[发明专利]力传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种力传感器，具体地涉及一种在结构体的一部分上具有在外力的作用下挠曲的柔性变形部，从而以电气的方式检测由柔性变形部的变形造成的位移的力传感器。

背景技术

现有市售的是这样一种类型的力传感器，即在该力传感器中，外力施加在由柔性薄板制成的隔膜部分，从而电气地检测隔膜部分的变形状态并且还检测所施加的外力的大小及其方向。这种类型的传感器在结构上相对简单且可保持低的生产成本，且可在各种工业中的许多应用中用作大批量生产的产品。

一种用于电气检测隔膜部分的变形状态的方法包括：利用静电电容元件的方法；利用压阻元件的方法和利用压电元件的方法。这些元件中的每一个被配置在多个部位以检测隔膜部分处的每个位置的位移作为电信号，从而使得能够独立地检测所施加的外力在XYZ三维正交坐标系中的每个坐标轴的方向上的分量的大小。

例如，在下文给出的专利文献1和2中，公开了一种力传感器，其能够利用静电电容元件来检测隔膜部分的每个部位的位移，从而独立地检测在每个坐标轴方向上施加的力。进一步，在专利文献3和4中，公开了一种力传感器，其基于安装在隔膜部分的各个部位上的压阻元件的电阻的变化来检测每个坐标轴方向上的力。在专利文献5和6中，公开了一种多轴传感器，其基于在压电元件处出现的电荷检测隔膜部分的每个部位的位移，检测作为外力和科里奥利力而施加的基于加速度的力，从而检测每个坐标轴的方向上的加速度和绕每个坐标轴的角速度。

每个上述传感器的隔膜部分用作柔性变形部分，其引起柔性变形并在施加外力时经历变形，但在没有发现外力时恢复到原始状态。一般而言，为了提高力的检测灵敏度，需要通过减小隔膜部分的厚度或由很容易被挠曲的材料制造隔膜部分来增加隔膜部分的柔性。然而，过大外力的施加会导致超出隔膜部分上的弹性变形的限制的过大挠曲。此过大挠曲会造成问题，例如，隔膜部分可能不会恢复到原始形状且隔膜部分可在移除外力后破裂。特别而言，在组装有施加非常微小外力时就引起挠曲的敏感隔膜部分的具有高灵敏度的力传感器中，在施加过大外力时，隔膜部分很可能破裂。因此，在专利文献7中，公开了一种技术：止挡元件被用于控制位移，以使得即使在施加过大外力时，隔膜部分也经历预定容差内的位移。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本未经审查的专利公开号H4-148833

专利文献2：日本未经审查的专利公开号2001-165790

专利文献3：日本未经审查的专利公开号H6-174571

专利文献4：日本未经审查的专利公开号2004-69405

专利文献5：日本未经审查的专利公开号H8-226931

专利文献6：日本未经审查的专利公开号2002-71705

专利文献7：日本未经审查的专利公开号2010-8343

发明内容

本发明要解决的问题

如上所述，在基于柔性变形部分（隔膜部分）的变形来检测外力的力传感器中，柔性变形部分的厚度减小或由容易引起挠曲的材料制成，从而增加检测灵敏度。然而，柔性变形部分失去其韧性。因此，为了保护柔性变形部分免受过大外力，需要某种位移控制结构。鉴于上面的描述，前面描述的专利文献7公开了一种技术，在该技术中，采用了在外力所作用至的盘状受力体周围制作通孔并且将固定在台座上的止挡部件容纳在通孔中的结构，从而通过使用台座和止挡部件将盘状受力体的位移控制在预定容差内。

然而，迄今提出的这些类型的力传感器在进一步提高检测灵敏度方面有难度。还需要在盘状受力体上形成通孔或设置止挡部件以获得位移控制。这带来了以下问题：力传感器的结构复杂。

因此，本发明的目的是提供一种力传感器，其结构简单、检测灵敏度高且还具有足够的韧性。

解决上述问题的手段

（1）本发明的第一特征在于一种力传感器，包括：

支撑基板；

环形检测器，被设置在支撑基板上方；

柱状体，从支撑基板的上表面的中央部向上延伸；

柔性连接部件，将柱状体与环形检测器连接；

检测元件，其中每个检测元件输出与环形检测器相对于支撑基板的位移对应的测量值，和

检测电路，基于测量值检测施加的外力；

力传感器具有以下功能：当有在支撑基板被固定的状态下将外力施加到环形检测器上时，柔性连接部件经历挠曲，借助于所述挠曲，环形检测器产生相对于支撑基板的位移且检测电路基于由位移引起的测量值的变化来检测外力，且