JP6836641B2 - Strain gauge and 3-axis force sensor - Google Patents

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Description

本発明は、ひずみゲージ、及び、これを備える3軸力センサに関する。 The present invention relates to a strain gauge and a triaxial force sensor including the strain gauge.

ひずみゲージを備える3軸力センサは、ロボット、ゲーム機器、各種計測機器、その他の機器において広く活用されている。例えば特許文献1、2には、ひずみゲージを含む3軸力センサの一例が開示されている。 Three-axis force sensors equipped with strain gauges are widely used in robots, game machines, various measuring devices, and other devices. For example, Patent Documents 1 and 2 disclose an example of a triaxial force sensor including a strain gauge.

特開第2010−164495号公報JP-A-2010-164495 特許第5008188号公報Japanese Patent No. 508188

ひずみゲージを備える3軸力センサにおいては、周囲温度の変化に起因する計測誤差の存在が認識されており、その抑制が望まれている。 In the 3-axis force sensor provided with the strain gauge, the existence of measurement error due to the change in ambient temperature is recognized, and its suppression is desired.

そこで本発明は、周囲温度の変化に起因する計測誤差の発生が抑制されたひずみゲージ、及び、これを備える3軸力センサを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a strain gauge in which the occurrence of measurement error due to a change in ambient temperature is suppressed, and a triaxial force sensor including the strain gauge.

本発明に係るひずみゲージは、荷重を受けてひずむ起歪部材に取り付けられて、起歪部材の第1方向に作用する荷重の第1ホイートストンブリッジ回路による検出、起歪部材の第1方向に直交する第2方向に作用する荷重の第2ホイートストンブリッジ回路による検出、並びに起歪部材の第1及び第2方向に直交する第3方向に作用する荷重の第3ホイートストンブリッジ回路による検出に用いられるひずみゲージであって、可撓性の基材と、基材上に形成された回路パターンと、を備え、基材は、起歪部材の荷重を受けてひずみが生じる起歪領域に取り付けられる受感領域と、起歪領域の外側に配置される一対の不感領域と、受感領域と不感領域とを連結する連結領域と、を有し、連結領域の、受感領域と不感領域とが連結される方向に直交する直交方向の寸法が、受感領域及び不感領域の直交方向の寸法よりも小さく、回路パターンは、第1ホイートストンブリッジ回路を構成する2つの第1方向ひずみ受感素子と、第2ホイートストンブリッジ回路を構成する2つの第2方向ひずみ受感素子と、第3ホイートストンブリッジ回路を構成する2つの第3方向ひずみ受感素子と、第1ホイートストンブリッジ回路を構成する2つの第1方向固定抵抗素子と、第2ホイートストンブリッジ回路を構成する2つの第2方向固定抵抗素子と、を含み、第1方向ひずみ受感素子、第2方向ひずみ受感素子、第3方向ひずみ受感素子、並びに第1方向固定抵抗素子及び第2方向固定抵抗素子は同一材料で形成されており、第1方向ひずみ受感素子、第2方向ひずみ受感素子及び第3方向ひずみ受感素子は、受感領域に形成されており、第1方向固定抵抗素子及び第2方向固定抵抗素子は、不感領域に形成されており、第3方向ひずみ受感素子は、第1ホイートストンブリッジ回路と第2ホイートストンブリッジ回路とを接続して第3ホイートストンブリッジ回路を構成する。 The strain gauge according to the present invention is attached to a strain-causing member that is distorted by receiving a load, detects a load acting in the first direction of the strain-causing member by a first Wheatstone bridge circuit, and is orthogonal to the first direction of the strain-causing member. Strain used for detecting the load acting in the second direction by the second Wheatston bridge circuit and detecting the load acting in the third direction orthogonal to the first and second directions of the strain generating member by the third Wheatston bridge circuit. It is a gauge and includes a flexible base material and a circuit pattern formed on the base material, and the base material is attached to a strain-causing region where strain is generated under the load of a strain-causing member. It has a region, a pair of dead regions arranged outside the strain-causing region, and a connecting region that connects the sensitive region and the dead region, and the sensitive region and the dead region of the connected region are connected. The dimensions in the orthogonal direction perpendicular to the direction are smaller than the dimensions in the orthogonal direction of the sensitive region and the dead region, and the circuit pattern consists of the two first-direction strain-sensitive elements constituting the first Wheatston bridge circuit and the first strain-sensitive element. Two second-direction strain-sensitive elements constituting the two-Wheatstone bridge circuit, two third-direction strain-sensitive elements constituting the third Wheatstone bridge circuit, and two first directions constituting the first Wheatstone bridge circuit. A first-direction strain-sensitive element, a second-direction strain-sensitive element, and a third-direction strain-sensitive element, which include a fixed resistance element and two second-direction fixed resistance elements constituting the second Wheatstone bridge circuit. The first-direction fixed resistance element and the second-direction fixed resistance element are made of the same material, and the first-direction strain-sensitive element, the second-direction strain-sensitive element, and the third-direction strain-sensitive element are sensitive. The first-direction fixed resistance element and the second-direction fixed resistance element are formed in the region, and the third-direction strain-sensitive element is the first Wheatstone bridge circuit and the second Wheatstone bridge circuit. Is connected to form a third Wheatston bridge circuit.

本発明に係る3軸力センサは、上記のひずみゲージと、板状の起歪部材と、起歪部材に接続された荷重作用部と、を備える。 The triaxial force sensor according to the present invention includes the above-mentioned strain gauge, a plate-shaped strain-causing member, and a load acting portion connected to the strain-causing member.

本発明に係る3軸力センサにおいては、起歪部材の荷重作用部が接続される面とは反対側の面の周縁部から、第3方向に直立する周壁、をさらに備え、不感領域が、周壁の内周面に貼り付けられていてもよい。 The triaxial force sensor according to the present invention is further provided with a peripheral wall that stands upright in the third direction from the peripheral edge of the surface opposite to the surface to which the load acting portion of the strain generating member is connected, and the dead region is formed. It may be attached to the inner peripheral surface of the peripheral wall.

本発明のひずみゲージ、及び、これを備える3軸力センサにおいては、周囲温度の変化に起因する計測誤差の発生が抑制されている。 In the strain gauge of the present invention and the triaxial force sensor provided with the strain gauge, the occurrence of measurement error due to a change in ambient temperature is suppressed.

本発明の実施形態に係る3軸力センサを適用した電子ペンの断面図である。It is sectional drawing of the electronic pen to which the triaxial force sensor which concerns on embodiment of this invention is applied. 本発明の実施形態に係る3軸力センサの斜視図である。It is a perspective view of the triaxial force sensor which concerns on embodiment of this invention. 図2に示す3軸力センサを、軸Aを含むyz面で切断した断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of the triaxial force sensor shown in FIG. 2 cut along the yz plane including the axis A. 本発明の実施形態に係るひずみゲージの配線パターンを示す図である。It is a figure which shows the wiring pattern of the strain gauge which concerns on embodiment of this invention. 図4に示すひずみゲージの配線パターンに対応する回路図である。It is a circuit diagram corresponding to the wiring pattern of the strain gauge shown in FIG. 3軸力センサにおける計測の様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state of the measurement in 3 axis force sensor.

<実施形態>
本発明に係るひずみゲージ、及び、3軸力センサの実施形態について、これらを電子ペンへ適用する場合を例として、図1〜図6を参照して説明する。
<Embodiment>
The strain gauge and the embodiment of the triaxial force sensor according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6 as an example of applying these to an electronic pen.

図1に示すように、電子ペン200は、ティップ31及び32と、3軸力センサ100と、ホルダ33と、ボディ34と、フロントキャップ35とを備える。 As shown in FIG. 1, the electronic pen 200 includes tips 31 and 32, a three-axis force sensor 100, a holder 33, a body 34, and a front cap 35.

ティップ31は、例えばプラスチックにより形成され、ペン先として機能する。ティップ32は、例えばSUSにより形成され、その一端がティップ31へ接続されると共に、他端が3軸力センサ100へ接続される。これにより、ペン先を介して加えられる外部からの荷重が3軸力センサ100で計測されることとなる。 The tip 31 is made of, for example, plastic and functions as a pen tip. The tip 32 is formed of, for example, SUS, one end of which is connected to the tip 31 and the other end of which is connected to the triaxial force sensor 100. As a result, the external load applied through the pen tip is measured by the 3-axis force sensor 100.

ホルダ33は、3軸力センサ100の動作に必要な信号処理回路や電源の他、各種回路が実装されたPCBA(Printed Circuit Board Assembly)を保持する。ボディ34は、3軸力センサ100の一部分とホルダ33とを覆い、フロントキャップ35は、3軸力センサ100の残り部分とティップ32とを覆う。 The holder 33 holds a PCBA (Printed Circuit Board Assembly) on which various circuits are mounted, in addition to a signal processing circuit and a power supply necessary for the operation of the three-axis force sensor 100. The body 34 covers a part of the 3-axis force sensor 100 and the holder 33, and the front cap 35 covers the remaining part of the 3-axis force sensor 100 and the tip 32.

次に、図2及び図3に示すように、本実施形態の3軸力センサ100は、軸Aの周りに回転対称な本体部10を備える。本体部10は、軸Aを回転軸とする円板状の起歪板(板状の起歪部材)11と、起歪板11の表面11aの中央から軸方向に直立する荷重作用部12と、起歪板11の裏面11bの周縁部から軸方向に直立する周壁13とを含む。また、荷重作用部12は、図1に示したティップ32に嵌合される。本体部10は、例えば合成樹脂素材により一体成形されている。 Next, as shown in FIGS. 2 and 3, the triaxial force sensor 100 of the present embodiment includes a main body portion 10 that is rotationally symmetric around the axis A. The main body 10 includes a disk-shaped strain-causing plate (plate-shaped strain-causing member) 11 having a shaft A as a rotation axis, and a load acting portion 12 that stands upright in the axial direction from the center of the surface 11a of the strain-causing plate 11. Includes a peripheral wall 13 that stands upright in the axial direction from the peripheral edge of the back surface 11b of the strain generating plate 11. Further, the load acting portion 12 is fitted to the tip 32 shown in FIG. The main body 10 is integrally molded with, for example, a synthetic resin material.

以降の説明においては、図2に示す如く、起歪板11の直交する2つの径方向を3軸力センサ100及び本体部10のx方向(第1方向)及びy方向(第2方向)とする。また、x方向及びy方向に直交する軸Aの方向を3軸力センサ100及び本体部10のz方向(第3方向)とする。 In the following description, as shown in FIG. 2, the two orthogonal radial directions of the strain generating plate 11 are defined as the x direction (first direction) and the y direction (second direction) of the triaxial force sensor 100 and the main body 10. To do. Further, the direction of the axis A orthogonal to the x direction and the y direction is defined as the z direction (third direction) of the triaxial force sensor 100 and the main body 10.

起歪板11は、荷重作用部12を介して加えられる外部からの荷重を受けてひずむ円板である。起歪板11におけるひずみは、起歪板11の表面11a及び裏面11b(図2において軸Aに直交する上下面)において生じ、周壁13(図2において軸Aと平行な周面)では生じないか無視できるほど小さい。本明細書においては、本実施形態における起歪板11の表面11a及び裏面11bのように、外部荷重を受けてひずむ領域を「起歪領域」と呼ぶこととする。起歪板11の径及び厚さは任意である。 The strain generating plate 11 is a disk that is distorted by receiving an external load applied via the load acting portion 12. The strain in the strain generating plate 11 occurs on the front surface 11a and the back surface 11b of the strain generating plate 11 (upper and lower surfaces orthogonal to the axis A in FIG. 2), and does not occur on the peripheral wall 13 (the peripheral surface parallel to the axis A in FIG. 2). Or small enough to be ignored. In the present specification, a region that is distorted by receiving an external load, such as the front surface 11a and the back surface 11b of the strain generating plate 11 in the present embodiment, is referred to as a “distortion region”. The diameter and thickness of the strain generating plate 11 are arbitrary.

荷重作用部12は、外部からの荷重を受けて移動し、起歪板11にひずみを生じさせる。荷重作用部12は、その中心軸が起歪板11の回転軸(軸A)と一致するよう、即ち起歪板11と同軸状に、起歪板11の表面11aに設けられている。 The load acting unit 12 moves by receiving a load from the outside, and causes strain in the strain generating plate 11. The load acting portion 12 is provided on the surface 11a of the strain generating plate 11 so that its central axis coincides with the rotation axis (axis A) of the strain generating plate 11, that is, coaxially with the strain generating plate 11.

周壁13は、起歪板11の裏面11bの外周に沿って裏面11bから直立し、裏面11bを囲んでいる。なお、図2においては、周壁13の外周面が円筒状である場合について例示しているが、次のように周壁13を変更してもよい。すなわち、x軸方向における周壁13の一方側又は両側において、x軸に交差(直交)する平面部分を周壁13の外周面に形成してもよい。或いは、y軸方向における周壁13の一方側又は両側において、y軸に交差(直交)する平面部分を周壁13の外周面に形成してもよい。 The peripheral wall 13 stands upright from the back surface 11b along the outer periphery of the back surface 11b of the strain generating plate 11 and surrounds the back surface 11b. Although FIG. 2 illustrates the case where the outer peripheral surface of the peripheral wall 13 is cylindrical, the peripheral wall 13 may be changed as follows. That is, on one side or both sides of the peripheral wall 13 in the x-axis direction, a plane portion intersecting (orthogonal) with the x-axis may be formed on the outer peripheral surface of the peripheral wall 13. Alternatively, on one side or both sides of the peripheral wall 13 in the y-axis direction, a flat surface portion intersecting (orthogonal) with the y-axis may be formed on the outer peripheral surface of the peripheral wall 13.

特に、x軸方向における周壁13の一方側のみに平面部分を設ける場合には、y軸方向についても周壁13の一方側のみに平面部分を設けることができる。この場合には、周壁13の外周面に対して2つの平面部分が設けられることになる。また、x軸方向における周壁13の両側に平面部分を設ける場合には、y軸方向についても周壁13の両側に平面部分を設けることができる。この場合には、周壁13の外周面に対して4つの平面部分が設けられることになる。 In particular, when the flat surface portion is provided only on one side of the peripheral wall 13 in the x-axis direction, the flat surface portion can be provided only on one side of the peripheral wall 13 in the y-axis direction as well. In this case, two flat surfaces are provided with respect to the outer peripheral surface of the peripheral wall 13. Further, when the flat surface portions are provided on both sides of the peripheral wall 13 in the x-axis direction, the flat surface portions can be provided on both sides of the peripheral wall 13 in the y-axis direction as well. In this case, four flat surfaces are provided with respect to the outer peripheral surface of the peripheral wall 13.

このように周壁13の外周面に平面部分を設けることにより、当該平面部分を利用して、電子ペン200のホルダ33に対する本体部10(すなわち、3軸力センサ100)の位置決めを容易且つ確実に行うことが可能になる。なお、図2のような円筒状の外周面を有する周壁13に対して、アライメントマークを設けることによって、ホルダ33に対する本体部10の位置決めを可能としてもよい。 By providing the flat surface portion on the outer peripheral surface of the peripheral wall 13 in this way, the main body portion 10 (that is, the three-axis force sensor 100) can be easily and reliably positioned with respect to the holder 33 of the electronic pen 200 by using the flat surface portion. It will be possible to do. The main body 10 may be positioned with respect to the holder 33 by providing an alignment mark on the peripheral wall 13 having a cylindrical outer peripheral surface as shown in FIG.

本実施形態のひずみゲージ20は、その基材21(図4参照)の一部分(受感領域21s)が起歪板11の裏面11bに貼り付けられ、残り部分(不感領域21n1、21n2)が周壁13の内周面に折り曲げられて貼り付けられる。 In the strain gauge 20 of the present embodiment, a part (sensing region 21s) of the base material 21 (see FIG. 4) is attached to the back surface 11b of the strain generating plate 11, and the remaining portion (dead regions 21n1, 21n2) is a peripheral wall. It is bent and attached to the inner peripheral surface of 13.

図4に、ひずみゲージ20が起歪板11に取り付けられる前の状態(展開図)を示す。ひずみゲージ20は、図4に示す如く、基材21と、基材21の表面上にプリントされた回路パターンCPとを含む。基材21は、受感領域21s及びこれを挟む不感領域21n1、21n2を有し、回路パターンCPは、6つのひずみ受感素子X、X、Y、Y、Z、Zと、4つの固定抵抗素子RX、RX、RY、RYと、8つの端子T〜Tと、これらを接続する配線Wとを含む。なお、以下の説明では、不感領域21n1、21n2が受感領域21sを挟む方向をy方向(第2方向)とし、基材21の表面上においてy方向に直交する方向をx方向(第1方向)とする。 FIG. 4 shows a state (developed view) before the strain gauge 20 is attached to the strain generating plate 11. As shown in FIG. 4, the strain gauge 20 includes a base material 21 and a circuit pattern CP printed on the surface of the base material 21. Substrate 21 has a dead zone 21n1,21n2 sandwiching the sensitive regions 21s and this circuit pattern CP is sensitive elements X 1 6 one strain, X 2, Y 1, Y 2, Z 1, Z 2 , Four fixed resistance elements RX 1 , RX 2 , RY 1 , RY 2 , eight terminals T 1 to T 8, and a wiring W connecting these. In the following description, the direction in which the insensitive regions 21n1 and 21n2 sandwich the sensitive region 21s is the y direction (second direction), and the direction orthogonal to the y direction on the surface of the base material 21 is the x direction (first direction). ).

基材21は、可撓性を有する樹脂フィルムであり、中央の円形状の受感領域21sと、受感領域21sを挟む一対の不感領域21n1、21n2と、受感領域21sと一対の不感領域21n1、21n2とをそれぞれ連結する一対の連結領域21c1、21c2とを有する。樹脂フィルムは容易に折り曲げが行えるような柔軟で屈曲性の高いものを用いることが望ましく、具体例としては、ポリエステル、ポリイミド等を使用することができる。また、受感領域21s、不感領域21n1、21n2、連結領域21c1、21c2をそれぞれ異なる材料より形成することも可能であるが、これらを同一の材料により形成して全領域の温度特性(抵抗温度係数等)を等しくすることが望ましい。また、この場合は、一体に形成された材料(例えばポリエステル、ポリイミド等のシート)内の近傍の部位より受感領域21s、不感領域21n1、21n2、連結領域21c1、21c2を一体に切り出して基材21を形成することがより望ましい。これにより各領域の温度特性をより均一にすることができる。 The base material 21 is a flexible resin film, and has a central circular sensation region 21s, a pair of insensitive regions 21n1 and 21n2 sandwiching the sensation region 21s, and a pair of insensitivity regions 21s. It has a pair of connecting regions 21c1 and 21c2 that connect 21n1 and 21n2, respectively. It is desirable to use a resin film that is flexible and highly flexible so that it can be easily bent, and as a specific example, polyester, polyimide, or the like can be used. Further, although it is possible to form the sensitive region 21s, the dead region 21n1, 21n2, and the connecting regions 21c1 and 21c2 from different materials, these are formed from the same material and the temperature characteristics (resistance temperature coefficient) of the entire region are formed. Etc.) should be equal. Further, in this case, the sensitive region 21s, the insensitive regions 21n1, 21n2, and the connecting regions 21c1 and 21c2 are integrally cut out from a nearby portion in the integrally formed material (for example, a sheet of polyester, polyimide, etc.) to form a base material. It is more desirable to form 21. As a result, the temperature characteristics of each region can be made more uniform.

受感領域21sは、本体部10の起歪板11の裏面11bに貼り付けられる領域であるため、起歪板11の裏面11bと同等かそれより小さい径を有する。受感領域21sの一面上には、中心cをx方向に挟んでひずみ受感素子(第1方向ひずみ受感素子)X、Xが、y方向に挟んでひずみ受感素子(第2方向ひずみ受感素子)Y、Yが形成されており、外周に沿ってひずみ受感素子(第3方向ひずみ受感素子)Z、Zが形成されている。 Since the sensitive region 21s is a region attached to the back surface 11b of the strain generating plate 11 of the main body portion 10, it has a diameter equal to or smaller than the back surface 11b of the strain generating plate 11. On one surface of the sensitive region 21s, strain-sensitive elements (first-direction strain-sensitive elements) X 1 and X 2 sandwiching the center c in the x direction are sandwiched in the y-direction, and strain-sensitive elements (second). Directional strain-sensitive elements) Y 1 and Y 2 are formed, and strain-sensitive elements (third-direction strain-sensitive elements) Z 1 and Z 2 are formed along the outer periphery.

ひずみ受感素子X、Xは、それぞれ円弧状であり、図4に破線で示す荷重作用部12の輪郭に沿った周方向をグリッドの幅方向として、x方向に対向して形成されている。また、ひずみ受感素子Xとひずみ受感素子Xとは、それぞれ中心cから等距離の位置に形成されている。 The strain-sensitive elements X 1 and X 2 are arcuate, respectively, and are formed so as to face the x direction with the circumferential direction along the contour of the load acting portion 12 shown by the broken line in FIG. 4 as the width direction of the grid. There is. Further, the strain-sensitive element X 1 and the strain-sensitive element X 2 are formed at positions equidistant from the center c, respectively.

ひずみ受感素子Y、Yは、それぞれ円弧状であり、荷重作用部12の輪郭に沿った周方向をグリッドの幅方向として、y方向に対向して形成されている。また、ひずみ受感素子Yとひずみ受感素子Yとは、それぞれ中心cから等距離の位置に形成されている。 The strain-sensitive elements Y 1 and Y 2 are arcuate, respectively, and are formed so as to face each other in the y direction with the circumferential direction along the contour of the load acting portion 12 as the width direction of the grid. Further, the strain-sensitive element Y 1 and the strain-sensitive element Y 2 are formed at positions equidistant from the center c, respectively.

ひずみ受感素子Z、Zは、それぞれ円弧状であり、受感領域21sの周方向をグリッドの幅方向として、x方向に対向して形成されている。そして、ひずみ受感素子Z、Zは、ひずみ受感素子X、X、Y、Yの中心cとは反対側(外側)に配置されている。 The strain-sensitive elements Z 1 and Z 2 are arcuate, respectively, and are formed so as to face each other in the x direction with the circumferential direction of the sensitive region 21s as the width direction of the grid. The strain-sensitive elements Z 1 and Z 2 are arranged on the opposite side (outside) of the center c of the strain-sensitive elements X 1 , X 2 , Y 1 , and Y 2.

一対の不感領域21n1、21n2は、y方向に受感領域21sを挟んでおり、それぞれx方向を長辺方向、y方向を短辺方向とする矩形状である。 The pair of dead regions 21n1 and 21n2 sandwich the sensitive region 21s in the y direction, and have a rectangular shape with the x direction as the long side direction and the y direction as the short side direction, respectively.

不感領域21n1の表面上における受感領域21sから遠い部分には、それぞれx方向に延びる固定抵抗素子(第1方向固定抵抗素子)RX、RXが、x方向に並んで形成されており、受感領域21sに近い部分には、x方向に並ぶ4つの端子T、T、T、Tが形成されている。すなわち、不感領域21n1においては、固定抵抗素子RX、RXが端子T〜Tの、受感領域21sとは反対側に配置されている。 Fixed resistance elements (first-direction fixed resistance elements) RX 1 and RX 2 extending in the x direction are formed side by side in the x direction in a portion of the surface of the dead region 21n1 far from the sensitive region 21s. Four terminals T 1 , T 2 , T 3 , and T 4 arranged in the x direction are formed in a portion close to the sensitive region 21s. That is, in the dead region 21N1, a fixed resistance element RX 1, RX 2 terminal T 1 through T 4, are disposed on the opposite side of the sensitive region 21s.

同様に、不感領域21n2の表面上における受感領域21sから遠い部分には、それぞれx方向に延びる固定抵抗素子(第2方向固定抵抗素子)RY、RYが、x方向に並んで形成されており、受感領域21sに近い部分には、x方向に並ぶ4つの端子T、T、T、Tが形成されている。すなわち、不感領域21n2においては、固定抵抗素子RY、RYが端子T〜Tの、受感領域21sとは反対側に配置されている。 Similarly, fixed resistance elements (second-direction fixed resistance elements) RY 1 and RY 2 extending in the x direction are formed side by side in the x direction in a portion of the surface of the dead region 21n2 far from the sensitive region 21s. In the portion close to the sensitive region 21s, four terminals T 5 , T 6 , T 7 and T 8 arranged in the x direction are formed. That is, in the dead region 21N2, a fixed resistance element RY 1, RY 2 terminal T 5 through T 8, are arranged on the opposite side of the sensitive region 21s.

受感領域21sと不感領域21n1、21n2とを連結する連結領域21c1、21c2は、それぞれ、受感領域21sと不感領域21n1、21n2とが連結されるy方向に直交するx方向(直交方向)の寸法(幅)が受感領域21s、不感領域21n1、21n2のx方向の寸法(幅)より小さい。そのため基材21は、連結領域21c1、21c2においてくびれた形状となっている。 The connecting regions 21c1 and 21c2 connecting the sensitive regions 21s and the insensitive regions 21n1 and 21n2 are in the x direction (orthogonal direction) orthogonal to the y direction in which the insensitive regions 21s and the insensitive regions 21n1 and 21n2 are connected, respectively. The dimension (width) is smaller than the dimension (width) in the x direction of the sensitive region 21s and the dead regions 21n1 and 21n2. Therefore, the base material 21 has a constricted shape in the connecting regions 21c1 and 21c2.

図4及び図5に示すように、配線Wは、ひずみ受感素子X、X、固定抵抗素子RX、RXを接続して第1ブリッジ回路(第1ホイートストンブリッジ回路)BC1を構成している。また、ひずみ受感素子Xと固定抵抗素子RXとの間に端子Tが、ひずみ受感素子X、Xの間に端子Tが、固定抵抗素子RX、RXの間に端子Tが、ひずみ受感素子Xと固定抵抗素子RXとの間に端子Tが接続されている。 As shown in FIGS. 4 and 5, wire W may constitute the strain sensitive elements X 1, X 2, the first bridge circuit by connecting the fixed resistance element RX 1, RX 2 (first Wheatstone bridge circuit) BC1 doing. Further, the terminal T 1 is between the strain-sensitive element X 1 and the fixed resistance element RX 1 , the terminal T 2 is between the strain-sensitive elements X 1 and X 2 , and the terminal T 2 is between the fixed resistance elements RX 1 and RX 2 . The terminal T 3 is connected to the terminal T 4 between the strain-sensitive element X 2 and the fixed resistance element RX 2.

同様に、配線Wは、ひずみ受感素子Y、Y、固定抵抗素子RY、RYを接続して第2ブリッジ回路(第2ホイートストンブリッジ回路)BC2を構成している。ひずみ受感素子Yと固定抵抗素子RYの間に端子Tが、ひずみ受感素子Y、Yの間に端子Tが、固定抵抗素子RY、RYの間に端子Tが、ひずみ受感素子Yと固定抵抗素子RYの間に端子Tが接続されている。 Similarly, the wiring W connects the strain-sensitive elements Y 1 and Y 2 and the fixed resistance elements RY 1 and RY 2 to form a second bridge circuit (second Wheatstone bridge circuit) BC2. The terminal T 8 is between the strain-sensitive element Y 1 and the fixed resistance element RY 1 , the terminal T 6 is between the strain-sensitive elements Y 1 and Y 2 , and the terminal T is between the fixed resistance elements RY 1 and RY 2. No. 7 has a terminal T 5 connected between the strain-sensitive element Y 2 and the fixed resistance element RY 2.

ひずみ受感素子Zの一端はひずみ受感素子Xと固定抵抗素子RXとの間において第1ブリッジ回路BC1に接続されており、他端はひずみ受感素子Yと固定抵抗素子RYとの間において第2ブリッジ回路BC2に接続されている。同様に、ひずみ受感素子Zの一端はひずみ受感素子Xと固定抵抗素子RXとの間において第1ブリッジ回路BC1に接続されており、他端はひずみ受感素子Yと固定抵抗素子RYとの間において第2ブリッジ回路BC2に接続されている。これにより、一対の対辺部に第1ブリッジ回路BC1と第2ブリッジ回路BC2をそれぞれ有し、他の一対の対辺部にひずみ受感素子Z、Zをそれぞれ有する第3ブリッジ回路(第3ホイートストンブリッジ回路)BC3を構成している。 One end of the strain-sensitive element Z 1 is connected to the first bridge circuit BC1 between the strain-sensitive element X 1 and the fixed resistance element RX 1 , and the other end is connected to the strain-sensitive element Y 1 and the fixed resistance element RY. It is connected to the second bridge circuit BC2 with 1. Similarly, one end of the strain-sensitive element Z 2 is connected to the first bridge circuit BC1 between the strain-sensitive element X 2 and the fixed resistance element RX 2 , and the other end is fixed to the strain-sensitive element Y 2. It is connected to the second bridge circuit BC2 with the resistance element RY 2. Thus, a first bridge circuit BC1 to a pair of opposite sides portion of the second bridge circuit BC2 respectively sensitive elements Z 1 strain to another pair of opposite side portions, a third bridge circuit having Z 2, respectively (Third Wheatstone bridge circuit) BC3.

回路パターンCPに含まれるひずみ受感素子X、X、Y、Y、Z、Z、固定抵抗素子RX、RX、RY、RY、配線Wは互いに同じ材料により、さらに好ましくは一つの材料内の近傍の部位により形成されている。この材料は、一例として銅、銅/ニッケルなどの銅合金等である。回路パターンCPの基材21上へのプリントは、フォトエッチング、印刷、蒸着、スパッタリング等により行うことができる。 The strain-sensitive elements X 1 , X 2 , Y 1 , Y 2 , Z 1 , Z 2 , fixed resistance elements RX 1 , RX 2 , RY 1 , RY 2 , and wiring W included in the circuit pattern CP are made of the same material. , More preferably formed by nearby sites within one material. This material is, for example, a copper alloy such as copper or copper / nickel. The circuit pattern CP can be printed on the base material 21 by photoetching, printing, thin film deposition, sputtering or the like.

図3に示すように、ひずみゲージ20は、基材21の、回路パターンCPが形成された面とは反対側の面が起歪板11の裏面11bに接するように、本体部10に貼り付けられている。 As shown in FIG. 3, the strain gauge 20 is attached to the main body 10 so that the surface of the base material 21 opposite to the surface on which the circuit pattern CP is formed is in contact with the back surface 11b of the strain generating plate 11. Has been done.

具体的には、基材21の受感領域21sは、そのx方向及びy方向が本体部10のx方向及びy方向にそれぞれ一致し、中心cが軸Aに一致するように、起歪板11の裏面11bに貼り付けられている。すなわち、受感領域21sは、起歪板11の荷重を受けてひずみが生じる起歪領域に取り付けられている。したがって、基材21の受感領域21sを起歪板11に貼り付けた状態においては、ひずみ受感素子X、X及びひずみ受感素子Y、Yは、それぞれ、x方向及びy方向において荷重作用部12の外側の、ひずみが比較的大きく生じる領域に配置される。 Specifically, the sensitive region 21s of the base material 21 is a strain-causing plate so that its x-direction and y-direction coincide with the x-direction and y-direction of the main body 10, respectively, and the center c coincides with the axis A. It is attached to the back surface 11b of 11. That is, the sensitive region 21s is attached to the straining region where strain is generated by receiving the load of the strain generating plate 11. Therefore, in the state where the sensitive region 21s of the base material 21 is attached to the strain generating plate 11, the strain sensitive elements X 1 and X 2 and the strain sensitive elements Y 1 and Y 2 , respectively, are in the x direction and y. It is arranged in a region outside the load acting portion 12 in the direction in which a relatively large strain is generated.

基材21の一対の不感領域21n1、21n2は、それぞれ、折り曲げられて周壁13の内周面に貼り付けられている。すなわち、不感領域21n1、21n2は、起歪領域の外側に配置される。したがって、不感領域21n1に形成された端子T、T、T、T、不感領域21n2に形成された端子T、T、T、Tは、周壁13の径方向内側を向いて露出している。 The pair of insensitive regions 21n1 and 21n2 of the base material 21 are bent and attached to the inner peripheral surface of the peripheral wall 13, respectively. That is, the dead regions 21n1 and 21n2 are arranged outside the strain-causing region. Therefore, the terminals T 1 , T 2 , T 3 , T 4 formed in the dead region 21n1 and the terminals T 5 , T 6 , T 7 , and T 8 formed in the dead region 21n 2 are radially inside the peripheral wall 13. It is facing and exposed.

次に、本実施形態の3軸力センサ100、及びひずみゲージ20の使用方法と動作について説明する。 Next, the usage and operation of the three-axis force sensor 100 and the strain gauge 20 of the present embodiment will be described.

3軸力センサ100を電子ペン200に用いる場合には、まず、荷重作用部12をペン先(すなわち、ティップ32)に嵌合させる。次いで、端子T〜Tと信号処理回路(不図示)とを、それぞれ、リード線L〜Lを用いて接続する。端子T〜Tとリード線L〜Lの接合は任意の方法で行うことができ、例えばはんだや異方性導電フィルム(ACF)を用いて行うことができる。 When the 3-axis force sensor 100 is used for the electronic pen 200, first, the load acting portion 12 is fitted to the pen tip (that is, the tip 32). Then, the terminal T 1 through T 8 and the signal processing circuit (not shown), respectively, connected with the lead wire L 1 ~L 8. The terminals T 1 to T 8 and the lead wires L 1 to L 8 can be joined by any method, for example, using solder or an anisotropic conductive film (ACF).

端子T、Tは、それぞれ、リード線L、Lにより、電源(不図示)に接続される。端子T、T、端子T、T、端子T、Tは、それぞれ、リード線L、L、リード線L、L、リード線L、Lにより、信号処理回路内のアンプ(不図示)を介して、信号処理回路内の演算部(不図示)に接続される。 Terminals T 1 and T 5 are connected to a power source (not shown) by lead wires L 1 and L 5, respectively. Terminals T 2, T 3, the terminal T 6, T 7, the terminal T 4, T 8, respectively, the leads L 2, L 3, the leads L 6, L 7, the lead wire L 4, L 8, signal It is connected to a calculation unit (not shown) in the signal processing circuit via an amplifier (not shown) in the processing circuit.

3軸力センサ100の動作時には、電源により端子Tと端子Tとの間に入力電圧Eiをかける。第1ブリッジ回路BC1、第2ブリッジ回路BC2、第3ブリッジ回路BC3を構成する各ひずみ受感素子の抵抗値及び各固定抵抗素子の抵抗値は、基材21の受感領域21sにたわみがない状態において、端子T、T間で電圧が等しくなり、端子T、T間で電圧が等しくなり、端子T、T間で電圧が等しくなるように調整されている。 3 During operation of the force sensor 100, apply an input voltage Ei between the terminals T 1 and the terminal T 5 by the power source. The resistance value of each strain-sensitive element and the resistance value of each fixed resistance element constituting the first bridge circuit BC1, the second bridge circuit BC2, and the third bridge circuit BC3 have no deflection in the sensitive region 21s of the base material 21. in the state, a voltage equal between terminals T 2, T 3, the voltage equal between the terminal T 6, T 7, is adjusted so that the voltage becomes equal between the terminal T 4, T 8.

したがって、図6(a)に示す如く起歪板11にひずみが生じておらず、受感領域21sにたわみがない状態においては、端子T、T間、端子T、T間、端子T、T間に電位差はなく、演算部はひずみを算出しない。 Therefore, no distortion occurs in the strain-generating plate 11 as shown in FIG. 6 (a), in the absence of deflection sensitive region 21s, between the terminals T 2, T 3, between the terminals T 6, T 7, no potential difference between the terminals T 4, T 8, the arithmetic unit does not calculate the strain.

次に、図6(b)に示す如く荷重作用部12にx方向の荷重が付加されると、荷重作用部12が荷重を受けて移動し、起歪板11にひずみを生じさせる。この時、起歪板11に貼り付けられたひずみゲージ20の基材21の受感領域21sも起歪板11と一体にたわみ、ひずみ受感素子Xには圧縮ひずみが、ひずみ受感素子Xには伸びひずみが生じる。 Next, when a load in the x direction is applied to the load acting portion 12 as shown in FIG. 6B, the load acting portion 12 receives the load and moves, causing strain on the strain generating plate 11. At this time, the sensitive region 21s of the substrate 21 of the strain gauge 20 attached to Okoshiibitsuban 11 also strain-generating plate 11 and the flexure together, compressive strain in the strain sensitive elements X 1 is, strain sensitive elements Elongation strain occurs in X 2.

これにより、ひずみ受感素子X、Xの抵抗値がそれぞれ変化し、ひずみ受感素子X、Xを含む第1ブリッジ回路BC1の端子T、T間に電位差が生じる。演算部はこの電位差に基づいて、起歪板11に生じたひずみの量を求め、荷重作用部12に作用したc方向の荷重の大きさを求める。なおこの時、周壁13にはひずみは生じておらず、固定抵抗素子RX、RXの抵抗値は一定である。 Accordingly, the strain sensitive elements X 1, the resistance value of X 2 is changed respectively, a potential difference occurs between the terminals T 2, T 3 of the first bridge circuit BC1 including sensitive elements X 1, X 2 strain. Based on this potential difference, the calculation unit obtains the amount of strain generated in the strain generating plate 11, and obtains the magnitude of the load acting on the load acting unit 12 in the c direction. At this time, no strain is generated on the peripheral wall 13, and the resistance values of the fixed resistance elements RX 1 and RX 2 are constant.

荷重作用部12にy方向の荷重が付加された場合も、同様にして作用したy方向の荷重の大きさを求める。 When a load in the y direction is applied to the load acting portion 12, the magnitude of the applied load in the y direction is obtained in the same manner.

荷重作用部12にz方向の荷重が付加された場合には、起歪板11及び基材21の受感領域21sは中心が突出するように湾曲するため、ひずみ受感素子X、X、Y、Y、Z、Zの全てにおいて延びひずみが生じる。これにより、第1ブリッジ回路BC1の合成抵抗、第2ブリッジ回路BC2の合成抵抗、ひずみ受感素子Z、Zの抵抗値がそれぞれ変化し、第3ブリッジ回路BC3の端子T、T間に電位差が生じる。演算部はこの電位差に基づいて、起歪板11に生じたひずみの量を求め、荷重作用部12に作用したz方向の荷重の大きさを求める。 When a load in the z direction is applied to the load acting portion 12, the sensation region 21s of the strain generating plate 11 and the base material 21 is curved so that the center protrudes, so that the strain sensitizing elements X 1 and X 2 , Y 1 , Y 2 , Z 1 , and Z 2 all have extended strain. As a result, the combined resistance of the first bridge circuit BC1, the combined resistance of the second bridge circuit BC2, and the resistance values of the strain-sensitive elements Z 1 and Z 2 , respectively, change, and the terminals T 4 and T 8 of the third bridge circuit BC 3 change. There is a potential difference between them. Based on this potential difference, the calculation unit obtains the amount of strain generated in the strain generating plate 11, and obtains the magnitude of the load acting on the load acting unit 12 in the z direction.

ここで、第1ブリッジ回路BC1の固定抵抗素子RX、RX、第2ブリッジ回路BC2の固定抵抗素子RY、RYを基材21上にプリントし、ひずみ受感素子X、X、Y、Y、Z、Zと同一の材料により形成する意義について説明する。 Here, the fixed resistance elements RX 1 and RX 2 of the first bridge circuit BC1 and the fixed resistance elements RY 1 and RY 2 of the second bridge circuit BC 2 are printed on the base material 21, and the strain sensitive elements X 1 and X 2 are printed. , Y 1 , Y 2 , Z 1 , Z 2 and the significance of forming with the same material will be described.

(1)固定抵抗素子RX、RX、RY、RYをこのように形成することにより、固定抵抗素子RX、RX、RY、RYが、ひずみ受感素子X、X、Y、Y、Z、Zと同一の材料で、且つこれらに近接した位置に形成されることになる。ここで、温度変化に対する抵抗値の変化の割合を示す抵抗温度係数は、材料に依存する物性値であるため、本実施形態では全ひずみ受感素子と全固定抵抗素子の抵抗温度係数は等しい。また、固定抵抗素子RX、RX、RY、RYが基材21上に形成されており、ひずみ受感素子X、X、Y、Y、Z、Zの近傍に形成されているため、全ひずみ受感素子と全固定抵抗素子に影響する周囲温度の変化は実質的に同一となる。したがって、周囲温度に変化が生じた場合には、全ひずみ受感素子の抵抗値と全固定抵抗素子の抵抗値は同一の割合で変化する。 (1) By forming the fixed resistance elements RX 1 , RX 2 , RY 1 , and RY 2 in this way, the fixed resistance elements RX 1 , RX 2 , RY 1 , and RY 2 are strain-sensitive elements X 1 , X. It will be formed of the same material as 2 , Y 1 , Y 2 , Z 1 , and Z 2, and at a position close to these. Here, since the resistance temperature coefficient indicating the rate of change of the resistance value with respect to the temperature change is a physical property value depending on the material, the resistance temperature coefficients of the total strain-sensitive element and the total fixed resistance element are equal in the present embodiment. Further, the fixed resistance elements RX 1 , RX 2 , RY 1 , and RY 2 are formed on the base material 21, and are in the vicinity of the strain-sensitive elements X 1 , X 2 , Y 1 , Y 2 , Z 1 , and Z 2. Since it is formed in, the change in ambient temperature that affects the total strain sensitive element and the total fixed resistance element is substantially the same. Therefore, when the ambient temperature changes, the resistance value of the total strain-sensitive element and the resistance value of the total fixed resistance element change at the same rate.

第1ブリッジ回路BC1、第2ブリッジ回路BC2、第3ブリッジ回路BC3においては、それぞれに含まれる抵抗素子(ひずみ受感素子及び固定抵抗素子)の間で抵抗値のバランスが変化した場合に、端子T、T間、端子T、T間、端子T、T間に電位差が生じ、これに基づきひずみが検出される。したがって周囲温度の変化によりひずみ受感素子の抵抗値及び固定抵抗素子の抵抗値の間のバランスが変化した場合には、このバランスの変化により計測誤差が生じ得る。しかしながら、本実施形態においては、周囲温度に変化が生じた場合には、全ひずみ受感素子の抵抗値と全固定抵抗素子の抵抗値が同一の割合で変化するため、周囲の温度が変化した場合でも各素子間の抵抗値のバランスは変化せず、計測誤差の発生が抑制される。なお、回路パターンCPの形成時に、一体の塊りとして準備された材料(銅、銅合金等)の近傍の部位を用いてひずみ受感素子等を形成することで、ひずみ受感素子X、X、Y、Y、Z、Z、固定抵抗素子RX、RX、RY、RY、配線Wの抵抗温度係数をより均一とでき、計測誤差の発生をより良好に抑制することができる。 In the first bridge circuit BC1, the second bridge circuit BC2, and the third bridge circuit BC3, when the balance of resistance values changes between the resistance elements (distortion-sensitive element and fixed resistance element) included in each, the terminals between T 2, T 3, between the terminals T 6, T 7, the potential difference between the terminals T 4, T 8 occurs, the strain on the basis of which is detected. Therefore, when the balance between the resistance value of the strain-sensitive element and the resistance value of the fixed resistance element changes due to a change in the ambient temperature, a measurement error may occur due to this change in the balance. However, in the present embodiment, when the ambient temperature changes, the resistance value of the total strain-sensitive element and the resistance value of the total fixed resistance element change at the same rate, so that the ambient temperature changes. Even in this case, the balance of resistance values between the elements does not change, and the occurrence of measurement error is suppressed. When the circuit pattern CP is formed, the strain-sensitive element X 1 is formed by forming a strain-sensitive element or the like using a portion near the material (copper, copper alloy, etc.) prepared as an integral mass. The resistance temperature coefficient of X 2 , Y 1 , Y 2 , Z 1 , Z 2 , fixed resistance element RX 1 , RX 2 , RY 1 , RY 2 , and wiring W can be made more uniform, and the occurrence of measurement error is better. It can be suppressed.

(2)本実施形態のように、第1ブリッジ回路BC1の固定抵抗素子RX、RX、第2ブリッジ回路BC2の固定抵抗素子RY、RYを、基材21の不感領域21n1、21n2に形成し、不感領域21n1、21n2を、本体部10のひずみが生じない部分(起歪領域の外側)に貼り付けた場合には、固定抵抗素子RX、RX、RY、RYを温度補償用のダミーゲージとして作用させることができる。したがって、周囲温度の変化により起歪板11を含む本体部10に膨張や収縮が生じた場合にも、この膨張や収縮によるひずみ受感素子X、X、Y、Yの抵抗値の変化を補償して、計測誤差の発生を抑制することができる。 (2) As in the present embodiment, the fixed resistance elements RX 1 and RX 2 of the first bridge circuit BC1 and the fixed resistance elements RY 1 and RY 2 of the second bridge circuit BC 2 are arranged in the dead regions 21n1 and 21n2 of the base material 21. When the dead regions 21n1 and 21n2 are attached to the portion of the main body 10 where distortion does not occur (outside the strain-causing region), the fixed resistance elements RX 1 , RX 2 , RY 1 , and RY 2 are formed. It can act as a dummy gauge for temperature compensation. Therefore, even when the main body 10 including the strain generating plate 11 expands or contracts due to a change in ambient temperature, the resistance values of the strain-sensitive elements X 1 , X 2 , Y 1 , and Y 2 due to the expansion and contraction. It is possible to compensate for the change in the above and suppress the occurrence of measurement error.

(3)固定抵抗素子RX、RX、RY、RYを基材21上にプリントして形成することにより、第1ブリッジ回路BC1、第2ブリッジ回路BC2、第3ブリッジ回路BC3を、それぞれ、基材21上で完結した閉回路として形成することができる。 (3) The first bridge circuit BC1, the second bridge circuit BC2, and the third bridge circuit BC3 are formed by printing the fixed resistance elements RX 1 , RX 2 , RY 1 , and RY 2 on the base material 21. Each can be formed as a complete closed circuit on the substrate 21.

ブリッジ回路を構成するひずみ受感素子を基材上にプリントし、ブリッジ回路を構成する固定抵抗素子を基材の外部、例えば信号処理回路に設ける場合には、ブリッジ回路を閉回路とするために、基材上のひずみ受感素子と信号処理部の固定抵抗素子とをリード線等により接続する必要がある。この場合、基材上の配線とリード線との接続は、基材上に設けられた電極にリード線を接合して行うが、電極とリード線との接合部に接合抵抗が生じるとこれがブリッジ回路内の抵抗となり大きなひずみ検出誤差の原因となるため、接合方法は、接合抵抗が実質的に無視できるほど小さいはんだ接合に限られている。 When the strain-sensitive element constituting the bridge circuit is printed on the base material and the fixed resistance element constituting the bridge circuit is provided outside the base material, for example, in the signal processing circuit, the bridge circuit is closed. , It is necessary to connect the strain-sensitive element on the base material and the fixed resistance element of the signal processing unit with a lead wire or the like. In this case, the wiring on the base material and the lead wire are connected by joining the lead wire to the electrode provided on the base material, but when a joining resistance occurs at the joint portion between the electrode and the lead wire, this is a bridge. Since it becomes a resistance in the circuit and causes a large strain detection error, the joining method is limited to solder joining in which the joining resistance is substantially negligible.

しかしながら、はんだ接合を良好に行うためには、基材上に比較的大きな電極を設け、且つ複数の電極間のピッチを確保する必要があるため、基材が大きくなってしまう。また、はんだ接合を良好に行うためにはある程度の厚みを有してはんだを盛る必要があるため、3軸力センサの小型化の妨げにもなる。 However, in order to perform good solder bonding, it is necessary to provide a relatively large electrode on the base material and secure a pitch between the plurality of electrodes, so that the base material becomes large. Further, in order to perform good solder bonding, it is necessary to pile up the solder with a certain thickness, which hinders the miniaturization of the triaxial force sensor.

これに対し、本実施形態では、第1ブリッジ回路BC1、第2ブリッジ回路BC2、第3ブリッジ回路BC3が、それぞれ、基材21上で完結した閉回路として形成されており、端子T〜Tを介した基材21と信号処理部との接続は、第1ブリッジ回路BC1、第2ブリッジ回路BC2、第3ブリッジ回路BC3を電源や演算部に接続するための接合にすぎない。したがって、本実施形態においては、端子T〜Tとリード線L〜Lとの接合部において接合抵抗の発生が許容され、はんだ接合以外の任意の接合方法、例えば異方性導電フィルムを用いた接合を採用することができる。なお、異方性導電フィルムを用いることにより、電極の大きさ、電極間のピッチ、接合部の厚さをいずれもはんだ接合の場合の10分の1程度に抑えることができるため、3軸力センサ100の小型化を望む場合には異方性導電フィルムによる接合が有利である。 In contrast, in the present embodiment, the first bridge circuit BC1, second bridge circuit BC2, the third bridge circuit BC3, respectively, is formed as a closed circuit was completed on the substrate 21, the terminal T 1 through T The connection between the base material 21 and the signal processing unit via 8 is merely a connection for connecting the first bridge circuit BC1, the second bridge circuit BC2, and the third bridge circuit BC3 to the power supply and the arithmetic unit. Accordingly, in the present embodiment, generation of junction resistance at the junction between the terminal T 1 through T 8 and the lead wire L 1 ~L 8 is allowed, any bonding means other than solder bonding, for example, an anisotropic conductive film It is possible to adopt the joining using. By using an anisotropic conductive film, the size of the electrodes, the pitch between the electrodes, and the thickness of the joint can all be suppressed to about 1/10 of that in the case of solder bonding, so that the triaxial force can be suppressed. When it is desired to reduce the size of the sensor 100, bonding with an anisotropic conductive film is advantageous.

本実施形態のひずみゲージ20、及び、3軸力センサ100の効果は以下の通りである。 The effects of the strain gauge 20 and the triaxial force sensor 100 of this embodiment are as follows.

ひずみゲージ20は、第1ブリッジ回路BC1の固定抵抗素子RX、RX、第2ブリッジ回路BC2の固定抵抗素子RY、RYを基材21上に形成しているため、上記(2)、(3)の効果を奏することができ、更に固定抵抗素子RX、RX、RY、RYをひずみ受感素子X、X、Y、Yと同一の材料により形成しているため上記(1)の効果を奏することができる。 Since the strain gauge 20 forms the fixed resistance elements RX 1 and RX 2 of the first bridge circuit BC1 and the fixed resistance elements RY 1 and RY 2 of the second bridge circuit BC 2 on the base material 21, the above (2) , (3) can be exhibited, and the fixed resistance elements RX 1 , RX 2 , RY 1 , and RY 2 are formed of the same material as the strain-sensitive elements X 1 , X 2 , Y 1 , and Y 2. Therefore, the effect of (1) above can be achieved.

ひずみゲージ20においては、受感領域21sには、ひずみ受感素子X、X、Y、Y、Z、Zのみが形成されており、端子T〜T及び固定抵抗素子RX、RX、RY、RYは不感領域21n1、21n2に形成されている。したがって、受感領域21sの径(寸法)を小さくすることができ、ひいては3軸力センサ100の起歪板11を小さくすることができる。起歪板11の小型化は3軸力センサ100の小型化につながり好もしい。 In the strain gauge 20, only the strain-sensitive elements X 1 , X 2 , Y 1 , Y 2 , Z 1 , and Z 2 are formed in the strain-sensitive region 21s, and the terminals T 1 to T 8 and the fixed resistance are formed. The elements RX 1 , RX 2 , RY 1 , and RY 2 are formed in the dead regions 21n1 and 21n2. Therefore, the diameter (dimension) of the sensitive region 21s can be reduced, and the strain generating plate 11 of the triaxial force sensor 100 can be reduced. The miniaturization of the strain generating plate 11 leads to the miniaturization of the 3-axis force sensor 100, which is preferable.

ひずみゲージ20においては、端子T〜Tが不感領域21n1、21n2に設けられているため、必要に応じて、受感領域21sの径を大きくすることなく、端子T〜Tの寸法を大きくし、リード線等との接合作業を容易とすることができる。 In the strain gauge 20, since the terminal T 1 through T 8 is provided in the dead region 21N1,21n2, if necessary, without increasing the diameter of the sensitive area 21s, the size of the terminal T 1 through T 8 Can be increased to facilitate the joining work with the lead wire or the like.

ひずみゲージ20の基材21は、受感領域21sと不感領域21n1、21n2の間に、受感領域21s及び不感領域21n1、21n2よりも幅の狭い連結領域21c1、21c2を有するため、受感領域21s及び不感領域21n1、21n2を、連結領域21c1、21c2との接続部に規制されることなく様々な態様で配置することができる。 Since the base material 21 of the strain gauge 20 has the sensitive regions 21s and the connecting regions 21c1 and 21c2 narrower than the sensitive regions 21n1 and 21n2 between the sensitive regions 21s and the dead regions 21n1 and 21n2, the sensitive regions 21c1 and 21c2. The 21s and the dead regions 21n1 and 21n2 can be arranged in various ways without being restricted by the connection portion with the connecting regions 21c1 and 21c2.

本実施形態の3軸力センサ100及び電子ペン200は、ひずみゲージ20を備えるため、ひずみゲージ20の効果と同様の効果を奏することができる。 Since the three-axis force sensor 100 and the electronic pen 200 of the present embodiment include the strain gauge 20, the same effect as that of the strain gauge 20 can be obtained.

本発明の特徴を維持する限り、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。 As long as the features of the present invention are maintained, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and other embodiments considered within the scope of the technical idea of the present invention are also included within the scope of the present invention. ..

10 本体部
11 起歪板(起歪部材)
12 荷重作用部
13 周壁
20 ひずみゲージ
21 基材
21s 受感領域
21c1、21c2 連結領域
21n1、21n2 不感領域
31、32 ティップ
33 ホルダ
34 ボディ
35 フロントキャップ
100 3軸力センサ
200 電子ペン
BC1 第1ブリッジ回路(第1ホイートストンブリッジ回路)
BC2 第2ブリッジ回路(第2ホイートストンブリッジ回路)
BC3 第3ブリッジ回路(第3ホイートストンブリッジ回路)
RX、RX 固定抵抗素子(第1方向固定抵抗素子)
RY、RY 固定抵抗素子(第2方向固定抵抗素子)
〜T 端子
、X ひずみ受感素子(第1方向ひずみ受感素子)
、Y ひずみ受感素子(第2方向ひずみ受感素子)
、Z ひずみ受感素子(第3方向ひずみ受感素子)
10 Main body 11 Distortion plate (distortion member)
12 Load acting part 13 Peripheral wall 20 Strain gauge 21 Base material 21s Sensitive area 21c1, 21c2 Connecting area 21n1, 21n2 Insensitive area 31, 32 Tip 33 Holder 34 Body 35 Front cap 100 3-axis force sensor 200 Electronic pen BC1 First bridge circuit (1st Wheatstone bridge circuit)
BC2 2nd bridge circuit (2nd Wheatstone bridge circuit)
BC3 3rd bridge circuit (3rd Wheatstone bridge circuit)
RX 1 , RX 2 fixed resistance element (first direction fixed resistance element)
RY 1 , RY 2 fixed resistance element (second direction fixed resistance element)
T 1 to T 8 terminals X 1 , X 2 Strain-sensitive element (first-direction strain-sensitive element)
Y 1 , Y 2 strain-sensitive element (second-direction strain-sensitive element)
Z 1 and Z 2 strain-sensitive elements (third-direction strain-sensitive elements)

Claims (4)

力の検出に用いられる起歪体であって、
検出対象の力が作用する力作用位置、該力作用位置に作用する力を受けてひずみが生じる起歪領域、及び前記起歪領域とは異なる領域を有する起歪部材と、
前記起歪部材の前記起歪領域に設けられた一対のひずみ受感素子と、
前記起歪部材の前記起歪領域とは異なる領域に設けられた第1固定抵抗素子とを備え、
前記一対のひずみ受感素子及び第1固定抵抗素子が同一材料で形成され、且つ力を検出するためのホイートストンブリッジを構成しており、
前記一対のひずみ受感素子が前記力作用位置から等距離であり、且つ前記力作用位置を中心として対称である位置に設けられており、
前記起歪部材の前記起歪領域とは異なる領域に設けられた第2固定抵抗素子を更に備え、
前記一対のひずみ受感素子、第1固定抵抗素子、及び第2固定抵抗素子が力を検出するためのホイートストンブリッジを構成している起歪体。
It is a strain-causing body used for force detection.
A force acting position on which the force of the detection target acts, a straining region in which strain is generated by receiving the force acting on the force acting position, and a straining member having a region different from the straining region.
A pair of strain- sensitive elements provided in the strain-causing region of the strain-causing member, and
A first fixed resistance element provided in a region different from the strain-causing region of the strain-causing member is provided.
The pair of strain-sensitive elements and the first fixed resistance element are made of the same material and form a Wheatstone bridge for detecting a force.
The pair of strain- sensitive elements are provided at positions equidistant from the force acting position and symmetrical with respect to the force acting position .
A second fixed resistance element provided in a region different from the strain-causing region of the strain-causing member is further provided.
A strain-causing body in which the pair of strain-sensitive elements, a first fixed resistance element, and a second fixed resistance element form a Wheatstone bridge for detecting a force.
力の検出に用いられる起歪体であって、 It is a strain-causing body used for force detection.
検出対象の力が作用する力作用位置、該力作用位置に作用する力を受けてひずみが生じる起歪領域、及び前記起歪領域とは異なる領域を有する起歪部材と、 A force acting position on which the force of the detection target acts, a straining region in which strain is generated by receiving the force acting on the force acting position, and a straining member having a region different from the straining region.
前記起歪部材の前記起歪領域に設けられた一対の第1ひずみ受感素子と、 A pair of first strain-sensitive elements provided in the strain-causing region of the strain-causing member, and
前記起歪部材の前記起歪領域に設けられた一対の第2ひずみ受感素子と、 A pair of second strain-sensitive elements provided in the strain-causing region of the strain-causing member, and
前記起歪部材の前記起歪領域とは異なる領域に設けられた第1固定抵抗素子と、 A first fixed resistance element provided in a region different from the strain-causing region of the strain-causing member, and
前記起歪部材上に設けられ、且つ前記一対の第1ひずみ受感素子の一方と前記一対の第2ひずみ受感素子の一方とを電気的に接続する第1配線と、 A first wiring provided on the strain-causing member and electrically connecting one of the pair of first strain-sensitive elements and one of the pair of second strain-sensitive elements.
第1配線とは異なる第2配線であって、前記起歪部材上に設けられ、且つ前記一対の第1ひずみ受感素子の他方と前記一対の第2ひずみ受感素子の他方とを電気的に接続する第2配線とを備え、 A second wiring different from the first wiring, which is provided on the strain-causing member and electrically connects the other of the pair of first strain-sensitive elements and the other of the pair of second strain-sensitive elements. Equipped with a second wiring to connect to
前記一対の第1ひずみ受感素子及び第1固定抵抗素子が同一材料で形成され、且つ力を検出するためのホイートストンブリッジを構成しており、 The pair of first strain-sensitive elements and first fixed resistance elements are made of the same material and form a Wheatstone bridge for detecting force.
前記一対の第1ひずみ受感素子が前記力作用位置から等距離であり、且つ前記力作用位置を中心として対称である位置に設けられており、 The pair of first strain-sensitive elements are provided at positions equidistant from the force acting position and symmetrical with respect to the force acting position.
前記一対の第2ひずみ受感素子が前記力作用位置から等距離であり、且つ前記力作用位置を中心として対称である位置に設けられている起歪体。 A strain-causing body in which the pair of second strain-sensitive elements are equidistant from the force acting position and symmetrical with respect to the force acting position.
前記起歪部材の前記起歪領域とは異なる領域に設けられた第2固定抵抗素子を更に備え、
前記一対の第1ひずみ受感素子、第1固定抵抗素子、及び第2固定抵抗素子が力を検出するためのホイートストンブリッジを構成している請求項に記載の起歪体。
A second fixed resistance element provided in a region different from the strain-causing region of the strain-causing member is further provided.
The strain-causing body according to claim 2 , wherein the pair of first strain-sensitive elements, a first fixed resistance element, and a second fixed resistance element constitute a Wheatstone bridge for detecting a force.
請求項1〜3のいずれか一項に記載の起歪体と、
検出対象の力を前記力作用位置に作用させるように前記起歪部材に接続された力作用部材とを備えるセンサ。
The strain-causing body according to any one of claims 1 to 3,
A sensor including a force acting member connected to the strain generating member so as to apply a force to be detected to the force acting position.
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