应变体及具备该应变体的力传感器

摘要

实施方式的应变体(16A)具备：中央部(161)；包围中央部的周围的外周部(162)；将中央部与外周部连接、分别具备与外周部相邻的第一连接部(163a)和与中央部相邻的第二连接部(163b)的多个连接部(163)；设置于连接部的主表面上的多个变形传感器(S1～S32)；设置于中央部的主表面上、与多个变形传感器一起构成桥接电路(BF2、BF4、BF6、BF8)的多个参考电阻(RS4～RS30)；以及在第一连接部的与主表面对置的背面侧，以产生于第一连接部的变形比产生于第二连接部的变形增大的方式构成的变形增大部(GR)。

权利要求

1.一种应变体，具备：中央部；

外周部，其包围所述中央部的周围；

多个连接部，其将所述中央部与所述外周部连接，分别具备与所述外周部相邻的第一连接部和与所述中央部相邻的第二连接部；

多个变形传感器，其设置于所述连接部的主表面上；

多个参考电阻，其设置于所述中央部的主表面上，与所述多个变形传感器一起构成桥接电路；

变形增大部，其在所述第一连接部的与所述主表面对置的背面侧，以产生于所述第一连接部的变形比产生于所述第二连接部的变形增大的方式构成；以及全桥电路，其设置于所述第二连接部的主表面上，并联地连接有一对串联连接的所述多个变形传感器，

其中，在所述第一连接部的主表面上设置构成所述桥接电路的所述多个变形传感器的至少一个。

2.根据权利要求1所述的应变体，其中，具备向所述应变体的厚度方向凹陷而构成的槽以作为所述变形增大部。

3.根据权利要求1所述的应变体，其中，所述中央部连接于外部的第一支撑部件，所述外周部连接于外部的第二支撑部件，所述外周部及所述连接部比所述中央部更容易弹性变形。

4.根据权利要求1所述的应变体，其中，还具备：

配线，其设置于所述中央部及所述连接部的主表面上，将所述多个变形传感器及所述多个参考电阻进行电连接；以及电极，其设置于所述中央部的主表面上，与所述配线电连接，用于取出所述桥接电路及所述全桥电路的检测信号。

5.根据权利要求4所述的应变体，其中，所述多个变形传感器、所述多个参考电阻、所述电极、以及所述配线的配置以在连结所述外周部的角部的对角线上成镜像对称的方式构成。

6.一种力传感器，具备：权利要求1所述的应变体；

圆筒状的主体；以及

圆筒状的可动体，其能够相对于所述主体运动，所述应变体的所述中央部连接于作为支撑部件的所述主体和所述可动体中的一方，所述应变体的所述外周部连接于作为支撑部件的所述主体和所述可动体的另一方。

7.根据权利要求6所述的力传感器，其中，还具备：

至少3个圆形的开口部，其等间隔地设置于所述可动体的周围；

挡块，其配置于所述开口部各自的内部，具备第一侧面，所述第一侧面具有比所述开口部的直径小的第一外径；以及固定部件，其将所述挡块固定于所述主体。

说明书

应变体及具备该应变体的力传感器

技术领域

[0001] 本发明的实施方式涉及例如具备应变体且可适用于机械臂的六轴力传感器等。

背景技术

[0002] 已知有例如用于机械臂等、且检测XYZ方向的外力及扭矩的六轴力传感器(例如，参照专利文献1)。

[0003] 这种力传感器中，施加于作为可动部的受力体的外力传递至应变体，设置于应变体的变形传感器(应变计)的变形转换成电信号而被检测到。

[0004] 这种具备变形传感器的应变体的应用范围具有随着近年来的计算机技术及信息通信技术的发展而日益扩大的倾向，要求应变体的进一步小型化及高性能化。

[0005] 现有技术文献

[0006] 专利文献

[0007] 专利文献1：日本特开2013-61305号公报

发明内容

[0008] 本发明的实施方式中，鉴于上述实际情况，提供能够提高检测精度的应变体及具备该应变体的力传感器。

[0009] 实施方式提供一种应变体，具备：中央部；外周部，其包围所述中央部的周围；多个连接部，其将所述中央部与所述外周部连接，分别具备与所述外周部相邻的第一连接部和
与所述中央部相邻的第二连接部；多个变形传感器，其设置于所述连接部的主表面上；多个
参考电阻，其设置于所述中央部的主表面上，与所述多个变形传感器一起构成桥接电路；以
及变形增大部，其在所述第一连接部的与所述主表面对置的背面侧，以产生于所述第一连
接部的变形比产生于所述第二连接部的变形增大的方式构成。

附图说明

[0010] 图1是表示第一实施方式的应变体的整体结构的立体图；

[0011] 图2是表示图1的应变体的平面结构的俯视图；

[0012] 图3是详细地表示图1的应变体的从主表面侧观察的中央部及连接部的俯视图；

[0013] 图4是包含图3的变形传感器的连接部的剖面图；

[0014] 图5是用于说明第一实施方式的应变体的桥接电路及全桥电路的电路图；

[0015] 图6是表示检测电路与检测的力及力矩的关系的图；

[0016] 图7是用于说明第一实施方式的应变体的制造方法的流程图；

[0017] 图8是表示第二实施方式的应变体的从背面侧观察的整体结构的立体图；

[0018] 图9是将由图8的虚线包围的变形增大部扩大表示的剖面图；

[0019] 图10是表示第二实施方式的应变体的从主表面侧观察的整体结构的立体图；

[0020] 图11是表示具备第一实施方式的应变体的力传感器的外观的立体图；

[0021] 图12是图11的力传感器的分解立体图；

[0022] 图13是表示安装于力传感器的状态的应变体的剖面图；

[0023] 图14是表示在图13的应变体上使用各向异性导电膜连接电极和引线的方法的剖面图；

[0024] 图15是表示图13的应变体和各向异性导电膜配置于规定位置的状态的俯视图；

[0025] 图16是将由图15的实线包围的部分扩大表示的俯视图；

[0026] 图17是示意性地表示电极与引线使用各向异性导电膜进行电连接的剖面图；

[0027] 图18是电极焊盘的位置与各向异性导电膜的电阻值的关系的图表；

[0028] 图19是表示第四实施方式的应变体的从主表面侧观察的整体结构的立体图。

具体实施方式

[0029] 下面，参照附图，对实施方式进行说明。此外，在以下说明中，对实质相同的功能和要素附加相同符号，根据需要进行说明。另外，附图是示意图，厚度和平面尺寸的关系、各层
厚度的比例等有时与实物不同。

[0030] (第一实施方式)

[0031] [结构]

[0032] 整体结构

[0033] 使用图1、图2，对第一实施方式的应变体的整体结构进行说明。图1是表示第一实施方式的应变体的整体结构的立体图。图2是表示图1的应变体的平面结构的俯视图。

[0034] 如图1和图2所示，第一实施方式的应变体16具有中央部161、包围中央部161的周围的外周部162、连接中央部161和外周部162的4个连接部163。应变体16例如由不锈钢等规
定的金属等构成。

[0035] 中央部161包含连结外周部162的角部的两条对角线L1的交点即中心O。另外，在中央部161设置有后述的用于构成桥接电路的多个参考电阻。在中央部161的角部，设置有用
于固定于外部部件即第一支撑部件的4个螺纹孔18a。为了节省空间，各螺纹孔18a设置成沿
对角线L1的方向从中心侧向外侧在中空部OP1突出。

[0036] 在外周部162的角部，设置有用于固定于外部部件即与第一支撑部件不同的第二支撑部件的4个螺纹孔17a。为了节省空间，各螺纹孔17a设置成沿对角线L1的方向从外侧向
中心侧在中空部OP1突出。

[0037] 连接部163沿着X方向或Y方向从中心O呈放射状设置有4个。虽然在此未图示，但在连接部163设置用于检测XYZ方向的外力及扭矩的多个变形传感器。连接部163的宽度以从
中心O侧向外侧大致相同的方式构成。

[0038] 另外，沿着Z方向的应变体16的高度Hz在中央部161、外周部162和连接部163中共用，因此，实质上相同。应变体16的高度Hz构成为大于沿着X方向或Y方向的外周部162的宽
度W162(Hz>W162)。

[0039] 另外，外周部162和连接部163的弹性构成为大于中央部161的弹性。更优选构成为外周部162和连接部163具有弹性功能，中央部161没有弹性功能。在此，弹性功能是指由于
输入的外力和扭矩而积极地产生弹性变形的功能。

[0040] 更具体而言，中央部161的弹性变形的变形量在额定负载时优选为3×10-6以下，进一步优选为1×10-6以下。连接部(横梁部)163的弹性变形在额定负载时为在材料弹性极限
内，变形量优选为2×10-5以上，更优选为2×10-4以上。外周部162的弹性变形在额定负载时
为在材料弹性极限内，最大挠曲部分的挠曲量优选为20μm以上，进一步优选为50μm以上。

[0041] 详细结构

[0042] 下面使用图3，对第一实施方式的应变体16的详细平面结构进行说明。图3是详细表示从应变体16的设置有变形传感器等的主表面侧观察的中央部161和连接部163的俯视
图。

[0043] 如图3所示，在连接部163的主表面上设置有24个变形传感器(应变计)S1、S2、S3、S5、S7、S8、S9、S10、S11、S13、S15、S16、S17、S18、S19、S21、S23、S24、S25、S26、S27、S29、S31、
S32。变形传感器S1～S32如后所述，是金属薄膜电阻体，例如是含有铬(Cr)和氮(N)的电阻
体(Cr-N电阻体)。因此，如后所述，能够只通过构图在期望的位置配置多个变形传感器S1～
S32。另外，Cr-N电阻体的温度系数小，因此，能够使温度补偿容易。变形传感器S1～S32的长
边方向以成为X方向或Y方向的方式构成。

[0044] 在中央部161的主表面上设置8个参考电阻RS4、RS6、RS12、RS14、RS20、RS22、RS28、RS30。参考电阻RS4～RS30的形状及材料与变形传感器S1～S32实质上相同，其长边方向以
成为X方向或Y方向的方式构成。另外，在中央部161的主表面上，沿着中央部161的对角线L1
的方向的一方设置电极171。

[0045] 以变形传感器和参考电阻构成后述的4个桥接电路，变形传感器构成后述的4个全桥电路的方式，配线172配置于主表面上。配线172电连接于电极171的规定的端子。配线172
的线宽以在将变形传感器S1～S32与参考电阻RS4～RS30连接的部分变小的方式构成，另一
方面，以为了在其它部分降低配线电阻而比连接部分变大的方式构成。

[0046] 而且，变形传感器S1～S32、参考电阻RS4～RS30、电极171、以及配线172使用利用了后述的薄膜技术的制造方法，一体形成于应变体16的相同的主表面上。因此，变形传感器
S1～S32、参考电阻RS4～RS30、电极171、以及配线172以在应变体16的对角线L1成为镜像对
称的方式布局构成。

[0047] 下面使用图4，对应变体16的详细截面结构进行说明。图4是包含图3的变形传感器S1的连接部163的剖面图。

[0048] 如图4所示，在连接部163的主表面上设置有绝缘膜170。绝缘膜170上设置有作为变形敏感膜的Cr-N电阻体即变形传感器S1。变形传感器S1上设置有由铜(Cu)形成的电极引
线膜即配线172。以覆盖变形传感器S1上和配线172上的方式设置有玻璃罩(OG)膜175。另
外，在配线172和变形传感器S1的界面，以及配线172和OG膜175的界面，设置有用于提高紧
贴性的含有铬(Cr)的粘接膜172a。

[0049] 此外，虽然该截面中未图示，但在中央部161连接于配线172的电极171由依次设置于粘接膜172a上的铜(Cu)与金(Au)的层叠结构构成。

[0050] 桥接电路、全桥电路

[0051] 图5是表示第一实施方式的应变体16的桥接电路及全桥电路的电路图。

[0052] 如图5所示，应变体16具备4个桥接电路BF2、BF4、BF6、BF8和4个全桥电路BF1、BF3、BF5、BF7。

[0053] 桥接电路BF2具备两个变形传感器(第一变形传感器)S3、S5和两个参考电阻RS4、RS6。在电源端子E与接地G之间依次串联连接变形传感器S3及参考电阻RS4、以及参考电阻
RS6及变形传感器S5。串联连接的变形传感器S3及参考电阻RS4和串联连接的参考电阻RS6
及变形传感器S5在电源端子E与接地G之间并联地连接。一个端子V-连接于变形传感器S3与
参考电阻RS4的结线。另一个端子V+连接于参考电阻RS6与变形传感器S5的结线。其它的桥
接电路BF4、BF6、BF8也与上述桥接电路BF2一样。

[0054] 全桥电路BF1利用4个变形传感器(第二变形传感器)S1、S2、S7、S8构成。在电源端子E与接地G之间，变形传感器S1及S2、以及变形传感器S7及S8依次串联连接。串联连接的变
形传感器S1及S2和串联连接的变形传感器S7及S8在电源端子E与接地G之间并联地连接。一
个端子V-连接于变形传感器S1、S2的结线。另一个端子V+连接于变形传感器S7、S8的结线。
其它的全桥电路BF3、BF5、BF7也与上述全桥电路BF1一样。

[0055] 上述结构中，当从外部施加力及扭矩(力矩)时，中央部161的位置与外周部162的位置相比相对性地变化，因此，连接部163根据力及扭矩变形。根据该连接部163的变形，向
设置于连接部163的各变形传感器S1～S32施加应力，各桥接电路及各全桥电路的各端子
V-，V+的电压的平衡瓦解，检测与力及扭矩相应的规定的检测信号。

[0056] 另外，图6是表示检测电路与检测的力及力矩的关系的图。如图6所示，全桥电路BF3、BF7检测X方向的力Fx及Z方向的力矩Mz。全桥电路BF1、BF5检测Y方向的力Fy及Z方向的
力矩Mz。桥接电路BF2、BF6检测Z方向的力Fz及Y方向的力矩My。桥接电路BF4、BF8检测Z方向
的力Fz及X方向的力矩Mx。通过上述结构，能够检测六轴方向的力及扭矩。

[0057] [制造方法]

[0058] 图7是用于说明第一实施方式的应变体16的制造方法的流程图。

[0059] 如图7所示，首先，进行应变体16的尺寸检查等规定的检查，然后对应变体16进行规定的前处理。作为前处理，例如包括使用超声波或规定的药剂等对检查后的应变体16的
主表面进行洗涤处理等(B1)。

[0060] 接着，在前处理后的应变体16的主表面上，例如使用热氧化法等形成绝缘膜170(B2)。

[0061] 接着，对应变体16进行例如规定的退火处理等的热处理，并以形成的绝缘膜170的绝缘性等的特性达到规定值以上的方式进行特性输出(B3)。

[0062] 接着，在绝缘膜170上，例如利用使用规定靶的溅射法等，形成含有铬(Cr)和氮(N)的Cr-N薄膜。然后，在形成的Cr-N薄膜上涂布光致抗蚀剂，并对涂布的光致抗蚀剂进行图案
化。具体而言，在中央部161的配置参考电阻RS4～RS30的位置将与参考电阻RS4～RS30相同
的平面形状的图案转印于光致抗蚀剂，在连接部163的配置变形传感器S1～S32的位置将与
变形传感器S1～S32相同的平面形状的图案转印于光致抗蚀剂，并除去转印了图案的部分
以外的光致抗蚀剂，显影图案。然后，以显影有图案的光致抗蚀剂为掩模，将规定的蚀刻处
理进行至绝缘膜170的表面上，由此，在中央部161及连接部163的规定的位置形成期望的形
状的参考电阻RS4～RS30及变形传感器S1～S32(B4)。

[0063] 接着，在中央部161和连接部163，例如使用与上述步骤B4相同的制造工序等，形成用于提高紧贴性的由铬(Cr)薄膜组成的粘接膜172a，在该粘接膜172a上形成含有铜(Cu)的
规定的电极引线膜，并形成用于将变形传感器S1～S32及参考电阻RS4～RS30电连接的配线
172。另外，在形成的配线172上，通过同样的制造工序也形成铬薄膜组成的粘接膜172a
(B5)。

[0064] 接着，沿着一个对角线L1的方向，在中央部161的配线172的端部的粘接膜172a上，使用例如与上述步骤B4一样的制造工序等，依次形成由铜(Cu)和金(Au)构成的层叠结构并
成膜规定的电极膜，并形成电极171(B6)。

[0065] 接着，使用例如CVD(Chemical Vapor Deposition：化学气相沉积)法等，在除电极171上以外的应变体16的主表面上形成OG膜175(B7)。

[0066] 接着，对形成于应变体16的主表面上的变形传感器S1～S32等，实施规定的变形特性检查及应力检查等，并确认形成的变形传感器S1～S32等中要求的特性(B8)。

[0067] 通过以上的制造方法，制造第一实施方式的应变体16。

[0068] [作用效果]

[0069] 如以上说明的那样，第一实施方式的应变体16具备与多个变形传感器S1～S32一起构成桥接电路BF2、BF4、BF6、BF8的设置于实质上不产生变形的中央部161的主表面上的
多个参考电阻RS4～RS30(图3)。这样，参考电阻RS4～RS30一体设置于与变形传感器S1～
S32相同的应变体16的主表面上。其结果，能够降低在变形传感器S1～S32与参考电阻RS4～
RS30之间产生的温度误差及外部噪声的影响，并能够提高检测精度。

[0070] 而且，第一实施方式的应变体16具备设置于连接部163的主表面上，且由一对串联连接的多个变形传感器(第二变形传感器)并联地连接的并联电路构成的全桥电路BF1、
BF3、BF5、BF7(图5)。因此，能够提高应变体16的灵敏度，并能够提高检测精度。例如，在第一
实施方式的应变体16的情况下，全桥电路BF1、BF3、BF5、BF7占据检测电路整体的一半，因
此，与将所有的检测电路利用桥接电路构成的情况相比，能够将灵敏度及检测精度提高至2
倍程度。

[0071] 另外，变形传感器S1～S32、参考电阻RS4～RS30、电极171、以及配线172以相对于应变体16的对角线L1成为镜像对称的关系的方式，构成其布局。另外，连接部163的宽度以
从中心O侧向外侧成为大致相同的方式构成，因此，与宽度随着从中心O向外侧远离而变窄
的结构相比，能够扩大配置变形传感器S1～S32的空间(图3)。这样，第一实施方式的应变体
16成为最适于在中央部161及连接部163的主表面上的有限的空间配置变形传感器S1～S32
等的结构。

[0072] 另外，变形传感器S1～S32、参考电阻RS4～RS30、电极171、以及配线172通过利用了薄膜技术的制造方法，仅设置于应变体16的主表面上(图4，图7)。因此，能够将高灵敏度
的传感器S1～S32高密度且高精度地设置于应变体16的连接部163。因此，不需要为了补偿
检测精度而配置多个(例如90个左右)变形传感器，也不需要不仅在应变体的表面上，而且
在例如应变体的侧面上使用粘接剂等贴附变形传感器。在例如不使用本实施方式那样的制
造方法的情况下，变形传感器的位置可从期望的位置产生数百μm程度的误差，因此，检测特
定轴以外的力及扭矩的多轴干涉的影响增大。另外，在例如将参考电阻设置于应变体的外
部的情况下，温度误差或外部噪声增大，因此，还需要校正温度误差或外部噪声。但是，本实
施方式中，不会产生这种不良情况。

[0073] 另外，沿着Z方向的应变体16的高度Hz在中央部161、外周部162和连接部163中实质上相同。应变体16的高度Hz构成为大于沿着X方向或Y方向的外周部162的宽度W162(Hz>
W162)。另外，外周部162和连接部163的弹性构成为大于中央部161的弹性。更优选构成为外
周部162和连接部163具有弹性功能，中央部161没有弹性功能。通过上述构成，可以更加适
当地调节XYZ轴的各输出增益和各刚性。

[0074] (第二实施方式(在应变体的背面侧的连接部具备变形增大部的一例))

[0075] 使用图8～图10说明第二实施方式的应变体16A。第二实施方式涉及在应变体的背面侧的连接部具备作为变形增大部的槽(槽结构)GR的一例。图8是表示第二实施方式的应
变体16A的从背面侧观察的整体结构的立体图。图9是表示将由图8的虚线包围的部分扩大
的变形增大部的剖面图。

[0076] 如图8及图9所示，第二实施方式的应变体16A在与外周部162相邻的各第一连接部163a的背面侧还具备用于比与中央部161相邻的第二连接部163b增大产生的变形的变形增
大部GR。换言之，变形增大部GR以产生于背面侧的第一连接部163a的变形比产生于第二连
接部163b的变形增大的方式构成。在此，变形增大部GR是将第一连接部163a的背面侧的一
部分挖掘成U字状而形成的规定的槽(槽结构)。该槽是以其厚度随着从中央向外周部162及
中央部161远离而变厚的方式构成的拱形状，因此，向应变体16的厚度方向(Z方向)凹陷而
构成。

[0077] 距变形增大部GR的背面的高度Hg及第一连接部163a的长度Lg可基于在施加力及扭矩时，第一连接部163a不塑性变形等的规定条件适宜设定。例如，距变形增大部GR的背面
的高度Hg优选为应变体16的高度Hz的十分之三以上且十分之六以下程度。例如，变形增大
部GR的长度Lg优选为连接部163的整体的长度L163的十分之三以上且十分之七以下程度。
此外，连接部163的宽度W163在第一连接部163a及第二连接部163b相同。

[0078] 另外，在第一连接部163a设置构成桥接电路的8个变形传感器(第一变形传感器)S21等。在第二连接部163b设置构成全桥电路的16个变形传感器(第二变形传感器)S18、S24
等。对其详情，使用下面的图10详细地说明。

[0079] 图10是表示第二实施方式的应变体16A的从主表面侧观察的整体结构的立体图。此外，图10中，省略对电极及配线等的相同结构的图示。

[0080] 图10中，以将由虚线包围的部分扩大表示的方式，在第一连接部163a设置构成桥接电路BF2、BF4、BF6、BF8的8个变形传感器(第一变形传感器)S3、S5、S11、S13、S19、S21、
S27、S29。

[0081] 在第二连接部163b设置构成全桥电路BF1、BF3、BF5、BF7的16个变形传感器(第二变形传感器)S1、S2、S7、S8、S9、S10、S15、S16、S17、S18、S23、S24、S25、S26、S31、S32。在此，设
置于第二连接部163b的第二变形传感器中，8个变形传感器S1、S2、S15、S16、S17、S18、S25、
S26与其它的第二变形传感器相比与槽GR相邻地配置。因此，这些第二变形传感器S1等也与
设置于第一连接部163a的第一变形传感器一样，变形量增大，且传感器灵敏度增大。

[0082] 其它的结构与上述第一实施方式实质上一样，因此，省略其详细的说明。另外，关于动作，也与上述第一实施方式实质上一样，因此，省略其详细的说明。

[0083] [作用效果]

[0084] 根据第二实施方式的应变体16A的结构及动作，至少得到与第一实施方式一样的作用效果。

[0085] 另外，第二实施方式的应变体16A在与外周部162相邻的各第一连接部163a的背面侧还具备用于比与中央部161相邻的第二连接部163b增大产生的变形的变形增大部GR。在
此，变形增大部GR是将第一连接部163a的背面侧的一部分挖掘成U字状而形成的规定的槽
(槽结构)(图8，图9)。

[0086] 上述结构中，当从外部对应变体16A施加力及扭矩时，设置有变形增大部GR的第一连接部163a的厚度比第二连接部163b的厚度薄，因此，能够使根据第一连接部163a的该力
及扭矩而变形的变形量比第二连接部163b的变形量增大。

[0087] 在此，设置于第一连接部163a的8个第一变形传感器S3等与8个参考电阻RS4等一起构成4个桥接电路BF2、BF4、BF6、BF8(图10)。因此，根据第二实施方式的应变体16A，通过
增大设置于第一连接部163a的8个第一变形传感器S3等的变形量，可进一步提高4个桥接电
路BF2、BF4、BF6、BF8的检测精度。

[0088] 而且，设置于第二连接部163b的第二变形传感器中，8个变形传感器S1、S2、S15、S16、S17、S18、S25、S26与其它的第二变形传感器相比与槽GR相邻地配置，因此，这些第二变
形传感器S1等也与设置于第一连接部163a的第一变形传感器一样，增大变形量。因此，也可
进一步提高由该8个变形传感器S1等构成的4个全桥电路BF1、BF3、BF5、BF7的检测精度。其
结果，能够提高XYZ轴方向的力及扭矩的六轴方向的所有的检测精度。

[0089] 此外，例如，在Z轴方向的力Fz施加于第二实施方式的应变体16A的情况下，与同样情况的第一实施方式的变形传感器S3等相比，也能够将设置于第一连接部163a的8个变形
传感器S3等的变形量增大二分之一左右。这样，可根据需要应用第二实施方式的应变体
16A。

[0090] (第三实施方式(适用于力传感器的一例))

[0091] 使用图11～图18说明第三实施方式。第三实施方式涉及将第一实施方式的应变体16应用于力传感器的一例。第三实施方式的力传感器是用于例如机械臂等，且用于检测XYZ
方向的力及扭矩的六轴力传感器。

[0092] [结构]

[0093] 图11是表示具备第一实施方式的应变体16的力传感器10的外观的立体图。图12是表示图11的力传感器10的分解立体图。

[0094] 如图11及图12所示，力传感器10具备圆筒状的主体11和相对于主体11可动作的圆筒状的可动体12。主体11利用贯通形成于主体11的底部的多个螺纹孔19a的多个安装螺纹
19，固定于未图示的机械臂的主体。可动体12作为用于向其上表面安装未图示的机械臂的
手部分的手安装板发挥作用。

[0095] 主体(基座)11是成为力传感器10的主体的基座部件，可动体12中间设置有可进行弹性变形的应变体16，可相对于主体11在六轴方向(X轴方向、Y轴方向、Z轴方向，以及围绕
各轴的方向)上运动地安装。

[0096] 即，如图12所示，应变体16的中央部161通过分别贯通多个螺纹孔18a的手板固定螺丝18，固定于可动体(第一支撑部件)12。应变体16的外周部162通过分别贯通多个螺纹孔
17a的应变体固定螺丝17，固定于主体11(第二支撑部件)。

[0097] 应变体16的主表面和背面与由X轴、Y轴形成的面平行配置，垂直通过应变体16的中心O的线与Z轴一致。在上述构成中，当对可动体12施加外力时，可动体12运动，应变体16
的连接部163发生变形。如上所述，由于在应变体16的连接部163设置有变形传感器S1～
S32，因此通过变形传感器S1～S32可以检测应变体16的变形作为电信号。

[0098] 在可动体12的周面，例如等间距地设置有4个圆形的开口部13。即，各开口部13沿着X轴方向和Y轴方向配置。开口部13的数量不限于4个，只要是3个以上即可。在各开口部13
的内部配置有挡块14，各挡块14利用挡块安装螺栓15固定于主体11。

[0099] 挡块14是限制可动体12的运动范围的部件，在挡块14的最外周部，具有可与开口部13的内面抵接的第一侧面14a。即，第一侧面14a作为如下保护机构发挥作用：应变体16随
着可动体12的动作进行变形时，可动体12的开口部13的内表面抵接于第一侧面14a，防止应
变体16的连接部163的过量的变形。

[0100] 在主体11的内部，与应变体16对置地设置基板20。基板20具有多个螺纹孔21a，利用贯通各螺纹孔21a的固定螺丝21固定于主体11。基板20与设置于应变体16的变形传感器
等电连接。对其详情进行后述。

[0101] 在主体11的底部，安装有闭塞开口部11a的盖22。即，盖22具有多个螺纹孔23a，通过贯通这些螺纹孔23a的固定螺丝23，固定于主体11。

[0102] 在主体11的侧面引出有用于将检测信号向外部传递的配线25。配线25与基板20电连接。

[0103] 安装于力传感器的状态的应变体

[0104] 使用图13对安装于力传感器10的状态的应变体16进行详细说明。图13是表示安装于力传感器10的状态的应变体16的剖面图。

[0105] 如图13所示，在应变体16的主表面上设置绝缘膜170，在绝缘膜170上设置电极171。另外，为了安装于力传感器10，在电极171上设置各向异性导电膜(ACF：Anisotropic 
Conductive Film)181。在各向异性导电膜181上设置用于将电极171与基板20电连接的引
线182。在此，引线182是具备绝缘性的柔软的膜和配线于该膜的规定的电路，且以随着可动
体12的动作可自如地弯曲的方式构成的挠性印刷电路基板(FPC：Flexible printed 
circuits)。另外，以覆盖应变体16的主表面上的方式，设置保护封膜183。

[0106] [检测动作]

[0107] 对上述结构的力传感器10的检测动作进行简单说明。在此，以检测在Z轴方向上对可动体12的大致中央部分施加的外力(负载)的情况为一例进行举例。

[0108] 当在Z轴方向上向可动体12的大致中央部分施加外力时，外力会使可动体12沿Z轴方向向下方移动。主体11被固定，不会因外力而移动，因此，可动体12向下方移动，直到开口
部13的上侧的内面与挡块14的上侧的第一侧面14a抵接。

[0109] 因此，可动体12的下表面对应变体16的上表面加压，受到加压的应变体16的连接部163发生变形。挡块14将应变体16的变形限定在规定范围，因此，可保护应变体16不被过
量的外力破坏。应变体16的变形通过上述的变形传感器及参考电阻被检测，并利用桥接电
路及全桥电路BF1～BF8转换成电信号。检测到的电信号能够从电极171经由引线182及基板
20并利用配线25向外部传递，并检测外力。

[0110] 然后，当解除对可动体12施加外力时，应变体16的连接部163通过弹性变形恢复成最初的形状。

[0111] 此外，在此，以Z轴方向上的外力检测动作为一例进行举例，X轴方向及Y轴方向上的其它的外力检测动作也一样。另外，X、Y、Z轴方向上的各扭矩检测动作也与上述外力检测
动作实质上一样，因此，省略详细的说明。

[0112] [各向异性导电膜(ACF)]

[0113] 在此，为了使用各向异性导电膜181将电极171的端子与FPC即引线182的端子相互电连接，主要需要ACF转印(层压)工序、FPC对位(对齐)工序、以及压接固化工序的3个工序
(ST1～ST3)。

[0114] 图14是用于说明在图13的应变体上使用各向异性导电膜连接电极和引线的方法的剖面图。如图14所示，ACF转印工序中，在配置于应变体16的主表面上的电极171上，将面
积比电极171的面积充分大的各向异性导电膜181在保持规定的张力的状态下配置。接着，
使ACF贴合用的头部200在保持张力的状态下从各向异性导电膜181的正上方下降至电极
171的表面上，并切离比电极171的面积大的、由虚线表示的剩余的各向异性导电膜181。其
结果，在电极171上转印规定的各向异性导电膜181(ST1)。

[0115] 图15是表示图13的应变体16和各向异性导电膜181配置于规定的位置的状态的俯视图。图16是将由图15的实线包围的部分扩大表示的俯视图。FPC对位工序中，在电极171上
贴合有各向异性导电膜181的状态下，进行电极171的端子与引线182的端子的对位。

[0116] 如图15及图16所示，该工序中，通过使设置于应变体16的对位标记AM16与设置于引线182的对位标记AMF与规定的位置一致，而进行定位。例如，以由虚线表示的应变体16的
对位标记AM16a、AM16b的位置和由实线表示的引线182的对位标记AMFa、AMFb的位置成为图
16中扩大表示的位置关系的方式定位。此时，通过在应变体16的对位标记AM16a的两个凸部
之间，以夹着引线182的对位标记AMFa的一个凸部的方式进行对位，而防止纸面的纵向的错
位。另外，通过以应变体16的对位标记AM16b与引线182的对位标记AMFb重合的方式进行对
位，由此，防止纸面的横向的错位(ST2)。

[0117] 图17是用于示意性地说明使用各向异性导电膜181电连接电极171的端子与引线182的端子的剖面图。如图17上层所示，各向异性导电膜181具备作为导电体的导电粒子
181a在作为绝缘体的热固化树脂181b中大致均匀地散在的结构。而且，压接固化工序中，在
电极171的端子171a(PAD)与引线182的端子182a(PAD)的位置一致的状态下，从引线182上
利用规定的头部200对对象层叠体(电极171，各向异性导电膜181，引线182)，一边赋予热一
边施加压力。

[0118] 于是，如图17下层所示，在夹持于端子171a、182a的位置Aa，通过压力，各向异性导电膜181内的导电粒子181a相互连接，而形成用于将纸面的纵向(Z轴方向)的端子171a、
182a导通的导电路径。另一方面，在其以外的位置Ab，压力较低，因此，各向异性导电膜181
内的导电粒子181a不会相互连接，而保持绝缘性。其结果，仅在夹持于端子171a、182a的位
置Aa形成纸面的纵向(Z轴方向)的期望的导电路径(ST3)。

[0119] 其它的结构及动作等与上述第一实施方式实质上一样，因此，省略其详细的说明。

[0120] [作用效果]

[0121] 根据具备应变体16的第三实施方式的力传感器10的结构及动作，至少能够得到与第一实施方式一样的作用效果。

[0122] 另外，第三实施方式的应变体16通过规定的工序(ST1～ST3)，使用各向异性导电膜181，将电极171的端子171a与作为FPC的引线182的端子182a相互电连接(图14～图17)。

[0123] 这样，通过将配线172集中于中央部161，并使用各向异性导电膜181，能够将电极171及引线182的多个端子171a及182a一并连接，并能够兼得导通性和绝缘性，因此，有利于
制造成本的降低。

[0124] 而且，如本实施方式所示，即使应变体16的有限的空间即横向的端子171a、182a的相邻间的距离为例如0.2mm程度的微节距，也能够确保可靠的电连接，且能够提高可靠性。

[0125] 另外，与焊锡或连接器等的连接装置相比，安装装置为轻量及薄型，因此，可减少安装空间。

[0126] 例如，本实施方式的应变体16的焊盘的位置(端子的位置)与各向异性导电膜的电阻值的关系如图18所示。如图18所示可知，即使在3个各向异性导电膜ACF1～ACF3的任一项
的情况下，与焊盘的位置无关，其电阻值均大致一定，因此，确保可靠的电连接。另外，当图
18所示的电阻值减去引线182的端子182a的电阻值即0.1Ω左右时，3个各向异性导电膜
ACF1～ACF3的实质上的电阻值成为0.35Ω～0.45Ω左右。该电阻值均为比一般的各向异性
导电膜的电阻值的基准值充分低的值。

[0127] 另外，力传感器10限制可动体12的动作范围，在其最外周部具备具有与开口部13的内表面可抵接的第一侧面14a的挡块14。这样，挡块14为非常简单的形状，且对于六轴方
向的全部具有保护功能。其结果，可提供有利于高灵敏度且制造成本的降低化的力传感器
10。

[0128] (第四实施方式(变形传感器的其它的配置的一例))

[0129] 使用图19说明第四实施方式。第四实施方式涉及变形传感器的其它配置的一例。图19是表示第四实施方式的应变体16B的从主表面侧观察的整体结构的立体图。

[0130] 如图19中扩大表示的那样，第四实施方式的应变体16B在设置于第二连接部163b的8个第二变形传感器S1、S2、S15、S16、S17、S18、S25、S26按照与其它的第二变形传感器同
程度距槽GR具有充分的距离LS而配置这点上，与第二实施方式的应变体16A不同。因此，设
置于第二连接部163b的所有的第二变形传感器不会受到来自槽GR的变形增大效果的影响。
在此，优选距离LS设置成设置于第一连接部163a的第一变形传感器的变形量与设置于第二
连接部163b的第二变形传感器的变形量相比，期望例如二分之一等的明显的变形量的不同
的程度。

[0131] 其它的结构及动作与第二实施方式实质上一样，因此，省略其详细的说明。

[0132] [作用效果]

[0133] 第四实施方式的应变体16B中，设置于第二连接部163b的8个第二变形传感器S1、S2、S15、S16、S17、S18、S25、S26按照与其它的第二变形传感器同程度距槽GR具有充分的距
离LS而配置(图19)。

[0134] 因此，设置于第二连接部163b的第二变形传感器不会受到来自槽GR的变形增大效果的影响，能够使设置于第一连接部163a的第一变形传感器S3、S5、S11、S13、S19、S21、S27、
S29的变形量比设置于第二连接部163b的第二变形传感器S1、S2、S7、S8、S9、S10、S15、S16、
S17、S18、S23、S24、S25、S26、S31、S32的变形量增大。其结果，能够提高4个桥接电路BF2、
BF4、BF6、BF8的检测精度。

[0135] 另外，设置于第二连接部163b的所有的第二变形传感器不会受到来自槽GR的变形增大效果的影响，因此，能够将第二变形传感器的变形量均匀化。

[0136] (变形例)

[0137] 以上，以第一～第四实施方式为一例举例说明，但本发明的实施方式不限定于上述第一～第四实施方式，当然可根据需要进行各种变形。

[0138] 可应用应变体16、16A、16B的对象不限定于第三实施方式中说明的力传感器10，当然可应用于各种传感器。

[0139] 另外，本发明不直接限定于上述各实施方式，能够在实施阶段中在不脱离其宗旨的范围内将构成要素变形并具体化。另外，通过上述各实施方式中公开的多个构成要素的
适宜的组合，能够形成各种发明。例如，也可以从实施方式中表示的全部构成要素删除几个
构成要素。另外，也可以使不同的实施方式所涉及的构成要素适宜组合。