力传感器制造技术

本发明专利技术提供一种力传感器。利用该力传感器，能够实现扩展应变系数具有各向同性的导电性部件的应用范围。力传感器具备：具有弹性的应变体(10)；遍及整周地支承应变体(10)的支承部(12)；以及在应变体(10)的主面方向上具有各向同性的应变系数的导电性部件(20)。导电性部件(20)以延伸成包围极点(O)并在一处部位上断开的环状的方式配置在应变体(10)的主面(101)的指定纬度范围(R2)中。指定纬度范围(R2)是以下一种纬度范围：在对应变体(10)作用具有主面(101)的垂线方向成分的力(F)时，应变体(10)以极点(O)为基准在经线方向上的第一应变量以及在纬线方向上的第二应变量的和的大小为基准值以上的维度范围。值以上的维度范围。值以上的维度范围。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】力传感器


[0001]本专利技术涉及使用了导电性部件的力传感器。

技术介绍

[0002]本专利技术人提出了一种由Cr(铬)和不可避免的杂质构成的Cr(铬)基薄膜所构成的导电性部件、或由Cr、N和不可避免的杂质构成的Cr(铬)基薄膜所构成的导电性部件(参照专利文献1)。
[0003]该导电性部件以测定用电流流动的方向即受感部的长度方向相对于对象物的应变方向垂直的方式配置。如果在测定用电流流动的方向即受感部的长度方向与对象物的应变方向平行地配置时，导电性部件具有相同程度的应变系数(3以上)。即，该导电性部件的应变系数显示出各向同性。此外，本专利技术人还提出了通过以下Cr基薄膜分别构成的导电性部件：由Cr和Mn构成的Cr基薄膜、或由Cr和Al构成的Cr基薄膜、以及由Cr、Al和N构成的Cr基薄膜(参照专利文献2～3)。现有技术文献专利文献
[0004]专利文献1：日本专利第6084393号公报专利文献2：日本特开2018
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091705号公报专利文献3：日本特开2018
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091848号公报

技术实现思路

专利技术要解决的课题
[0005]本专利技术的目的在于提供一种能够实现扩展应变系数具有各向同性的导电性部件的应用范围的力传感器。用于解决课题的手段
[0006]本专利技术的力传感器的特征在于，具备：应变体，其具有弹性；支承部，其以遍及整周的方式连续地或离散地支承所述应变体；以及，导电性部件，其配置于所述应变体的主面，且在该主面方向上具有各向同性的应变系数，所述导电性部件以在指定纬度范围内延伸成在一个部位上断开且包围所述极点的环状的方式配置于所述应变体的主面，其中，所述指定纬度范围是以下一种纬度范围：在对所述应变体作用了具有主面的垂线方向成分的力时，在所述应变体以极点为基准的经线方向上的第一应变量以及所述应变体在纬线方向上的第二应变量的和的大小是基准值以上的纬度范围。
[0007]根据具有该结构的力传感器，在由支承部遍及整周地连续地或离散地支承周缘的应变体的主面上，导电性部件以延伸成在一个部位断开的环状的方式配置在以包围极点的方式呈环状延伸的指定纬度范围内。
[0008]在对应变体作用有力的情况下，在纬度范围内夹着极点而位于相反一侧的一对部位上的各自的应变体的应变的垂线方向成分的极性相同，且该应变的主面方向成分的极性
相反。因此，在延伸成包围极点且在一处部位断开的环状的导电性部件的该一对部位处，与应变体的应变的垂线方向成分相对应的电阻值的变化可被重叠，另一方面，与应变体的应变的主面方向成分对应的电阻值的变化可被抵消。因此，基于导电性部件的端点间的电阻值的变化量，作用于应变体的力中的主面方向成分至少一部分被除去，从而能够测定该力的垂线方向成分。
[0009]另外，指定纬度范围是应变体在经线方向的第一应变量以及应变体在纬线方向上的第二应变量之和为基准值以上的纬度范围。在将应变体在经线方向上的第一应变量以及应变体在纬线方向上的第二应变量之和的最大值设定为“1”的情况下，“基准值”可以是0.95、0.85、0.75、0.65或0.55等0.50以上的数值。因此，能够实现增大导电性部件的端点间的电阻值的变化量，进而实现提高作用于应变体的力的垂线方向成分的测定精度。
[0010]纬度例如是以下述线段的经线的长度为基准且针对各个方位而个别进行定义的参数，其中，上述线段是从应变体的主面上的中心点或重心点起向某个方位延伸至该应变体的边缘的线段。因此，在应变体的主面的形状是椭圆形、矩形或多边形(正六边形、正八边形、正十二边形)等与圆形不同的形状时，存在从该主面的中心点或重心点起在不同方位的各个方位上的距离相同的多个位置上的各个纬度会不同的情况。另外，即使应变体的主面的形状是圆形，也可以根据支承部对该应变体的支承形态的差异，使指定纬度范围在不同方位的各个方位上的维度也分别不同。也可以针对不同方位的各个方位分别设定不同的基准值。
[0011]优选的是，所述应变体的形状具有以与通过所述极点的主面的垂线平行的轴线为基准的旋转对称性或以与通过所述极点的主面垂直的平面为基准的镜像对称性；所述应变体的周缘处受所述支承部连续地或离散地支承的支承形态具有以所述轴线为基准的旋转对称性或以所述平面为基准的镜像对称性；所述导电性部件以具有以所述轴线为基准的旋转对称性或以所述平面为基准的镜像对称性的方式配置于所述应变体的所述主面。
[0012]在上述导电性部件由Cr基薄膜(蒸镀膜)构成的情况下，导电性部件的电阻与因纵向应变和横向应变引起的对形状变化的贡献部分相比，由该导电性部件的晶格结构、进而对载流子(电子)的能带结构的形状变化的贡献量要大得多，因此能够进一步实现提高作用于应变体的力的垂线方向成分的测定精度。附图的简单说明
[0013]图1是关于作为本专利技术的第一实施方式的力传感器的结构的说明图。图2是沿图1的II
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II线的力传感器的剖视图。图3是关于第一实施方式中的应变体的应变量的说明图。图4是第一实施方式中的应变检测用电路的例示图。图5A是与第一力作用方式对应的力传感器的功能相关的说明图。图5B是与第二力作用方式对应的力传感器的功能相关的说明图。图5C是与第三力作用方式对应的力传感器的功能相关的说明图。图6是关于作为本专利技术的第二实施方式的力传感器的结构的说明图。图7是与第二实施方式中的应变体的应变量相关的说明图。图8是与作为本专利技术的第三实施方式的力传感器的结构相关的说明图。图9A是第三实施方式中的应变检测用电路的第一例示图。
图9B是第三实施方式中的应变检测用电路的第二例示图。图10是与作为本专利技术的第四实施方式的力传感器的结构相关的说明图。图11A是第四实施方式中的应变检测用电路的第一例示图。图11B是第四实施方式中的应变检测用电路的第二例示图。图12是与作为本专利技术的第五实施方式的力传感器的结构相关的说明图。图13是第五实施方式中的应变检测用电路的例示图。图14是与作为本专利技术的第六实施方式的力传感器的结构相关的说明图。图15是与第六实施方式的应变体的约束方位区域中的应变量相关的说明图。图16是与第六实施方式的应变体的非约束方位区域中的应变量相关的说明图。图17是与第七实施方式的应变体的约束方位区域中的应变量相关的说明图。图18是与第七实施方式的应变体的非约束方位区域中的应变量相关的说明图。
具体实施方式
[0014](第一实施方式)
[0015](结构)图1及图2所示的作为本专利技术的第一实施方式的力传感器具备应变体10、导电性部件20及导线部件41～43。为了说明力传感器的构成要素的位置以及姿势，使用以应变体10的上表面101的中心点为原点的三维正交坐标系(X，Y，Z)。
[0016]应变体10以Z方向为厚度方向，作为一对主面形成为具有作为与X
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Y平面大致平行的一对主面的上表面101及下表面102的大致圆板形状。应变体10的厚度可以是均匀的，也可以是比如在局部处存在形成为薄壁的区域的这类不均匀的厚度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种力传感器，其特征在于，具备：应变体，其具有弹性；支承部，其以遍及整周的方式连续地或离散地支承所述应变体；以及，导电性部件，其配置于所述应变体的主面，且在该主面方向上具有各向同性的应变系数，所述导电性部件以在指定纬度范围内延伸成在一个部位上断开且包围极点的环状的方式配置于所述应变体的主面，其中，所述指定纬度范围是：在对所述应变体作用了具有主面的垂线方向分量的力时，在以所述极点为基准的所述应变体在经线方向上的第一应变量以及所述应变体在纬线方向上的第二应变量的和的大小是基准值以上的纬度范围。2.根据权利要求1所述的力传感器，其特征在于，所述应变体的形状具有以与通过所述极点的主面的垂线平行的轴线为基准的旋转对称性或以与通过所述极点的主面垂直的平面为基...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹羽英二，
申请(专利权)人：公益财团法人电磁材料研究所，
类型：发明
国别省市：