载荷传感器装置的制作方法

1.本发明涉及对载荷(load)进行感测的载荷传感器装置。


背景技术：

2.近年，在电子设备等中多利用对载荷进行感测的载荷传感器装置。在特许文献1中公开了如下的压力传感器，其特征在于，具备：压敏元件，具有形成有第一电极的压敏面和第二电极，根据作用于上述压敏面的压力，上述第一电极与上述第二电极之间的电学物理参数发生变化；加压部件，具有导电性；以及支承部，在对上述加压部件施加了向上述压敏元件的上述第一电极方向的规定值以上的载荷的情况下，以上述加压部件的一方的端部与上述压敏元件的上述第一电极接触的方式对上述加压部件进行支承，上述压力传感器以基于上述加压部件与上述压敏元件的第二电极之间的电学物理参数的测定结果来判断载荷是否施加于上述加压部件的形式被使用。
3.在专利文献2中公开了载荷检测装置，该载荷检测装置具备通过使电流在线圈中流动而使磁性体磁化，并且对该磁性体施加载荷来使其磁特性变化，将该磁特性的变化转换为电压变化并进行输出来检测载荷的磁致伸缩式载荷传感器，所述载荷检测装置的特征在于，在上述磁致伸缩式载荷传感器或包括该磁致伸缩式载荷传感器的载荷检测系统设有包括弹性体来构成的过载荷防止机构。
4.在专利文献3中公开了面板开关，该面板开关包括：开关单元，用胶带使具有弹性的由金属形成的隔板以与马蹄形接点同心且接触的方式贴合而构成于由在绝缘基板或绝缘片上形成的马蹄形接点和与其内侧邻接的大致圆形的接点上；按钮，在下表面设有对上述隔板的中心部进行按压的杆；以及减震板，夹在上述开关单元的隔板与按钮的杆之间并由硅酮橡胶、发泡材料形成。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本特开2015－152429号公报
8.专利文献2：日本特开2001－281074号公报
9.专利文献3：日本专利第2926970号公报
10.在对载荷进行感测的载荷传感器装置中，除了要求较高的感测精度以及检测值相对于载荷的直线性以外，优选具有对可能在制造过程、使用时被施加的冲击的耐受性。


技术实现要素：

11.本发明是鉴于如上的实际情况而完成的，其目的在于提供一种能够实现检测值的高精度化并且获得优异的耐冲击性的载荷传感器装置。
12.本技术发明者们以检测值的高精度化的观点进行探讨的结果是得出了如下的见解：使在被施加了载荷时按压载荷传感器的受压部的部件(按压部件)与受压部在无负荷状态下不接触为好。但是，若像这样设为在无负荷状态下不接触，则在从外部受到冲击时，按
压部件与受压部发生碰撞，载荷传感器可能会因为该碰撞而受损，这也是很明显的。因此，进一步进行探讨的结果是得到了如下新的见解：在载荷施加状态下刚性按压部件向受压部产生位移时，使弹性地支承刚性按压部件的部件的过度变形以及变形速度缓和，由此能够减少载荷传感器在受到上述冲击时受损的可能性。
13.基于相关见解而完成的本发明的一个方案中，载荷传感器装置的特征在于，具备：载荷传感器，具有受压部；壳体，收纳载荷传感器；弹性体，承受载荷并按压载荷传感器；以及按压部件，设于弹性体与载荷传感器之间，按压部件具有：刚性按压部，能够与受压部接触；以及弹性支承体，将刚性按压部支承于壳体，在载荷未施加于弹性体的状态下在刚性按压部与受压部之间设有间隙，在载荷施加于弹性体时，弹性支承部以缩小刚性按压部与受压部的间隙的方式产生弹性变形，载荷传感器装置具备能够缓和弹性支承部的弹性变形的缓冲部。
14.根据这样的构成，通过使按压部件具有弹性，在弹性体被按压时，能够从弹性体经由弹性支承部以及刚性按压部将载荷传递给受压部。该载荷传感器装置中，在对按压部件施加了冲击时，通过缓冲部来缓和弹性支承部的弹性变形，由此能够使刚性按压部的位移速度下降从而缓和从刚性按压部向受压部传递的冲击力。
15.在上述载荷传感器装置中，弹性支承部可以具有从刚性按压部向与载荷施加方向交叉的方向延伸的板簧部。此外，板簧部可以与刚性按压部设置成一体。如此，弹性支承部具有从刚性按压部向与载荷施加方向交叉的方向延伸的板簧部，由此，与螺旋弹簧相比能够稳定且节省空间地支承刚性按压部，并且易于使载荷传递至受压部。
16.在上述载荷传感器装置中，缓冲部可以具有配置于按压部件的与载荷传感器对置的一侧的第一软弹性部件。由此，在对按压部件施加了冲击时，产生弹性变形的弹性支承部能够与第一软弹性部件接触从而缓和弹性支承部的弹性变形。
17.在上述载荷传感器装置中，优选的是，第一软弹性部件具有第一贯通孔，在载荷施加于弹性体的状态下，刚性按压部与受压部能够经由第一贯通孔发生接触。由此，即使在按压部件的与载荷传感器对置的一侧设有第一软弹性部件，在刚性按压部与受压部接触时也能够经由第一贯通孔直接接触，能够不隔着第一软弹性部件地将按压部件的载荷传递给受压部。
18.在上述载荷传感器装置中，缓冲部可以具有配置于板簧部的与弹性体对置的一侧的第二软弹性部件。由此，在对按压部件施加了冲击时，产生弹性变形的弹性支承部能够与第二软弹性部件接触从而缓和弹性支承部的弹性变形。
19.在上述载荷传感器装置中，优选的是，第二软弹性部件具有第二贯通孔，在载荷施加于弹性体的状态下，弹性体或配置于弹性体和刚性按压部之间的部件与刚性按压部经由第二贯通孔相接。由此，即使在板簧部的与弹性体对置的一侧设有第二软弹性部件，弹性体或配置于弹性体和刚性按压部之间的部件与刚性按压部也能够经由第二贯通孔直接接触，能够不隔着第二软弹性部件地从弹性体向按压部件传递载荷。
20.在上述载荷传感器装置中，缓冲部可以在壳体内具有由具有缓冲性的流动物质构成的部分。由此，能够通过由流动物质构成的部分使刚性按压部的位移速度下降，从而能够缓和从刚性按压部向受压部传递的冲击力。
21.在上述载荷传感器装置中，壳体可以具有限制载荷施加于弹性体的状态下的弹性
体向载荷施加方向的变形量的止动件。由此，在对弹性体施加了过载荷时，弹性体的变形量被止动件限制，从而能够保护载荷传感器免受过载荷。
22.在上述载荷传感器装置中，按压部件的周缘部可以固定于壳体。由此，按压部件的周缘部被壳体支承，能够使按压部件以中央部分以按压部件的周缘部为支点挠曲的方式产生位移。
23.在上述载荷传感器装置中，优选的是，在从载荷施加方向观察时，刚性按压部整体与弹性体的载荷承受部重复，受压部整体与刚性按压部重复。由此，能够将由弹性体的载荷承受部承受的载荷经由刚性按压部在载荷施加方向上径直地向载荷传感器的受压部施加。
24.在上述载荷传感器装置中，载荷传感器可以具有：位移部，通过由受压部承受的载荷而产生位移；以及多个压电电阻元件，对位移部的位移量进行电学检测。在使用这样的多个压电电阻元件的载荷传感器中，在对受压部施加了冲击时通过多个压电电阻元件获得的检测值的平衡容易破坏。上如所述，能够通过缓冲部来缓和弹性支承部的弹性变形，从而能够缓和从刚性按压部向受压部传递的冲击力，由此，即使在施加了冲击的情况下也易于维持通过多个压电电阻元件获得的检测值的平衡。
25.在上述载荷传感器装置中，优选的是，缓冲部与弹性支承部接触地设置。由此，能够在弹性支承部产生弹性变形时通过缓冲部有效地缓和弹性变形。
26.在上述载荷传感器装置中，缓冲部包括附着于弹性支承部的凝胶状的树脂。由此，能够在弹性支承部产生弹性变形时通过凝胶状的树脂有效地缓和弹性变形。
27.在上述载荷传感器装置中，可以在弹性体与刚性按压部之间设有刚性板部。通过设置这样的刚性板部，能够抑制从弹性体向刚性按压部传递的载荷的流失从而提高测定精度。
28.发明效果
29.根据本发明，能够提供一种能够实现检测值的高精度化并且能够获得优异的耐冲击性的载荷传感器装置。
附图说明
30.图1为举例示出第一实施方式的载荷传感器装置的构成的立体图。
31.图2为举例示出第一实施方式的载荷传感器装置的构成的、图1的a－a线处的剖视图。
32.图3为第一实施方式的载荷传感器装置的分解立体图。
33.图4为举例示出载荷传感器的位移部的俯视图。
34.图5为举例示出第一实施方式的载荷传感器装置的缓冲部的配置的立体图。
35.图6(a)以及图6(b)为举例示出本实施方式的载荷传感器装置的动作的图。
36.图7为第二实施方式的载荷传感器装置的分解立体图。
37.图8为举例示出第二实施方式的载荷传感器装置的构成的剖视图。
38.图9为第三实施方式的载荷传感器装置的分解立体图。
39.图10为举例示出第三实施方式的载荷传感器装置的构成的剖视图。
40.图11为第四实施方式的载荷传感器装置的分解立体图。
41.图12为举例示出第四实施方式的载荷传感器装置的构成的剖视图。
42.图13为举例示出第五实施方式的载荷传感器装置的构成的剖视图。
43.图14为举例示出本发明例1的载荷试验的结果的图。
44.图15为举例示出本发明例2的载荷试验的结果的图。
45.图16为举例示出本发明例3的载荷试验的结果的图。
46.图17为表示本发明例1～3的载荷试验的结果的图。
47.图18为表示本发明例4～6的载荷试验的结果的图。
48.图19为举例示出比较例的载荷试验的结果的图。
49.图20为举例示出比较例的载荷试验的结果的图。
50.图21为表示参考例1～2的载荷试验的结果的图。
51.附图标记说明
52.1、1b、1c、1d、1e
……
载荷传感器装置
53.10
……
载荷传感器
54.11
……
受压部
55.12
……
传感器基板
56.13
……
基底基板
57.14
……
芯片接合(die bond)树脂
58.15
……
键合线(bonding wire)
59.20
……
壳体
60.21
……
缘部
61.22
……
收纳部
62.23
……
台阶部
63.23a
…
突起部
64.25
……
卡钩
65.30
……
按压部件
66.31
……
弹性体
67.32
……
刚性按压部
68.33
……
弹性支承部
69.40
……
框架
70.40h
……
孔
71.50
……
缓冲部
72.51
……
第一软弹性部件
73.51h
……
第一贯通孔
74.52
……
第二软弹性部件
75.52h
……
第二贯通孔
76.53
……
流动物质部分
77.60
……
刚性板部
78.61
……
凸部
79.90
……
板
80.121
……
位移部
81.122
……
压电电阻元件(piezo resistance element)
82.311
……
突出部
83.312
……
法兰部
84.330
……
板簧部
85.331
……
框部
86.331h
……
孔
87.332
……
臂部
88.332a
……
连结部分
89.r1
……
预行程区域
90.r2
……
受力区域
91.s1，s2
……
行程
92.d
……
间隙
具体实施方式
93.以下，参照附图对本发明的实施方式详细地加以说明。另外，在以下的说明中，对同一部件赋予同一符号，对于曾说明过的部件适当省略其说明。
94.(第一实施方式)
95.图1为举例示出第一实施方式的载荷传感器装置的构成的立体图。
96.图2为举例示出第一实施方式的载荷传感器装置的构成的、图1的a－a线处的剖视图。
97.图3为第一实施方式的载荷传感器装置的分解立体图。
98.图4为举例示出载荷传感器的位移部的俯视图。
99.图5为举例示出第一实施方式的载荷传感器装置的缓冲部的配置的立体图。
100.第一实施方式的载荷传感器装置1是承受来自外部的载荷而输出与该载荷相应的信号的装置。载荷传感器装置1具备：载荷传感器10、收纳载荷传感器10的壳体20、承受载荷并按压载荷传感器10的弹性体31以及设于弹性体31与载荷传感器10之间的按压部件30。另外，在实施方式的说明中，将壳体20中载荷传感器10的安装面的法线方向设为z方向，将与法线方向(z方向)正交的方向中的一个方向设为x方向，将与法线方向(z方向)正交的方向中的另一个方向设为y方向。
101.载荷传感器10具有受压部11和传感器基板12。受压部11是从传感器基板12的上表面例如被设为呈圆柱状地突出来承受来自外部的载荷的部分。受压部11由硅化合物或硅(与传感器基板12相同的材料)构成。
102.传感器基板12具有：位移部121，通过由受压部11承受的载荷而产生位移；以及多个压电电阻元件122，对位移部121的位移量进行电学检测。传感器基板12例如通过au的扩散接合而接合于基底基板13之上，基底基板13通过芯片接合树脂14连接于壳体20。位移部121是通过由受压部11承受的载荷而产生位移的部分，设于传感器基板12的与受压部11相反侧的面。
103.压电电阻元件122是对位移部121的位移量进行电学检测的元件。在位移部121设有多个压电电阻元件122。多个压电电阻元件122沿着位移部121的周缘部，以相邻元件之间
相差90
°
的相位(彼此正交的位置关系)配置。若位移部121通过由受压部11承受的载荷而产生位移，则多个压电电阻元件122的电阻与该位移量相应地发生变化，由该多个压电电阻元件122构成的桥接电路的中点电位发生变化，该中点电位成为传感器输出。
104.壳体20例如形成为箱形，具有缘部21和作为中央的凹部的收纳部22。缘部21成为壳体20的最上面，发挥作为在承受来自外部的载荷时限制弹性体31向载荷施加方向(z方向)的变形量的止动件(stopper)的作用。
105.载荷传感器10被收纳于收纳部22。在收纳部22设有焊盘(pad)，被收纳的载荷传感器10与焊盘通过键合线15被电连接。也可以在收纳部22内以对键合线15等进行保护的目的而嵌入树脂(未作图示)。
106.在缘部21的内侧以包围收纳部22的方式设有台阶部23。在台阶部23载置后述的缓冲部50以及按压部件30的刚性按压部32。
107.按压部件30具有：刚性按压部32，与受压部11接触；以及弹性支承部33，将刚性按压部32支承于壳体20。在按压部件30之上设有承受来自外部的载荷的弹性体31。弹性体31具有突出部311和法兰部312。弹性体31例如由橡胶形成。突出部311例如被设为圆柱状，法兰部312具有用于将突出部311载置于刚性按压部32之上的面。
108.刚性按压部32是板状的部件，由比弹性体31硬的材料形成。例如将0.2mm厚左右的不锈钢板用于刚性按压部32。作为刚性按压部32，可以使用硅、陶瓷、玻璃、铝等。刚性按压部32的弹性率比弹性体31的弹性率高，弹性率优选为60gpa以上。
109.优选的是，从载荷施加方向(z方向)观察时，刚性按压部32整体与弹性体31的载荷承受部重复，受压部11整体成为与刚性按压部32重复。由此，能够将由弹性体31的载荷承受部承受的载荷经由刚性按压部32在载荷施加方向上径直地向载荷传感器10的受压部11施加。
110.弹性支承部33具有框部331以及臂部332。弹性支承部33通过设于臂部332和刚性按压部32之间的连结部分332a与刚性按压部32连结。在框部331设有定位用的孔331h。在供框部331载置的壳体20的台阶部23设有定位用的突起部23a，当将框部331载置于台阶部23时，突起部23a嵌合于定位用的孔331h，从而弹性支承部33的载置位置确定。
111.臂部332是从刚性按压部32向与载荷施加方向交叉的方向延伸的板簧部330。刚性按压部32通过臂部332的弹性变形以规定的弹簧常数被支承。该弹簧常数除了通过臂部332的材料来调整以外，还通过宽度、厚度、长度以及形状来调整。例如，连结部分332a的板宽越窄，弹性支承部33的臂部332的弹簧常数越小，越容易获得柔和的预行程感。另一方面，连结部分332a的板宽越宽，臂部332的弹簧常数越大，越容易获得按压感。
112.臂部332以板簧形状被设为以刚性按压部32为中心形成对称，由此来自弹性体31的载荷易于向正下方的受压部11传递。此外，通过向与载荷施加方向交叉的方向延伸的板簧部330(臂部332)来支承刚性按压部32，由此，与通过向载荷施加方向延伸的螺旋弹簧进行支承的情况相比能够稳定且节省空间地支承刚性按压部32。另外，板簧部330也可以与刚性按压部32设置成一体。
113.此外，通过使按压部件30具有弹性，在弹性体31被按压时，能够从弹性体31经由弹性支承部33以及刚性按压部32对载荷传感器10的受压部11传递载荷。此时，与受压部11接触的刚性按压部32例如可以由高刚性的材料(金属、硅等)来形成，因此，能够抑制载荷的流
失从而提高检测灵敏度。
114.在通过由多个压电电阻元件122构成的桥接电路作为载荷传感器10来获得输出的构成的情况下，需要通过凸形的受压部11承受载荷来使位移部121高效地产生位移。因此，在从按压部件30对受压部11传递载荷时，若与受压部11接触的部件的刚性低则无法将载荷有效地传递给受压部11。在本实施方式中，由于通过刚性按压部32来按压受压部11，因此，能够抑制来自外部的载荷的流失从而高效地向受压部11传递载荷。
115.载荷传感器装置1中，在未对弹性体31施加载荷(包括冲击)、的状态(无负荷状态)下在刚性按压部32与受压部11之间设有间隙d。并且，在载荷施加于弹性体31时，弹性支承部33以刚性按压部32与受压部11的间隙d缩小的方式产生弹性变形。并且，刚性按压部32与受压部11相接，由此，施加于弹性体31的载荷向载荷传感器10传递。
116.在这样的载荷传感器装置1中，设有能够缓和弹性支承部33的弹性变形的缓冲部50。缓冲部50发挥在刚性按压部32因弹性支承部33的弹性变形而产生位移时使其位移速度下降的作用。
117.缓冲部50具有配置于按压部件30的与载荷传感器10对置的一侧的第一软弹性部件51。将硅酮(silicone)、合成橡胶、氨基甲酸乙酯、凝胶状的树脂等作为动态粘弹性的特性的损耗正切(tanδ)大的冲击吸收材料用于第一软弹性部件51。
118.第一软弹性部件51可以被设为始终与弹性支承部33相接，也可以被设为在弹性支承部33产生了弹性变形时与弹性支承部33相接。由此，在对按压部件30施加了冲击时，产生弹性变形的弹性支承部33与第一软弹性部件51接触来缓和弹性支承部33的弹性变形，从而能够使刚性按压部32的位移速度下降。
119.第一软弹性部件51具有第一贯通孔51h。由此，在载荷施加于弹性体31的状态下，刚性按压部32与受压部11能够经由第一贯通孔51h接触。即，即使在按压部件30的与载荷传感器10对置的一侧设有第一软弹性部件51，在刚性按压部32与受压部11接触时刚性按压部32与受压部11也能够经由第一贯通孔51h直接接触，能够不隔着第一软弹性部件51地将按压部件30的载荷传递给受压部11。
120.本实施方式的载荷传感器装置1中，在对按压部件30施加了冲击时，能够通过缓冲部50使刚性按压部32的位移速度下降，因此，能够使向载荷传感器10的受压部11施加冲击载荷的情况缓和。由此，能够提高载荷传感器10的耐冲击载荷。此外，在施加了通常的载荷时，刚性按压部32与受压部11能够经由第一贯通孔51h直接接触，因此，载荷高效地传递给受压部11，从而能够进行高精度的载荷检测。
121.(载荷传感器装置的组装)
122.在上述构成中，载荷传感器10收纳于壳体20的收纳部22，载荷传感器10与收纳部22的焊盘通过键合线15连接。在收纳部22的台阶部23配置作为缓冲部50的片状的第一软弹性部件51。第一软弹性部件51的第一贯通孔51h成为在z方向观察下与受压部11重叠的位置。在第一软弹性部件51之上载置按压部件30。而且，在刚性按压部32之上载置弹性体31。
123.然后，在该状态下将框架40盖在壳体20。框架40通过挂在设于壳体20的侧面的卡钩25而被固定。在框架40的中央设有孔40h，在将框架40盖在壳体20时，成为突出部311从孔40h向上方突出的状态。弹性体31在法兰部312处被框架40按压。由此，按压部件30被固定于壳体20。
124.这样组装成的载荷传感器装置1中，在载荷未施加于按压部件30的状态下在刚性按压部32与受压部11之间设有间隙d。即，刚性按压部32的受压部11侧的面不与受压部11相接。能够基于在刚性按压部32与受压部11之间存在间隙d来设置组装中的公差。
125.就是说，若刚性按压部32与受压部11接触或者接近到接触的程度，则刚性按压部32与受压部11可能会因各部分的尺寸误差、组装时的错位等而发生碰撞。若像刚性按压部32这样刚性高的部件与受压部11发生碰撞，则可能会将不良影响波及到载荷传感器10。如本实施方式这样，通过在刚性按压部32与受压部11之间设置间隙d，能够积极地避免组装时的碰撞从而保护载荷传感器10。
126.(载荷传感器装置的动作)
127.图6(a)以及图6(b)为举例示出本实施方式的载荷传感器装置的动作的图。图6(a)中表示举例示出对载荷传感器装置1施加载荷的状态的图，图6(b)中表示载荷传感器的输出例。在图6(b)中横轴(stroke)表示板90的z方向上的行程，纵轴(detected forcevalue)表示输出值(相对值)。
128.如图6(a)所示，隔着板90对载荷传感器装置1的按压部件30的弹性体31施加载荷。若从板90对弹性体31在z方向上施加载荷，则通过弹性支承部33的弹簧作用被支承的刚性按压部32在z方向上被压入。
129.在此，由于在刚性按压部32与载荷传感器10的受压部11之间设有间隙d，因此，在到刚性按压部32与受压部11接触为止的期间，载荷并不施加于受压部11。
130.因此，如图6(b)所示，从载荷施加于载荷传感器装置1开始到规定的行程s1为止，不产生输出。将该区域称为预行程区域r1。在预行程区域r1，当施加了载荷时，弹性支承部33产生弹性变形，在到刚性按压部32与受压部11接触为止的期间，按压部件30虽然产生行程但载荷并不传递至受压部11，输出值并不增加。预行程区域r1的长度可以根据间隙d来设定。此外，预行程所需的载荷可以根据弹性支承部33的弹簧常数来设定。
131.接着，若超过预行程区域r1而施加载荷，则输出值会与行程相应地增加。将该区域称为受力区域r2。由于在受力区域r2刚性按压部32与受压部11接触，因此，载荷会从弹性体31经由刚性按压部32传递至受压部11。因与受压部11接触的刚性按压部32的刚性，来自载荷传感器10的输出值以与行程(载荷)的大小大致成比例的方式增加。输出值与行程相应地增加至v1。
132.受力区域r2持续到壳体20的缘部21作为止动件发挥功能的位置。即，按压部件30被压入进去，若板90碰到壳体20的缘部21则不会被进一步压入。由此，按压部件30的行程到s2为止，输出值不会进一步增加，对载荷传感器10的过负荷得以防止。
133.(第二实施方式)
134.图7为第二实施方式的载荷传感器装置的分解立体图。
135.图8为举例示出第二实施方式的载荷传感器装置的构成的剖视图。
136.在第二实施方式的载荷传感器装置1b中，缓冲部50具有第二软弹性部件52。即，缓冲部50具有被配置于作为板簧部330的弹性支承部33的与弹性体31对置的一侧的第二软弹性部件52。另外，在第二实施方式中，缓冲部50具有第一软弹性部件51以及第二软弹性部件52这两者，但也可以仅具有第二软弹性部件52。此外，也可以将第二软弹性部件52与弹性体31成型为一体。
137.缓冲部50具有第二软弹性部件52，由此，在对按压部件30施加了冲击时，产生弹性变形的弹性支承部33与第二软弹性部件52接触，从而能够缓和弹性支承部33的弹性变形。
138.第二软弹性部件52具有第二贯通孔52h。由此，在载荷施加于弹性体31的状态下，弹性体31或者配置于弹性体31和刚性按压部32之间的部件与刚性按压部32经由第二贯通孔52h相接。即，即使在板簧的与弹性体31对置的一侧设有第二软弹性部件52，弹性体31或者配置于弹性体31和刚性按压部32之间的部件与刚性按压部32也能够经由第二贯通孔52h直接接触，能够不隔着第二软弹性部件52地从弹性体31向按压部件30传递载荷。
139.(第三实施方式)
140.图9为举例示出第三实施方式的载荷传感器装置的构成的分解立体图。
141.图10为举例示出第三实施方式的载荷传感器装置的构成的剖视图。
142.第三实施方式的载荷传感器装置1c除了具备第一实施方式的载荷传感器装置1的构成之外，在弹性体31与刚性按压部32之间还具备刚性板部60。刚性板部60是具有与刚性按压部32相同的刚性的部件，与刚性按压部32同样地由不锈钢材料等构成即可。
143.在之前说明过的载荷传感器装置1中，通过弹性体31直接按压刚性按压部32，但在载荷传感器装置1c中，将由弹性体31承受的载荷经由刚性板部60传递至刚性按压部32。刚性板部60在与刚性按压部32对置的一侧具有凸部61，能够与其他部件不发生干扰地将力传达到刚性按压部32的中央部分。因此，由弹性体31承受的载荷易于传递至载荷传感器10，能够谋求灵敏度的提高。
144.(第四实施方式)
145.图11为举例示出第四实施方式的载荷传感器装置的构成的分解立体图。
146.图12为举例示出第四实施方式的载荷传感器装置的构成的剖视图。
147.第四实施方式的载荷传感器装置1d除了具备第二实施方式的载荷传感器装置1b的构成之外，还在弹性体31与刚性按压部32之间与第三实施方式同样地具备刚性板部60。由于刚性板部60的凸部61配置于第二软弹性部件52的第二贯通孔52h的内部，因此，凸部61直接与刚性按压部32接触。由此，与第三实施方式的载荷传感器装置1c同样地，在载荷传感器装置1d中，由弹性体31承受的载荷经由刚性板部60被高效地传达到刚性按压部32。因此，由弹性体31承受的载荷易于传递至载荷传感器10，能够谋求灵敏度的提高。
148.(第五实施方式)
149.图13为举例示出第五实施方式的载荷传感器装置的构成的剖视图。
150.在第五实施方式的载荷传感器装置1e中，缓冲部50在壳体20内具有由具有缓冲性的流动物质构成的部分(流动物质部分53)。例如将硅凝胶、硅油、合成橡胶、凝胶状或油状的树脂用于流动物质部分53。也可以通过将上述凝胶、树脂填充至壳体20的收纳部22来构成流动物质部分53。
151.流动物质部分53可以被设为始终与弹性支承部33相接，也可以被设为在弹性支承部33产生了弹性变形时与弹性支承部33相接。由此，在对按压部件30施加了冲击时，产生弹性变形的弹性支承部33与流动物质部分53接触来缓和弹性支承部33的弹性变形，从而能够使刚性按压部32的位移速度下降。
152.(缓冲部的作用效果)
153.接着，对在本实施方式的载荷传感器装置1应用的缓冲部50的作用效果加以说明。
154.为了调查缓冲部50的作用效果，进行了对载荷传感器装置的载荷试验。
155.载荷试验中，使重物从高度约9.2cm的位置下落至载荷传感器装置来给予载荷(冲击载荷)，之后测定载荷传感器装置对通常的载荷的输出的变化。
156.在载荷试验中，下落的重物(日语原文：錘)的重量为30g、50g、80g、100g。初始值为未给予由重物产生的冲击载荷的情况。
157.在载荷试验中测定的项目是载荷传感器装置的输出的灵敏度(mv/v/n)、偏移(mv/v)以及偏移相对于初始值的相对值。在此，灵敏度是每单位载荷的输出。偏移(offset)是无负荷状态下的输出。针对具备缓冲部50的本实施方的载荷传感器装置(本发明例1～6)、不具备缓冲部50的比较例的载荷传感器装置(比较例)、参考例的载荷传感器装置(参考例)来进行该载荷试验。
158.表1中示出本发明例1～3的构成和载荷试验的值。
159.表2中示出本发明例4～6的构成和载荷试验的值。
160.[表1]
[0161][0162]
[表2]
[0163][0164]
在表1中所示的本发明例1～3的载荷传感器装置的构成中，弹性体31的硬度为80(邵氏a硬度。以下，硬度的标记是相同的)，芯片接合树脂14是环氧树脂。此外，本发明例1～3的载荷传感器装置在弹性体31与刚性按压部32之间具备刚性板部60。
[0165]
本发明例1的载荷传感器装置的构成与第三实施方式的载荷传感器装置1c(参照图9、图10)的构成对应。
[0166]
即，在本发明例1中，作为缓冲部50仅设有第一软弹性部件51，其硬度为30。
[0167]
本发明例2以及3的载荷传感器装置的构成与第四实施方式的载荷传感器装置1d(参照图11、图12)的构成对应。
[0168]
即，在本发明例2中，作为缓冲部50设有第一软弹性部件51以及第二软弹性部件52，第一软弹性部件51的硬度为20，第二软弹性部件52的硬度为30。此外，在本发明例3中，作为缓冲部50设有第一软弹性部件51以及第二软弹性部件52，第一软弹性部件51的硬度为20，第二软弹性部件52的硬度为20。
[0169]
在表2所示的本发明例4～6的载荷传感器装置的构成中，弹性体31的硬度为50。对于其他的构成，本发明例4与本发明例1相同，本发明例5与本发明例2相同，本发明例6与本发明例3相同。
[0170]
图14为举例示出本发明例1的载荷试验的结果的图。
[0171]
图15为举例示出本发明例2的载荷试验的结果的图。
[0172]
图16为举例示出本发明例3的载荷试验的结果的图。
[0173]
图14～16的横轴表示施加到载荷传感器装置的通常的载荷，纵轴表示载荷传感器装置的输出。
[0174]
如图14～16所示，在通过各重物30g、50g以及80g给予了冲击载荷的情况下，获得与初始值大致相同的输出变化(倾斜以及输出值)。另一方面，可知，在通过重物100g给予了冲击载荷的情况下，相对于通常的载荷的输出变化的斜率与初始值大致相同，但输出值向变低的方向偏移。因此，结果是：承受到重物80g为止的冲击载荷都通过由缓冲部50实现的缓冲效果来使刚性按压部32的位移速度下降从而能够缓和向受压部11传递的冲击力。
[0175]
表1、表2的“偏移相对值”是各重物重量的偏移量除以初始值的偏移量的相对值。
如表1以及表2所示，在本发明例1至本发明例4以及本发明例6中，结果是：重物重量小于100g的情况下的相对值均大致为1，仅在重物重量为100g的情况下偏移相对值偏离1。在本发明例5中，在重物重量直到100g的所有情况下偏移量相对值大致为1。
[0176]
图17为表示与表1对应的本发明例1～3的载荷试验的结果的图。
[0177]
图18为表示与表2对应的本发明例4～6的载荷试验的结果的图。
[0178]
在图17以及图18中，横轴表示载荷试验的重物的重量，纵轴表示偏移。
[0179]
可知，在本发明例1～6的任一个中，承受到重物80g为止的冲击载荷几乎都不会在输出值的偏移发生变化。此外，对于本发明例6，即使给予重物100g的冲击载荷，偏移也几乎不会发生变化。
[0180]
在表3中示出比较例的构成和载荷试验的值。
[0181]
[表3]
[0182][0183]
在表3所示的比较例的载荷传感器装置的构成中，弹性体31的硬度为80，芯片接合树脂14为环氧树脂。比较例的载荷传感器装置不具备缓冲部50的第一软弹性部件51以及第二软弹性部件52。
[0184]
图19以及图20为举例示出比较例的载荷试验的结果的图。
[0185]
在图19中，横轴表示施加于载荷传感器装置的通常的载荷，纵轴表示载荷传感器装置的输出。
[0186]
在图20中，横轴表示载荷试验的重物的重量，纵轴表示偏移。
[0187]
如图19以及图20所示，可知，在比较例的载荷传感器装置中，在分别通过重物30g、50g、80g以及100g给予了冲击载荷的情况下，重物越重，输出值向越低的方向偏移。在表3中也确认到如下倾向：即使重物重量为30g的情况下偏移相对值也较大地偏离1，重物重量越增加偏移相对值越变大。
[0188]
根据上述载荷试验的结果可以确认到：在具备缓冲部50的本发明例1～6的载荷传感器装置中，与不具备缓冲部50的比较例的载荷传感器装置相比，耐冲击性优异。可以想到这是由于：在被施加了冲击载荷时通过缓冲部50缓和弹性支承部33的弹性变形，从而使刚性按压部32的位移速度下降，避免了刚性按压部32向受压部11急剧的接触(碰撞)。
[0189]
另一方面，在不具备缓冲部50的比较例的载荷传感器装置中，即使是比较小的冲击载荷，输出值的偏移也会发生。特别是，在以由多个压电电阻元件122构成的桥接电路作为载荷传感器10来获得输出的构成的情况下，冲击载荷被施加于受压部11，由此桥接电路的电阻值的平衡容易破坏。因此，可以想到，在不具备缓冲部50的比较例的载荷传感器装置中，即使是小的冲击载荷，对桥接电路的损伤也较大，输出值的偏移表现得明显。
[0190]
在表4中示出参考例1～2的构成和载荷试验的值。
[0191]
[表4]
[0192][0193]
在表4所示的参考例1～2的载荷传感器装置中，芯片接合树脂14为硅酮。参考例1～2的载荷传感器装置不具备缓冲部50的第一软弹性部件51以及第二软弹性部件52中的任一个。
[0194]
在参考例1中，弹性体31的硬度为80。
[0195]
在参考例2中，弹性体31的硬度为50。
[0196]
图21为表示与表4对应的参考例1～2的载荷试验的结果的图。
[0197]
在图21中，横轴表示载荷试验的重物的重量，纵轴表示偏移。
[0198]
可知，在参考例1～2的任一个中，都是即使承受到重物80g为止的冲击载荷，输出值的偏移也几乎不发生变化。其结果是，有可能表示通过由软质材料构成芯片接合树脂14，能够获得与设有缓冲部50的情况相同的效果(耐冲击性的提高)。
[0199]
如以上说明那样，根据本实施方式，能够提供能够实现检测值的高精度化并且能够获得优异的耐冲击性的载荷传感器装置1、1b、1c、1d以及1e。
[0200]
另外，在上述中对本实施方式进行了说明，但本发明并不限定于这些例子。例如，只要具备本发明的主旨，则本领域技术人员对上述的各实施方式适当得进行构成要素的追加、删除、设计变更而得到的技术方案、对各实施方式的构成例的特征适当得进行组合而得到的技术方案均包含在本发明的范围内。

技术特征：
1.一种载荷传感器装置，其特征在于，具备：载荷传感器，具有受压部；壳体，收纳上述载荷传感器；弹性体，承受载荷并按压上述载荷传感器；以及按压部件，设于上述弹性体与上述载荷传感器之间，上述按压部件具有：刚性按压部，能够与上述受压部接触；以及弹性支承部，将上述刚性按压部支承于上述壳体，在载荷未施加于上述弹性体的状态下在上述刚性按压部与上述受压部之间设有间隙，在载荷施加于上述弹性体时，上述弹性支承部以缩小上述刚性按压部与上述受压部的间隙的方式弹性变形，上述载荷传感器装置具备能够缓和上述弹性支承部的弹性变形的缓冲部。2.根据权利要求1所述的载荷传感器装置，其中，上述弹性支承部具有板簧部，该板簧部从上述刚性按压部向与载荷施加方向交叉的方向延伸。3.根据权利要求2所述的载荷传感器装置，其中，上述板簧部与上述刚性按压部设置成一体。4.根据权利要求2或3所述的载荷传感器装置，其中，上述缓冲部具有第一软弹性部件，该第一软弹性部件配置于上述按压部件的与上述载荷传感器对置的一侧。5.根据权利要求4所述的载荷传感器装置，其中，上述第一软弹性部件具有第一贯通孔，在载荷施加于上述弹性体的状态下，上述刚性按压部与上述受压部能够经由上述第一贯通孔而接触。6.根据权利要求2或3所述的载荷传感器装置，其中，上述缓冲部具有第二软弹性部件，该第二软弹性部件配置于上述板簧部的与上述弹性体对置的一侧。7.根据权利要求6所述的载荷传感器装置，其中，上述第二软弹性部件具有第二贯通孔，在载荷施加于上述弹性体的状态下，上述弹性体或配置于上述弹性体和上述刚性按压部之间的部件与上述刚性按压部经由上述第二贯通孔相接。8.根据权利要求1至3中任一项所述的载荷传感器装置，其中，上述缓冲部在上述壳体内具有由具有缓冲性的流动物质构成的部分。9.根据权利要求1至3中任一项所述的载荷传感器装置，其中，上述壳体具有止动件，该止动件对载荷施加于上述弹性体的状态下的上述弹性体向载荷施加方向的变形量进行限制。10.根据权利要求1至3中任一项所述的载荷传感器装置，其中，上述按压部件的周缘部被固定于上述壳体。11.根据权利要求1至3中任一项所述的载荷传感器装置，其中，
在从载荷施加方向观察时，上述刚性按压部整体与上述弹性体的载荷承受部重复，上述受压部整体与上述刚性按压部重复。12.根据权利要求1至3中任一项所述的载荷传感器装置，其中，上述载荷传感器具有：位移部，通过由上述受压部承受的载荷而产生位移；以及多个压电电阻元件，对上述位移部的位移量进行电学检测。13.根据权利要求1至3中任一项所述的载荷传感器装置，其中，上述缓冲部与上述弹性支承部接触地设置。14.根据权利要求3所述的载荷传感器装置，其中，上述缓冲部包括附着于上述弹性支承部的凝胶状的树脂。15.根据权利要求1至3中任一项所述的载荷传感器装置，其中，在上述弹性体与上述刚性按压部之间设有刚性板部。

技术总结
本发明的课题是提供能够实现检测值的高精度化并且能够获得优异的耐冲击性的载荷传感器装置。本发明的一个方案的载荷传感器装置具备：载荷传感器，具有受压部；壳体，收纳载荷传感器；弹性体，承受载荷并按压载荷传感器；以及按压部件，设于弹性体与载荷传感器之间，按压部件具有：刚性按压部，能够与受压部接触；以及弹性支承部，将刚性按压部支承于壳体，在载荷未施加于弹性体的状态下在刚性按压部与受压部之间设有间隙，在载荷施加于弹性体时，弹性支承部以缩小刚性按压部与受压部的间隙的方式产生弹性变形，载荷传感器装置具备能够缓和弹性支承部的弹性变形的缓冲部。和弹性支承部的弹性变形的缓冲部。和弹性支承部的弹性变形的缓冲部。


技术研发人员：矢泽久幸 五十岚竜瑠 大川尚信 大塚彩子 土屋大辅
受保护的技术使用者：阿尔卑斯阿尔派株式会社
技术研发日：2022.12.21
技术公布日：2023/7/31