양호한 부착 표면을 제공하도록 준비된다. 예를 들어, 힘-순응 요소(102)의 상단 표면은 샌드 블라스팅될 수 있다. 감지 요소(104) 각각은 장치(100)에 대한 힘의 인가에 응답하여 힘-순응 요소(102)가 변형되는 정도를 나타내는 신호를 생성하도록 구성된다. 특정 실시예에서, 감지 요소는 마이크로-융합 실리콘 변형 게이지(MSG)이다. 힘-순응 요소에 인가되는 힘의 양을 측정하기 위해, 감지 요소는 힘-순응 요소(102)의 상단 표면의 원에 고르게 분포될 수 있다. 본 기술 분야의 숙련자는 (단일 게이지가 감지 요소로서 사용되는 특정 실시예를 포함하여) 본 개시내용에 따라 임의의 수의 감지 요소가 사용될 수 있음을 인식할 것이다. 힘-순응 요소는 감지 요소가 측정하는 변형장을 제어하는 것을 돕기 위해 하나 이상의 홈을 포함할 수 있다. 도 1의 예에서, 힘-순응 요소(102)는 복수의 홈(130)을 포함한다. 대안적으로, 힘-순응 요소는 홈을 포함하지 않을 수 있다.
게다가, 도 1의 장치(100)는 또한 전기 구성요소(예를 들어, 집적 회로, 및 저항기, 커패시터 등과 같은 수동 요소)가 위치 설정되고 감지 요소(104)로부터 신호를 수신하도록 구성되는 인쇄 회로 보드(PCB)(110)를 포함한다. 도 1의 예에서, PCB는 C자형이고 하부 지지 구조(108)의 일부만을 덮는다. C자형 PCB를 갖는 것은 PCB가 힘 센서 장치의 구성요소의 스택 내에 내포되게 할 수 있고 따라서 힘 센서 장치의 보다 콤팩트한 조립을 가능하게 할 수 있다.
도 1의 힘 센서 장치(100)에서, 지지 구조(108)는 PCB(110)가 결합되는 표면을 갖는다. 지지 구조는 PCB(110)를 지지하기에 적절한 금속 및 플라스틱과 같은 많은 유형의 재료로 제조될 수 있다. 도 1의 예에서, 지지 구조(108)는 힘-순응 요소(102) 상에 놓이도록 힘 센서 장치(100)의 구성요소의 스택에 위치 설정된다. 지지 구조(108)는 또한 PCB의 구성요소가 감지 요소에 결합될 수 있는 개구(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 이 예에서, 지지 구조(108)의 개구는 PCB(110) 상의 접합 패드의 위치와 정렬될 수 있고, 그에 따라 감지 요소(104) 상의 접점이 PCB(110) 상의 접합 패드에 접합될 수 있다. PCB(110) 상의 전기 구성요소에 대한 감지 요소(104)의 이러한 전기적 연결을 형성한 후, 감지 요소(104)는 지지 구조(108)의 개구에 의해 제공되는 공극에서 보호 재료(예를 들어, 겔과 같은 재료)로 덮일 수 있다.
또한, 도 1의 장치(100)는 PCB(110)를 덮는 센서 하우징(112)도 포함한다. 도 1의 예에서, 센서 하우징(112)은 내부 림(180) 및 외부 림(182)을 갖는다. 아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 센서 하우징(112)은 힘 센서 장치(100)의 전기 구성요소를 보호하도록 설계된다. 도 1의 장치(100)는 또한, 센서 하우징(112)과 힘-순응 요소(102) 사이에 배치될 때, 힘 센서 장치(100)의 내부 구성요소가 보호되는 것을 보장하는 환경 밀봉 링(106)을 포함한다. 도 1의 예에서, 환경 밀봉 링은 O-링이지만, 본 기술 분야의 숙련자는 D-링 및 포팅 콤파운드와 같은 다수의 다른 형상 및 구성을 사용하여 환경으로부터 밀봉부를 제공할 수 있음을 인식할 것이다. 환경 밀봉부를 사용하면 센서 하우징의 내부 림을 힘-순응 요소에 용접하거나 달리 결합하지 않고도 센서 하우징이 힘-순응 요소에 조립되고 밀봉되게 할 수 있다. 센서 하우징(112)과 힘-순응 요소(102)의 내부 림을 함께 용접하는 대신에 환경 밀봉부(106)로 센서 하우징(112)과 힘-순응 요소(102)를 밀봉하면 장치(100)를 조립하는 복잡성 및 비용을 감소시킬 수 있다.
도 1의 장치(100)는 또한 센서 하우징(112)의 개구(114) 내에 위치 설정하기 위해 정렬되는 전기 커넥터 조립체(116)를 포함한다. 도 1의 예에서, 전기 커넥터 조립체(116)는 외부 구성요소(도시되지 않음)에 신호를 송신하기 위한 복수의 전기적 연결 핀(117)을 포함한다. 전기 커넥터 조립체(116)는 또한 장치를 외부 구성요소(도시되지 않음)와 정렬하기 위한 복수의 기계적 배향 피처(119)를 포함한다. 특정 실시예에서, 기계적 배향 피처는 센서 하우징(112)의 일부이다. 다른 실시예에서, 기계적 배향 피처는 힘-순응 요소(102)의 일부이다.
특정 실시예에서, 전기 커넥터 조립체(116)는 기계적으로 연결되고 센서 하우징(112)에 환경적으로 밀봉된다. 예를 들어, 용접부는 전기 커넥터 조립체(116)를 센서 하우징(112)에 환경적으로 밀봉하는 데 사용될 수 있다. 도 1의 예에서, 장치(100)는 전기 커넥터 조립체(116)를 상대 구성요소에 밀봉하기 위한 개스킷(120)을 포함한다. 유리 밀봉부 및 개스킷을 사용하면 전기 커넥터 조립체(116)가 추가 밀봉부를 사용하지 않고 상대 구성요소와 함께 환경적으로 밀봉되게 할 수 있다.
게다가, 도 1의 장치(100)는 인터페이스 구조(118)가 힘-순응 요소(102)에 부착될 때 힘-순응 요소(102)에 하중을 분배하는 인터페이스 구조(118)를 포함한다. 도 1의 예에서, 인터페이스 구조(118)는, 힘-순응 요소(102)에 결합될 때, 감지 요소(104)가 힘-순응 요소 상의 하중을 정확하게 측정할 수 있도록, 하중을 힘-순응 요소(102)에 고르게 분배하는 링 또는 인터페이스 링이다. 인터페이스 구조(118)는 또한 힘-순응 요소(102)에 힘을 제공하는 구성요소에 힘 센서 장치(100)를 결합하기 위한 인터페이스를 생성하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 인터페이스 구조(118)는 장치(100)를 전기 기계식 제동 시스템의 캘리퍼에 고정하는 데 사용될 수 있다. 이 예에서, 힘-순응 요소(102)는 전기 기계식 제동 시스템의 피스톤에 결합될 수 있다. 이 예를 계속하면, 피스톤과 캘리퍼 모두로부터의 힘은 힘-순응 요소를 포함하는 장치(100)의 구성요소에 인가된다. 전술한 바와 같이, 이들 힘의 인가는 힘-순응 요소(102)가 일시적으로 변형되게 할 수 있다. 이 예에서, 감지 요소(104)는 힘-순응 요소(102)의 변형량에 대응하는 특성을 갖는 전기 신호를 생성할 수 있다.
도 2는 조립 후의 도 1의 힘 센서 장치의 등각 투영도를 예시하는 다이어그램이다. 조립된 상태에서, 힘-순응 요소(102)는 물론 센서 하우징(112), 인터페이스 구조(118), 전기 커넥터 조립체(116), 기계적 배향 피처(119), 및 개스킷(120)이 보인다.
도 3은 조립 후의 도 1의 힘 센서 장치의 부분 단면도를 예시하는 다이어그램이다. 힘 센서 장치(100)를 조립하는 것은 인쇄 회로 보드(PCB)(110)를 지지 구조(108)에 부착하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, PCB(110)는 솔더링, 글루, 접착제 또는 테이프를 사용하여 지지 구조에 부착될 수 있다. 힘 센서 장치를 조립하는 것은 또한 PCB의 전기 구성요소를 힘 측정 요소(102) 상의 감지 요소(104)에 전기적으로 결합하는 것을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 감지 요소(104)는 힘-순응 요소(102)에 인가된 힘을 측정하고 전기 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 이 전기 신호는 이후에 감지 요소(104)로부터 PCB(110)로 송신될 수 있다.
힘 센서 장치를 조립하기 위해, 지지 구조(108)의 외부 림(192)은 힘-순응 요소(102)의 외부 림(161)에 부착될 수 있다. 도 3의 예에서, 하우징(112)은 PCB(110) 및 지지 구조(108) 위에 위치 설정되고, 하우징(112)의 외부 림(182)은 힘-순응 요소(102)의 다른 외부 림(162)에 부착된다.
힘 센서 장치(100)를 조립하는 것은 또한 하우징(112)의 내부 림(180)과 힘-순응 요소(102)의 내부 림(160) 사이에 환경 밀봉부(106)를 배치하는 것; 및 센서 하우징(112)을 힘-순응 요소(102)에 결합하는 것을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 센서 하우징(112)은 용접, 압입, 또는 접착제 사용 중 하나에 의해 힘-순응 요소(102)에 결합된다. 센서 하우징(112)의 내부 림과 힘-순응 요소(102)의 내부 림을 밀봉하기 위해 환경 밀봉부(106)를 사용하면 힘 센서 장치(100)가 힘-순응 요소(102)와 센서 하우징(112)의 내부 림을 용접 또는 다른 방식의 연결 없이 조립되게 할 수 있다. 전술한 바와 같이, 센서 하우징(112)과 힘-순응 요소(102)의 내부 림을 함께 용접하는 대신에 환경 밀봉부(106)로 센서 하우징(112)과 힘-순응 요소(102)를 밀봉하면 장치(100)를 조립하는 복잡성 및 비용을 감소시킬 수 있다.
전기 핀(117)은 PCB(110)의 전기 구성요소에 결합된다. 도 3의 예에서, 리드(350)는 PCB의 전기 구성요소를 전기 커넥터 조립체(116)의 핀(117) 중 하나에 전기적으로 결합한다. 전기 커넥터 조립체(116)는 센서 하우징(112)의 개구(예를 들어, 도 1에 도시된 개구(114))를 통해 연장되어, 전기 커넥터 조립체(116)의 핀(117) 및 배향 피처(119)가 외부 구성요소(도시되지 않음)에 접근 가능하다.
더욱이, 힘 센서 장치를 조립하는 것은 인터페이스 구조(118)를 힘-순응 요소(102)에 부착하는 것을 포함할 수 있다. 도 3의 예에서, 인터페이스 구조(118)의 내부 림(199)은 힘-순응 요소(102)의 외부 림(197)에 용접된다. 전술한 바와 같이, 인터페이스 구조는 힘-순응 요소에 힘을 고르게 분배할 수 있게 한다. 도 3의 예에서, 인터페이스 구조(118)는 구성요소로부터 힘을 받기 위한 힘-수신 표면(198)을 포함한다. 인터페이스 구조(118)가 힘-순응 요소(102)에 결합되기 때문에, 힘-수신 표면(198)에서 수신된 힘은 힘-순응 요소(102)에 인가되고 힘-순응 요소(102)가 힘-순응 요소(102) 상의 힘-수신 표면(105)에서 받는 힘의 반대 힘이다.
인터페이스 구조는 또한 구성요소에 대한 용례 특정 부착을 가능하게 한다. 예를 들어, 인터페이스 구조는 장치를 전기 기계식 제동 시스템의 캘리퍼에 고정하는 데 사용될 수 있다. 이 예에서, 힘-순응 요소(102)는 전기 기계식 제동 시스템의 피스톤에 결합될 수 있다. 이 예를 계속하면, 피스톤과 캘리퍼 모두로부터의 힘은 힘-순응 요소를 포함하는 장치의 구성요소에 인가된다. 구체적으로, 피스톤이 캘리퍼에 대해 움직일 때, 힘-순응 요소(102)에 제1 힘이 인가된다. 캘리퍼는 제1 힘의 반대인 제2 힘을 인터페이스 링 상에 제공한다. 전술한 바와 같이, 이들 힘의 인가는 힘-순응 요소가 일시적으로 변형되게 할 수 있다. 이 예에서, 감지 요소(104)는 힘-순응 요소의 변형량에 대응하는 특성을 갖는 전기 신호를 생성할 수 있다. 이 신호는, 신호를 처리하고 전기 커넥터 조립체(116)의 핀(117)을 통해 다른 구성요소(도시되지 않음)로 송신될 수 있는 출력을 생성하는 PCB에 제공될 수 있다.
도 4는 조립 후의 도 1의 힘 센서 장치의 평면도를 예시하는 다이어그램이다. 힘 센서 장치의 평면도로부터, 기계적 배향 피처(119), 전기 커넥터 조립체(116)의 핀(117), 개스킷(120), 인터페이스 구조(118), 및 하우징(112)이 보인다.
도 5a 및 도 5b는 조립 후의 도 1의 힘 센서 장치의 측면도를 각각 예시하는 다이어그램이다. 힘 센서 장치의 측면도로부터, 기계적 배향 피처(119), 전기 커넥터 조립체(116)의 핀(117), 개스킷(120), 인터페이스 구조(118), 및 하우징(112)이 보인다. 힘-순응 요소(102)의 힘-수신 인가 표면(105)도 보인다.
도 6은 본 개시내용의 실시예에 따른 힘 센서 장치(600)의 분해도를 예시하는 다이어그램이다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 도 6의 장치(600)는 도 1의 장치(100)의 구성요소와 유사하지만 보다 원통형인 센서 조립체를 생성하도록 구성되고 형상화되는 많은 구성요소를 포함한다.
도 6의 장치(600)는 반대 방향의 힘을 받도록 배열된 힘-순응 요소(602)를 포함한다. 특정 실시예에서, 힘-순응 요소(602)는 힘의 인가에 응답하여 변형되는 금속 또는 플라스틱과 같은 재료의 구성요소이다. 예를 들어, 힘-순응 요소(602)는 버튼 형상의 금속 디스크일 수 있다. 본 기술 분야의 숙련자는 힘-순응 요소(602)가 선삭 및 밀링 및 금속 사출 성형을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 방법 및 기술을 사용하여 제조될 수 있음을 인식할 것이다.
도 6의 장치(600)는 또한 힘-순응 요소(602)에 결합된 2개의 감지 요소(604)를 포함한다. 특정 실시예에서, 힘-순응 요소(602)의 상단 표면은 감지 요소(604)를 위한 양호한 부착 표면을 제공하도록 준비된다. 감지 요소(604) 각각은 반대 방향의 힘의 인가에 응답하여 힘-순응 요소(602)가 변형되는 정도를 나타내는 신호를 생성하도록 구성된다. 감지 요소(604)로부터의 이들 신호는 전기적 연결부(750)를 통해 송신될 수 있고 PCB(610) 및 PCB에 결합된 다른 구성요소(도시되지 않음)에 의해 사용될 수 있다. 특정 실시예에서, 감지 요소는 마이크로-융합 실리콘 변형 게이지(MSG)이다. 힘-순응 요소에 인가되는 힘의 양을 측정하기 위해, 감지 요소는 힘-순응 요소(602)의 상단 표면의 원에 고르게 분포될 수 있다. 본 기술 분야의 숙련자는 본 개시내용에 따라 임의의 수의 감지 요소가 사용될 수 있음을 인식할 것이다.
PCB(610)는 감지 요소(604)로부터 신호를 수신하도록 위치 설정되고 구성된 전기 구성요소(집적 회로, 및 저항기, 커패시터 등과 같은 수동 요소)를 포함한다.
도 6의 힘 센서 장치(600)에서, 지지 구조(608)는 PCB(610)가 결합되는 표면을 갖는다. 지지 구조는 PCB(610)를 지지하기에 적절한 금속 및 플라스틱과 같은 많은 유형의 재료로 제조될 수 있다. 도 6의 예에서, 지지 구조(608)는 힘-순응 요소(602) 상에 놓이도록 힘 센서 장치(600)의 구성요소의 스택에 위치 설정된다. 예를 들어, 조립된 상태에서, 지지 구조(608)의 외부 림(680)은 힘-순응 요소(602)의 외부 림(692)에 결합된다. 지지 구조(608)는 또한 PCB의 구성요소가 감지 요소에 결합될 수 있는 개구(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 이 예에서, 지지 구조(608)의 개구는 PCB(610) 상의 접합 패드의 위치와 정렬될 수 있고, 그에 따라 감지 요소(604) 상의 접점이 PCB(610) 상의 접합 패드에 접합될 수 있다. PCB(610) 상의 전기 구성요소에 대한 감지 요소(604)의 이러한 전기적 연결을 형성한 후, 감지 요소(604)는 지지 구조(608)의 개구에 의해 제공되는 공극에서 보호 재료(예를 들어, 겔과 같은 재료)로 덮일 수 있다.
게다가, 도 6의 장치(600)는 또한 PCB(610) 및 지지 구조(608)를 덮는 센서 하우징(612)을 포함한다. 센서 하우징(612)은 힘 센서 장치(600)의 전기 구성요소를 보호하고 힘 측정을 위한 반력을 받도록 설계된다. 도시되지는 않았지만, 도 6의 장치(600)는 또한 센서 하우징(612)의 개구 내에 위치 설정을 위해 정렬되는 전자 커넥터를 포함할 수 있다. 조립된 상태에서, 센서 하우징(612)의 외부 림(670)은 힘-순응 요소(602)의 외부 림(690)에 결합되어, 하우징(612)에 인가되는 임의의 힘은 그 후에 하우징을 통해 인가되거나 "유동" 하고 힘-순응 요소(602)의 외부 림(690)과 접촉한다.
도 6의 장치(600)는 또한 용례 특정 하단 인터페이스(601)를 포함하고, 용례 특정 하단 인터페이스는 용례 특정 하단 인터페이스(601)가 힘-순응 요소(602)에 부착될 때 힘-순응 요소(602)에 하중을 분배하고, 그에 따라 감지 요소(604)는 힘-순응 요소(602) 상의 하중을 정확하게 측정할 수 있다. 용례 특정 하단 인터페이스(601)는 또한 힘-순응 요소(602)에 힘을 제공하는 구성요소에 힘 센서 장치(600)를 결합하기 위한 인터페이스를 생성하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 용례 특정 하단 인터페이스(601)는 힘 센서 장치(600)를 전기 기계식 제동 시스템의 피스톤에 결합하는 데 사용될 수 있다.
본 기술 분야의 숙련자는 용례 특정 하단 인터페이스(601) 및 센서 하우징(612) 모두가 힘을 직접 측정하거나 힘과 관련된 반력을 측정하기 위해 신규 또는 기존 조립체의 임의의 구성요소에 장치(600)를 일체화하도록 개조 및 수정될 수 있음을 인식할 것이다. 예를 들어, 통상적인 브레이크 페달 조립체에서, 푸시 로드는 엔진 격실 전방의 바닥 보드 영역으로부터 연장될 수 있다. 푸시 로드의 일 단부에서, 푸시 로드는 바닥 보드에 부착된 회전대에 결합된다. 푸시 로드의 다른 단부에 풋 페달이 부착될 수 있다. 푸시 로드의 2개의 단부 사이의 지점에서, 푸시 로드는 제동 시스템에 결합된 피스톤에 결합된다. 이 예시적인 브레이크 페달 조립체에서, 장치(600)는 다양한 위치에 일체화될 수 있다. 예를 들어, 본 개시내용에서 설명된 센서 장치는 브레이크 페달에 결합되어 사용자가 페달을 밟을 때 인가되는 인장력 또는 압축력을 측정할 수 있다. 대안적으로, 본 개시내용의 센서 장치는 또한 푸시 로드와 피스톤 사이의 연결부에서의 힘, 푸시 로드와 바닥 보드 사이의 연결부에서의 힘, 및 바닥 보드에 인가되는 힘을 측정하도록 결합될 수 있다.
특정 실시예에서, 힘-순응 요소(602) 및 용례 특정 하단 인터페이스(601)는 단일 조립체이다. 대안적으로, 힘-순응 요소(602)와 용례 특정 하단 인터페이스(601)는 함께 결합된 2개의 별개의 구성요소이다. 일 구현에 따르면, 힘-순응 요소(602)와 용례 특정 하단 인터페이스(601)는 함께 크림핑된 2개의 별개의 구성요소이다. 특정 실시예에서, 힘-순응 요소(602)와 용례 특정 하단 인터페이스(601)는 열 수축 및 팽창 프로세스를 통해 함께 끼워진다. 힘-순응 요소(602)와 용례 특정 하단 인터페이스(601)는 함께 용접될 수 있다. 도 6의 예에서, 용례 특정 하단 인터페이스(601)는 볼 형상의 인터페이스이다. 본 기술 분야의 숙련자는 힘이 인가되는 구성요소에 대한 연결을 제공하기 위해 용례 특정 하단 인터페이스에 대해 임의의 수의 형상 및 크기가 사용될 수 있음을 인식할 것이다. 힘-순응 요소(602) 및 하우징(612)은 금속 사출 성형을 사용하여 제조될 수 있다. 대안적으로, 힘-순응 요소(602) 및 하우징(612)은 밀링 및 선삭을 사용하여 제조된다.
도 7은 조립 후의 도 6의 힘 센서 장치의 부분 단면도를 예시하는 다이어그램이다. 힘 센서 장치(600)를 조립하는 것은 전기 구성요소를 갖는 인쇄 회로 보드(PCB)(610)을 지지 구조(608)에 부착하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, PCB(610)는 글루, 접착제 또는 테이프를 사용하여 지지 구조에 부착될 수 있다. 힘 센서 장치를 조립하는 것은 또한 PCB(610)의 전기 구성요소를 힘 측정 요소(602) 상의 감지 요소(604)에 전기적으로 결합하는 것을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 감지 요소(604)는 힘-순응 요소(602)에 인가되는 힘을 측정하도록 구성될 수 있다. 힘 센서 장치를 조립하기 위해, 지지 구조(608)의 외부 림(680)이 힘-순응 요소(602)의 외부 림(692)에 부착될 수 있다. 도 7의 예에서, 하우징(612)은 PCB(610) 및 지지 구조(608) 위에 위치 설정되고, 하우징(612)의 외부 림(670)은 힘-순응 요소(602)의 다른 외부 림(690)에 부착된다. 특정 실시예에서, 센서 하우징(612)을 힘-순응 요소(602)에 부착하는 것은 용접, 압입 또는 접착제 사용 중 하나 이상에 의해 수행될 수 있다. 하우징(612)은 다른 구성요소와의 결합을 위한 정렬 피처를 갖는 반구 형상을 포함하는 용례 특정 인터페이스(701)를 갖는다.
도 8은 조립 후의 도 6의 힘 센서 장치의 측면도를 예시하는 다이어그램이다. 조립된 상태에서, 힘-순응 요소(602)는 물론 하우징(612) 및 용례 특정 하단 인터페이스(601)도 보인다.
도 9는 힘 센서 장치(900)의 부분 단면도를 예시하는 다이어그램이다. 장치(900)는 하우징(612), PCB(610), 감지 요소(604), 및 힘-순응 요소(602)를 포함하여 도 6의 장치(600)의 구성요소 중 많은 구성요소를 포함한다. 도 9의 예에서, 하우징(612)은 내부 나사(902)를 포함하는 용례 특정 인터페이스를 갖는다. 센서 하우징(612)의 내부 나사(902)는 힘 센서 장치(900)를 구성요소에 결합하는 데 유용할 수 있어, 하우징(612)이 구성요소로부터, 힘-순응 요소(602)의 하단 표면(950)에 인가되는 힘의 반대 힘을 받을 수 있다. 전술한 바와 같이, 하우징(612)이 힘-순응 요소(602)에 결합되기 때문에, 하우징에 인가되는 반대 힘은 하우징(612)을 통해 힘-순응 요소(602)로 "유동한다". 이 예에서, 힘-순응 요소(602)는 용례 특정 인터페이스(902)로부터의 제1 힘 및 하우징(612)으로부터의 제2 힘에 응답하여 일시적으로 변형될 수 있다. 이 예를 계속하면, 힘-순응 요소(602) 상의 감지 요소(604)는 힘-순응 요소(602)의 변형량을 나타내는 신호를 생성할 수 있다. 감지 요소(604)로부터의 이들 신호는 전기적 연결부(750)를 통해 송신될 수 있고 PCB(610) 및 PCB에 결합된 다른 구성요소(도시되지 않음)에 의해 사용되어 힘-순응 요소(602)에 인가되는 힘의 양을 결정할 수 있다.
도 10은 본 발명의 특정 실시예에 따른, 조립 후의 힘 센서 장치(1000)의 측면도를 예시하는 다이어그램이다. 도 10의 예에서, 도 6 내지 도 9의 힘-순응 요소(602)와 유사한 힘-순응 요소(1002)는, 도 10의 하우징(1012)이 구성요소에 힘 센서 장치(1000)를 결합하기 위한 외부 나사(1050)를 포함한다는 것을 제외하고는, 도 6 내지 도 9의 하우징(612)과 유사한 하우징(1012)에 결합된다.
도 11은 도 10의 힘 센서 장치(1000)의 부분 단면도를 예시하는 다이어그램이다. 도 11의 장치(1000)는 반대 방향의 힘을 받도록 배열된 힘 수신 인가 표면(1005)을 갖는 힘-순응 요소(1002)를 포함한다. 특정 실시예에서, 힘-순응 요소(1002)는 힘의 인가에 응답하여 변형되는 금속 또는 플라스틱과 같은 재료 피스이다. 예를 들어, 힘-순응 요소(1002)는 버튼 형상의 금속 디스크일 수 있다. 본 기술 분야의 숙련자는 힘-순응 요소(1002)가 선삭 및 밀링; 및 금속 사출 성형을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 방법 및 기술을 사용하여 제조될 수 있음을 인식할 것이다.
도 11의 장치(1000)는 또한 힘-순응 요소(1002)에 결합된 2개의 감지 요소(1004)를 포함한다. 특정 실시예에서, 힘-순응 요소(1002)의 상단 표면은 감지 요소(1004)를 위한 양호한 부착 표면을 제공하도록 준비된다. 감지 요소(1004) 각각은 장치(1000)에 대한 힘의 인가에 응답하여 힘-순응 요소(1002)가 변형되는 정도를 나타내는 신호를 생성하도록 구성된다. 감지 요소(1004)로부터의 이들 신호는 전기적 연결부(1154)를 통해 송신될 수 있고 인쇄 회로 보드(PCB)(1010) 및 PCB(1010)에 결합된 다른 구성요소(도시되지 않음)에 의해 사용될 수 있다. 특정 실시예에서, 감지 요소는 마이크로-융합 실리콘 변형 게이지(MSG)이다. 힘-순응 요소(1002)에 인가되는 힘의 양을 측정하기 위해, 감지 요소는 힘-순응 요소(1002)의 상단 표면의 원에 고르게 분포될 수 있다. 본 기술 분야의 숙련자는 본 개시내용에 따라 임의의 수의 감지 요소가 사용될 수 있음을 인식할 것이다.
PCB(1010)는 감지 요소(1004)로부터 신호를 수신하도록 위치 설정되고 구성된 전기 구성요소(집적 회로, 및 저항기, 커패시터 등과 같은 수동 요소)를 포함할 수 있다.
도 11의 힘 센서 장치(1000)에서, 지지 구조(1008)는 PCB(1010)가 결합되는 표면을 갖는다. 지지 구조는 PCB(1010)를 지지하기에 적절한 금속 및 플라스틱과 같은 많은 유형의 재료로 제조될 수 있다. 도 11의 예에서, 지지 구조(1008)는 힘-순응 요소(1002) 상에 놓이도록 힘 센서 장치(1000)의 구성요소의 스택에 위치 설정된다. 지지 구조(1008)는 또한 PCB의 구성요소가 감지 요소에 결합될 수 있는 개구(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 이 예에서, 지지 구조(1008)의 개구는 PCB(1010) 상의 접합 패드의 위치와 정렬될 수 있고, 그에 따라 감지 요소(1004) 상의 접점이 PCB(1010) 상의 접합 패드에 접합될 수 있다. PCB(1010) 상의 전기 구성요소에 대한 감지 요소(1004)의 이러한 전기적 연결을 형성한 후, 감지 요소(1004)는 지지 구조(1008)의 개구에 의해 제공되는 공극에서 보호 재료(예를 들어, 겔과 같은 재료)로 덮일 수 있다.
도 11의 예에서, 센서 하우징(1012)은 PCB(1010) 및 지지 구조(1008)를 덮는다. 센서 하우징(1012)은 힘 센서 장치(1000)의 전기 구성요소를 보호하도록 설계된다. 도시되지는 않았지만, 도 11의 장치(1000)는 또한 센서 하우징(1012)의 개구 내에 위치 설정을 위해 정렬되는 전자 커넥터를 포함할 수 있다. 도 6의 센서 하우징(612)과 관련하여 전술한 바와 같이, 도 11의 센서 하우징(1012)은 또한 시스템의 구성요소에 결합하고 구성요소로부터, 힘-순응 요소(1002)의 하단 표면에 인가되는 힘의 반대 힘을 받도록 구성된다. 도 11의 예에서, 하우징(1012)은 하우징을 다른 구성요소에 고정하는 데 도움이 되는 외부 나사(1050)를 포함한다.
도 12는 본 개시내용의 실시예에 따른 힘 센서 장치를 구성하기 위한 방법의 구현을 예시하는 흐름도이다. 도 12의 방법은 전기 구성요소를 갖는 인쇄 회로 보드(PCB)를 지지 링에 부착하는 단계(1202)를 포함한다. 전기 구성요소를 갖는 인쇄 회로 보드(PCB)를 지지 링에 부착하는 단계(1202)는 접착제, 테이프 또는 글루를 지지 링(예를 들어, 도 1의 지지 구조(108); 도 6의 지지 구조(608); 도 9의 지지 구조(608); 및 도 11의 지지 구조(1008))를 향한 PCB(예를 들어, 도 1의 PCB(110); 도 6의 PCB(610); 도 9의 PCB(610); 및 도 11의 PCB(1010))의 바닥에 솔더링하거나 적용함으로써 수행될 수 있다.
도 12의 방법은 또한 PCB의 전기 구성요소를 힘 링 상의 적어도 2개의 감지 요소에 전기적으로 결합하는 단계(1204)를 포함하고, 적어도 2개의 감지 요소는 힘 링에 인가된 힘을 측정하도록 구성된다. PCB의 전기 구성요소를 힘 링 상의 적어도 2개의 감지 요소에 전기적으로 결합하는 단계(1204)는 PCB(예를 들어, 도 1의 PCB(110); 도 6의 PCB(610); 도 9의 PCB(610); 및 도 11의 PCB(1010))로부터의 리드를 힘 링(예를 들어, 도 1의 힘-순응 요소(102); 도 6의 힘-순응 요소(602); 도 9의 힘-순응 요소(602); 도 11의 힘-순응 요소(1002)) 상의 감지 요소(예를 들어, 도 1의 감지 요소(104); 도 6의 감지 요소(604); 도 9의 감지 요소(604); 및 도 11의 감지 요소(1004))에 연결함으로써 수행될 수 있다.
도 12의 방법은 또한 지지 링을 힘 링에 부착하는 단계(1206)를 포함한다. 힘 링에 지지 링을 부착하는 단계(1206)는 힘 링(예를 들어, 도 1의 힘-순응 요소(102); 도 6의 힘-순응 요소(602); 도 9의 힘-순응 요소(602); 도 11의 힘-순응 요소(1002))과 지지 구조(예를 들어, 도 1의 지지 구조(108); 도 6의 지지 구조(608); 도 9의 지지 구조(608); 및 도 11의 지지 구조(1008))를 용접, 접합 또는 달리 결합함으로써 수행될 수 있다.
게다가, 도 12의 방법은 또한 PCB, 지지 링, 및 힘 링 위에 센서 캡을 위치 설정하는 단계(1208)를 포함한다. PCB, 지지 링 및 힘 링 위에 센서 캡을 위치 설정하는 단계(1208)는 센서 캡(예를 들어, 도 1의 센서 하우징(112); 도 6의 센서 하우징(612); 도 9의 센서 하우징(612); 및 도 11의 센서 하우징(1012))을 PCB(예를 들어, 도 1의 PCB(110); 도 6의 PCB(610); 도 9의 PCB(610); 및 도 11의 PCB(1010)), 지지 링(예를 들어, 도 1의 지지 구조(108); 도 6의 지지 구조(608); 도 9의 지지 구조(608); 및 도 11의 지지 구조(1008)), 및 힘 링(예를 들어, 도 1의 힘-순응 요소(102); 도 6의 힘-순응 요소(602); 도 9의 힘-순응 요소(602); 도 11의 힘-순응 요소(1002)) 위에 배치함으로써 수행될 수 있다.
더욱이, 도 12의 방법은 또한 센서 캡을 힘 링에 부착하는 단계(1210)를 포함한다. 센서 캡을 힘 링에 부착하는 단계(1210)는 센서 캡(예를 들어, 도 1의 센서 하우징(112); 도 6의 센서 하우징(612); 도 9의 센서 하우징(612); 및 도 11의 센서 하우징(1012))을 센서 하우징(예를 들어, 도 1의 힘-순응 요소(102); 도 6의 힘-순응 요소(602); 도 9의 힘-순응 요소(602); 도 11의 힘-순응 요소(1002))에 결합함으로써 수행될 수 있다.
도 13은 본 개시내용의 실시예에 따른 힘 센서 장치를 구성하기 위한 방법의 다른 구현을 예시하기 위한 흐름도이다. 도 13의 방법은 도 13의 방법이 또한 전기 구성요소를 갖는 인쇄 회로 보드(PCB)를 지지 링에 부착하는 단계(1202); PCB의 전기 구성요소를 힘 링 상의 적어도 2개의 감지 요소에 전기적으로 결합하는 단계(1204) - 적어도 2개의 감지 요소는 힘 링에 인가된 힘을 측정하도록 구성됨 -; 지지 링을 힘 링에 부착하는 단계(1206); PCB, 지지 링 및 힘 링 위에 센서 캡을 위치 설정하는 단계(1208); 및 센서 캡을 힘 링에 부착하는 단계(1210)를 포함한다는 점에서 도 12의 방법과 유사하다.
도 13의 방법은 또한 센서 캡의 내부 림과 힘 링의 내부 림 사이에 원형 환경 밀봉부를 배치하는 단계(1302)를 포함한다. 센서 캡의 내부 림과 힘 링의 내부 림 사이에 원형 환경 밀봉부를 배치하는 단계(1302)는 센서 캡(예를 들어, 도 1 내지 도 3의 센서 하우징(112))의 내부 림(예를 들어, 도 1 내지 도 3의 내부 림(180))과 힘 링(예를 들어, 도 1 내지 도 3의 힘-순응 요소(102))의 내부 림(예를 들어, 도 1 내지 도 3의 내부 림(160)) 사이에 환경 밀봉 링(예를 들어, 도 1의 환경 밀봉 링(106))을 위치 설정함으로써 수행될 수 있다.
도 14는 본 개시내용의 실시예에 따른 힘 센서 장치를 구성하기 위한 방법의 다른 구현을 예시하기 위한 흐름도이다. 도 14의 방법은 도 14의 방법이 또한 전기 구성요소를 갖는 인쇄 회로 보드(PCB)를 지지 링에 부착하는 단계(1202); PCB의 전기 구성요소를 힘 링 상의 적어도 2개의 감지 요소에 전기적으로 결합하는 단계(1204) - 적어도 2개의 감지 요소는 힘 링에 인가된 힘을 측정하도록 구성됨 -; 지지 링을 힘 링에 부착하는 단계(1206); PCB, 지지 링 및 힘 링 위에 센서 캡을 위치 설정하는 단계(1208); 및 센서 캡을 힘 링에 부착하는 단계(1210)를 포함한다는 점에서 도 12의 방법과 유사하다.
도 14의 방법은 또한 인터페이스 링을 힘 링에 부착하는 단계(1402)를 포함한다. 특정 실시예에서, 인터페이스 링은 힘 센서 장치의 교정 전에 힘 링에 부착된다. 인터페이스 링을 힘 링에 부착하는 단계(1402)는 인터페이스 링(예를 들어, 도 1의 인터페이스 구조(118))을 힘 링(예를 들어, 도 1의 힘-순응 요소(102))에 결합함으로써 수행될 수 있다. 예를 들어, 특정 실시예에서, 인터페이스 링은 힘 링에 용접될 수 있다.
도면의 흐름도 및 다이어그램은 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 장치 및 방법의 가능한 구현의 아키텍처, 기능 및 동작을 예시한다. 일부 대안적인 구현에서, 방법의 블록 또는 단계에서 언급된 기능은 도면에 언급된 순서와 다르게 발생할 수 있다. 예를 들어, 연속적으로 도시된 2개의 블록은 실제로 실질적으로 동시에 수행될 수 있거나, 관련된 기능에 따라 블록이 때때로 역순으로 수행될 수 있다.
본 개시내용의 이점 및 특징은 다음 서술에 의해 추가로 설명될 수 있다:
1. 디바이스, 시스템, 또는 장치이며, 힘 센서 장치에 대한 힘의 인가에 응답하여 변형되는 힘-순응 요소; 힘-순응 요소에 결합되고 힘-순응 요소가 힘 센서 장치에 대한 힘의 인가에 응답하여 변형되는 정도를 나타내는 신호를 생성하도록 구성된 감지 요소; 감지 요소로부터 신호를 수신하도록 구성된 인쇄 회로 보드; 인쇄 회로 보드가 결합되는 표면을 갖는 지지 구조로서, 지지 구조는 외부 림을 갖고, 지지 구조의 외부 림은 힘-순응 요소에 부착되는, 지지 구조; 및 인쇄 회로 보드를 덮는 센서 하우징을 포함하며, 센서 하우징은 외부 림을 갖고, 센서 하우징의 외부 림은 힘-순응 요소에 부착되는, 디바이스, 시스템, 또는 장치.
2. 제1항에 있어서, 센서 하우징의 내부 림과 힘-순응 요소의 내부 림 사이에 배치된 환경 밀봉 링을 더 포함하는, 디바이스, 시스템, 또는 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하중을 힘-순응 요소에 분배하는 인터페이스 구조를 더 포함하고, 인터페이스 구조는 힘-순응 요소에 결합되는, 디바이스, 시스템, 또는 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 인터페이스 구조의 내부 림은 힘-순응 요소의 외부 림에 용접되는, 디바이스, 시스템, 또는 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, PCB에 결합되고 센서 하우징의 개구를 통해 연장되는 전자 커넥터 조립체; 및 전기 커넥터 조립체와 센서 하우징 사이의 밀봉부를 더 포함하는, 디바이스, 시스템, 또는 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, PCB는 테이프, 접착제, 솔더링 및 글루 중 적어도 하나에 의해 지지 구조에 부착되는, 디바이스, 시스템, 또는 장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, PCB는 지지 구조의 일부가 PCB에 의해 덮이지 않도록 C자형인, 디바이스, 시스템, 또는 장치.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 힘-순응 요소 및 지지 구조는 링 형상인, 디바이스, 시스템, 또는 장치.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 힘-순응 요소 및 지지 구조는 원통형 형상인, 디바이스, 시스템, 또는 장치.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 구성요소를 힘-순응 요소에 결합하기 위한 용례 특정 하단 인터페이스를 더 포함하는, 디바이스, 시스템, 또는 장치.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 힘-순응 요소 및 용례 특정 하단 인터페이스는 단일 조립체인, 디바이스, 시스템, 또는 장치.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 힘-순응 요소와 용례 특정 하단 인터페이스는 함께 결합된 2개의 별개의 구성요소인, 디바이스, 시스템, 또는 장치.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 힘-순응 요소와 용례 특정 하단 인터페이스는 함께 크림핑된 2개의 별개의 구성요소인, 디바이스, 시스템, 또는 장치.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 힘-순응 요소와 용례 특정 하단 인터페이스는 열 수축 및 팽창 프로세스를 통해 함께 끼워지는, 디바이스, 시스템, 또는 장치.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 용례 특정 하단 인터페이스는 볼 형상의 인터페이스인, 디바이스, 시스템, 또는 장치.
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 감지 요소는 복수의 게이지를 포함하는, 디바이스, 시스템, 또는 장치.
17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 게이지는 게이지들이 힘-순응 요소의 원주 둘레에 고르게 분포된 상태로 힘-순응 요소의 상단에 배치되는, 디바이스, 시스템, 또는 장치.
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 센서 하우징은 용접, 압입 및 접착제 중 적어도 하나에 의해 힘-순응 요소에 부착되는, 디바이스, 시스템, 또는 장치.
19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 센서 하우징은 다른 구성요소와의 결합을 위한 정렬 피처를 갖는 반구 형상을 포함하는 용례 특정 인터페이스를 갖는, 디바이스, 시스템, 또는 장치.
20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 센서 하우징은 외부 나사 및 내부 나사 중 적어도 하나를 포함하는 용례 특정 인터페이스를 갖는, 디바이스, 시스템, 또는 장치.
21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 힘-순응 요소 및 센서 하우징은 밀링 및 선삭을 사용하여 제조되는, 디바이스, 시스템, 또는 장치.
22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 힘-순응 요소는 감지 요소가 부착되는 표면 상의 적어도 하나의 홈을 포함하는, 디바이스, 시스템, 또는 장치.
23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 지지 구조는 PCB를 지지하는, 디바이스, 시스템, 또는 장치.
24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 장치를 구성요소와 정렬하기 위한 배향 피처를 더 포함하는, 디바이스, 시스템, 또는 장치.
25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 배향 피처는 센서 하우징 및 전기 커넥터 조립체 중 적어도 하나의 일부인, 디바이스, 시스템, 또는 장치.
26. 힘 센서 장치이며, 힘 센서 장치에 대한 힘의 인가에 응답하여 변형되도록 구성된 힘 링으로서, 힘 링은 힘 링의 변형량을 나타내는 전기 신호를 생성하도록 구성된 복수의 감지 요소를 갖는, 힘 링; 힘 링으로부터의 전기 신호를 처리하도록 구성된 인쇄 회로 보드; 인쇄 회로 보드 및 힘 링의 일부를 덮는 센서 캡으로서, 센서 캡은 내부 림 및 외부 림을 갖고, 센서 캡의 외부 림은 힘 링에 부착되는, 센서 캡; 및 센서 캡의 내부 림과 힘 링의 내부 림 사이의 원형 환경 밀봉부를 포함하는, 힘 센서 장치.
27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 인쇄 회로 보드와 힘 링 사이에 배치된 지지 링을 더 포함하고, 인쇄 회로 보드는 지지 링에 결합되고, 지지 링은 힘 링에 결합되는, 디바이스, 시스템, 또는 장치.
28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 하중을 힘 링에 분배하는 인터페이스 링을 더 포함하고, 인터페이스 링은 힘 링에 결합되는, 디바이스, 시스템, 또는 장치.
29. 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 센서 캡을 통해 인쇄 회로 보드에 전기 접점을 제공하는 유리 밀봉 커넥터를 더 포함하는, 디바이스, 시스템, 또는 장치.
30. 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 유리 밀봉 커넥터에 결합되는 개스킷을 더 포함하는, 디바이스, 시스템, 또는 장치.
31. 힘 센서 장치를 조립하는 방법이며, 전기 구성요소를 갖는 인쇄 회로 보드(PCB)를 지지 링에 부착하는 단계; 힘 링 상의 적어도 2개의 감지 요소에 PCB의 전기 구성요소를 전기적으로 결합하는 단계로서, 적어도 2개의 감지 요소는 힘 센서 장치에 인가되는 힘을 측정하도록 구성되는, 단계; 지지 링을 힘 링에 부착하는 단계; PCB, 지지 링 및 힘 링 위에 센서 캡을 위치 설정하는 단계; 및 센서 캡을 힘 링에 부착하는 단계를 포함하는, 방법.
32. 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 센서 캡의 내부 림과 힘 링의 내부 림 사이에 원형 환경 밀봉부를 배치하는 단계를 더 포함하는, 방법.
33. 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 인터페이스 링을 힘 링에 부착하는 단계를 더 포함하고, 인터페이스 링은 하중을 힘 링에 분배하는, 방법.
34. 제1항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 인터페이스 링은 힘 센서 장치의 전기 구성요소의 교정 전에 힘 링에 부착되는, 방법.
하나 이상의 실시예는 특정된 기능의 수행 및 그 관계를 예시하는 방법 단계의 도움으로 본 명세서에서 설명될 수 있다. 이러한 기능적 빌딩 블록 및 방법 단계의 경계 및 순서는 설명의 편의를 위해 본 명세서에서 임의로 정의되었다. 특정된 기능 및 관계가 적절하게 수행되는 한 대안적인 경계 및 순서가 정의될 수 있다. 따라서, 임의의 이러한 대안적인 경계 또는 순서는 청구범위의 범주 및 사상 내에 있다. 또한, 이러한 기능적 빌딩 블록의 경계는 설명의 편의를 위해 임의로 정의되었다. 특정 중요한 기능이 적절하게 수행되는 한 대안적인 경계가 정의될 수 있다. 유사하게, 흐름도 블록은 또한 특정 중요한 기능을 설명하기 위해 본 명세서에서 임의로 정의될 수 있다.
사용된 범위 내에서, 흐름도 블록 경계 및 순서는 달리 정의되었어도 여전히 특정 중요한 기능을 수행할 수 있다. 따라서, 기능적 빌딩 블록과 흐름도 블록 및 순서 모두에 대한 이러한 대안적인 정의는 청구범위의 범주 및 사상 내에 있다. 본 기술 분야의 숙련자는 또한 기능적 빌딩 블록, 및 본 명세서의 다른 예시적인 블록, 모듈 및 구성요소가 예시된 바와 같이 또는 개별 구성요소, 용례 특정 집적 회로, 적절한 소프트웨어를 실행하는 프로세서 등 또는 그 임의의 조합에 의해 구현될 수 있음을 인식할 것이다.
하나 이상의 실시예의 다양한 기능 및 특징의 특정 조합이 본 명세서에 명시적으로 설명되어 있지만, 이러한 특징 및 기능의 다른 조합도 마찬가지로 가능하다. 본 개시내용은 본 명세서에 개시된 특정 예에 의해 제한되지 않고 이러한 다른 조합을 명시적으로 포함한다.

Claims (34)

  1. 힘 센서 장치이며,
    힘 센서 장치에 대한 힘의 인가에 응답하여 변형되는 힘-순응 요소;
    힘-순응 요소에 결합되고 힘-순응 요소가 힘 센서 장치에 대한 힘의 인가에 응답하여 변형되는 정도를 나타내는 신호를 생성하도록 구성된 감지 요소;
    감지 요소로부터 신호를 수신하도록 구성된 인쇄 회로 보드;
    인쇄 회로 보드가 결합되는 표면을 갖는 지지 구조로서, 지지 구조는 외부 림을 갖고, 지지 구조의 외부 림은 힘-순응 요소에 부착되는, 지지 구조; 및
    인쇄 회로 보드를 덮는 센서 하우징을 포함하며, 센서 하우징은 외부 림을 갖고, 센서 하우징의 외부 림은 힘-순응 요소에 부착되는, 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    센서 하우징의 내부 림과 힘-순응 요소의 내부 림 사이에 배치된 환경 밀봉 링을 더 포함하는, 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    하중을 힘-순응 요소에 분배하는 인터페이스 구조를 더 포함하고, 인터페이스 구조는 힘-순응 요소에 결합되는, 장치.
  4. 제3항에 있어서, 인터페이스 구조의 내부 림은 힘-순응 요소의 외부 림에 용접되는, 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    PCB에 결합되고 센서 하우징의 개구를 통해 연장되는 전자 커넥터 조립체; 및
    전기 커넥터 조립체와 센서 하우징 사이의 밀봉부를 더 포함하는, 장치.
  6. 제1항에 있어서, PCB는 테이프, 접착제, 솔더링 및 글루 중 적어도 하나에 의해 지지 구조에 부착되는, 장치.
  7. 제1항에 있어서, PCB는 지지 구조의 일부가 PCB에 의해 덮이지 않도록 C자형인, 장치.
  8. 제1항에 있어서, 힘-순응 요소 및 지지 구조는 링 형상인, 장치.
  9. 제1항에 있어서, 힘-순응 요소 및 지지 구조는 원통형 형상인, 장치.
  10. 제1항에 있어서, 구성요소를 힘-순응 요소에 결합하기 위한 용례 특정 하단 인터페이스를 더 포함하는, 장치.
  11. 제10항에 있어서, 힘-순응 요소 및 용례 특정 하단 인터페이스는 단일 조립체인, 장치.
  12. 제10항에 있어서, 힘-순응 요소와 용례 특정 하단 인터페이스는 함께 결합된 2개의 별개의 구성요소인, 장치.
  13. 제10항에 있어서, 힘-순응 요소와 용례 특정 하단 인터페이스는 함께 크림핑된 2개의 별개의 구성요소인, 장치.
  14. 제10항에 있어서, 힘-순응 요소와 용례 특정 하단 인터페이스는 열 수축 및 팽창 프로세스를 통해 함께 끼워지는, 장치.
  15. 제10항에 있어서, 용례 특정 하단 인터페이스는 볼 형상의 인터페이스인, 장치.
  16. 제1항에 있어서, 감지 요소는 복수의 게이지를 포함하는, 장치.
  17. 제16항에 있어서, 복수의 게이지는, 게이지들이 힘-순응 요소의 원주 둘레에 고르게 분포된 상태로 힘-순응 요소의 상단에 배치되는, 장치.
  18. 제1항에 있어서, 센서 하우징은 용접, 압입 및 접착제 중 적어도 하나에 의해 힘-순응 요소에 부착되는, 장치.
  19. 제1항에 있어서, 센서 하우징은 다른 구성요소와의 결합을 위한 정렬 피처를 갖는 반구 형상을 포함하는 용례 특정 인터페이스를 갖는, 장치.
  20. 제1항에 있어서, 센서 하우징은 외부 나사 및 내부 나사 중 적어도 하나를 포함하는 용례 특정 인터페이스를 갖는, 장치.
  21. 제1항에 있어서, 힘-순응 요소 및 센서 하우징은 밀링 및 선삭을 사용하여 제조되는, 장치.
  22. 제1항에 있어서, 힘-순응 요소는 감지 요소가 부착되는 표면 상의 적어도 하나의 홈을 포함하는, 장치.
  23. 제1항에 있어서, 지지 구조는 PCB를 지지하는, 장치.
  24. 제5항에 있어서, 장치를 구성요소와 정렬하기 위한 배향 피처를 더 포함하는, 장치.
  25. 제24항에 있어서, 배향 피처는 센서 하우징 및 전기 커넥터 조립체 중 적어도 하나의 일부인, 장치.
  26. 힘 센서 장치이며,
    힘 센서 장치에 대한 힘의 인가에 응답하여 변형되도록 구성된 힘 링으로서, 힘 링은 힘 링의 변형량을 나타내는 전기 신호를 생성하도록 구성된 복수의 감지 요소를 갖는, 힘 링;
    힘 링으로부터의 전기 신호를 처리하도록 구성된 인쇄 회로 보드;
    인쇄 회로 보드 및 힘 링의 일부를 덮는 센서 캡으로서, 센서 캡은 내부 림 및 외부 림을 갖고, 센서 캡의 외부 림은 힘 링에 부착되는, 센서 캡; 및
    센서 캡의 내부 림과 힘 링의 내부 림 사이의 원형 환경 밀봉부를 포함하는, 장치.
  27. 제26항에 있어서,
    인쇄 회로 보드와 힘 링 사이에 배치된 지지 링을 더 포함하고, 인쇄 회로 보드는 지지 링에 결합되고, 지지 링은 힘 링에 결합되는, 장치.
  28. 제26항에 있어서,
    하중을 힘 링에 분배하는 인터페이스 링을 더 포함하고, 인터페이스 링은 힘 링에 결합되는, 장치.
  29. 제26항에 있어서, 센서 캡을 통해 인쇄 회로 보드에 전기 접점을 제공하는 유리 밀봉 커넥터를 더 포함하는, 장치.
  30. 제27항에 있어서, 유리 밀봉 커넥터에 결합되는 개스킷을 더 포함하는, 장치.
  31. 힘 센서 장치를 조립하는 방법이며,
    전기 구성요소를 갖는 인쇄 회로 보드(PCB)를 지지 링에 부착하는 단계;
    힘 링 상의 적어도 2개의 감지 요소에 PCB의 전기 구성요소를 전기적으로 결합하는 단계로서, 적어도 2개의 감지 요소는 힘 센서 장치에 인가되는 힘을 측정하도록 구성되는, 단계;
    지지 링을 힘 링에 부착하는 단계;
    PCB, 지지 링 및 힘 링 위에 센서 캡을 위치 설정하는 단계; 및
    센서 캡을 힘 링에 부착하는 단계를 포함하는, 방법.
  32. 제31항에 있어서,
    센서 캡의 내부 림과 힘 링의 내부 림 사이에 원형 환경 밀봉부를 배치하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  33. 제31항에 있어서,
    인터페이스 링을 힘 링에 부착하는 단계를 더 포함하고, 인터페이스 링은 하중을 힘 링에 분배하는, 방법.
  34. 제33항에 있어서, 인터페이스 링은 힘 센서 장치의 전기 구성요소의 교정 전에 힘 링에 부착되는, 방법.
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