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公開番号2024093905
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-09
出願番号2022210548
出願日2022-12-27
発明の名称力検出器
出願人横河電機株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類G01L 5/162 20200101AFI20240702BHJP(測定;試験)
要約【課題】一のセンサユニットでも6軸の外力を互いに区別して検出することができる力検出器を提供する。
【解決手段】本開示に係る力検出器1は、検出対象の外力Fが作用する第1層11、及び第1層11が積層されていると共に第1層11とヤング率が異なる材料で形成されている第2層12を有する層構造体10と、層構造体10の内部に形成されていると共に、第1層11に外力Fが作用すると第1層11の法線方向から見たときに自らの周囲に応力分布を形成する少なくとも1つの応力発生部20と、応力発生部20の周囲に分散配置されている複数のセンサ30と、を備え、一の応力発生部20に関連付けられる複数のセンサ30は、一のセンサユニットとして、3軸方向の力及び各軸に対する回転方向の力を含む6軸の外力Fを互いに区別して検出する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
検出対象の外力が作用する第１層、及び前記第１層が積層されていると共に前記第１層とヤング率が異なる材料で形成されている第２層を有する層構造体と、
前記層構造体の内部に形成されていると共に、前記第１層に前記外力が作用すると前記第１層の法線方向から見たときに自らの周囲に応力分布を形成する少なくとも１つの応力発生部と、
前記応力発生部の周囲に分散配置されている複数のセンサと、
を備え、
一の前記応力発生部に関連付けられる前記複数のセンサは、一のセンサユニットとして、３軸方向の力及び各軸に対する回転方向の力を含む６軸の前記外力を互いに区別して検出する、
力検出器。
続きを表示（約 990 文字）【請求項２】
請求項１に記載の力検出器であって、
前記センサユニットは、少なくとも６つの前記センサを有する、
力検出器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の力検出器であって、
前記センサユニットは、６軸の前記外力に含まれる前記力の各々に対して、前記応力分布が形成される位置に少なくとも３つの前記センサが配置されるようなセンサ配置を有する、
力検出器。
【請求項４】
請求項３に記載の力検出器であって、
前記センサユニットは、前記応力発生部の中心から第１距離の範囲内に位置する複数の第１センサと、前記中心から前記第１距離よりも長い第２距離と前記第１距離との間の範囲内に位置する複数の第２センサと、を有する、
力検出器。
【請求項５】
請求項４に記載の力検出器であって、
前記第１センサは、前記中心と前記第２センサの中心とを結ぶ直線上の位置と異なる位置に配置されている、
力検出器。
【請求項６】
請求項５に記載の力検出器であって、
複数の前記第１センサの各々は、前記法線方向から見たときに前記直線に対し互いに同一回転方向及び同一角度でずれた位置に配置されている、
力検出器。
【請求項７】
請求項４に記載の力検出器であって、
前記応力発生部は、前記法線方向から見たときに、ｎ角形の形状を有し、
複数の前記第２センサは、前記法線方向から見たときに、前記応力発生部の前記中心に対してｎ回対称の回転対称性を有する、
力検出器。
【請求項８】
請求項７に記載の力検出器であって、
前記センサユニットは、ｎ個の前記第１センサと、ｎ個の前記第２センサと、を有する、
力検出器。
【請求項９】
請求項８に記載の力検出器であって、
ｎ個の前記第２センサの各々は、前記応力発生部の前記中心と前記第２センサの中心とを結ぶ直線が前記応力発生部の形状である前記ｎ角形の対応する辺の中心を通るように前記辺と対向する、
力検出器。
【請求項１０】
請求項７に記載の力検出器であって、
前記ｎ角形は、正多角形である、
力検出器。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、力検出器に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、例えば触覚センサモジュールとして用いられる力検出器であって、外部から作用する力を検出する力検出器に関する技術が知られている。例えば、特許文献１には、ヤング率が極めて大きな圧力伝達部材を内部に備える必要がなく、信頼性が高くかつより湾曲が容易な力検出器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２２－１００４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の力検出器は、検出対象の外力が検出面に作用すると応力分布を自らの周囲に形成する構造と、４つのセンサを含むセンサユニットと、を有する。センサは、例えば、ひずみセンサ及び圧力センサなどを含む。当該力検出器は、一のセンサユニットで３軸方向の力を互いに区別して検出する。しかしながら、当該力検出器では、３軸方向の力及び各軸に対する回転方向の力を含む６軸の外力を一のセンサユニットで互いに区別して検出することは困難であった。
【０００５】
本開示は、一のセンサユニットでも６軸の外力を互いに区別して検出することができる力検出器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
幾つかの実施形態に係る力検出器は、検出対象の外力が作用する第１層、及び前記第１層が積層されていると共に前記第１層とヤング率が異なる材料で形成されている第２層を有する層構造体と、前記層構造体の内部に形成されていると共に、前記第１層に前記外力が作用すると前記第１層の法線方向から見たときに自らの周囲に応力分布を形成する少なくとも１つの応力発生部と、前記応力発生部の周囲に分散配置されている複数のセンサと、を備え、一の前記応力発生部に関連付けられる前記複数のセンサは、一のセンサユニットとして、３軸方向の力及び各軸に対する回転方向の力を含む６軸の前記外力を互いに区別して検出する。
【０００７】
これにより、一のセンサユニットでも６軸の外力、すなわち３軸方向の力及び各軸に対する回転方向の力を互いに区別して検出することができる。力検出器は、一のセンサユニットでねじりモーメントを含む６軸の外力を互いに区別して測定することができる。したがって、回転方向の力を測定するために複数のセンサユニットを用いる必要がある従来技術と比較して、６軸の外力を測定する場合の空間分解能が向上する。
【０００８】
一実施形態における力検出器では、前記センサユニットは、少なくとも６つの前記センサを有してもよい。これにより、各センサが一軸型であったとしても、力検出器は、一のセンサユニットで６軸の外力を互いに区別して検出することができる。したがって、任意の外力の６軸の成分を計算して外力の大きさ及び方向を測定することが可能となる。
【０００９】
一実施形態における力検出器では、前記センサユニットは、６軸の前記外力に含まれる前記力の各々に対して、前記応力分布が形成される位置に少なくとも３つの前記センサが配置されるようなセンサ配置を有してもよい。これにより、力検出器は、３軸方向の力及び各軸に対する回転方向の力の各々をより確実に検出可能である。
【００１０】
一実施形態における力検出器では、前記センサユニットは、前記応力発生部の中心から第１距離の範囲内に位置する複数の第１センサと、前記中心から前記第１距離よりも長い第２距離と前記第１距離との間の範囲内に位置する複数の第２センサと、を有してもよい。これにより、力検出器は、６軸の外力の各々に基づく応力分布が形成される位置に少なくとも３つのセンサが配置されるようなセンサ配置でセンサユニットを構成可能である。したがって、力検出器は、３軸方向の力及び各軸に対する回転方向の力の各々をより確実に検出可能である。
（【００１１】以降は省略されています）

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