专利名称：应变计型传感器及利用该传感器的应变计型传感器单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及能够测量从外部施加的多轴的力、力矩、加速度、角速度的至少一个的应变计型传感器及利用该传感器的应变计型传感器单元。
背景技术：
作为应变计型传感器，已知有利用半导体的单结晶基板来检测力或力矩的装置。在特许文献1中，如图16及图17所示，记载有应变计型传感器500，其具有具备设在中央的大致圆柱形状的受力部511、设在周围的固定部512、将它们连结的圆弧形状的膜片部513的应变发生体510；安装在该应变发生体510上的由压电元件构成的应变计R511～R534。
应变计R511～R534分别设在应变发生体510的上表面上。这里，设应变发生体510的上表面与受理部511的中心轴的交点为原点O。并且，在应变发生体510的上表面上，将通过原点O且相互正交的2个轴设为X轴、Y轴。此外，在应变发生体510的上表面上，将通过原点O且与X轴、Y轴不同的轴设为斜轴S。应变计R511～R534配置在各轴上的膜片部513的外缘部附近以及内缘部附近。
在该应变计型传感器500中，为了测量对受力部511施加的X、Y、Z的3轴方向的力或力矩，由各应变计R511～R534构成电桥电路。具体而言，由X轴上的应变计R511～R514构成图18A所示的电桥电路521，由此得到电压Vx。此外，由Y轴上的应变计R521～R524构成图18B所示的电桥电路522，由此得到电压Vy。进而，由S轴上的应变计R531～R534构成图18C所示的电桥电路523，由此得到电压Vz。并且，通过由3个电桥电路521～523得到的电压Vx、Vy、Vz的组合，能够导出对受力部511施加的X、Y、Z的3轴方向的力或力矩。
特许文献1特开平4-194634号公报(图2、图3、图7、第3项左下栏第3行～右下栏第6行、第4项右下栏第9～第15行)这里，如图19所示，考虑对应变计型传感器500的受力部511施加X轴正方向的力的情况。在这种情况下，在X轴上的膜片部513的内缘部上产生最大的应变ε2。但是，在X轴上的膜片部513的外缘部上产生的应变ε1与在内缘部上产生的应变ε2相比变得非常小。另外，这里不区别拉伸方向的应变和压缩方向的应变，而单单考虑应变的大小。
此外，同样，在X、Y、Z的3轴的任一方向上施加了力或力矩的情况下，在各轴上的膜片部513的外缘部上产生的应变与在其内缘部上产生的应变相比变得非常小。即，在应变计型传感器500中，应变计R512、R513、R522、R523、R532、R533的电阻值较大地变化，而应变计R511、R514、R521、R524、R531、R534的电阻值的变化较小。因而，分别包含在电桥电路521、522、523中的4个应变计中只有2个应变计(在电桥电路521中为R512、R513，在电桥电路522中为R522、R523，在电桥电路523中为R532、R533)的电阻值较大地变化。结果，电桥电路521、522、523的输出都变小，有作为传感器的灵敏度变低的问题。
发明内容
所以，本发明的目的是提供一种灵敏度高的应变计型传感器及利用该传感器的应变计型传感器单元。
根据本发明的第1技术方案，提供一种应变计型传感器，具备应变发生体，具有被输入力的受力部、固定在支承体上的固定部、以及将上述受力部和上述固定部连结且产生与输入到上述受力部中的力对应的应变的连结部；第1应变计，配置在上述应变发生体的上述连结部上；第2应变计，在比上述第1应变计更靠近上述固定部的位置处，配置在上述连结部上；上述连结部具有以下形状在对配置有上述第1应变计的位置和配置有上述第2应变计的位置施加相同大小的应力时、配置有上述第1应变计的位置处的应变量比配置有上述第2应变计的位置处的应变量小。
根据该结构，在从外部对受力部输入力时，能够减小配置有第1应变计的位置处的连结部的应变量和配置有第2应变计的位置处的连结部的应变量的差。因而，第1应变计的电阻值的变化量与第2应变计的电阻值的变化量的差变小。结果，能够高灵敏度地测量从外部施加给应变计型传感器的力。
在本发明的应变计型传感器中，也可以上述第1应变计及上述第2应变计分别各配备2个；上述第1应变计及上述第2应变计都配置在1条直线上。
根据该结构，能够通过配置在1条直线上的4个应变计检测从外部对受力部输入的1轴的力。
在本发明的应变计型传感器中，也可以上述第1应变计及上述第2应变计分别各配备6个；上述第1应变计及上述第2应变计在互不相同的3条直线的任一个直线上分别各配置有2个。
根据该结构，能够通过分别配置在互不相同的3条直线上的4个应变计检测从外部对受力部输入的3轴的力。
在本发明的应变计型传感器中，也可以是，上述受力部为圆柱状；并且上述固定部及上述连结部都为圆环状，与上述受力部同心地配置。
根据该结构，在与连结部平行的面内，能够施加所有方向的力。
在本发明的应变计型传感器中，也可以是，上述连结部具有第1膜片，配置有上述第1应变计；第2膜片，比上述第1膜片薄，配置有上述第2应变计；连接部，将上述第1膜片和上述第2膜片连接，比上述第1膜片厚。
根据该结构，在对第1膜片的配置有第1应变计的位置和第2膜片的配置有第2应变计的位置施加相同大小的应力时，配置有第1应变计的位置的应变量比配置有第2应变计的位置的应变量小。因而，在从外部对受力部输入了力时，能够减小配置有第1应变计的位置处的连结部的应变量与配置有第2应变计的位置处的连结部的应变量的差。由此，第1应变计的电阻值的变化量与第2应变计的电阻值的变化量的差变小。结果，能够高精度地测量从外部对应变计型传感器施加的力。
在本发明的应变计型传感器中，也可以设定上述第1膜片和上述第2膜片的厚度的差以及上述第1膜片和上述第2膜片的长度的差的至少一个，以使在对上述受力部输入了力的情况下，上述第1应变计的电阻值的变化量与上述第2应变计的电阻值的变化量基本上相同。
根据该结构，能够以最高灵敏度测量从外部施加给应变计型传感器的力。
在本发明的应变计型传感器中，也可以是，上述连结部从配置有上述第1应变计的位置朝向配置有上述第2应变计的位置而逐渐变薄。
根据该结构，在对配置有第1应变计的位置和配置有第2应变计的位置施加相同大小的应力时，配置有第1应变计的位置的应变量比配置有第2应变计的位置的应变量小。因而，在从外部对受力部输入了力时，能够减小配置有第1应变计的位置处的连结部的应变量与配置有第2应变计的位置处的连结部的应变量的差。由此，第1应变计的电阻值的变化量与第2应变计的电阻值的变化量的差变小。结果，能够高精度地测量从外部对应变计型传感器施加的力。
在本发明的应变计型传感器中，也可以设定配置有上述第1应变计的位置和配置有上述第2应变计的位置的厚度的差，以使在对上述受力部输入了力的情况下，上述第1应变计的电阻值的变化量与上述第2应变计的电阻值的变化量基本上相同。
根据该结构，能够以最高灵敏度测量从外部施加给应变计型传感器的力。
在本发明的应变计型传感器中，也可以是，上述受力部与上述连结部的连结部分具有规定的曲率，并且上述固定部与上述连结部的连结部分具有比上述规定的曲率大的曲率。
根据该结构，在对配置有第1应变计的位置和配置有第2应变计的位置施加相同大小的应力时，配置有第1应变计的位置的应变量比配置有第2应变计的位置的应变量小。因而，在从外部对受力部输入了力时，能够减小配置有第1应变计的位置处的连结部的应变量与配置有第2应变计的位置处的连结部的应变量的差。由此，第1应变计的电阻值的变化量与第2应变计的电阻值的变化量的差变小。结果，能够高精度地测量从外部对应变计型传感器施加的力。
在本发明的应变计型传感器中，也可以设定上述受力部与上述连结部的连结部分的曲率、和上述固定部与上述连结部的连结部分的曲率的差，以使在对上述受力部输入了力的情况下，上述第1应变计的电阻值的变化量与上述第2应变计的电阻值的变化量基本上相同。
根据该结构，能够以最高灵敏度测量从外部施加给应变计型传感器的力。
根据本发明的第2技术方案，提供一种应变计型传感器，具备应变发生体，具有被输入力的受力部、固定在支承体上的固定部、以及将上述受力部和上述固定部连结且产生与输入到上述受力部中的力对应的应变的连结部；第1应变计，配置在上述应变发生体的上述连结部上；第2应变计，在比上述第1应变计更靠近上述固定部的位置处，配置在上述连结部上；上述第1应变计的长度比上述第2应变计的长度短。
根据该结构，在从外部对上述受力部输入了力时，能够减小第1应变计的电阻值的变化量与第2应变计的电阻值的变化量的差。结果，能够高精度地测量从外部对应变计型传感器施加的力。
在本发明的应变计型传感器中，也可以设定上述第1应变计的长度和上述第2应变计的长度的差，以使在对上述受力部输入了力的情况下，上述第1应变计的电阻值的变化量与上述第2应变计的电阻值的变化量基本上相同。
根据该结构，能够以最高灵敏度测量从外部施加给应变计型传感器的力。
根据本发明的第3技术方案，提供一种应变计型传感器，具备应变发生体，具有被输入力的受力部、固定在支承体上的固定部、以及将上述受力部和上述固定部连结且产生与输入到上述受力部中的力对应的应变的连结部；第1应变计，配置在上述应变发生体的上述连结部上；第2应变计，在比上述第1应变计更靠近上述固定部的位置处，配置在上述连结部上；上述连结部具有第1膜片，配置有上述第1应变计；第2膜片，配置有上述第2应变计；连接部，将上述第1膜片和上述第2膜片连接；设定上述第1膜片与上述第2膜片的厚度的差、上述第1膜片与上述第2膜片的长度的差、以及上述第1应变计的长度和上述第2应变计的长度的差中的至少一个，以使在对上述受力部输入了力的情况下，上述第1应变计的电阻值的变化量与上述第2应变计的电阻值的变化量基本上相同。
根据该结构，能够以最高灵敏度测量从外部施加给应变计型传感器的力。
根据本发明的第4技术方案，提供一种应变计型传感器，具备应变发生体，具有被输入力的受力部、固定在支承体上的固定部、以及将上述受力部和上述固定部连结且产生与输入到上述受力部中的力对应的应变的连结部；第1应变计，配置在上述应变发生体的上述连结部上；第2应变计，在比上述第1应变计更靠近上述固定部的位置处，配置在上述连结部上；上述连结部从配置有上述第1应变计的位置朝向配置有上述第2应变计的位置逐渐变薄；设定上述连结部的配置有上述第1应变计的位置与上述连结部的配置有上述第2应变计的位置的厚度的差、以及上述第1应变计的长度和上述第2应变计的长度的差中的至少一个，以使在对上述受力部输入了力的情况下，上述第1应变计的电阻值的变化量与上述第2应变计的电阻值的变化量基本上相同。
根据该结构，能够以最高灵敏度测量从外部施加给应变计型传感器的力。
根据本发明的第5技术方案，提供一种应变计型传感器，具备应变发生体，具有被输入力的受力部、固定在支承体上的固定部、以及将上述受力部和上述固定部连结且产生与输入到上述受力部中的力对应的应变的连结部；第1应变计，配置在上述应变发生体的上述连结部上；第2应变计，在比上述第1应变计更靠近上述固定部的位置处，配置在上述连结部上；上述受力部与上述连结部的连结部分具有规定的曲率，并且上述固定部与上述连结部的连结部分具有比上述规定的曲率大的曲率；设定上述受力部与上述连结部的连结部分的曲率、和上述固定部与上述连结部的连结部分的曲率的差、以及上述第1应变计的长度和上述第2应变计的长度的差中的至少一个，以使在对上述受力部输入了力的情况下，上述第1应变计的电阻值的变化量与上述第2应变计的电阻值的变化量基本上相同。
根据该结构，能够以最高灵敏度测量从外部施加给应变计型传感器的力。
在本发明的应变计型传感器中，上述应变计优选为压电电阻元件。
根据该结构，由于压电电阻元件与箔应变计相比，灵敏度高10倍以上，所以与利用箔应变计的情况相比能够将灵敏度提高10倍以上。
本发明的应变计型传感器单元，在同一平面上具备多个上述应变计型传感器。
根据该结构，能够以高精度检测对应变计型传感器单元施加的力、力矩、加速度、角加速度等。
在本发明的应变计型传感器单元中，上述多个应变计型传感器优选地以中心点为中心隔开等角度、且距离上述中心点等距离地配置。
根据该结构，根据各应变计型传感器的应变计的电阻值的变化，通过较简单的计算，能够导出对应变计型传感器单元施加的力、力矩、加速度、角加速度等。
在本发明的应变计型传感器单元中，上述角度也可以为90度。
根据该结构，能够很容易地计算正交的2轴上的力、力矩、加速度、角加速度等。
在本发明的应变计型传感器单元中，上述角度也可以为120度。
根据该结构，能够通过3个应变计型传感器计算对应变计型传感器单元施加的力、力矩、加速度、角加速度等，所以能够使应变计型传感器单元的结构简单化。
图1是有关本发明的第1实施方式的应变计型传感器的横剖视图。
图2是图1的应变计型传感器的俯视图。
图3是表示对图1的应变计型传感器的受力部施加了X轴正方向的力时的应变计型传感器的状态及应变计的电阻值的变化的横剖视图。
图4是表示对图1的应变计型传感器的受力部施加了Z轴正方向的力时的应变计型传感器的状态的横剖视图。
图5A是表示图1的应变计型传感器的电桥电路的一例的电路图。
图5B是表示图1的应变计型传感器的电桥电路的一例的电路图。
图5C是表示图1的应变计型传感器的电桥电路的一例的电路图。
图6是表示图5所示的电桥电路的节点电压的运算处理的例子的图。
图7是有关本发明的第2实施方式的应变计型传感器的横剖视图。
图8是有关本发明的第3实施方式的应变计型传感器的横剖视图。
图9是有关本发明的第4实施方式的应变计型传感器的横剖视图。
图10是有关本发明的第5实施方式的应变计型传感器的横剖视图。
图11是表示设在有关本发明的第6实施方式的应变计型传感器单元的第1部件的表面上的应变计的配置的图。
图12是图11所示的应变计型传感器单元的横剖视图。
图13是表示正交坐标轴的立体图。
图14是表示图11所示的应变计型传感器单元的电桥电路的一例的电路15是表示设在有关本发明的第7实施方式的应变计型传感器单元的第1部件的表面上的应变计的配置的图。
图16是以往的应变计型传感器的横剖视图。
图17是图16的应变计型传感器的俯视图。
图18A是表示图16的应变计型传感器的电桥电路的一例的电路图。
图18B是表示图16的应变计型传感器的电桥电路的一例的电路图。
图18C是表示图16的应变计型传感器的电桥电路的一例的电路图。
图19是表示对图16的应变计型传感器的受力部施加X轴正方向的力时的应变计型传感器的状态的横剖视图。
标号说明1、2、3、4、5、104～107、204～206应变计型传感器10、20、30、40、50应变发生体11、21、31、41、51受力部12、22、32、42、52固定部13、23、33、43、53连结部17～19电桥电路
100、200应变计型传感器单元101、201第1部件102第2部件15、16、45、46、55、56膜片R11～R34、R111～R148、R211～R238应变计具体实施方式
下面参照
本发明的优选实施方式。
首先，参照图1及图2，说明有关本发明的第1实施方式的应变计型传感器1的结构。
图1是有关本发明的第1实施方式的应变计型传感器1的横剖视图。应变计型传感器1具有具备设在中央的大致圆柱形状的受力部11、设在周围的固定部12、将受力部11的上表面部附近和固定部12连结的大致圆环形状的连结部13的应变发生体10；和安装在该应变发生体10上的由压电元件构成的应变计R11～R34。另外，受力部11的上表面与连结部13的上表面处于同一平面上。
这里，为了便于说明而定义XYZ三维坐标系，一边参照该坐标系一边对各部件进行配置说明。在图1中，分别将受力部11的上表面的中心位置定义为原点O、将右水平方向定义为X轴、将上垂直方向定义为Z轴，将垂直于纸面的深度方向定义为Y轴。即，受力部11的上表面及连结部13的上表面规定XY平面，Z轴通过受力部11的中心位置。此外，将通过原点O而从X轴正方向向Y轴正方向成45度的轴作为S轴(参照图2)。另外，关于S轴与X轴所成的角度，只要是S轴不与X轴及Y轴重合，则可以任意地改变。
应变发生体10由铝或SUS等金属制的挠性材料制成。固定部12用来将应变计型传感器1安装到其他装置上，做成壁厚大且刚性高的部件，以使得即使对受力部11施加外力也很难发生应变或变形。分别在连结部13的下表面的内缘部上形成有具有规定宽度的圆环形状的浅槽13a、在外缘部上形成有具有规定宽度的圆环形状的深槽13b。因而，在连结部13的中心位置附近(对应于13a和13b之间的部分)形成有壁厚大的壁厚部14。
这里，浅槽13a和深槽13b的宽度(在图1中为左右方向的长度)相等。此外，浅槽13a的深度D1、深槽的深度D2、和浅槽13a的深度D1与深槽的深度D2的差D0为以下的(式1)、(式2)所示那样的关系。
D1＜D2 (式1)D2-D1＝D0 (式2)并且，在应变计型传感器1中，在与连结部13的浅槽13a对应的部分上形成有膜片15，在与连结部13的深槽13b对应的部分上形成有膜片16。即，连结部13的内缘部附近作为膜片15、外缘部附近作为膜片16分别起作用。并且，在对受力部11施加了外力或力矩的情况下，在连结部13中产生的应变集中于膜片15和膜片16上。
此外，膜片15的壁厚比膜片16的壁厚厚。这里，膜片15与膜片15的壁厚的差T0、和浅槽13a的深度D1与深槽的深度D2的差D0一致。另外，将浅槽13a的深度D1与深槽的深度D2的差D0、即膜片15与膜片15的壁厚的差T0决定为，使得在对受力部11从外部施加力或力矩之前与施加后的、在通过原点O的直线与膜片15及膜片16的交点上产生的应变的变化量都大体相等。
作为应变计R11～R34，采用金属箔应变计或金属线应变计。应变计R11～R34是一种电阻体，是贴在产生应变处上而使用的应变计。如果在测量对象中产生应变并伸缩，则应变计与其成比例地伸缩而电阻值变化，能够测量应变ε。一般具有相对于拉伸带来的应变而使电阻值变大、相对于压缩带来的应变而使电阻值变小的比例特性。此外，其长度越长电阻值的变化量越大。另外，通常在材料的应力σ相对于应变ε成比例的弹性区域中使用。
接着，利用图2说明应变计R11～R34。图2是应变计型传感器1的俯视图。另外，省略了应变计R11～R34的导线的图示。
如图2所示，在X轴上检测从外部施加的X轴方向分量的力的应变计R11～R14沿着X轴配置。分别将应变计R11配置在膜片16的对应于X轴正方向的部分上、将应变计R12配置在膜片15的对应于X轴正方向的部分上、将应变计R13配置在膜片15的对应于X轴负方向的部分上、将应变计R14配置在膜片16的对应于X轴负方向的部分上。
此外，在Y轴上检测从外部施加的Y轴方向分量的力的应变计R21～R24沿着Y轴配置。分别将应变计R21配置在膜片16的对应于Y轴负方向的部分上、将应变计R22配置在膜片15的对应于Y轴负方向的部分上、将应变计R23配置在膜片15的对应于Y轴正方向的部分上、将应变计R24配置在膜片16的对应于Y轴正方向的部分上。
此外，在S轴上检测从外部施加的Z轴方向分量的力的应变计R31～R34沿着S轴配置。分别将应变计R31配置在膜片16的对应于S轴正方向的部分上、将应变计R32配置在膜片15的对应于S轴正方向的部分上、将应变计R33配置在膜片15的对应于S轴负方向的部分上、将应变计R34配置在膜片16的对应于S轴负方向的部分上。
这样，应变计R11～R34都配置在连结部13上。并且，分别将应变计R11配置在其X轴正方向的外缘部上、将应变计R12配置在其X轴正方向的内缘部上、将应变计R13配置在其X轴负方向的内缘部上、将应变计R14配置在其X轴负方向的外缘部上。此外，分别将应变计R21配置在其Y轴负方向的外缘部上、将应变计R22配置在其Y轴负方向的内缘部上、将应变计R23配置在其Y轴正方向的内缘部上、将应变计R24配置在其Y轴正方向的外缘部上。此外，分别将应变计R31配置在其S轴正方向的外缘部上、将应变计R32配置在其S轴正方向的内缘部上、将应变计R33配置在其S轴负方向的内缘部上、将应变计R34配置在其S轴负方向的外缘部上。
另外，应变计R11～R34的长度都相等。即，应变计R11～R14的沿着X轴的长度、应变计R21～R24的沿着Y轴的长度、和应变计R31～R34的沿着S轴的长度都相等。此外，应变计R11～R34的长度与膜片15及膜片16的宽度相等。即，应变计R11～R34的长度都与膜片15、16在X轴、Y轴或S轴上的长度相等。
此外，应变计R11～R34配置为，使沿着各自的X轴、Y轴或S轴的长度的中心位置与膜片15的宽度方向的中心位置或膜片16的宽度方向的中心位置一致。
这里，如上述那样，将膜片15与膜片16的壁厚的差T0决定为，使得在通过原点O的直线与膜片15及膜片16的交点上产生的应变的变化量都大体相等。因而，X轴上的应变计R11、R12、R13、R14所配置的位置处的应变的变化量分别大体相等。结果，应变计R11、R12、R13、R14的电阻值的变化量大体相等。
同样，Y轴上的应变计R21、R22、R23、R24所配置的位置处的应变的变化量也分别大体相等。结果，应变计R21、R22、R23、R24的电阻值的变化量大体相等。此外，S轴上的应变计R31、R32、R33、R34所配置的位置处的应变的变化量也分别大体相等。结果，应变计R31、R32、R33、R34的电阻值的变化量大体相等。
接着，对在各轴方向上检测力的原理进行说明。
图3表示对受力部11施加X轴正方向的力Fx时的应变计型传感器1的状态及各应变计R11～R14的电阻值的变化。力Fx作为对应于受力部11的作用点11a和应变计型传感器1的原点O的距离L的力矩My(绕Y轴的力矩)而作用。此时，如图3所示，分别在对应于X轴正方向的膜片16的部分和对应于X轴负方向的膜片15的部分上产生压缩带来的应变、在对应于X轴正方向的膜片15的部分和对应于X轴负方向的膜片16的部分上产生拉伸带来的应变。并且通过应变计R11～R14检测这些应变。另外，图3中的(+)表示应变计的电阻值的增加，(-)表示应变计的电阻值的减小。
接着，在对受力部11施加了Y轴正方向的力Fy时，力Fy作为对应于受力部11的作用点11a和应变计型传感器1的原点O的距离L的力矩Mx(绕X轴的力矩)而作用。考虑到这只要将施加了上述X轴正方向的力Fx时的状态偏移90度就可以，所以这里省略说明。
图4中表示对受力部11施加了Z轴方向的力Fz时的应变计型传感器1的状态。此时，如图4所示，分别在对应于膜片16的部分上产生压缩带来的应变、在对应于膜片15的部分上产生拉伸带来的应变。并且通过应变计R31～R34检测这些应变。
这里，表1中表示应变计R11～R34的电阻值相对于上述各力的变化。表中，+表示电阻值的增加，-表示电阻值的减小，无符号表示电阻值几乎不变化。此外，在相反方向的力或力矩的情况下符号变为相反。
表1
在图5A～图5C中，表示由各应变计R11～R34构成的3个电桥电路。具体而言，分别在图5A中表示由X轴上的应变计R11～R14构成的电桥电路17，在图5B中表示由Y轴上的应变计R21～R24构成的电桥电路18，在图5C中表示由S轴上的应变计R31～R34构成的电桥电路19。
如图5A所示，在电桥电路17中，从驱动用电压V+到GND使R11及R14串联，并且使R12及R13串联。并且，设R11与R14的节点a的电压为Va，使R12及R13的节点b的电压为Vb。
此外，如图5B所示，在电桥电路18中，从驱动用电压V+到GND使R21及R24串联，并且使R22及R23串联。并且，设R21与R24的节点c的电压为Vc，使R22及R23的节点d的电压为Vd。
此外，如图5C所示，在电桥电路19中，从驱动用电压V+到GND使R31及R33串联，并且使R32及R34串联。并且，设R31与R33的节点e的电压为Ve，使R33及R34的节点f的电压为Vf。
图6中表示各节点电压Va～Vf与对受力部11施加的力或力矩的关系。力Fx及力矩My可以作为节点电压Va、Vb的差Vx(＝Va-Vb)来测量。此外，力Fy及力矩Mx可以作为节点电压Vc、Vd的差Vy(＝Vc-Vd)来测量。进而，力Fz可以作为节点电压Ve、Vf的差Vz(＝Ve-Vf)来测量。另外，这些运算既可以采用OA放大器电气地直接运算，也可以对各节点电压进行AD变换而通过计算机运算处理。
如以上那样，在本实施方式的应变计型传感器1中，将膜片15及膜片16的壁厚(膜厚)的差决定为，使得通过原点O的直线与膜片15及膜片16的交点处的应变的大小相等。并且，各应变计R11～R34配置在X轴、Y轴或S轴上的与膜片15或膜片16对应的位置上。因而，在从外部对受力部11施加力或力矩时的X轴、Y轴或S轴上的配置有应变计的位置上的应变的大小的变化量都大体相等。结果，能够以高灵敏度测量从外部对应变计型传感器1的受力部11施加的力或力矩等。
此外，应变计R11～R34配置在通过原点O而相互正交的X轴及Y轴、和通过原点O而从X轴正方向向Y轴正方向成45度的S轴上。因而，在应变计型传感器1中，能够检测向X轴方向及Y轴方向的力及力矩、还能够检测通过原点O并与X轴及Y轴正交的Z轴方向的力。
接着，参照图7说明有关本发明的第2实施方式的应变计型传感器2的结构。
图7是有关本发明的第2实施方式的应变计型传感器的横剖视图，是与图1所示的第1实施方式对应的图。有关本实施方式的应变计型传感器2的结构与图1所示的有关第1实施方式的应变计型传感器1的结构的主要不同点是，在第1实施方式中，连结部13由厚壁部14、膜片15和膜片16构成，但本实施方式的连结部23由1个膜片构成。另外，对于其他结构、力及力矩的检测原理及电路结构，由于与有关第1实施方式的应变计型传感器1大体相同，所以省略详细的说明。
连结部23如图7所示，形成为薄壁，起到作为膜片的作用。此外，连结部23为大致圆环形状，其下表面以一定的梯度倾斜，使得其壁厚越靠外侧越薄。因而，连结部23的外缘部附近与内缘部附近相比较薄。
另外，将连结部23的内缘部的壁厚和外缘部的壁厚的差D0’(依赖于连结部23的下表面的梯度的大小)决定为，使得在从外部对受力部11施加力或力矩之前和施加之后的、在与通过原点O的直线上的连结部23的内缘部附近和外缘部附近对应的位置上产生的应变的变化量大体相等。
此外，对于本实施方式的应变计R11～R34的配置，与第1实施方式大体相同，配置在与第1实施方式的连结部13对应的连结部23上。即，应变计R11～R14在X轴上分别配置在连结部23的外缘部或内缘部上，应变计R21～R24在Y轴上分别配置在连结部23的外缘部或内缘部上，应变计R31～R34在S轴上分别配置在连结部23的外缘部或内缘部上。
这里，如上述那样，将连结部23的内缘部的壁厚和外缘部的壁厚的差D0’决定为，使得在与通过原点O的直线上的连结部23的内缘部附近和连结部23的外缘部附近对应的位置上产生的应变的变化量大体相等。因而，在X轴上配置有应变计R11～R14的位置上的应变的变化量分别大体相等。结果，应变计R11～R14的电阻值的变化量分别大体相等。
同样，在Y轴上配置有应变计R21～R24的位置上的应变的变化量也分别大体相等。结果，应变计R21～R24的电阻值的变化量分别大体相等。此外，在S轴上配置有应变计R31～R34的位置上的应变的变化量也分别大体相等。结果，应变计R31～R34的电阻值的变化量分别大体相等。
如以上那样，根据本实施方式的应变计型传感器2，能够得到与第1实施方式的应变计型传感器1同样的效果。
接着，参照图8说明有关本发明的第3实施方式的应变计型传感器3的结构。
图8是有关本发明的第3实施方式的应变计型传感器的横剖视图，是与图1所示的第1实施方式对应的图。有关本实施方式的应变计型传感器3的结构与图1所示的有关第1实施方式的应变计型传感器1的结构的主要不同点是，在第1实施方式中，连结部13由厚壁部14、膜片15和膜片16构成，但本实施方式的连结部33由1个膜片构成。另外，对于其他结构、力及力矩的检测原理及电路结构，由于与有关第1实施方式的应变计型传感器1大体相同，所以省略详细的说明。
连结部33如图8所示，形成为薄壁，起到作为膜片的作用。此外，连结部33为大致圆环形状，在连结部33的外缘部附近形成有壁厚一定的板状部分33a，在内缘部附近形成有具有一定的曲率、越靠近内缘部壁厚越厚的弯曲部分33b。
另外，将弯曲部分33b的曲率决定为，使得在从外部对受力部11施加力或力矩之前和施加之后的、在与通过原点O的直线上的连结部33的内缘部附近和连结部33的外缘部附近对应的位置上产生的应变的变化量大体相等。
此外，对于本实施方式的应变计R11～R34的配置，与第1实施方式大体相同，配置在与第1实施方式的连结部13对应的连结部33上。即，应变计R11～R14在X轴上分别配置在连结部33的外缘部或内缘部上，应变计R21～R24在Y轴上分别配置在连结部33的外缘部或内缘部上，应变计R31～R34在S轴上分别配置在连结部33的外缘部或内缘部上。
这里，如上述那样，将弯曲部33b的曲率决定为，使得在与通过原点O的直线上的连结部33的内缘部附近和连结部33的外缘部附近对应的位置上产生的应变的变化量大体相等。因而，在X轴上配置有应变计R11～R14的位置上的应变的变化量分别大体相等。结果，应变计R11～R14的电阻值的变化量分别大体相等。
同样，在Y轴上配置有应变计R21～R24的位置上的应变的变化量也分别大体相等。结果，应变计R21～R24的电阻值的变化量分别大体相等。此外，在S轴上配置有应变计R31～R34的位置上的应变的变化量也分别大体相等。结果，应变计R31～R34的电阻值的变化量分别大体相等。
如以上那样，根据本实施方式的应变计型传感器3，能够得到与第1实施方式的应变计型传感器1及第2实施方式的应变计型传感器2同样的效果。
接着，参照图9说明有关本发明的第4实施方式的应变计型传感器4的结构。
图9是有关本发明的第4实施方式的应变计型传感器的横剖视图，是与图1所示的第1实施方式对应的图。有关本实施方式的应变计型传感器4的结构与图1所示的有关第1实施方式的应变计型传感器1的结构的主要不同点是，在第1实施方式中构成为，膜片16比膜片15薄，并且使应变计R11～R34的沿着X轴、Y轴或S轴的长度都相等，但本实施方式的膜片45和膜片46的壁厚相等，且构成为，使配置在对应于膜片46的位置上的应变计R11、R14、R21、R24、R31、R34的沿着X轴、Y轴或S轴的长度比构成对应于膜片45的位置上的应变计R12、R13、R22、R23、R32、R33的沿着X轴、Y轴或S轴的长度长。另外，对于其他结构、力及力矩的检测原理及电路结构，由于与有关第1实施方式的应变计型传感器1大体相同，所以省略详细的说明。
膜片45及膜片46如图9所示，在大致圆环形状的连结部43的内缘部附近和外缘部附近形成，使它们的宽度和壁厚分别相等。因而，在从外部对受力部41施加力或力矩之前和施加之后的、在与通过原点O的直线与膜片45及膜片46的焦点上产生的应变的变化量中，在膜片46中产生的应变的变化量比在膜片45中产生的变化量小。
此外，对于本实施方式的应变计R11～R34的配置，与第1实施方式大体相同，配置在与第1实施方式的连结部13对应的连结部43上。并且，应变计R11～R14分别配置在X轴上的对应于膜片45或膜片46的位置上，应变计R21～R24分别配置在Y轴上的对应于膜片45或膜片46的位置上，应变计R31～R34分别配置在S轴上的对应于膜片45或膜片46的位置上。
这里，配置在对应于膜片45的位置上的R12、R13、R22、R23、R32、R33的沿着X轴、Y轴或S轴的长度L1、配置在对应于膜片46的位置上的R11、R14、R21、R24、R31、R34的沿着X轴、Y轴或S轴的长度L2、和它们的差L0是以下的(式3)、(式4)所表示那样的关系。
L1＜L2(式3)L2-L1＝L0 (式4)并且，将L1与L2的差L0决定为，使得在从外部对受力部41施加力或力矩之前和施加之后的、应变计R11～R34中的在通过原点O的直线上配置成一列的应变计的电阻值的变化量都大体相等。
因而，配置在X轴上的应变计R11～R14的电阻值的变化量、配置在Y轴上的应变计R21～R24的电阻值的变化量、以及配置在S轴上的应变计R31～R34的电阻值的变化量分别相等。
如以上那样，根据本实施方式的应变计型传感器4，能够得到与第1实施方式的应变计型传感器1、第2实施方式的应变计型传感器2、以及第3实施方式的应变计型传感器3同样的效果。
接着，参照图10说明有关本发明的第5实施方式的应变计型传感器5的结构。
图10是有关本发明的第5实施方式的应变计型传感器的横剖视图，是与图1所示的第1实施方式对应的图。有关本实施方式的应变计型传感器5的结构与图1所示的有关第1实施方式的应变计型传感器1的结构的主要不同点是，在第1实施方式中构成为，膜片16比膜片15壁薄、并且使它们的宽度相等，但本实施方式的膜片55和膜片56的壁厚相等，且构成为，使膜片56的宽度比膜片55的宽度宽。另外，对于其他结构、力及力矩的检测原理及电路结构，由于与有关第1实施方式的应变计型传感器1大体相同，所以省略详细的说明。
膜片55及膜片56如图10所示，在大致圆环形状的连结部53的内缘部附近和外缘部附近形成，使它们的宽度相等。此外，膜片55的宽度W1、膜片56的宽度W2、和它们的差W0是以下的(式5)、(式6)所表示那样的关系。
W1＜W2 (式5)
W2-W1＝W0(式6)并且，将膜片55与膜片56的宽度的差W0决定为，使得在从外部对受力部41施加力或力矩之前和施加之后的、在通过原点O的直线与膜片55及膜片56的交点上产生的应变的变化量都大体相等。
此外，对于本实施方式的应变计R11～R34的配置，与第1实施方式大体相同，配置在与第1实施方式的连结部13对应的连结部53上。并且，应变计R11～R14分别配置在X轴上的外缘部或内缘部上，应变计R21～R24分别配置在Y轴上的外缘部或内缘部上，应变计R31～R34分别配置在S轴上的外缘部或内缘部上。
这里，如上述那样，将膜片55与膜片56的宽度的差W0决定为，使得在通过原点O的直线与膜片55及膜片56的交点上产生的应变的变化量都大体相等。因而，在X轴上配置有应变计R11～R14的位置上的应变的变化量分别大体相等。结果，应变计R11～R14的电阻值的变化量分别大体相等。
同样，在Y轴上配置有应变计R21～R24的位置上的应变的变化量也分别大体相等。结果，应变计R21～R24的电阻值的变化量分别大体相等。此外，在S轴上配置有应变计R31～R34的位置上的应变的变化量也分别大体相等。结果，应变计R31～R34的电阻值的变化量分别大体相等。
如以上那样，根据本实施方式的应变计型传感器5，能够得到与第1实施方式的应变计型传感器1、第2实施方式的应变计型传感器2、第3实施方式的应变计型传感器3、以及第4实施方式的应变计型传感器4同样的效果。
接着，参照图11～图13，说明有关本发明的第6实施方式的应变计型传感器单元100的结构。
图11是表示设在有关本发明的第6实施方式的应变计型传感器单元100的第1部件101的表面101a上的应变计R111～R148的配置的图。此外，图12是应变计型传感器单元100的横剖视图。有关本实施方式的应变计型传感器单元100与有关第1实施方式的应变计型传感器1的不同点是，第1实施方式的应变计型传感器1是3轴力觉传感器，而本实施方式的应变计型传感器单元100是6轴力觉传感器。
应变计型传感器单元100如图11及图12所示，具有第1部件101、和与第1部件101对置配置的第2部件102，测量从外部对第1部件101或第2部件102施加的多轴的力、力矩、加速度、角加速度中的至少一个。第1部件101及第2部件102由大致圆盘形状的凸缘构成。此外，在第1部件101上形成有4个应变计型传感器104～107，在第2部件102上形成有4个应变发生体10，使其与应变计型传感器104～107分别对置。并且，通过螺栓109将相互面对的应变计型传感器104～107与应变发生体10的受力部11彼此连结。由此，将第1部件101与第2部件102一体化。
在第1部件101上形成的应变计型传感器104的结构与第1实施方式的应变计型传感器1的不同点是，在第1实施方式的应变计型传感器1中，在X、Y、S的3轴上分别配置4个、即12个应变计R11～R34，而在本实施方式的应变计型传感器104中，在X、Y的2轴上分别配置4个、即8个应变计R111～R118。对于其他结构，由于与第1实施方式的应变计型传感器1相同，所以省略详细的说明。同样，对于应变计型传感器105、106、107，也分别配置有8个应变计R121～R128、R131～R138、R141～R148。因而，在第1部件101上配置有4组应变计R111～R118、R121～R128、R131～R138、R141～R148。
这里，为了便于说明而定义X’、Y’、Z’三维坐标，参照该坐标系来对各部件进行配置说明。在图12中，分别将第1部件101的表面101a的中心位置定义为原点O’，将右水平方向定义为X’轴，将垂直于纸面的近前方向定义为Y’轴，将下垂直方向定义为Z’轴。即，第1部件101的表面101a规定X’Y’平面，Z’轴通过第1部件101的中心位置。
此外，在图11中，表示分别对于应变计型传感器104～107在其上表面上规定的X轴、Y轴。
应变计型传感器104～107以原点O’为中心隔开等角度且距原点O’等距离地配置。这里，隔开90度而配置。进而，分别将应变计型传感器104配置在X’轴正方向，将应变计型传感器105配置在Y’轴负方向，将应变计型传感器106配置在X’轴负方向，将应变计型传感器107配置在Y’轴正方向。此外，将应变计型传感器104、106配置为，使它们的X轴与X’轴一致，将应变计型传感器105、107配置为，使它们的Y轴与Y’轴一致。
由此，应变计型传感器单元100起到作为用来测量3维空间的正交的3轴的力和绕该轴的力矩的6轴力觉传感器的功能。图13中表示X’轴、Y’轴、Z’轴的方向、和相对于各轴的力矩Mx’、My’、Mz’的方向。
此外，各应变计型传感器104～107的大小及形状相等。由此，在第1部件101、第2部件102和受力部11整体构成平行四边形的四边那样位移时，在应变计R111～R148所配置的位置上产生对应于力的方向或大小的应变，所以能够高精度地检测力或力矩。另外，为了使应变计的安装作业变得简单或实现应变计的保护，也可以在安装位置上设置阶差。
图14中表示由各应变计R111～R148构成的8个电桥电路。如图14所示，各电桥电路都由各应变计型传感器104～107中的直线地配置在X轴、Y轴上的4个应变计构成。由此，各应变计型传感器104～107中的应变的发生状况可以作为8个电压直接输出。
在此情况下，能够通过以下的(式7)～(式12)进行运算来计算力和力矩。
Fx’＝V4-V2(式7)Fy’＝V3-V1(式8)Fz’＝V5+V6+V7+V8 (式9)Mx’＝V8-V5(式10)My’＝V7-V5(式11)Mz’＝V1+V2+V3+V4 (式12)另外，上述运算也可以利用已知或新的机构将各电阻值变换为电压、通过OP放大器运算，或者也可以利用AD变换器、利用微控制器或计算机运算。
如以上那样，根据本实施方式的应变计型传感器单元100，具备4个应变计型传感器104～107。因而，能够高精度地测量3轴的力及力矩、或加速度及角加速度。
此外，应变计型传感器104～107以原点O’为中心隔开等角度且距离原点O’等距离地配置。因而，能够根据应变计型传感器104～107的各应变计的电阻值的变化，通过较简单的计算计算X’轴、Y’轴、Z’轴的力或力矩等。
此外，分别将应变计型传感器104沿X’轴正方向、将应变计型传感器105沿Y’轴负方向、将应变计型传感器106沿X’轴负方向、将应变计型传感器107沿Y’轴正方向配置。因而，能够容易地计算X’轴及Y’轴上的力或力矩等。
此外，将应变计型传感器104、106配置为，使它们的X轴与X’轴一致，将应变计型传感器105、107配置为，使它们的Y轴与Y’轴一致。因而，在从外部对应变计型传感器单元100施加力或力矩时，在各应变计型传感器104～107中产生最大的应变的位置上配置有应变计，所以能够以高灵敏度检测应变。因而，能够以高灵敏度测量从外部对应变计型传感器单元100施加的力或力矩。
此外，本实施方式的应变计型传感器单元100具有第1部件101，具有具备应变计R111～R148的应变计型传感器104～107；第2部件102，具有与应变计型传感器104～107分别对置的、不具备应变计的4个应变发生体10；将相互面对的应变计型传感器104～107和应变发生体10的受力部11彼此连结。因而，只在单侧的部件上设置应变计型传感器就能够测量多轴的力及力矩。
接着，参照图15说明有关本发明的第7实施方式的应变计型传感器单元200的结构。
图15是表示设置在有关本发明的第7实施方式的应变计型传感器单元200的第1部件201的表面201a上的应变计R211～R238的配置的图。有关本实施方式的应变计型传感器单元200与有关第1实施方式的应变计型传感器1的不同点是，第1实施方式的应变计型传感器1是3轴力觉传感器，而本实施方式的应变计型传感器单元200是6轴力觉传感器。
应变计型传感器单元200如图15所示，具有第1部件201、和与第1部件201对置配置的未图示的第2部件，测量从外部对第1部件201或第2部件施加的多轴的力、力矩、加速度、角加速度中的至少一个。第1部件201及第2部件由大致圆盘形状的凸缘构成。此外，在第1部件201上形成有3个应变计型传感器204～206，在第2部件上形成有3个应变发生体，使其与应变计型传感器204～206分别对置。并且，通过未图示的螺栓将相互面对的应变计型传感器204～206与应变发生体的受力部彼此连结。由此，将第1部件201与第2部件一体化。
在第1部件201上形成的应变计型传感器204的结构与第1实施方式的应变计型传感器1的不同点是，在第1实施方式的应变计型传感器1中，在X、Y、S的3轴上分别配置4个、即12个应变计R11～R34，而在本实施方式的应变计型传感器204中，在X、Y的2轴上分别配置4个、即8个应变计R211～R218。对于其他结构，由于与第1实施方式的应变计型传感器1相同，所以省略详细的说明。同样，对于应变计型传感器205、206，也分别配置有8个应变计R221～R228、R231～R238。即，在第1部件201上配置有3组应变计R211～R218、R221～R228、R231～R238。
这里，与上述第6实施方式同样，定义X’、Y’、Z’三维坐标，参照该坐标系来对各部件进行配置说明。另外，在图15中，表示分别对于应变计型传感器204～206在其上表面上规定的X轴、Y轴。
应变计型传感器204～206以原点O’为中心隔开等角度且距原点O’等距离地配置。这里，隔开120度配置。进而，将应变计型传感器204配置为，使应变计型传感器204的X轴与通过原点O’且在从Y’轴负方向向X’轴正方向成120度的线段CO’一致。此外，将应变计型传感器205配置为，使得应变计型传感器205在Y’轴负方向上、其Y轴与Y’轴一致。进而，将应变计型传感器206配置为，使应变计型传感器206的X轴与通过原点O’且在从Y’轴负方向向X’轴负方向成120度的线段DO’一致。
根据本实施方式说明对各轴分量检测力和力矩的原理。以下，假设将第1部件201固定、在第2部件上作用力或力矩。由直线状配置的4个应变计构成的应变计组在沿配置的列方向施加了拉伸或压缩的应变的情况下，相对于应变的电阻值的变化率变得最大，灵敏度变得最高。如图15所示，有6个应变计组，而灵敏度最大的方向各不相同。但是，如果将各应变计组的灵敏度分解为X’、Y’、Z’的3轴方向的矢量来考虑，则能够检测6轴分量的力或力矩。由此，该应变计型传感器单元200起到作为用来测量3维空间的正交的3轴的力和绕该轴的力矩的6轴力觉传感器的功能。
此外，对于本实施方式的由应变计R211～R238构成的电桥电路，与第6实施方式的电桥电路大体相同。在第6实施方式中，通过直线地配置在各应变计型传感器104～107的X轴、Y轴上的各应变计组构成了8个传感器电路，而在本实施方式中，通过直线地配置在各应变计型传感器204～206的X轴、Y轴上的各应变计组构成了6个传感器电路。由此，各应变计型传感器204～206中的应变发生状况可以作为6个电压直接输出。
并且，考虑各应变计组与X’轴或Y’轴所成的角度、以及原点O’和各应变计型传感器204～206的原点O的距离，通过利用来自各传感器电路的输出电压值进行运算，能够计算出X’、Y’、Z’轴的各轴方向的力Fx’、Fy’、Fz’、和对各轴的力矩Mx’、My’、Mz’。
如以上那样，根据本实施方式的应变计型传感器单元200，能够得到与第6实施方式的应变计型传感器单元100同样的效果。此外，应变计型传感器204～206以原点O’为中心隔开120度而配置。因而，能够通过3个应变计型传感器测量多轴的力及力矩，所以能够使应变计型传感器单元的结构简单化。
以上说明了本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，可以在权利要求书的所记载的范围内进行各种设计变更。例如，在上述第1～第7实施方式中，说明了在各应变计型传感器中直线地配置的4个应变计的电阻值的变化量大体相等的情况，但并不限于此，只要4个应变计的电阻值都较大地变化就可以。
此外，在上述第1～第7实施方式中，是对电桥电路施加定电压和GND的驱动方式，但并不限于此，也可以施加正负的双电压来驱动。或者也可以施加定电流代替定电压来驱动。
此外，上述第1～第7实施方式中的应变计的配置当然并不限于图示的配置。即使改变了应变计的配置，只要是直线地配置的应变计组的各应变计所配置的位置处的应变的大小相等、通过电桥电路的各节点电压的差或和等的运算求出3轴或6轴的力或力矩等就可以。
此外，在上述的实施方式中，是检测3轴或6轴的力或力矩的传感器，但并不限于此，例如也可以使用检测X轴和Y轴的2方向的力的2轴传感器。
工业实用性本发明最优选地作为能够测量从外部作用的正交的3轴方向的力、和其轴的旋转方向的力矩的共计6分量中的至少1个分量的方向和大小的应变计型传感器。因而，例如在期待在娱乐领域中的实用化的机器人中，如果将本发明的应变计型传感器组装到机器人的手或脚中，则能够以比以往的传感器低的成本、以高响应性且高精度地检测作用在机器人的手或脚上的力或力矩。
权利要求
1.一种应变计型传感器，其特征在于，具备应变发生体，具有被输入力的受力部、固定在支承体上的固定部、以及将上述受力部和上述固定部连结且产生与输入到上述受力部的力对应的应变的连结部；第1应变计，配置在上述应变发生体的上述连结部上；第2应变计，在比上述第1应变计更靠近上述固定部的位置处，配置在上述连结部上；上述连结部具有以下形状在对配置有上述第1应变计的位置和配置有上述第2应变计的位置施加相同大小的应力时、配置有上述第1应变计的位置处的应变量比配置有上述第2应变计的位置处的应变量小。
2.如权利要求1所述的应变计型传感器，其特征在于，上述第1应变计及上述第2应变计分别各配备2个；上述第1应变计及上述第2应变计都配置在1条直线上。
3.如权利要求1或2所述的应变计型传感器，其特征在于，上述第1应变计及上述第2应变计分别各配备6个；上述第1应变计及上述第2应变计在互不相同的3条直线的任一个直线上分别各配置有2个。
4.如权利要求1～3中任一项所述的应变计型传感器，其特征在于，上述受力部为圆柱状；并且上述固定部及上述连结部都为圆环状，与上述受力部同心地配置。
5.如权利要求1～4中任一项所述的应变计型传感器，其特征在于，上述连结部具有第1膜片，配置有上述第1应变计；第2膜片，比上述第1膜片薄，配置有上述第2应变计；连接部，将上述第1膜片和上述第2膜片连接，比上述第1膜片厚。
6.如权利要求5所述的应变计型传感器，其特征在于，设定上述第1膜片和上述第2膜片的厚度的差以及上述第1膜片和上述第2膜片的长度的差的至少一个，以使在对上述受力部输入了力的情况下，上述第1应变计的电阻值的变化量与上述第2应变计的电阻值的变化量基本上相同。
7.如权利要求1～4中任一项所述的应变计型传感器，其特征在于，上述连结部，随着从配置有上述第1应变计的位置朝向配置有上述第2应变计的位置而逐渐变薄。
8.如权利要求7所述的应变计型传感器，其特征在于，设定配置有上述第1应变计的位置和配置有上述第2应变计的位置的厚度的差，以使在对上述受力部输入了力的情况下，上述第1应变计的电阻值的变化量与上述第2应变计的电阻值的变化量基本上相同。
9.如权利要求1～4中任一项所述的应变计型传感器，其特征在于，上述受力部与上述连结部的连结部分具有规定的曲率，并且上述固定部与上述连结部的连结部分具有比上述规定的曲率大的曲率。
10.如权利要求9所述的应变计型传感器，其特征在于，设定上述受力部与上述连结部的连结部分的曲率、和上述固定部与上述连结部的连结部分的曲率的差，以使在对上述受力部输入了力的情况下，上述第1应变计的电阻值的变化量与上述第2应变计的电阻值的变化量基本上相同。
11.一种应变计型传感器，其特征在于，具备应变发生体，具有被输入力的受力部、固定在支承体上的固定部、以及将上述受力部和上述固定部连结且产生与输入到上述受力部中的力对应的应变的连结部；第1应变计，配置在上述应变发生体的上述连结部上；第2应变计，在比上述第1应变计更靠近上述固定部的位置处，配置在上述连结部上；上述第1应变计的长度比上述第2应变计的长度短。
12.如权利要求11所述的应变计型传感器，其特征在于，设定上述第1应变计的长度和上述第2应变计的长度的差，以使在对上述受力部输入了力的情况下，上述第1应变计的电阻值的变化量与上述第2应变计的电阻值的变化量基本上相同。
13.一种应变计型传感器，其特征在于，具备应变发生体，具有被输入力的受力部、固定在支承体上的固定部、以及将上述受力部和上述固定部连结且产生与输入到上述受力部的力对应的应变的连结部；第1应变计，配置在上述应变发生体的上述连结部上；第2应变计，在比上述第1应变计更靠近上述固定部的位置处，配置在上述连结部上；上述连结部具有第1膜片，配置有上述第1应变计；第2膜片，配置有上述第2应变计；连接部，将上述第1膜片和上述第2膜片连接；设定上述第1膜片与上述第2膜片的厚度的差、上述第1膜片与上述第2膜片的长度的差、以及上述第1应变计的长度和上述第2应变计的长度的差中的至少一个，以使在对上述受力部输入了力的情况下，上述第1应变计的电阻值的变化量与上述第2应变计的电阻值的变化量基本上相同。
14.一种应变计型传感器，其特征在于，具备应变发生体，具有被输入力的受力部、固定在支承体上的固定部、以及将上述受力部和上述固定部连结且产生与输入到上述受力部的力对应的应变的连结部；第1应变计，配置在上述应变发生体的上述连结部上；第2应变计，在比上述第1应变计更靠近上述固定部的位置处，配置在上述连结部上；上述连结部从配置有上述第1应变计的位置朝向配置有上述第2应变计的位置逐渐变薄；设定上述连结部的配置有上述第1应变计的位置与上述连结部的配置有上述第2应变计的位置的厚度的差、以及上述第1应变计的长度和上述第2应变计的长度的差中的至少一个，以使在对上述受力部输入了力的情况下，上述第1应变计的电阻值的变化量与上述第2应变计的电阻值的变化量基本上相同。
15.一种应变计型传感器，其特征在于，具备应变发生体，具有被输入力的受力部、固定在支承体上的固定部、以及将上述受力部和上述固定部连结且产生与输入到上述受力部中的力对应的应变的连结部；第1应变计，配置在上述应变发生体的上述连结部上；第2应变计，在比上述第1应变计更靠近上述固定部的位置处，配置在上述连结部上；上述受力部与上述连结部的连结部分具有规定的曲率，并且上述固定部与上述连结部的连结部分具有比上述规定的曲率大的曲率；设定上述受力部与上述连结部的连结部分的曲率、和上述固定部与上述连结部的连结部分的曲率的差、以及上述第1应变计的长度和上述第2应变计的长度的差中的至少一个，以使在对上述受力部输入了力的情况下，上述第1应变计的电阻值的变化量与上述第2应变计的电阻值的变化量基本上相同。
16.如权利要求1～15中任一项所述的应变计型传感器，其特征在于，上述应变计是压电电阻元件。
17.一种应变计型传感器单元，其特征在于，在同一平面上具有多个如权利要求1～16中任一项所述的应变计型传感器。
18.如权利要求17所述的应变计型传感器单元，其特征在于，上述多个应变计型传感器以中心点为中心隔开等角度、且距离上述中心点等距离地配置。
19.如权利要求18所述的应变计型传感器单元，其特征在于，上述角度为90度。
20.如权利要求18所述的应变计型传感器单元，其特征在于，上述角度为120度。
全文摘要
提高应变计型传感器及利用该传感器的应变计型传感器单元的灵敏度。在测量从外部施加的多轴的力、力矩、加速度、角加速度中的至少1个的应变计型传感器(1)中，在将受力部(11)的上端部附近和配置在受力部(11)的周围的固定部(12)连结的大致圆板形状的连结部(13)的内缘部及外缘部上，分别形成有壁厚不同的膜片(15、16)。并且，将膜片(15)和膜片(16)的壁厚设定为，使在通过原点(O)的直线与膜片(15)及膜片(16)的交点上的应变相等。此外，在通过原点(O)的直线与膜片(15)及膜片(16)的交点上配置应变计。
文档编号G01P15/12GK1879013SQ200480033100
公开日2006年12月13日 申请日期2004年6月21日 优先权日2003年11月10日
发明者森本英夫 申请人:新田株式会社