JPH0566534U - 三軸用半導体力覚センサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目 的】三軸用半導体力覚センサーにおいて、起歪体
を取り付け面に取り付けることによって発生する起歪体
の変形の影響を、半導体歪ゲージに伝わりにくくする。 【構 成】起歪体に薄肉部を設けて、起歪体をネジ締め
するとき発生する起歪体の変形を、該薄肉部が大きく変
形することで、起歪体の他の部分の変形量を少なくし、
更に起歪体に取り付け用の足を好ましくは三本設けて、
取り付け面の平面度の影響が起歪体に及びにくくする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、自動化製造装置やロボットの物品把握部で把握力の自動設定等に使 用する力覚センサーの入力装置に関し、特に拡散型歪ゲージを形成したシリコン 単結晶基板を起歪体状に接合してなる三次元力覚センサーに関する。

【０００２】

【従来の技術】

本考案の対象とする三軸用半導体力覚センサーの検出部分は、図８、９に示す ように、円板状の起歪体とシリコン単結晶基板を用いた半導体歪ゲージより構成 されている。 起歪体の入力軸５に外力を加えると起歪体１が変形する。変形は剛性の低いと ころほど大きくなるので、起歪体１の中心部Ａを図９に示すように薄くして剛性 の低くし、その上に半導体歪ゲージ２を隙間のないように接合し、中心部Ａが変 形するとその変形に合わせて半導体歪みゲージ２が歪むようにしてある。半導体 歪ゲージとは、歪みの量が変化すると抵抗率が変化する現象即ちピエゾ抵抗効果 を利用して歪みの変化を検出するものである。 入力軸５に加えた外力の大きさと方向を、前記中心部Ａの歪みの変化を検出す ることによって知る。

【０００３】 実際に三軸用半導体力覚センサーの検出部として使用する場合は、半導体歪ゲ ージ２を起歪体１に接合後、半導体歪ゲージ２を保護するために起歪体１の中心 部Ａを蔽うようにカバー１１を取り付ける。 カバー１１は、図９に示すように起歪体１の外周面より突出しているので、起 歪体１を取り付ける場合、取り付け面９にカバー１１を挿入可能な穴９ａを設け る。その穴９ａは、カバー１１よりも大きめにして、カバー１１と穴９ａが接触 しないようにすることが望ましい。

【０００４】 カバー１１を前記の穴９ａに挿入後、複数のネジ６によって起歪体１を取り付 け面９に固定する。 このとき、各ネジの締め付け力が均等でなかったり、取り付け面９が平らでな いと、起歪体１が変形してしまう。起歪体１が変形すると、半導体歪ゲージ２に 歪みが発生し、入力軸５に外力が加わっているかのように作用してしまう。

【０００５】 そこで、起歪体１を取り付け面９に固定後、半導体歪ゲージ２に発生した歪み の量を検出し、三軸用半導体力覚センサーの表示装置を調整して、前記の歪みの 量のとき、力の大きさをゼロと表示されるようにゼロ調整する。この調整を行っ てから、三軸用半導体力覚センサーを使用することになる。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

しかし、取り付けのたびに表示装置を調整するのは大変手間がかかる。そのた め、何度も取り付け位置を変更するような使用方法に用いる場合、非常に不便で ある。 また、起歪体の取り付け時に発生する変形が大きいと、半導体歪ゲージの測定 可能範囲が、入力軸に加えられる特定の方向の力に対しては極端に狭くなってし まい、使用上不都合が起こることがあった。

【０００７】 そこで、起歪体の取り付け部分の剛性を高めて、取り付けによって起こる起歪 体の変形を無くす方法が考えられる。 しかし、起歪体の取り付け部分の剛性を高めるためには、取り付け部分の起歪 体の厚さを非常に厚くしなければならず、小型の三軸用半導体力覚センサーに上 記の方法を用いることは小型である特徴を損なう為、好ましくないという問題が あった。本考案は、上記の如き問題を解消することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

本考案は、上記の問題を解決するために、起歪体に溝状の薄肉部を設けて、各 ネジの締め付けの不均一によって発生する変形を前記薄肉部によって吸収するこ とで、半導体歪ゲージに伝わりにくくすると共に、起歪体に取り付け用の細い好 ましくは３本又はそれ以上の足を設けて、平面度の良くない取り付け面に取り付 けても起歪体が変形しにくくなるようにしたものである。

【０００９】

【作 用】

上記構成により、起歪体に設けた細い３本の足を取り付け面に接触させる。前 記各足の内部には、取り付け用ネジのための孔があり、この孔にネジを挿入して 、さらにこのネジを取り付け面に設けられた雌ネジに螺着させることによって取 り付ける。但し、このとき、前記足部以外の起歪体の各部分は取り付け面やその 他の物と接触しないようにする。 面に取り付ける場合、３点で取り付けた場合が最も面の影響が起歪体に及びに くく、しかも安定するが、それ以上の部分で取り付けるようにしても勿論かまわ ない。この際、溝状の薄肉部によって変形を吸収させる。薄肉だと剛性が他の部 分より低くなるので、その部分が大きく変形し、他の部分はほとんど変形しない 。

【００１０】

【実施例】

図１は本考案の三軸用半導体力覚センサーの検出部の一実施例を示す平面図、 図２は取り付け状態を示す断面図である。１は起歪体、２は半導体歪ゲージ、３ は半導体歪ゲージと図示しない半導体歪ゲージの抵抗率変化検出回路に接続する ためのＦＰＣ、４は半導体歪ゲージが接合される起歪体１の中心部に設けられた 第一環状薄肉部、５は入力軸、６は取り付け用ネジ、７は取り付けによって発生 する変形を吸収するために第一環状薄肉部を取り巻くように同心に設けられた第 二環状薄肉部、８は起歪体を取り付けるために起歪体１に３ヶ設けられ、取り付 け用ネジ６が貫通する孔を有する足部、９は取り付け面、９ａは取り付け面９に 設けられ後述するカバー１１が遊嵌する凹部又は孔、１０は取り付け面に設けら れた雌ネジ、１１は半導体歪ゲージ２の保護のためのカバーである。

【００１１】 上記構成の半導体力覚センサーを所定の取り付け面に固定するに際しては、ま ず、前記の従来の技術で述べたように、起歪体１に取り付けられたカバー１１を 取り付け面９に設けられた孔９ａに挿入する。すると、足部８が取り付け面９に 接触する。 次に、図２に示すようにネジ６を起歪体１に設けられた取り付けネジ孔に挿入 し、ネジ６を回転させて、取り付け面９に設けられた雌ネジ部１０に螺着させる 。

【００１２】 前記足部８はなるべく細く作り、取り付け面９の平面度の影響を受けにくくす ると共に、ネジ６も出来るだけ細いものを使用して、ネジ６の締め付けによる影 響も少なくすることが望ましい。但し、起歪体１はしっかり取り付け面９に固定 しないと、測定誤差の原因となるので、足部８とネジ６の太さはこの点を十分考 慮して設計する必要がある。

【００１３】 各足部８の貫通孔に挿入したネジ６を雌ネジ１０と螺着させて取り付け面９に 起歪体１を固定するときは、３箇所の各ネジ６は出来るだけ同じ力で締め付けな ければならない。 しかし、どんなに各ネジ６を均一に締め付けても、取り付け面９の平面度によ り起歪体１を少しは変形させてしまう。もし起歪体１が全く変形を起こさない程 度の力で各ネジ６を締め付けた場合、起歪体１が取り付け面９に対して、しっか り固定できていないので、測定誤差を生じる原因の一つとなる。そこで、かかる 起歪体１に発生した変形を、第二環状薄肉部７によって吸収する。すなわち、第 二環状薄肉部７は、図２に示すように第一環状薄肉部４とネジ６の取り付け部分 の間に設けられていて、ネジ６の締め付けによって起こされる起歪体１の変形を 途中の第二環状薄肉部７で吸収することで、第一環状薄肉部４に前記変形が伝わ ることを抑制し、前記第一環状薄肉部４に起こる変形を非常に小さなものとする ことができる。

【００１４】 第一環状薄肉部４の変形が非常に小さいと、前記の起歪体１の取り付け後に行 う表示装置のゼロ調整がほとんど不要となる。たとえゼロ調整が必要な場合でも 、ごくわずかであるため、力の測定可能範囲が狭くなることも無い。

【００１５】 また、第２の実施例として、図３に示すように第二環状薄肉部７を直線状の溝 として三角形のような形に起歪体に設けることも可能である。図４は、図３に示 す第２実施例の起歪体１を取り付け面９に取り付けた状態を示す側面図である。 この場合は、各ネジ６の間にも第二環状薄肉部７がある状態となるので、各ネ ジ６が起歪体１に及ぼす力が、互いに干渉し合わないので、より一層第一環状薄 肉部４に発生する変形を少なくすることができる。

【００１６】 図５は、本考案の第３実施例である。この場合は、起歪体１の外周分を全て薄 肉とし、この部分に足部８を設けている。 この方法だと、起歪体１に第二環状薄肉部７を設けるのに、起歪体１の外周方 向より起歪体１を切削することによって第二環状薄肉部７を設けられるので、起 歪体１の製造が容易である。

【００１７】 図６、７は、本考案の第４実施例である。この場合は、起歪体１のネジ６が取 り付けられる部分とその周囲のみを第二薄肉部７として、各ネジ６によって起こ される変形を、前記各ネジ６の取り付け部分である第二薄肉部７で個々に吸収さ せるものである。

【００１８】

【考案の効果】

以上説明したように本考案の三軸用半導体力覚センサーは、検出部の起歪体を 取り付け面に取り付けたことよって起こる起歪体の変形が、半導体歪ゲージに及 ぼす影響を非常に小さくできる。そのため、剛性の低い起歪体でも三軸用半導体 力覚センサーの検出部として使用できるので、小さな起歪体を用いた小型の三軸 用半導体力覚センサーを作ることができ、しかも起歪体を取り付け面へ取り付け 後に行うゼロ調整がほとんど不要となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案にかかる三軸用半導体力覚センサーの起
歪体部分の一例を示す平面図である。

【図２】図１に示す起歪体部分の取り付け状態を示す断
面図である。

【図３】本考案にかかる三軸用半導体力覚センサーの起
歪体部分の他の実施例を示す平面図である。

【図４】図３に示す起歪体部分の取り付け状態を示す側
面図である。

【図５】本考案にかかる三軸用半導体力覚センサーの起
歪体部分の第三実施例を示す部分拡大断面図である。

【図６】本考案にかかる三軸用半導体力覚センサーの起
歪体部分の第四実施例を示す平面図である。

【図７】図６に示す起歪体部分の取り付け状態を示す部
分拡大断面図である。

【図８】従来の三軸用半導体力覚センサーの起歪体部分
の平面図である。

【図９】図８に示す起歪体部分の取り付け状態を示す断
面図である。

【符号の説明】

１．起歪体 ２．半導体歪ゲージ ４．第一環状薄肉部 ５．入力軸 ７．第二（環状）薄肉部 ８．足部

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体歪ゲージを起歪体に接合し、該起歪
   体に第一の薄肉部を介して設けられた入力軸に加えられ
   る外力によって該起歪体に発生する変形を、前記半導体
   歪ゲージによって検出することによって前記外力の大き
   さと方向を測定する三軸用半導体力覚センサーにおい
   て、前記起歪体には取り付け面に固定するため少なくと
   も三本の足を設けると共に、該取り付け用の足と前記第
   一の薄肉部との間に第二の薄肉部を設けてなり、該起歪
   体を取り付け面に固定することによって発生する該起歪
   体の変形による影響が前記半導体歪ゲージに伝わりにく
   くしたことを特徴とする三軸用半導体力覚センサー。