(57)【要約】  長手方向軸と、近位端部と、遠位端部とを有する梁と；梁の第１の面上に配置され、複数の引張ゲージ抵抗器及び複数の圧縮ゲージ抵抗器を含む第１のホイートストンブリッジと；梁の第１の面上に配置され、複数の引張ゲージ抵抗器及び複数の圧縮ゲージ抵抗器を含む第２のホイートストンブリッジと；を有する力センサであって、第１及び第２のホイートストンブリッジの各々からの少なくとも１つの引張ゲージ抵抗器及び少なくとも１つの圧縮ゲージ抵抗器は、梁の近位端部に配置され、第１及び第２のホイートストンブリッジの各々からの少なくとも１つの引張ゲージ抵抗器及び少なくとも１つの圧縮ゲージ抵抗器は、梁の遠位端部に配置される、力センサ。
2021503082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向軸と、近位端部と、遠位端部とを有する梁と；
前記梁の第１の面上に配置される第１のホイートストンブリッジであって、第１及び第２の引張ゲージ抵抗器並びに第１及び第２の圧縮ゲージ抵抗器を含む、第１のホイートストンブリッジと；
前記梁の前記第１の面上に配置される第２のホイートストンブリッジであって、第３及び第４の引張ゲージ抵抗器並びに第３及び第４の圧縮ゲージ抵抗器を含む、第２のホイートストンブリッジと；
を有し、
前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器並びに前記第１及び前記第３の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の近位端部に配置され、
前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器並びに前記第２及び前記第４の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の遠位端部に配置される、
力センサ。
【請求項２】
前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器は、前記梁上に同一場所に設置され、
前記第１及び前記第３の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁上に同一場所に設置され、
前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器は、前記梁上に同一場所に設置され、
前記第２及び前記第４の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁上に同一場所に設置される、
請求項１に記載の力センサ。
【請求項３】
前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器は、インタリーブされる細長い部分を含み、
前記第１及び前記第３の圧縮ゲージ抵抗器は、インタリーブされる細長い部分を含み、
前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器は、インタリーブされる細長い部分を含み、
前記第２及び前記第４の圧縮ゲージ抵抗器は、インタリーブされる細長い部分を含む、
請求項１に記載の力センサ。
【請求項４】
前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器は、互いにインタリーブされるサーペンタイン構成を有し、
前記第１及び前記第３の圧縮ゲージ抵抗器は、互いにインタリーブされるサーペンタイン構成を有し、
前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器は、互いにインタリーブされるサーペンタイン構成を有し、
前記第２及び前記第４の圧縮ゲージ抵抗器は、互いにインタリーブされるサーペンタイン構成を有する、
請求項１に記載の力センサ。
【請求項５】
前記第１、前記第２、前記第３及び前記第４の引張ゲージ抵抗器は、前記梁の中立軸と整列し、
前記第１、前記第２、前記第３及び前記第４の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の中立軸と整列する、
請求項１に記載の力センサ。
【請求項６】
前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器の一方は、前記第１の圧縮ゲージ抵抗器と前記第３の圧縮ゲージ抵抗器との間に配置され、
前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器の他方は、前記第１及び前記第３の圧縮ゲージ抵抗器の一方又は他方のみに隣接して配置され、
前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器の一方は、前記第２の圧縮ゲージ抵抗器と前記第４の圧縮ゲージ抵抗器との間に配置され、
前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器の他方は、前記第２及び前記第４の圧縮ゲージ抵抗器の一方又は他方のみに隣接して配置される、
請求項１に記載の力センサ。
【請求項７】
前記第１、前記第２、前記第３及び前記第４の引張ゲージ抵抗器は、前記梁の中立軸と整列し、
前記第１、前記第２、前記第３及び前記第４の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の中立軸と整列する、
請求項１に記載の力センサ。
【請求項８】
前記第１の面に直交する前記梁の第２の面上に配置される第３のホイートストンブリッジであって、第５及び第６の引張ゲージ抵抗器並びに第５及び第６の圧縮ゲージ抵抗器を含む、第３のホイートストンブリッジと；
前記梁の前記第２の面上に配置される第４のホイートストンブリッジであって、第７及び第８の引張ゲージ抵抗器並びに第７及び第８の圧縮ゲージ抵抗器を含む、第４のホイートストンブリッジと；
をさらに含み、
前記第５及び前記第７の引張ゲージ抵抗器並びに前記第５及び前記第７の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の近位端部に配置され、
前記第６及び前記第８の引張ゲージ抵抗器並びに前記第６及び前記第８の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の遠位端部に配置される、
請求項１に記載の力センサ。
【請求項９】
長手方向軸と、近位端部と、遠位端部とを有する梁と；
前記梁の第１の面上に配置される第１の引張ゲージハーフホイートストンブリッジ（ハーフブリッジ）であって、第１及び第２の引張ゲージ抵抗器を含む、第１の引張ゲージハーフブリッジと；
前記梁の前記第１の面上に配置される第２の引張ゲージハーフブリッジであって、第３及び第４の引張ゲージ抵抗器を含む、第２の引張ゲージハーフブリッジと；
前記梁の前記第１の面上に配置される圧縮ゲージハーフブリッジであって、第１及び第２の圧縮ゲージ抵抗器を含む、圧縮ゲージハーフブリッジと；
を有し、
前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器並びに前記第１の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の近位端部に配置され、
前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器並びに前記第２の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の遠位端部に配置される、
力センサ。
【請求項１０】
前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器は、前記梁上に同一場所に設置され、
前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器は、前記梁上に同一場所に設置される、
請求項９に記載の力センサ。
【請求項１１】
前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器は、インタリーブされる細長い部分を含み、
前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器は、インタリーブされる細長い部分を含む、
請求項９に記載の力センサ。
【請求項１２】
前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器は、互いにインタリーブされるサーペンタイン構成を有し、
前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器は、互いにインタリーブされるサーペンタイン構成を有する、
請求項９に記載の力センサ。
【請求項１３】
前記第１、前記第２、前記第３及び前記第４の引張ゲージ抵抗器は、前記梁の中立軸と整列し、
前記第１及び前記第２の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の中立軸と整列する、
請求項９に記載の力センサ。
【請求項１４】
前記第１の圧縮ゲージ抵抗器は、前記第１の引張ゲージ抵抗器と前記第３の引張ゲージ抵抗器との間に配置され、
前記第２の圧縮ゲージ抵抗器は、前記第２の引張ゲージ抵抗器と前記第４の引張ゲージ抵抗器との間に配置される、
請求項９に記載の力センサ。
【請求項１５】
前記第１、前記第２、前記第３及び前記第４の引張ゲージ抵抗器は、前記梁の中立軸と整列し、
前記第１及び前記第２の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の中立軸と整列する、
請求項９に記載の力センサ。
【請求項１６】
前記第１の面に直交する前記梁の第２の面上に配置される第３の引張ゲージハーフホイートストンブリッジ（ハーフブリッジ）であって、第５及び第６の引張ゲージ抵抗器を含む、第３の引張ゲージハーフブリッジと；
前記梁の前記第２の面上に配置される第４の引張ゲージハーフブリッジであって、第７及び第８の引張ゲージ抵抗器を含む、第４の引張ゲージハーフブリッジと；
をさらに含み、
前記第５及び前記第７の引張ゲージ抵抗器並びに前記第３の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の近位端部に配置され、
前記第６及び前記第８の引張ゲージ抵抗器並びに前記第４の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の遠位端部に配置される、
請求項１に記載の力センサ。
【請求項１７】
長手方向軸と、近位端部と、遠位端部とを有する梁と；
前記梁の第１の面上に配置される第１のブリッジ回路であって、複数の引張ゲージ抵抗器を含む、第１のブリッジ回路と；
前記梁の前記第１の面上に配置される第２のブリッジ回路であって、複数の引張ゲージ抵抗器を含む、第２のブリッジ回路と；
前記梁の前記第１の面上に配置される第３のブリッジ回路であって、複数の圧縮ゲージ抵抗器を含む、第３のブリッジ回路と；
を有し、
前記第１及び前記第２のブリッジ回路の各々からの少なくとも１つの前記引張抵抗器並びに前記第３のブリッジからの少なくとも１つの前記圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の近位端部に配置され、
前記第１及び前記第２のブリッジ回路の各々からの少なくとも１つの前記引張ゲージ抵抗器並びに前記第３のブリッジからの少なくとも１つの前記圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の遠位端部に配置される、
力センサ。
【請求項１８】
前記梁の前記近位端部に配置される前記第１及び前記第２のブリッジ回路の各々からの前記少なくとも１つの引張ゲージ抵抗器は、前記梁上に同一場所に設置され、
前記梁の前記遠位端部に配置される前記第１及び前記第２のブリッジ回路の各々からの前記少なくとも１つの引張ゲージ抵抗器は、前記梁上に同一場所に設置される、
請求項１７に記載の力センサ。
【請求項１９】
前記梁の前記近位端部に配置される前記第３のブリッジからの前記少なくとも１つの圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の前記近位端部に配置される前記第１及び前記第２のブリッジ回路の各々からの前記少なくとも１つの引張ゲージ抵抗器の間に配置され、
前記梁の前記遠位端部に配置される前記第３のブリッジからの前記少なくとも１つの圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の前記遠位端部に配置される前記第１及び前記第２のブリッジ回路の各々からの前記少なくとも１つの引張ゲージ抵抗器の間に配置される、
請求項１７に記載の力センサ。
【請求項２０】
長手方向軸と、近位端部と、遠位端部とを有する梁と；
前記梁の第１の面上に配置される第１のホイートストンブリッジであって、第１及び第２の引張ゲージ抵抗器並びに第１及び第２の圧縮ゲージ抵抗器を含み、
前記第１の引張ゲージ抵抗器及び前記第１の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の前記近位端部に配置され、
前記第２の引張ゲージ抵抗器及び前記第２の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の前記遠位端部に配置される、
第１のホイートストンブリッジと；
前記梁から機械的に分離される第１の測定信号リード線であって、前記第１の圧縮ゲージ抵抗器及び前記第２の圧縮ゲージ抵抗器を結合する、第１の測定信号リード線と；
前記梁から機械的に分離される第２の測定信号リード線であって、前記第１の引張ゲージ抵抗器及び前記第２の引張ゲージ抵抗器を結合する、第２の測定信号リード線と；
を有する、
力センサ。
【請求項２１】
前記梁の第１の面上に配置される第２のホイートストンブリッジであって、第３及び第４の引張ゲージ抵抗器並びに第３及び第４の圧縮ゲージ抵抗器を含み、
前記第３の引張ゲージ抵抗器及び前記第３の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の前記近位端部に配置され、
前記第４の引張ゲージ抵抗器及び前記第４の圧縮ゲージ抵抗器は、
前記梁の前記遠位端部に配置される、
第２のホイートストンブリッジと；
前記梁から機械的に分離される第３の測定信号リード線であって、前記第３の圧縮ゲージ抵抗器及び前記第４の圧縮ゲージ抵抗器を結合する、第３の測定信号リード線と；
前記梁から機械的に分離される第４の測定信号リード線であって、前記第３の引張ゲージ抵抗器及び前記第４の引張ゲージ抵抗器を結合する、第４の測定信号リード線と；
をさらに含む、
請求項２０に記載の力センサ。
【請求項２２】
前記第１、前記第２、前記第３及び前記第４の圧縮ゲージ抵抗器の各々は、前記中立軸の周りに対称に配置され、
前記第１、前記第２、前記第３及び前記第４の引張ゲージ抵抗器の各々は、前記中立軸の周りに対称に配置される、
請求項２１に記載の力センサ。
【請求項２３】
前記第１、前記第２、前記第３及び前記第４の圧縮ゲージ抵抗器の各々は、前記中立軸の周りに等しく対称に配置され、
前記第１、前記第２、前記第３及び前記第４の引張ゲージ抵抗器の各々は、前記中立軸の周りに等しく対称に配置される、
請求項２１に記載の力センサ。
【請求項２４】
前記梁は、近位横断軸であって、前記第１の圧縮ゲージ抵抗器及び前記近位横断軸から近位に変位されて配置される前記第１の引張ゲージ抵抗器と、前記第３の圧縮ゲージ抵抗器及び前記近位横断軸から遠位に変位されて配置される前記第３の引張ゲージ抵抗器との間に延びる、近位横断軸を含み、
前記梁は、遠位横断軸であって、前記第２の圧縮ゲージ抵抗器及び前記遠位横断軸から近位に変位されて配置される前記第２の引張ゲージ抵抗器と、前記第４の圧縮ゲージ抵抗器及び前記遠位横断軸から遠位に変位されて配置される前記第４の引張ゲージ抵抗器との間に延びる、遠位横断軸を含む、
請求項２２に記載の力センサ。
【請求項２５】
前記第１の圧縮ゲージ抵抗器及び前記第１の引張ゲージ抵抗器を第１の入力信号に電気的に結合する第１の入力信号タップ線と；
前記第２の圧縮ゲージ抵抗器及び前記第２の引張ゲージ抵抗器を第２の入力信号に電気的に結合する第２の入力信号タップ線と；
前記第１の入力信号タップ線に電気的に結合される第１の入力信号パッドと；
前記第２の入力信号タップ線に電気的に結合される第２の入力信号パッドと；
前記第１の測定信号リードに電気的に結合される第１の測定信号パッドと；
前記第１の測定信号リードに電気的に結合される第２の測定信号パッドと；
を有し、
前記第１及び前記第２の入力パッドのそれぞれの面積は、前記第１及び前記第２の測定信号パッドのそれぞれの面積より小さい、
請求項２０に記載の力センサ。
【請求項２６】
前記第１の入力信号パッドは、前記第１の入力信号タップ線にワイヤボンドされ；
前記第２の入力信号パッドは、前記第２の入力信号タップ線にワイヤボンドされ、
前記第１の測定信号パッドは、前記第１の測定信号リードにワイヤボンドされ；
前記第２の測定信号パッドは、前記第１の測定信号リードにワイヤボンドされる；
請求項２５に記載の力センサ。
【請求項２７】
前記梁の第１の面上に配置される第２のホイートストンブリッジであって、第３及び第４の引張ゲージ抵抗器並びに第３及び第４の圧縮ゲージ抵抗器を含み、
前記第３の引張ゲージ抵抗器及び前記第３の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の前記近位端部に配置され、
前記第４の引張ゲージ抵抗器及び前記第４の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の前記遠位端部に配置され、
前記第１の入力信号タップ線は、前記第１及び前記第３の圧縮ゲージ抵抗器並びに前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器を前記第１の入力信号に電気的に結合し、
前記第２の入力信号タップ線は、前記第２及び前記第４の圧縮ゲージ抵抗器並びに前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器を前記第２の入力信号に電気的に結合する、
第２のホイートストンブリッジと；
前記梁から機械的に分離される第３の測定信号リード線であって、前記第３の圧縮ゲージ抵抗器及び前記第４の圧縮ゲージ抵抗器を結合する、第３の測定信号リード線と；
前記梁から機械的に分離される第４の測定信号リード線であって、前記第３の引張ゲージ抵抗器及び前記第４の引張ゲージ抵抗器を結合する、第４の測定信号リード線と；
前記第３の測定信号リードに電気的に結合される第３の測定信号パッドと；
前記第４の測定信号リードに電気的に結合される第４の測定信号パッドと；
をさらに含み、
前記第１及び前記第２の入力パッドのそれぞれの面積は、前記第１、前記第２、前記第３及び前記第４の測定信号パッドのそれぞれの面積より小さい、
請求項２５に記載の力センサ。
【請求項２８】
長手方向軸と、近位端部と、遠位端部とを有する梁と；
前記梁の第１の面上に配置される第１のホイートストンブリッジであって、第１及び第２の引張ゲージ抵抗器並びに第１及び第２の圧縮ゲージ抵抗器を含む、第１のホイートストンブリッジと；
前記梁の第１の面上に配置される第２のホイートストンブリッジであって、第３及び第４の引張ゲージ抵抗器並びに第３及び第４の圧縮ゲージ抵抗器を含む、第２のホイートストンブリッジと；
を有し、
前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器並びに前記第１及び前記第３の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の前記近位端部に配置され、
前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器並びに前記第２及び前記第４の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の前記遠位端部に配置される；
力センサであって、
前記第１の圧縮ゲージ抵抗器及び前記第２の圧縮ゲージ抵抗器を結合する、前記梁から機械的に分離される第１の測定信号リード線であって、前記第１の測定信号リード線は、第１の測定信号タップ点を含み、前記第１の測定タップ点と前記第１の測定ゲージ抵抗器との間の前記第１の測定信号線の抵抗が、前記第１の測定タップ点と前記第２の圧縮ゲージ抵抗器との間の前記第１の測定信号線の抵抗に一致する、第１の測定信号リード線と；
前記第１の引張ゲージ抵抗器及び前記第２の引張ゲージ抵抗器を結合する、前記梁から機械的に分離される第２の測定信号リード線であって、前記第２の測定信号リード線は、第２の測定信号タップ点を含み、前記第２の測定タップ点と前記第１の引張ゲージ抵抗器との間の前記第２の測定信号線の抵抗が、前記第２の測定タップ点と前記第２の引張ゲージ抵抗器との間の前記第２の測定信号線の抵抗に一致する、第２の測定信号リード線と；
前記第３の圧縮ゲージ抵抗器及び前記第４の圧縮ゲージ抵抗器を結合する、前記梁から機械的に分離される第３の測定信号リード線であって、前記第３の測定信号リード線は、第３の測定信号タップ点を含み、前記第３の測定タップ点と前記第３の圧縮ゲージ抵抗器との間の前記第３の測定信号線の抵抗が、前記第３の測定タップ点と前記第４の圧縮ゲージ抵抗器との間の前記第３の測定信号線の抵抗に一致する、第３の測定信号リード線と；
前記第３の引張ゲージ抵抗器及び前記第４の引張ゲージ抵抗器を結合する、前記梁から機械的に分離される第４の測定信号リード線であって、前記第４の測定信号リード線は、第４の測定信号タップ点を含み、前記第４の測定タップ点と前記第３の引張ゲージ抵抗器との間の前記第４の測定信号線の抵抗が、前記第４の測定タップ点と前記第４の引張ゲージ抵抗器との間の前記第４の測定信号線の抵抗に一致する、第４の測定信号リード線と；
を含む、
力センサ。
【請求項２９】
前記第１及び前記第３の圧縮ゲージ抵抗器並びに前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器を第１の入力信号に電気的に結合する第１の入力信号タップ線であって、前記第１の入力信号タップ線は、第１の入力信号タップ点を含み、前記第１の入力信号タップ線の抵抗は、前記第１の入力信号タップ点と、前記第１の圧縮ゲージ抵抗器及び前記第１の引張ゲージ抵抗器の接合部と、前記第３の圧縮ゲージ抵抗器及び前記第３の引張ゲージ抵抗器の接合部との間で一致する、第１の入力信号タップ線と；
前記第２及び前記第４の圧縮ゲージ抵抗器並びに前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器を第２の入力信号に電気的に結合する第２の入力信号タップ線であって、前記第２の入力信号タップ線は、第２の入力信号タップ点を含み、前記第２の入力信号タップ線の抵抗は、前記第２の入力信号タップ点と、前記第１の圧縮ゲージ抵抗器及び前記第１の引張ゲージ抵抗器の接合部と、前記第３の圧縮ゲージ抵抗器及び前記第３の引張ゲージ抵抗器の接合部との間で一致する、第２の入力信号タップ線と；
をさらに含む、
請求項２８に記載の力センサ。
【請求項３０】
長手方向軸と、近位端部と、遠位端部とを有する梁と；
前記梁の第１の面上に配置される第１の引張ゲージハーフホイートストンブリッジ（ハーフブリッジ）であって、第１及び第２の引張ゲージ抵抗器を含む、第１の引張ゲージハーフブリッジと；
前記梁の前記第１の面上に配置される第２の引張ゲージハーフブリッジであって、第３及び第４の引張ゲージ抵抗器を含む、第２の引張ゲージハーフブリッジと；
前記梁の前記第１の面上に配置される圧縮ゲージハーフブリッジであって、第１及び第２の圧縮ゲージ抵抗器を含む、圧縮ゲージハーフブリッジと；
を有し、
前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器並びに前記第１の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の近位端部に配置され、
前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器並びに前記第２の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の遠位端部に配置され、
前記梁から機械的に分離される第１の測定信号リード線であって、前記第１の圧縮ゲージ抵抗器及び前記第２の圧縮ゲージ抵抗器を結合する、第１の測定信号リード線と；
前記梁から機械的に分離される第２の測定信号リード線であって、前記第１の引張ゲージ抵抗器及び前記第２の引張ゲージ抵抗器を結合する、第２の測定信号リード線と；
前記梁から機械的に分離される第３の測定信号リード線であって、前記第３の引張ゲージ抵抗器及び前記第４の引張ゲージ抵抗器を結合する、第３の測定信号リード線と；
を有する、
力センサ。
【請求項３１】
前記第１の圧縮ゲージ抵抗器並びに前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器を第１の入力信号に電気的に結合する第１の入力信号タップ線と；
前記第２の圧縮ゲージ抵抗器並びに前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器を第２の入力信号に電気的に結合する第２の入力信号タップ線と；
前記第１の入力信号タップ線に電気的に結合される第１の入力信号パッドと；
前記第２の入力信号タップ線に電気的に結合される第２の入力信号パッドと；
前記第１の測定信号リードに電気的に結合される第１の測定信号パッドと；
前記第１の測定信号リードに電気的に結合される第２の測定信号パッドと；
前記第１の測定信号リードに電気的に結合される第３の測定信号パッドと；
を有し、
前記第１及び前記第２の入力パッドのそれぞれの面積は、前記第１、前記第２及び前記第２の測定信号パッドのそれぞれの面積より小さい、
請求項３０に記載の力センサ。
【請求項３２】
前記第１の測定信号リード線は、前記第１及び前記第２の圧縮ゲージ抵抗器から等しく離間される第１の測定信号タップ点を含み、
前記第２の測定信号リード線は、前記第１及び前記第２の引張ゲージ抵抗器から等しく離間される第２の測定信号タップ点を含み、
前記第３の測定信号リード線は、前記第３及び前記第４の引張ゲージ抵抗器から等しく離間される第３の測定信号タップ点を含む、
請求項３０に記載の力センサ。
【請求項３３】
前記第１及び第３の圧縮ゲージ抵抗器並びに前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器を第１の入力信号に電気的に結合する第１の入力信号タップ線であって、前記第１の入力信号タップ線は、第１の入力信号タップ点を含み、前記第１の入力信号タップ線の抵抗は、前記第１の入力信号タップ点と、前記第１の圧縮ゲージ抵抗器及び前記第１の引張ゲージ抵抗器の接合部と、前記第３の圧縮ゲージ抵抗器及び前記第３の引張ゲージ抵抗器の接合部との間で一致する、第１の入力信号タップ線と；
前記第２及び第４の圧縮ゲージ抵抗器並びに前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器を第２の入力信号に電気的に結合する第２の入力信号タップ線であって、前記第２の入力信号タップ線は、第２の入力信号タップ点を含み、前記第２の入力信号タップ線の抵抗は、前記第２の入力信号タップ点と、前記第１の圧縮ゲージ抵抗器及び前記第１の引張ゲージ抵抗器の接合部と、前記第３の圧縮ゲージ抵抗器及び前記第３の引張ゲージ抵抗器の接合部との間で一致する、第２の入力信号タップ線と；
をさらに含む、
請求項３２に記載の力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（優先権の主張）
本出願は、２０１７年１１月１５日に出願された米国仮特許出願第62/586,721号及び２０１７年１１月１４日に出願された米国仮特許出願第62/586,166号に対する優先権の利益を主張するものであり、これらの出願の各々は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
低侵襲外科処置の間の力の感知とフィードバックは、処置を行う外科医により良好な没入、現実感及び直感性をもたらす可能性がある。ハプティクス（触覚）（haptics）のレンダリング及び精度の性能を最良にするために、力センサが、手術器具上に、可能な限り解剖学的組織相互作用に近接して配置されることがある。一つのアプローチは、手術器具に付与されたひずみを測定するために、印刷又は積層造形（additive  deposition）プロセスを通して、力変換器上に形成された電気ひずみゲージを有する力センサを手術器具シャフトの遠位端に埋め込むことである。
【０００３】
図１は、４つのフルホイートストンブリッジ（フルブリッジ）を有する矩形梁を含む力センサを示す例示的な図面である。ブリッジ回路は、電気回路の回路トポロジーであり、２つの回路分岐（通常、互いに並列）が、それらに沿った中間点において最初の２つの分岐の間に接続された第３の分岐によってブリッジされる。２つのフルブリッジが、梁の長手方向軸に直交する力を測定するために、梁の２つの隣接する直交する側面の各々に形成される。梁は、シャフトの長手方向軸に直交する力を感知するために、手術器具シャフトの遠位部分に固定されることがある。梁の側面に直角に印加される力（すなわち、Ｘ又はＹの力）は、梁のその側面の近位端部及び遠位端部におけるフルブリッジによって決定される力測定値を差し引くことによって決定される。
【０００４】
力センサが、測定されることになる対象の直交力、モーメント、軸外力、軸外モーメント、圧縮／引張、ねじり、周囲温度及び勾配温度を含む種々の異なるひずみソースに直面する可能性がある。フルブリッジの各々は、温度、ねじり、軸外力、軸外モーメントの応力を相殺する。各個々のフルブリッジ出力は、力、モーメント、及び圧縮／引張による応力を示す。側面上に形成された近位フルブリッジによって生成された出力値の同じ側面上の遠位フルブリッジによって生成された出力値からの減算は、モーメント及び圧縮／引張を相殺し、測定されることになる対象の直交力を表す出力値をもたらす。
【０００５】
手術器具の力センサは、患者の安全を確実にするために重要であることがある。従って、力センサの故障を検出することによって危害から保護するために、力センサのエラー検出が必要とされることがある。エラー検出のための１つのアプローチは、エラーを検出するために比較することができる冗長な力測定値を生成するために、追加のフルブリッジを提供することであり得る。しかし、梁側面上の空間が限られているため、側面上に追加のフルブリッジを形成することは実用的ではない。さらに、製造プロセスは、典型的には、多くて２つの側面上でのブリッジの形成に限定される。４つの側面へのブリッジの形成は、製造コストを大幅に増加させる。
【発明の概要】
【０００６】
一態様では、力センサが、長手方向軸と、近位端部と、遠位端部とを有する梁を含む。第１のホイートストンブリッジが、梁の第１の面上に配置され、第１及び第２の引張ゲージ抵抗器（tension  gauge  resistors）並びに第１及び第２の圧縮ゲージ抵抗器を含む。第２のホイートストンブリッジが、梁の第１の面上に配置され、第３及び第４の引張ゲージ抵抗器並びに第３及び第４の圧縮ゲージ抵抗器を含む。第１及び第３の引張ゲージ抵抗器並びに第１及び第３の圧縮ゲージ抵抗器は、梁の近位端部に配置される。第２及び第４の引張ゲージ抵抗器並びに第２及び第４の圧縮ゲージ抵抗器は、梁の遠位端部に配置される。
【０００７】
別の態様では、力センサが、長手方向軸と、近位端部と、遠位端部とを有する梁を含む。第１の引張ゲージハーフブリッジが、梁の第１の面上に配置され、第１及び第２の引張ゲージ抵抗器を含む。第２の引張ゲージハーフブリッジが、梁の第１の面上に配置され、第３及び第４の引張ゲージ抵抗器を含む。圧縮ゲージハーフブリッジが、梁の第１面上に配置され、第１及び第２の圧縮ゲージ抵抗器を含む。第１及び第３の引張ゲージ抵抗器並びに第１の圧縮ゲージ抵抗器は、梁の近位端部に配置される。第２及び第４の引張ゲージ抵抗器並びに第２の圧縮ゲージ抵抗器は、梁の遠位端部に配置される。
【０００８】
さらに別の態様では、力センサは、長手方向軸と、近位端部と、遠位端部とを有する梁を含む。第１のブリッジ回路が、梁の第１の面上に配置され、複数の引張ゲージ抵抗器及び少なくとも１つの圧縮ゲージ抵抗器を含む。第２のブリッジ回路が、梁の第１の面上に配置され、複数の引張ゲージ抵抗器及び少なくとも１つの圧縮ゲージ抵抗器を含む。第１のブリッジ回路及び第２のブリッジ回路の各々からの少なくとも１つの引張抵抗器並びに第１のブリッジ及び第２のブリッジのうちの１つからの少なくとも１つの圧縮ゲージ抵抗器は、梁の近位端部に配置される。第１のブリッジ回路及び第２のブリッジ回路の各々からの少なくとも１つの引張抵抗器並びに第１のブリッジ及び第２のブリッジのうちの他のうちの１つからの少なくとも１つの圧縮ゲージ抵抗器は、梁の遠位端部に配置される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図面は必ずしも正確な比率で描かれていないが、これらの図面において、類似の番号は類似の要素を互いに異なる視点で説明し得る。異なる文字のサフィックスを有する類似の番号は、類似の要素の異なる例を表わし得る。図面は概して、この文書で論じる様々な実施形態を例として示すが、限定するものではない。
【００１０】
【図１】４つのフルホイートストンブリッジ（フルブリッジ）を有する矩形梁を含む力センサを示す例示的な図面である。
【図２】いくつかの例による、取り付けられた力センサ梁を有する細長いシャフトを備える手術器具の遠位部の例示的な側面立面図である。
【図３】一対の分割ブリッジ回路が形成された梁側面を有する力センサ梁の例示的な斜視図である。
【図４Ａ】第１のフルブリッジブリッジ回路を表す例示的な概略図である。
【図４Ｂ】第２のフルブリッジ回路を表す例示的な概略図である。
【図５】その上に形成された一対の千鳥型分割ブリッジ回路を備える梁側面を有する力センサ梁の例示的な斜視図である。
【図６】一対のインタリーブ型分割ハーフブリッジ回路を備える梁面側を有する力センサ梁の例示的な斜視図である。
【図７】３つのハーフブリッジ回路を表す例示的な概略図である。
【図８】図６のインタリーブ型の３つのハーフブリッジの例のゲージセンサの配置を示す梁の例示的な側面図である。
【図９】一対の千鳥型分割ハーフブリッジ回路を備える梁面を有する力センサ梁の例示的な斜視図である。
【図１０】図９の千鳥型の３つのハーフブリッジの例のゲージセンサの配置を示す例示的な側面図である。
【図１１】梁の中立軸に沿って配置されたＴゲージ（引張）及びＣゲージ（圧縮）を有する梁の例示的な斜視図である。
【図１２】梁の近位端部及び遠位端部にそれぞれ、梁の中立軸に沿って配置された引張ゲージＲ１及びＲ２を有する梁の例示的な斜視図である。
【図１３】図１２のＲ１及びＲ２を含むハーフブリッジ回路を示す説明図である。
【図１４】力が梁に印加される位置からの距離ｌにおけるひずみ測定を示す片持梁に印加される力の例示的な側面図である。
【図１５】力が梁に印加される位置からの近位距離及び遠位距離でのひずみ測定を示す片持梁に印加される力の例示的側面図である。
【図１６】片持ち梁の側面図である。
【図１７Ａ】ホイートストンブリッジが近位端部に配置された梁の側面図である。
【図１７Ｂ】図１７Ａのホイートストンブリッジ回路の概略図である。
【図１８】引張ゲージ抵抗器Ｒ１及び圧縮ゲージ抵抗器Ｒ２を有する分割ホイートストンブリッジを備える梁の側面図である。
【図１９】２つの分割フルブリッジ回路を有する梁を含む例示の力センサを示す説明図である。
【図２０Ａ】２つの近位分割ブリッジ回路半部のひずみゲージ素子と２つの遠位分割ブリッジ回路半部のひずみゲージ素子との間に延在する機械的に分離されたリード線を示す例示的な単純化されたブロック図である。
【図２０Ｂ】図２０Ａの例示的センサのひずみゲージ素子の第１の例の配置の特定の詳細を示す説明図である。
【図２０Ｃ】図２０Ａの例示的なセンサのひずみゲージ素子の第２の例の配置の特定の詳細を示す説明図である。
【図２１】入力パッドと測定パッドとが一致する面積を有する近位接続パッドのセットと遠位接続パッドのセットとを示す説明図である。
【図２２】測定パッドが入力パッドよりも大きな面積を有する近位接続パッドのセットと遠位接続パッドのセットとを示す例示的な図である。
【図２３】励起電圧入力を共有する梁上に配置された例示的な第１及び第２の分割ブリッジ回路を含む力センサを示す例示的な回路概略図である。
【図２４】図２３の例示的な二重分割ブリッジ回路のためのタップリード線を示す例示的な図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図２は、幾つかの例による、力センサ梁２０６が取り付けられた、部分的に切り取られて示された、細長いシャフト２０４を備える手術器具２０２の遠位部分の例示的な側面立面図である。手術器具２０２は、例えば、関節動作可能な（articulatable）ジョー部を含み得る、エンドエフェクタ２０８を含む。外科的処置の間、エンドエフェクタ２０８は、解剖学的組織に接触し、これは、Ｘ、Ｙ、又はＺ方向の力を生じさせ、Ｙ方向の軸周りのモーメントＭＹのようなモーメント力を生じさせ得る。長手方向軸２１０を含む力センサ２０６は、長手方向軸２１０に垂直なＸ及びＹ力を測定するために使用され得る。
【００１２】
図３は、一対の分割ブリッジ回路が形成された梁側面２１２を有する力センサ梁２０６の例示的な斜視図である。ブリッジ回路は、各ブリッジ回路の一部が梁の近位端部に配置され、ブリッジ回路の一部が梁の遠位端部に配置されて分割される。より詳細には、図３の例では、ブリッジ回路は、幾つかの例にしたがって、その上に形成され、近位梁端部２０６Ｐにおいて（梁の側面から等距離にある）中立軸に沿って整列されたひずみゲージ抵抗器ＲＣ１、ＲＣ３、ＲＴ１、ＲＴ３を有し、遠位梁端部２０６Ｄにおいて中立軸に沿って整列されたひずみゲージ抵抗器ＲＣ２、ＲＣ４、ＲＴ２、ＲＴ４を有する、インタリーブ型分割フルホイートストンブリッジ（フルブリッジ）として構成される。インタリーブ型分割フルブリッジの同一対（図示せず）が、隣接する直交梁側面２１４上に形成される。隣接する直交側面に形成された一対のインタリーブ型分割フルブリッジは、梁に引張ひずみを与え得る、梁２０６の長手方向軸２１０に垂直な力を測定するように構成される。中立軸は軸外力（off  axis  Force）及びモーメントに対して鈍感であるので、中立軸に沿ったゲージ抵抗器のアライメント（整列）は軸外荷重の影響を低減することが理解されるであろう。
【００１３】
図４Ａは、図示のように入力電圧Ｖｉｎを受け且つ第１の出力電圧ＶＯ１を生成するように結合された、引張ひずみゲージ抵抗器ＲＴ１及びＲＴ２を備える引張ゲージハーフブリッジを含み且つ圧縮ひずみゲージ抵抗器ＲＣ１及びＲＣ２を備える圧縮ゲージハーフブリッジを含む、対の第１の分割フルブリッジブリッジを表す例示的な概略図である。図４Ｂは、図示のように入力電圧Ｖｉｎを受け且つ第２の出力電圧ＶＯ２を生成するように結合された引張ひずみゲージ抵抗器ＲＴ３及びＲＴ４を有する引張ゲージハーフブリッジを含み且つ圧縮ひずみゲージ抵抗器ＲＣ３及びＲＣ４を有する圧縮ゲージハーフブリッジ含む、対の第２の分割フルブリッジを表す例示的な概略図である。
【００１４】
以下にさらに詳細に説明するように、各引張りひずみゲージ抵抗器ＲＴ１−ＲＴ４及び各圧縮ひずみゲージ抵抗器ＲＣ１−ＲＣ４は、サーペンタイン（曲がりくねった）構成又は蛇行状の構成を形成するように、平行に整列するとともに端と端を結合された複数の細長い抵抗器部分を含む。圧縮ひずみゲージ抵抗器ＲＣ１−ＲＣ４の細長い部分は、梁２０６上の圧縮ひずみを感知するように、梁の長手方向軸２１０に平行に整列され得る。引張ひずみゲージ抵抗器ＲＴ１−ＲＴ４の細長い部分は、梁上の引張ひずみを感知するように、梁の長手方向軸に対して垂直に整列され得る。
【００１５】
再び図３を参照すると、各インタリーブ型分割フルブリッジは、梁２０６の近位端部２０６Ｐに配置された引張ゲージセンサ抵抗器と圧縮ゲージセンサ抵抗器とを有する。各インタリーブ型分割フルブリッジはまた、梁２０６の遠位端部２０６Ｄに配置された引張ゲージセンサと圧縮ゲージセンサとを有する。具体的には、ひずみゲージ抵抗器ＲＴ１、ＲＴ３、ＲＣ１及びＲＣ３は梁２０６の近位端部２０６Ｐに配置され、ひずみゲージ抵抗器ＲＴ２、ＲＴ４、ＲＣ２及びＲＣ４は梁２０６の遠位端部２０６Ｄに配置される。さらに、ひずみゲージ抵抗器ＲＴ１の細長い部分は、同一場所に設置され（co-located）且つ梁の同じ長手方向領域を占めるように、ひずみゲージ抵抗器ＲＴ３の細長い部分とインタリーブされる（interleaved  with）。ひずみゲージ抵抗器ＲＣ１の細長い部分は、同一場所に設置され且つ梁の同じ長手方向領域を占めるように、ひずみゲージ抵抗器ＲＣ３の細長い部分とインタリーブされる。インタリーブ型圧縮ゲージ抵抗器ＲＣ１、ＲＣ３は、インタリーブ型引張抵抗器ＲＴ１、ＲＴ３よりも梁の近位端部に近接して配置される。ひずみゲージ抵抗器ＲＴ２の細長い部分は、同一場所に設置され且つ梁の同じ長手方向領域を占めるように、ひずみゲージ抵抗器ＲＴ４の細長い部分とインタリーブされる。ひずみゲージ抵抗器ＲＣ３の細長い部分は、同一場所に設置され且つ梁の同じ長手方向領域を占めるように、ひずみゲージ抵抗器ＲＣ４の細長い部分とインタリーブされる。インタリーブ型圧縮ゲージ抵抗器ＲＣ２、ＲＣ４は、インタリーブ型引張抵抗器ＲＴ２、ＲＴ４よりも梁の遠位端部から離れて配置される。図３の例のひずみゲージ抵抗器のインタリーブは、図８の例示的な図面に示されたインタリーブ型ハーフブリッジの例を参照して、説明からより良く理解されるであろう。
【００１６】
図５は、幾つかの例による、各々が近位梁端部２０６Ｐにおいて中立軸に沿って整列したひずみゲージ抵抗器ＲＣ１、ＲＣ３、ＲＴ１、ＲＴ３を有し且つ各々が遠位梁端部２０６Ｄにおいて中立軸に沿って整列したひずみゲージ抵抗器ＲＣ２、ＲＣ４、ＲＴ２、ＲＴ４を有する、その上に形成された千鳥型（staggered）分割フルブリッジを備える梁側面２１２を有する力センサ梁２０６の例示的な斜視図である。梁は、４つの細長い長方形の側面と長方形の端面を有する。千鳥型分割フルブリッジ（図示せず）の同一対が、隣接する直交梁側面２１４上に形成される。隣接する直交側面に形成された千鳥型分割フルブリッジの対は、梁に引張ひずみを与え得る、梁の長手方向軸に垂直な力を測定するように構成される。
【００１７】
上述の図４Ａ〜４Ｂの例示的な概略図は、図５の千鳥型分割フルブリッジの第１及び第２のフルブリッジを表す。各千鳥型分割フルブリッジは、梁２０６の近位端部２０６Ｐに配置された引張ゲージセンサ抵抗器と圧縮ゲージセンサ抵抗器とを有している。各フルブリッジはまた、梁２０６の遠位端部２０６Ｄに配置された引張ゲージセンサと圧縮ゲージセンサとを有する。具体的には、ひずみゲージ抵抗器ＲＴ１、ＲＴ３、ＲＣ１及びＲＣ３は梁２０６の近位端部２０６Ｐに配置され、ひずみゲージ抵抗器ＲＴ２、ＲＴ４、ＲＣ２及びＲＣ４は梁２０６の遠位端部２０６Ｄに配置される。しかし、図３のインタリーブ型分割フルブリッジの対とは異なり、図５の分割千鳥分割ブリッジは、各フルブリッジのひずみゲージの対が梁の両端部において互いに隣接して配置される「千鳥型」配置で配置される。第１の千鳥型分割フルブリッジのひずみゲージ抵抗器ＲＴ１及びＲＣ１は、梁２０６の近位端部２０６Ｐにおいて互いに隣接して配置される。第２の千鳥型分割フルブリッジのひずみゲージ抵抗器ＲＴ３及びＲＣ３は、梁２０６の近位端部２０６Ｐに互いに隣接して配置され、ひずみゲージ抵抗器ＲＴ１及びＲＣ１よりも近位端部２０６Ｐから離れてオフセットされている。同様に、第１の千鳥型分割フルブリッジのひずみゲージ抵抗器ＲＴ２及びＲＣ２は、梁２０６の遠位端部２０６Ｄにいて互いに隣接して配置される。第２の千鳥型分割フルブリッジのひずみゲージ抵抗器ＲＴ４及びＲＣ４は、遠位端部２０６Ｄにおいて互いに隣接して配置され、ひずみゲージ抵抗器ＲＴ２及びＲＣ２よりも遠位端部２０６Ｄに近接してオフセットされる。
【００１８】
インタリーブ型分割フルブリッジと千鳥型分割フルブリッジの両方は、冗長な第１及び第２の出力電圧ＶＯ１及びＶＯ２を生成する。図３のインタリーブ型分割フルブリッジの対及び図５の千鳥型分割フルブリッジの対の引張及び圧縮ゲージセンサ抵抗器の長手方向分布は、測定される力に対する３つの方向のいずれかにおける軸外荷重モーメント及び２つの直交方向のいずれかにおける力などの他のソースからの力によって生じ得るノイズを相殺し実質的に除去する。さらに、インタリーブ型分割フルブリッジの対の各々及び千鳥型分割フルブリッジの対の各々は、温度変動の影響を実質的に相殺するように構成される引張及び圧縮ひずみゲージ抵抗器の両方を含む。さらに、図３の例におけるこれらのひずみゲージ抵抗器のインタリーブは、それらが梁の同じ位置でひずみを測定することを確実にし、それにより、たとえ梁の長さに沿って温度変化があっても、冗長な第１の出力電圧ＶＯ１及び第２の出力電圧ＶＯ２が一致する値（matching  values）を有することを確実にする。
【００１９】
従って、梁の近位端部と遠位端部との間の各フルブリッジのゲージセンサ抵抗器の分布は、第１及び第２の出力信号ＶＯ１及びＶＯ２が同じ冗長値を生成するように、力の他のソースから生じるノイズの影響を除去し且つ温度の影響を相殺する。第１及び第２の出力信号値ＶＯ１及びＶＯ２は、それらが異なる値を有するかどうかを判定するために比較され得る。ＶＯ１とＶＯ２の値が異なるという判定は、例えば、力センサの損傷によるエラーの指示を提供する。
【００２０】
図６は、幾つかの例による、各々が梁２０６の近位端部及び遠位端部に形成された引張ゲージセンサ抵抗器を有する一対のインタリーブ型分割ハーフホイートストンブリッジ（ハーフブリッジ）を備える梁面２１２を有するとともに梁の近位端部及び遠位端部に形成された圧縮ゲージ抵抗器を有する共有ハーフブリッジを有する、力センサ梁２０６の例示的な斜視図である。第１の引張ゲージハーフブリッジが、近位端部２０６Ｐにひずみゲージ抵抗器ＲＴ１を含み、遠位端部２０６Ｄにひずみゲージ抵抗器ＲＴ２を含む。第２の引張ゲージハーフブリッジが、近位端部２０６Ｐにひずみゲージ抵抗器ＲＴ３を含み、遠位端部２０６Ｄにひずみゲージ抵抗器ＲＴ４を含む。圧縮ゲージハーフブリッジは、近位端部にひずみゲージ抵抗器ＲＣ１を含み、遠位端部２０６Ｄにひずみゲージ抵抗器ＲＣ２を含む。引張ゲージセンサ抵抗器を有するインタリーブ型ハーフブリッジ（図示せず）及び圧縮ゲージセンサ抵抗器を有する同一の共有ハーフブリッジ（図示せず）の同一の対が、隣接する直交梁面２１４上に形成される。隣接する直交面上に形成されるインタリーブ型分割ハーフブリッジの対は、梁に引張ひずみを与え得る梁２０６の長手方向軸２１０に垂直な力を測定するように構成される。隣接する直交梁面上に形成された共有圧縮ゲージセンサ抵抗器は、梁２０６に圧縮ひずみを付与し得る梁の長手方向軸に平行な力を測定するように構成される。
【００２１】
図７は、３つのハーフブリッジを表す例示的な概略図である。第１の引張ゲージハーフブリッジ６０２は、中立軸に沿って整列された引張ひずみゲージ抵抗器ＲＴ１及びＲＴ２を含む。第２の引張ゲージハーフブリッジ６０４は、中立軸に沿って整列された引張ひずみゲージ抵抗器ＲＴ３及びＲＴ４を含む。圧縮ハーフブリッジ６０６は、中立軸に沿って整列した圧縮ひずみゲージ抵抗器ＲＣ１及びＲＣ２を含む。第１及び第２の引張ゲージハーフブリッジ６０２、６０４及び圧縮ゲージハーフブリッジ６０６の各々は、入力電圧Ｖｉｎを受けるように結合される。第１の引張ゲージハーフブリッジ６０２は、第１の張力出力ＶＯ１を提供するように結合される。第２の引張ゲージハーフブリッジ６０４は、第２の張力出力ＶＯ３を提供するように結合される。圧縮ゲージハーフブリッジ６０６は、圧縮力出力ＶＯ２を生成するように結合される。各抵抗器ＲＴ１−ＲＴ４及びＲＣ１−ＲＣ２は、サーペンタイン（曲がりくねった）（serpentine）又は蛇様の形状を形成するように、平行に整列され且つ端から端まで結合された複数の平行な細長い部分を含む。抵抗器ＲＣ１−ＲＣ２の細長い部分は、梁２０６の長手方向軸２１０に平行に整列され、圧縮ゲージセンサとして作用する。抵抗器ＲＴ１−ＲＴ４の細長い部分は、梁２０６の長手方向軸２１０に対して垂直に整列され、引張ゲージセンサとして作用する。
【００２２】
再び図６を参照すると、各インタリーブ型分割ハーフブリッジは、梁２０６の近位端部２０６Ｐに配置された引張ゲージセンサ抵抗器及び共有圧縮ゲージセンサ抵抗器を有する。各インタリーブ型分割ハーフブリッジはまた、梁２０６の遠位端部２０６Ｄに配置された引張ゲージセンサ及び共有圧縮ゲージセンサを有する。具体的には、ひずみゲージ抵抗器ＲＴ１、ＲＣ１及びＲＴ３は梁２０６の近位端部２０６Ｐに配置され、ひずみゲージ抵抗器ＲＴ２、ＲＣ２及びＲＴ４は梁２０６の遠位端部２０６Ｄに配置される。
【００２３】
図８は、破線で示される図６のインタリーブ型の３つのハーフブリッジの例のゲージセンサの配置を示す梁の側面図を示す。ひずみゲージ抵抗器ＲＴ１の細長い部分ＬＴ１は、同一場所に設置され且つ梁の同一の長手方向領域を占めるように、ひずみゲージ抵抗器ＲＴ３の細長い部分ＬＴ３とインタリーブされる。インタリーブ型ひずみゲージ抵抗器ＲＴ１及びＲＴ３は、梁の近位端部から圧縮ゲージ抵抗器ＲＣ１よりも離れている。近位端部と遠位端部との間に延びるリードＴ１、Ｔ２は、近位端部２０６Ｐに位置するＲＴ１と遠位端部２０６Ｄに位置するＲＴ２とを結合する。ひずみゲージ抵抗器ＲＴ２の細長い部分ＬＴ２は、同一場所に設置され且つ梁の同一の長手方向領域を占めるように、ひずみゲージ抵抗器ＲＴ４の細長い部分ＬＴ４とインタリーブされる。インタリーブ型ひずみゲージ抵抗器ＲＴ２及びＲＴ４は、圧縮ゲージ抵抗器ＲＣ２よりも梁の遠位端部に近接して配置される。近位端部と遠位端部との間に延びるリードＴ３、Ｔ４は、近位端部２０６Ｐに位置するＲＴ３と、遠位端部２０６Ｄに位置するＲＴ４とを結合する。近位端部と遠位端部との間に延びるリードＣ１、Ｃ２は、近位端部２０６Ｐに位置するＲＣ１と遠位端部２０６Ｄに位置するＲＣ２とを結合する。
【００２４】
図９は、幾つかの例に従った、各々が梁の近位端部及び遠位端部に形成された引張ゲージセンサ抵抗器を有し、梁の近位端部及び遠位端部に形成された圧縮ゲージ抵抗器を有する共有ハーフブリッジを有する千鳥型分割ハーフブリッジを備えた梁面２１２を有する力センサ梁２０６の例示的な斜視図である。図７の概略図はまた、図９の千鳥型の３つのハーフブリッジを表している。第１の引張ゲージハーフブリッジは、近位端部２０６Ｐにひずみゲージ抵抗器ＲＴ１を含み、遠位端部２０６Ｄにひずみゲージ抵抗器ＲＴ２を含む。第２の引張ゲージハーフブリッジは、近位端部２０６Ｐにひずみゲージ抵抗器ＲＴ３を含み、遠位端部２０６Ｄにひずみゲージ抵抗器ＲＴ４を含む。圧縮ゲージハーフブリッジは、近位端部にひずみゲージ抵抗器ＲＣ１を含み、遠位端部２０６Ｄにひずみゲージ抵抗器ＲＣ２を含む。引張ゲージセンサ抵抗器を有するインタリーブ型分割ハーフブリッジ（図示せず）の同一の対及び圧縮ゲージセンサ抵抗器を有する同一の共有ハーフブリッジ（図示せず）が、隣接する直交梁面２１４上に形成される。隣接する直交面上に形成されたインタリーブ型分割ハーフブリッジの対は、梁２０６に引張ひずみを与え得る梁２０６の長手方向軸２１０に垂直な力を測定するように構成される。隣接する直交梁面上に形成された共有圧縮ゲージセンサ抵抗器は、梁２０６に圧縮ひずみを与え得る梁の長手方向軸２１０に平行な力を測定するように構成される。
【００２５】
図１０は、図９の千鳥型の３つのハーフブリッジ例のゲージセンサの配置を示す例示的な側面図である。第１の引張ゲージ抵抗器ハーフブリッジは、中立軸に沿って整列された引張ひずみゲージ抵抗器ＲＴ１及びＲＴ２を含む。第２の引張ゲージ抵抗器ハーフブリッジは、中立軸に沿って整列された引張ひずみゲージ抵抗器ＲＴ３及びＲＴ４を含む。圧縮ゲージ抵抗器ハーフブリッジは、中立軸に沿って整列された圧縮ひずみゲージ抵抗器ＲＣ１及びＲＣ２を含む。第１の圧縮ゲージ抵抗器ＲＣ１は、第１の引張ゲージ抵抗器ＲＴ１と第３の引張ゲージ抵抗器ＲＴ３との間の梁の近位端部に配置され、第１の引張ゲージ抵抗器ＲＴ１は、第３の引張ゲージ抵抗器ＲＴ３よりも梁の近位端部に近接して配置される。第２の圧縮ゲージ抵抗器ＲＣ２は、第２の引張ゲージ抵抗器ＲＴ２と第４の引張ゲージ抵抗器ＲＴ４との間の梁の遠位端部に配置され、第４の引張ゲージ抵抗器ＲＴ４は、第２の引張ゲージ抵抗器ＲＴ２よりも梁の遠位端部に近接して配置される。近位端部と遠位端部との間に延びるリードＴ１、Ｔ２は、近位端部２０６Ｐに位置するＲＴ１と遠位端部２０６Ｄに位置するＲＴ２とを結合する。近位端部と遠位端部との間に延びるリードＴ３、Ｔ４は、近位端部２０６Ｐに位置するＲＴ３と遠位端部２０６Ｄに位置するＲＴ４とを結合する。近位端部と遠位端部との間に延在するリードＣ１、Ｃ２は、近位端部２０６Ｐに位置するＲＣ１と遠位端部２０６Ｄに位置するＲＣ２とを結合する。
【００２６】
従って、インタリーブ型分割ハーフブリッジ及び千鳥型分割ハーフブリッジの両方は、冗長な第１及び第２の張力出力電圧ＶＯ１及びＶＯ３を生成する。図６のインタリーブ型分割ハーフブリッジの対及び図９の千鳥型分割ハーフブリッジの対の引張及び圧縮ゲージセンサ抵抗器の長手方向分布は、測定される力に対する３つの方向のいずれかにおける軸外荷重モーメント及び２つの直交方向のいずれかにおける力などの他のソースからの力によって生じ得るノイズをキャンセルし実質的に除去する。さらに、図６のインタリーブ型ハーフブリッジの例では、ひずみゲージ抵抗器のインタリーブにより、それらが梁の同じ位置でひずみを測定することを保証し、これは、冗長な第１の出力電圧ＶＯ１及び第３の出力電圧ＶＯ３が、梁の長さに沿った温度変化があっても、一致する値を有することを保証する。
【００２７】
本発明に到達するに当たり、本発明者は、各ハーフブリッジ（引張ゲージハーフブリッジ及び圧縮ゲージハーフブリッジの両方）が、次の応力：モーメント、軸外力、軸外モーメント、圧縮／引張、ねじり、及び周囲温度をキャンセルすることを理解した。また、本発明者は、各ハーフブリッジ出力が、次のもの：力及び勾配温度を含むことを理解した。
発明者はさらに、ＶＯがハーフブリッジの出力である場合、以下であることを理解し、
【数１】
2021503082.tif 000003
ここで、εｐ及びεｄは近接応力及び遠位応力を表し、ＧＦはゲージ率を表す。
【００２８】
次に、上式の（εｐ−εｄ）の差分は：モーメント、軸外力、軸外モーメント、圧縮／引張、ねじり、及び周囲温度をキャンセルし、次に、「Ｔ  ｇａｕｇｅ」ハーフブリッジ出力及び「Ｃ  ｇａｕｇｅ」ハーフブリッジ出力を差し引いて、勾配温度をキャンセルする。
【００２９】
ＶＯ１が「Ｔ  ｇａｕｇｅ」のハーフブリッジの出力であり、ＶＯ２が「Ｃ  ｇａｕｇｅ」のハーフブリッジの出力である場合、ＶＯ１−ＶＯ２の減算は周囲温度と勾配温度をキャンセルし、減算後の最終出力のみが求められている「Ｆｏｒｃｅ（力）」である。
【００３０】
図６及び図９の分割ハーフブリッジの例について、冗長な比較は、以下のように実施され得る。
【００３１】
冗長な比較は、ハーフブリッジ測定値ＶＯ１、ＶＯ２及びＶＯ３から力信号及び温度差信号を抽出した後に行われる。
Ｘ軸について、例えば（「ｘ」で示され）、
Ｆｏｒｃｅ１＿ｘとｄｅｌｔａＴ１＿ｘを取得するためにＶＯ１＿ｘとＶＯ２＿ｘを使用することができ、
Ｆｏｒｃｅ２＿ｘ及びｄｅｌｔａＴ２＿ｘを取得するためにＶＯ３＿ｘ及びＶＯ２＿ｘを使用することができ、
Ｙ軸（「ｙ」で示される）について、
Ｆｏｒｃｅ１＿ｙとｄｅｌｔａＴ１＿ｙを取得するためにＶＯ１＿ｙ及びＶＯ２＿ｙを使用することができ、
Ｆｏｒｃｅ２＿ｙとｄｅｌｔａＴ２＿ｙを取得するためにＶＯ２＿ｙ及びＶＯ２＿ｙを使用することができ、
冗長チェックのために、
Ｆｏｒｃｅ＿ｘ：Ｆｏｒｃｅ１＿ｘとＦｏｒｃｅ２＿ｘが一致するかどうかをチェックし、
Ｆｏｒｃｅ＿ｙ：Ｆｏｒｃｅ１＿ｙとＦｏｒｃｅ２＿ｙが一致するかどうかをチェックし、
ｄｅｌｔａＴ：ｄｅｌｔａＴ１＿ｘとｄｅｌｔａＴ１＿ｙが一致するかどうかをチェックする。
【００３２】
これらの比較チェックは、ゲージのいずれかの故障をカバーする。
【００３３】
ｄｅｌｔａＴ２＿ｘ及びｄｅｌｔａＴ２＿ｙは、それらが追加情報を提供しないため、一種のスローアウェイ項である。
【００３４】
電圧出力から力とｄｅｌｔａＴを計算するために使用される数学は次のとおりである。
【数２】
2021503082.tif 000004
【数３】
2021503082.tif 000005
ここで、「Ｔｇａｕｇｅ  ＶＯ」はＶＯ１、「Ｃｇａｕｇｅ  ＶＯ」はＶＯ２である。
【００３５】
従って、梁の近位端部と遠位端部との間の各引張ゲージハーフブリッジのゲージセンサ抵抗器の分布は、他の力のソースから生じるノイズの影響を除去し、温度の影響をキャンセルし、そのため、第１及び第２の引張ゲージ力出力信号ＶＯ１及びＶＯ３が同じ冗長値を生成する。第１及び第２の引張ゲージ力出力信号値ＶＯ１及びＶＯ３は、それらが異なる値を有するかどうかを決定するために比較され得る。ＶＯ１とＶＯ３が異なる値を有するという決定は、例えば、力センサの損傷によるエラーの指標を提供する。
【００３６】
冗長な温度値は、隣接する直交面に形成される圧縮ゲージハーフブリッジによって生成される圧縮出力値ＶＯ２によって与えられる。隣接する直交面に形成されるハーフブリッジによって生成される圧縮出力値ＶＯ２は、それらが異なる値を有するかどうかを決定するために比較され得る。隣接する直交面上の圧縮ゲージハーフブリッジが異なる値を有するという決定は、例えば、力センサの損傷によるエラーの指標を提供する。
【００３７】
証明
【００３８】
Ａ．  Ｔゲージ（Ｔｇａｕｇｅ）ひずみ及びＣゲージ（Ｃｇａｕｇｅ）ひずみを決定する：
図１１は、梁の中立軸に沿って配置されたＴゲージ（引張）及びＣゲージ（圧縮）を有する梁の例示的な斜視図である。
【００３９】
力と温度の変化を決定するために用いられる値は、以下を含む:
Ｆｇ：検知面に沿った力
ｌ：加えられる力の位置
Ｍ：検知面に垂直に加えられるモーメント
ＦＺ：中立軸に平行に加えられる力
Ｉ：慣性モーメント
Ａ：面積又は断面積
ＣＴＥ：熱膨張係数
ΔＴ：温度変化
ε：ひずみ
ρ：ポアソン比
Ｔゲージひずみ測定式：
【数４】
2021503082.tif 000006
Ｃゲージひずみ測定式:
【数５】
2021503082.tif 000007
【００４０】
Ｂ．  力及びΔＴの決定：
図１２は、梁の近位端部及び遠位端部にそれぞれ、梁の中立軸に沿って配置された引張ゲージＲ１及びＲ２を持つ梁の例示的な斜視図である。図１３は、図１２のＲ１及びＲ２を含むハーフブリッジ回路を示す例示的な概略図である。
【００４１】
図１２−１３のハーフブリッジについては、上記のＴゲージひずみ測定を用いて、Ｒ１、Ｒ２、及びＶｉｎに基づいてＶＯを計算することができる。
【数６】
2021503082.tif 000008
【数７】
2021503082.tif 000009
【数８】
2021503082.tif 000010
【００４２】
両ゲージの公称抵抗値は、無負荷で同じＲ値である。ゲージが受けるひずみに依存する抵抗の変化はゲージ係数をかけたものである。小さな抵抗変化に対しては、一次近似を用いて次式を得る。
【数９】
2021503082.tif 000011
【００４３】
力に関してＶＯを取得するためにひずみ方程式を代わりに用いることができる。
【数１０】
2021503082.tif 000012
【００４４】
同様に、圧縮（Ｃ）ゲージを用いてハーフブリッジの方程式を得た。
【数１１】
2021503082.tif 000013
【００４５】
ＣゲージとＴゲージの方程式を用いて、Ｆｌｌ及びΔＴ＝（ΔＴ１−ΔＴ２）を解くことができる。
【数１２】
2021503082.tif 000014
【数１３】
2021503082.tif 000015
【数１４】
2021503082.tif 000016
【数１５】
2021503082.tif 000017
【００４６】
Ｃ．  ひずみを利用した基本的な力測定：
図１４は、力が梁に加えられる位置からの距離ｌにおけるひずみ測定を示す片持梁に印加される力の例示的な側面図である。
【００４７】
片持梁の遠位端に加えられる垂直力に対するひずみ方程式は、次のとおりである。
【数１６】
2021503082.tif 000018
ここで
Ｅ：弾性率
Ｉ：慣性モーメント。
【００４８】
ひずみ方程式は、検知点からの距離ｌだけでなく、加えられる力Ｆにも依存することが分かる。従って、加えられる力を測定できるようにするためには、「ｌ」の依存性を除去するための第２の測定が必要である。これを行う最も明白な方法は、梁に沿った異なる点でひずみを測定することである。
【００４９】
図１５は、力が梁に印加される位置からの近位距離ｌｐｒｏｘ及び遠位距離ｌｄｉｓｔにおけるひずみ測定を示す片持梁に加えられる力の例示的な側面図である。その結果、以下を得ることができる。
【数１７】
2021503082.tif 000019
【数１８】
2021503082.tif 000020
【００５０】
次に、２つの測定値を引くと、以下を得る。
【数１９】
2021503082.tif 000021
【００５１】
距離の差は既知の量であり、２つの検知点間の距離である。
【００５２】
Ｄ．  ノイズソース下での力測定
図１６は片持ち梁の側面図である。
【００５３】
典型的な力測定シナリオでは、我々には関心がないが依然として梁に測定可能なひずみを発生させるノイズソース／信号が存在し、これは、我々が検知しており、これは加えられる力の誤った推定に帰着することになる。存在する可能性がある他のひずみのソースは、
・  ２つの直交方向の力
・  ３方向すべてのモーメント
・  温度変化
である。
【００５４】
測定したい力がＸ軸に沿って向けられるように基準フレームが選択された場合、
測定するための望ましくないひずみソースは、力（Ｆｙ、Ｆｚ）、モーメント（Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）及び温度（ΔＴ）である。
【００５５】
したがって、中立軸に平行に向けられた片持ち梁上の点検出要素の最も一般的なひずみ方程式は、以下の通りである。
【数２０】
2021503082.tif 000022
【数２１】
2021503082.tif 000023
ここで、
Ｅ：弾性率
Ｉ：慣性モーメント。
γ：中立軸を通るＹＺ面への垂直距離
ｄ：中立軸を通るＸＺ面への垂直距離
Ａ：断面積
ＣＴＥ：熱膨張係数
εｃＭｚ：中立軸に垂直なねじれＭｚによるひずみ
εｔＭｚ：中立軸に平行なねじれＭｚによるひずみ
ρｒ：基板のポアソン比
【００５６】
上式から分かるように、ひずみの点測定は、多くのひずみソースに依存する。また、近位及び遠位の測定値を差し引く行為は、共通モードとしてのひずみのいくつかのソースを排除する。以下が排除される。
・力：Ｆｚ
・モーメント：Ｍｙ、Ｍｚ
【００５７】
検知点／要素が中立軸を中心として対称的に配置される場合（ｄ＝０）、以下はひずみ測定値に影響を与えない。
・力：Ｆｙ
・モーメント：Ｍｘ
【００５８】
したがって、補償されないひずみソースは温度変化である。温度を補償する最も普通の方法は、温度変化からのひずみを局所的に除去するために「Ｃ」（圧縮）ゲージ及び「Ｔ」（引張）ゲージを使用するホイートストンブリッジ構成を使用することである。
【００５９】
図１７Ａは、その近位端部に配置されたホイートストンブリッジを持つ梁の側面図である。図１７Ｂは、図１７Ａのホイートストンブリッジ回路の概略図である。
【００６０】
ホイートストンブリッジの出力は次のとおりである。
【数２２】
2021503082.tif 000024
【００６１】
ゲージの抵抗ひずみ関係は以下の通りである。
【数２３】
2021503082.tif 000025
【００６２】
すべてのゲージの公称抵抗が同じであり、ひずみ-抵抗関係を置き換え、一次近似を行う場合、次の式が得られる。
【数２４】
2021503082.tif 000026
【００６３】
Ｆｘが適用されるとき、上式は次の形に変えられる。
【数２５】
2021503082.tif 000027
ここで、Ｋはスカラー定数、ｌ＝Δｌ＋（１＋ρｒ）ｌ１、Δｌ＝ｌ２−ｌ１である。
【００６４】
したがって、加えられた力に比例する出力信号を得る。
【００６５】
温度変化がある場合、すべてのゲージで見られるひずみは同じであり、出力はゼロになり、これは、温度変化が局所的に補償されることを意味する。
【００６６】
従って、検知方向（Ｘ軸）における加えられる力を測定するためには、梁の近位端部及び遠位端部近くに位置する２つのホイートストンブリッジが必要である。
【００６７】
Ｅ.  単一ホイートストンブリッジを用いる力の測定
図１８は、その近位端部に中立軸に沿って配置された引張ゲージ抵抗器Ｒ１及び圧縮ゲージ抵抗器Ｒ２と、その遠位端部に中立軸に沿って配置された引張ゲージ抵抗器Ｒ３及び圧縮ゲージ抵抗器Ｒ４とを有する分割ホイートストンブリッジを備える梁の側面図である。図１７Ｂの概略図は、図１８の分割ブリッジに適用可能である。
【００６８】
ささいな設計を見ると、温度を局所的に補償し、２つの信号を測定し、加えられる力を取得するために外部から２つの信号を差し引くが、ホイートストンブリッジ方程式の構造は内部で信号を差し引く能力を持っているので、これを有利に使うことができる。また、温度が局所的に補償される代わりに、温度効果を全体的に補償できるようにゲージを配置することができる。
【００６９】
各測定点で見られる温度変化は、どこでも同じである周囲温度変化と、周囲温度とその点の温度との間の温度差である温度差に分解することができる。周囲温度変化は、最終的に共通のモードであり、近位及び遠位信号を差し引く行為だけで、その影響を除去する。
【００７０】
上記の構成では、出力信号を次のように得る。
【数２６】
2021503082.tif 000028
【００７１】
温度差がなければ、Ｒ１、Ｒ２は引張ゲージであり、Ｒ３、Ｒ４は圧縮ゲージであり、加得られる力との関係は−ρｒによって変化するので、Ｒ１及びＲ２は一緒に加えられ力を測定でき、Ｒ３及びＲ４は同様に加えられる力を測定できることがわかる。したがって、全体の式は次のようになる。
【数２７】
2021503082.tif 000029
ここで、Ｋは固定定数であり、
【数２８】
2021503082.tif 000030
【００７２】
温度差についての同じ構成は異なる結果を有し、Ｒ１及びＲ２は近位ゲージと遠位ゲージとの間の温度差の影響を測定し、Ｒ３及びＲ４は同様に温度差の影響を測定する。たとえ２つの対が異なるゲージタイプであっても、それらは、温度変化によるひずみに対して同じ感度を有する。
【数２９】
2021503082.tif 000031
ここで、Ｋは固定定数であり、
【数３０】
2021503082.tif 000032
【００７３】
したがって、「Ｃ」ゲージは温度補償ゲージ、「Ｔ」ゲージは測定ゲージとおおよそみなすことができる。
【００７４】
図１９は、２つの分割フルブリッジ回路を備える梁１９０２を含む力センサ１９００を示す例示的な図面である。梁１９０２は、近位端部１９０２Ｐと遠位端部１９０２Ｄと、その間の中央部とを含む。第１の分割ブリッジ回路は、ひずみゲージ抵抗器ＲＣ１、ＲＣ３、ＲＴ１、ＲＴ３を含む。第１のブリッジ回路は、梁の近位端部に配置された圧縮ひずみゲージ抵抗器ＲＣ１及び引張ゲージ抵抗器ＲＴ１と、梁の遠位端部に配置された圧縮ひずみゲージ抵抗器ＲＣ３及び引張ゲージ抵抗器ＲＴ３とに分割される。第２の分割ブリッジ回路は、ひずみゲージ抵抗器ＲＣ２、ＲＣ４、ＲＴ２、ＲＴ４を含む。第２のブリッジ回路は、梁の近位端部に配置された圧縮ひずみゲージ抵抗器ＲＣ２及び引張ゲージ抵抗器ＲＴ２と、梁の遠位端部に配置された圧縮ひずみゲージ抵抗器ＲＣ４及び引張ゲージ抵抗器ＲＴ４とに分割される。
【００７５】
梁上に配置された導電性測定出力リード線Ｌ１〜Ｌ４及び入力信号リード線Ｌ５〜Ｌ６が、図示のようにひずみゲージ抵抗器を電気的に結合する。測定出力リード線Ｌ１は、ノードＶＯ１−でＲＴ１及びＲＴ３を電気的に結合するために梁の近位部、中央部及び遠位部と一体的に延びるように配置される。測定出力リード線Ｌ２は、ノードＶＯ１＋においてＲＣ１及びＲＣ３を電気的に結合するために梁の近位部、中央部及び遠位部と一体的に延びるように配置される。測定出力リード線Ｌ３は、ノードＶＯ２＋においてＲＣ２及びＲＣ４を電気的に結合するために梁と一体に延びるように配置される。測定出力リード線Ｌ４は、ノードＶＯ２−においてＲＴ２及びＲＴ４を電気的に結合するために梁と一体的に延びるように配置される。入力信号リード線Ｌ５は、ノードＶＩ＋においてＲＣ１、ＲＣ２、ＲＴ１及びＲＴ２を電気的に結合するために梁の近位部内に延びる。入力信号リード線Ｌ６は、ノードＶＩ−においてＲＣ３、ＲＣ４、ＲＴ３及びＲＴ４を電気的に結合するために梁の遠位部内に延びる。リード線Ｌ１〜Ｌ６は、梁と一体に配置され、梁に機械的に結合される。
【００７６】
ＲＴ１、ＲＴ３、ＲＣ１、ＲＣ３に結合された入力タップノードＶＩ＋、及びＲＴ２、ＲＴ４、ＲＣ２、ＲＣ４に結合されたＶＩ−は、入力信号ノードとして作用し、入力励起信号の正極性及び負極性を受信するように結合される。ＲＴ１、ＲＴ３のそれぞれの接合部、及びＲＣ１、ＲＣ３の接合部における測定タップノードＶＯ１−及びＶＯ１＋は、出力測定信号ノードとして働き、ひずみを示す出力測定信号を提供するように結合される。同様に、ＲＴ２、ＲＴ４のそれぞれの接合部、及びＲＣ２、ＲＣ４の接合部における測定タップノードＶＯ２−及びＶＯ２＋は、出力測定信号ノードとして働き、ひずみを示す出力測定信号を提供するように結合される。
【００７７】
各分割ブリッジは、梁の近位端部に配置されたひずみゲージ抵抗器と梁の遠位端部に配置されたひずみゲージ抵抗器の両方を含むので、各ブリッジの抵抗器を電気的に結合するリード線Ｌ１〜Ｌ６は比較的長い。例えば、図１９の第１及び第２の分割ブリッジの抵抗器を結合するリード線は、各ブリッジが完全に梁の近位端部又は梁の遠位端部のいずれかに位置する図１の例示的なブリッジの非分割ブリッジ回路の抵抗器を結合するために使用されるリード線よりも比較的長い。
【００７８】
分割ブリッジ回路は、ゲージがひずみゲージのサイズに比べて長距離にわたる梁位置に分布しているため、ひずみゲージ間に望ましくない量の不釣り合いリード抵抗を導入する可能性がある。リード抵抗は、センサ測定の精度に影響を及ぼし、クロスカップリング及び温度依存性オフセットを導入する。
【００７９】
より詳細には、導電性リード線は、ひずみゲージを生成する蒸着及びエッチングプロセスを介して梁上に一体的に形成される。好ましくは、リード線は、例えば、梁に与えられる力又は温度の変化に応答して、電気的特性を変化させない。しかし、梁の反対の端部で能動抵抗ひずみゲージを結合するために梁に沿って延びる導電性リード線は、梁に加えられる力に応じて梁が歪むのでひずみを受け、これは導電性線の抵抗を変化させる。いくつかの例において、リード線の長さは、蛇行形状の抵抗ひずみゲージ素子を構成する導体線部分の全体の長さに大きさが匹敵し得る。電気接続線はブリッジ回路の能動抵抗素子としてふるまうことを意図していないので、電気伝導線の抵抗の変化はひずみ測定値の歪み（distortion）を生じさせる可能性がある。従って、リード抵抗を低減し、残存するリード抵抗を最小限に抑えるバランスをとる必要がある。
【００８０】
図２０Ａ〜２０Ｂは、中立軸２００４を有する梁２００２を含み、かつ測定出力リード線Ｌ１’〜Ｌ４’によって電気的に結合された分割ブリッジ半部を有する２つの分割フルブリッジ回路を含み、かつ電気的に結合された入力リード線Ｌ５〜Ｌ６が梁２００２から機械的に分離された梁２００２を含む、例示の力センサ２０００を示す説明図である。図２０Ａは、分割ブリッジ半部のひずみゲージ素子ＲＣ１−ＲＣ４及びＲＴ１−ＲＴ４を簡略化したブロック図の形態で示し、分割ブリッジ半部のひずみゲージ素子間に延びる機械的に分離された測定出力リード線Ｌ１’−Ｌ４’を示し、ノードＶＩ＋においてＲＣ１、ＲＣ２、ＲＴ１及びＲＴ２を電気的に結合する入力信号リード線Ｌ５’を示し、ノードＶＩ−においてＲＣ３、ＲＣ４、ＲＴ３及びＲＴ４を電気的に結合する入力信号リード線Ｌ６’を示す。図２０Ｂは、図２０Ａの例示的なセンサのひずみゲージ素子ＲＣ１−ＲＣ４及びＲＴ１−ＲＴ４の第１の例示的な配置の詳細を示す。図２０Ｃは、図２０Ａの例示的なセンサ２０００のひずみゲージ素子ＲＣ１−ＲＣ４及びＲＴ１−ＲＴ４の第２の例示的な配置の詳細を示す。図面を簡単にするために、機械的に分離された測定出力リード線Ｌ１’−Ｌ４’及び入力リード線Ｌ５−Ｌ６は、図２０Ｂ-２０Ｃから省略されるが、それらの相互接続を以下に説明する。
【００８１】
図２０Ａを参照すると、図２０Ａの機械的に分離された測定出力リード線Ｌ１’−Ｌ４’は、図１９の対応してラベル付けされた一体測定出力リード線Ｌ１’−Ｌ４’に対応する。機械的に分離されたリード線Ｌ１’−Ｌ４’は、梁から外れて外にルーティングされ、この実装の一例は、梁にワイヤボンディングされたフレックス回路／ケーブルの一部であるリードＬ１’−Ｌ６’を有することになる。フレックスケーブルは、加えられる力による梁のたわみがフレックス回路／ケーブルにひずみを生じないように十分なたるみを有するように取り付けられ、さらに、フレックス回路上のリード線は、ニクロム（ニッケルとクロムの合金）などのより高い抵抗の薄膜材料と比較して銅などのより低い抵抗の電気材料で作ることができ、従って、より低い大きさのリード抵抗を提供する。従って、ひずみゲージ素子を電気的に結合するリード線Ｌ１’−Ｌ４’は、梁に加えられる歪ませる力（deflecting  force）（図示せず）による梁２００２のたわみ（deflection）中に与えられるひずみから機械的に分離される。
【００８２】
図２０Ｂの例示的な２ブリッジ構成を参照すると、リード線の変化を除いて、図２０Ｂの力センサ２０００の構成は、図１９のセンサの構成と同一である。伸長された測定出力リード線Ｌ１’−Ｌ４’及び入力リード線Ｌ５−Ｌ６は、梁から機械的に分離され、より短い一体の近位リード線部分ＸＰ１−ＸＰ６及びより短い一体の遠位リード線部分ＸＤ１−ＸＤ６は、梁と一体に配置される。その結果、梁の機械的なたわみの間にリードに加えられる応力がより少なくなり、従って、図１９の例示的センサと比較した場合に生じるひずみ測定値の歪みがより少なくなる。
【００８３】
機械的に分離されたリード線Ｌ１’は、近位及び遠位ブリッジ半部のＶＯ１−と標識されたノードでＲＣ１及びＲＣ３を電気的に結合するように、梁の近位部、中央部及び遠位部の間で梁から機械的に分離されて延びるように配置される。絶縁されたリード線Ｌ２’は、近位部及び遠位ブリッジ半部のＶＯ１＋と標識されたノードでＲＴ１及びＲＴ３を電気的に結合するように、梁の近位部、中央部及び遠位部の間で梁から機械的に分離されて延びるように配置される。絶縁されたリード線Ｌ３’は、近位及び遠位ブリッジ半部のＶＯ２−と標識されたノードでＲＣ２及びＲＣ４を電気的に結合するように、梁の近位部、中央部及び遠位部の間で梁から機械的に分離されて延びるように配置される。絶縁されたリード線Ｌ４’は、近位及び遠位ブリッジ半部においてＶＯ２＋と標識されたノードでＲＴ２及びＲＴ４を電気的に結合するように、梁の近位部、中央部及び遠位部の間で梁から機械的に分離されて延びるように配置される。近位リード線要素ＸＰ３−ＸＰ４は、電圧ＶＩ＋に結合され、それにより、電圧ＶＩ＋でＲＣ１、ＲＣ２、ＲＴ１及びＲＴ２を電気的に結合する。遠位リード線要素ＸＤ３−ＸＤ４は、電圧ＶＩ−に結合され、それにより、ＲＣ３、ＲＣ４、ＲＴ３及びＲＴ４を電圧ＶＩ＋に電気的に結合する。
【００８４】
図２０Ｃの例示的な２ブリッジ構成を参照すると、各圧縮ゲージ抵抗器及び各引張ゲージ抵抗器は、梁の中立軸２００４を中心に対称に配置される。さらに、第２の例の構成では、第１のブリッジの近位半部のＲＣ１及びＲＴ１、ならびに第２のブリッジの近位半部のＲＣ２及びＲＴ２は、梁の近位部において、それらの間の近位横断軸２００６Ｐの周りに対称に配置される。ＲＴ１はＲＣ１を部分的に囲み、ＲＴ２はＲＣ２を部分的に囲む。ＲＣ１及びＲＴ１の端子は、近位横断軸２００６Ｐの近位に横方向に整列し、ＲＣ２及びＲＴ２の端子は、近位横断軸２００６Ｐに遠位に横方向に整列する。同様に、第１のブリッジの遠位半部のＲＣ３及びＲＴ３、ならびに第２のブリッジの遠位半部のＲＣ４及びＲＴ４は、梁の遠位部においてそれらの間の遠位横断軸２００６Ｄの周りに対称に配置される。ＲＣ３及びＲＴ３の端子は、遠位横断軸２００６Ｄの近位に横方向に整列され、ＲＣ４及びＲＴ４の端子は、遠位横断軸２００６Ｄの遠位に横方向に整列される。ＲＣ３はＲＣ３を部分的に囲み、ＲＴ４はＲＣ４を部分的に囲む。
【００８５】
依然として図２０Ｃを参照すると、細長いリード線部分Ｌ１’−Ｌ４’は、梁から機械的に分離され、より短い一体の近位リード線部分ＸＰ７−ＸＰ８及びより短い一体の遠位リード線部分ＸＤ７−ＸＤ８は、梁と一体に配置される。その結果、より少ない応力が梁の機械的たわみの間にリードに加えられ、従って、図１９の例示的センサと比較するとき、より少ないひずみ測定値の歪みが生じる。
【００８６】
ノードとリード線との間の結合は、図２０Ｂ〜２０Ｃの第１及び第２の例示的な構成と同じである。より具体的には、図２０Ｃを参照すると、機械的に分離されたリード線Ｌ１’は、近位及び遠位ブリッジ半部においてＶＯ１−と標識されたノードでＲＣ１及びＲＣ３を電気的に結合するように、梁の近位部、中央部及び遠位部の間で梁から機械的に分離されて延びるように配置されている。分離されたリード線Ｌ２’は、近位及びブリッジ半部においてＶＯ１＋と標識されたノードでＲＴ１及びＲＴ３を電気的に結合するように、梁の近位部、中央部及び遠位部の間で梁から機械的に分離されて延びるように配置される。分離されたリード線Ｌ３’は、近位及び遠位ブリッジ半部においてＶＯ２−と標識されたノードでＲＣ２及びＲＣ４を電気的に結合するように、梁の近位部、中央部及び遠位部の間で梁から機械的に分離されて延びるように配置される。分離されたリード線Ｌ４’は、近位及び遠位ブリッジ半部においてＶＯ２＋と標識されたノードでＲＴ２及びＲＴ４を電気的に結合するように、梁の近位部、中央部及び遠位部の間で梁から機械的に分離されて延びるように配置される。近位のリード線要素ＸＰ７−ＸＰ８は電圧ＶＩ＋に結合され、それにより電圧ＶＩ＋でＲＣ１、ＲＣ２、ＲＴ１及びＲＴ２を電気的に結合する。遠位のリード線要素ＸＤ７−ＸＤ８は、電圧ＶＩ−に結合され、それにより、ＲＣ３、ＲＣ４、ＲＴ３及びＲＴ４を電圧ＶＩ＋に電気的に結合する。
【００８７】
図２１は、入力パッド２１１２及び測定パッド２１１４が一致する面積（matching  areas）を有する、図２０Ａの梁２００２上に配置された近位接続パッド２１１０Ｐのセット及び遠位接続パッド２１１０Ｄのセットを示す例示的な図である。近位接続パッド２１１０のセット及び遠位接続パッド２１１０のセットは、機械的に分離された測定出力リード線Ｌ１’−Ｌ４’及び入力信号線Ｌ５’−Ｌ６’をひずみゲージ抵抗器に電気的に結合するために、例示の梁２００２上に配置される。ワイヤボンド（それらは図２１にあり、パッドからリード線の集合に向かう小さい弧である。リードのバンドルにＬ５−Ｌ６も含める）は、測定出力リードＬ１’−Ｌ４’をパッド測定パッド２１１４に電気的に結合し、入力信号リードＬ５’−Ｌ６’を入力パッド２１１２に結合する。入力信号パッド２１１２は、図示のように、励起電圧ＶＩ＋、ＶＩ−を受けるように結合される。測定出力パッド２１１４は、図示のように、感知出力電圧ＶＯ１−、ＶＯ１＋、ＶＯ２−、ＶＯ２＋を受けるように結合される。
【００８８】
従来、全てのパッドは、典型的には、同じ面積であり、従って、同じ抵抗を有する。しかし、ワイヤボンドは不定であることがあり、これはパッドとリードとの間の電気接続の抵抗に影響を与えることがあり、これは、異なる電気リード上の信号間のゼロオフセットに影響を与えることがあり、また、電気接続の温度感度に影響を与えることがある。入力パッドでの抵抗の増加は、測定の感度に関係する電圧のゲインに影響する。出力測定パッドでの抵抗の増加は、ゼロオフセットに影響する。一般に、ゲインは、例えば、ソフトウェアを用いて、ゼロオフセットよりも容易に管理することができる。
【００８９】
図２２は、近位接続パッド２１１０Ｐ’のセット及び遠位接続パッド２１１０Ｄ’のセットを示す例示的な図であり、測定出力パッド２１１４’は、入力信号パッド２１１２’よりも大きい面積を有する。入力パッド面積は、より大きい測定パッド面積を提供するために犠牲にされる。より大きい測定パッド面積は、測定パッド２１１４’の抵抗を減少させ、これは、接続パッド抵抗に対するワイヤボンド変動の影響を減少させ、ゼロオフセットに対するワイヤボンド変動の影響を減少させる。従って、入力信号パッドサイズと比較した測定パッドサイズの相対的な増加は、測定パッド抵抗の変動性を減少させ、測定精度に対するワイヤボンドの位置及びサイズの変動の影響を小さくする。
【００９０】
依然として図２２を参照すると、近位接続パッド２１１０Ｐ’のセット及び遠位接続パッド２１１０Ｄ’のセットが、機械的に分離されたリード線Ｌ１’−Ｌ４’及びＬ５’−Ｌ６’をひずみゲージ抵抗器に電気的に結合するために、例示の梁２００２上に配置される。ワイヤボンドは、リードＬ１’−Ｌ４’を測定出力パッド２１１４’に電気的に結合する。入力信号パッド２１１２’は、図示のように、励起電圧ＶＩ＋、ＶＩ−を受けるように結合される。測定信号出力パッド２１１４’は、図示のように、感知出力電圧ＶＯ１−、ＶＯ１＋、ＶＯ２−、ＶＯ２＋を受けるように結合される。
【００９１】
図２３は、励起電圧入力ＶＩ＋、ＶＩ−を共有する梁上に配置された例示的な第１及び第２の分割ブリッジ回路２３１０、２３２０を含む力センサ２０００を示す例示的な回路概略図である。各ブリッジ回路の半部は梁の近位端部に配置され、各ブリッジ回路の半部は梁の遠位部に配置される。しかし、図２３は、図面を簡略化するために、梁の両端部における近位半部と遠位半部の物理的分離を示していない。図２３は、梁上の重複しない分離位置における第１及び第２の分割ブリッジ回路の例示的な構成を示す。図５は、第１及び第２の分割ブリッジ回路の千鳥型配置例を示す。図６は、第１及び第２の分割ブリッジ回路のインタリーブ配置例を示す。
【００９２】
上述のように、測定冗長性は、２つの分割ブリッジ回路を使用して達成され、各回路は、梁の近位端部に配置されたハーフブリッジを有し、梁の遠位端部に配置されたハーフブリッジ部分を有する。例えば、２つの分割ブリッジ回路の対応する出力測定値の不整合は、２つのブリッジ回路の一方又は両方の測定誤差及び可能性のある損傷を示す。測定不整合の決定における正確さを確実にするために、例えば、第１及び第２のブリッジ回路の対応するタップリード線の抵抗は一致すべきである。
【００９３】
図２４は、図２３の例示的なデュアル分割ブリッジ回路のためのタップリード線を示す例示的な図である。電圧レベルと回路ノードとの間のタップリード線は、等しいリード線長を有し、均一な線幅を有し、所与のタップ点と、タップ点に電気的に結合される回路ノードの各々との間の一致する抵抗を提供する。従って、各タップ点と、タップ点に電気的に結合されるノードとの間の抵抗は、バランスされる。
【００９４】
特に、例えば、励磁入力電圧ＶＩ＋のタップ点と、ＶＩ＋Ａを受ける回路ノードとの間のタップリード線長及びリード線幅は、ＶＩ＋タップ点の両側の単一ハッシュマークで示される電圧ＶＩ＋のタップ点と、ＶＩ＋Ｂを受ける回路ノードとの間のタップリード線長及びリード線幅と等しい。
【００９５】
励磁入力電圧ＶＩ−のタップ点とＶＩ−Ａを受ける回路ノードとの間のタップリード線長及びリード線幅は、ＶＩ−タップ点の両側の二重ハッシュマークで示される電圧ＶＩ−タップ点とＶＩ−Ｂを受ける回路ノードとの間のタップリード線長及びリード線幅と等しい。
【００９６】
測定電圧ＶＯ１＋のタップ点とＶＯ１＋を供給する回路ノードとの間のタップリード線長及びリード線幅は、ＶＯ１＋タップ点の両側にある３つのハッシュマークで示された電圧ＶＯ１＋のタップ点とＶＯ１＋Ｂを受ける回路ノードとの間のタップリード線長及びリード線幅と等しい。
【００９７】
測定電圧ＶＯ１−のタップ点とＶＯ１−Ａを供給する回路ノードとの間のタップリード線長及びリード線幅は、ＶＯ１−タップ点の両側にある４つのハッシュマークで示される電圧ＶＯ１−のタップ点とＶＯ１−Ｂを受ける回路ノードとの間のタップリード線長及びリード線幅と等しい。
【００９８】
測定電圧ＶＯ２＋のタップ点とＶＯ２＋Ａを供給する回路ノードとの間のタップリード線長及びリード線幅は、ＶＯ２＋タップ点の両側にある５つのハッシュマークで示される電圧ＶＯ２＋のタップ点とＶＯ２＋Ｂを受ける回路ノードとの間のタップリード線長及びリード線幅と等しい。
【００９９】
測定電圧ＶＯ２−のタップ点とＶＯ２−Ａを供給する回路ノードとの間のタップリード線長及びリード線幅は、ＶＯ２−タップ点の両側にある６つのハッシュマークで示される電圧ＶＯ２−のタップ点とＶＯ２−Ｂを受ける回路ノードとの間のタップリード線長及びリード線幅と等しい。
【０１００】
等しいタップリード線長は、各タップ点の各側のバランスのとれたタップリード線長抵抗を確実にし、例えば、測定出力信号ミスマッチに基づいて回路損傷のより正確な決定をもたらす。
【０１０１】
例示的な例が示され、説明されたが、広範囲の修正、変更及び置換が前述の開示において考えられ、いくつかの例においては、例のいくつかの特徴は、他の特徴の対応する使用なしに用いられ得る。当業者であれば、多くのバリエーション、代替、及び修正を認識するであろう。従って、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によってのみ限定されるべきであり、特許請求の範囲は、広くかつ本明細書に開示された例の範囲と一貫する方法で解釈されることが適切である。上述の説明は、当業者が梁及び分散されたブリッジ回路を備えた力センサを作成し、使用することを可能にするために提示されている。例に対する種々の修正は、当業者には容易に明らかであり、本明細書に定義された包括的な原理は、本発明の範囲から逸脱することなく、他の例及び用途に適用することができる。先の説明では、説明のために多数の詳細が記載されている。しかし、当業者は、本発明がこれらの特定の詳細を使用せずに実施され得ることを理解するであろう。他の例では、本発明の説明を不必要な詳細で不明瞭にしないために、よく知られたプロセスはブロック図の形式で示されている。同一の参照番号は、異なる図面における同一又は類似のアイテムの異なるビューを表現するために使用することができる。従って、本発明に従った実施例の前述の説明及び図面は、本発明の原理を単に例示するに過ぎない。従って、添付の特許請求の範囲に定義される本発明の範囲から逸脱することなく、当業者によって例に対して種々の修正を行うことができることが理解されるであろう。
【図１】
2021503082.tif 000033
【図２】
2021503082.tif 000034
【図３】
2021503082.tif 000035
【図４Ａ】
2021503082.tif 000036
【図４Ｂ】
2021503082.tif 000037
【図５】
2021503082.tif 000038
【図６】
2021503082.tif 000039
【図７】
2021503082.tif 000040
【図８】
2021503082.tif 000041
【図９】
2021503082.tif 000042
【図１０】
2021503082.tif 000043
【図１１】
2021503082.tif 000044
【図１２】
2021503082.tif 000045
【図１３】
2021503082.tif 000046
【図１４】
2021503082.tif 000047
【図１５】
2021503082.tif 000048
【図１６】
2021503082.tif 000049
【図１７Ａ】
2021503082.tif 000050
【図１７Ｂ】
2021503082.tif 000051
【図１８】
2021503082.tif 000052
【図１９】
2021503082.tif 000053
【図２０Ａ】
2021503082.tif 000054
【図２０Ｂ】
2021503082.tif 000055
【図２０Ｃ】
2021503082.tif 000056
【図２１】
2021503082.tif 000057
【図２２】
2021503082.tif 000058
【図２３】
2021503082.tif 000059
【図２４】
2021503082.tif 000060
【手続補正書】
【提出日】令和2年7月9日(2020.7.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
梁であって、近位端部と、遠位端部と、前記梁の前記近位端部と前記梁の前記遠位端部との間の第１の面と、前記梁の前記近位端部と前記梁の前記遠位端部との間に延びる長手方向軸とを有する梁と；
前記梁の前記第１の面上の第１のホイートストンブリッジであって、第１及び第２の引張ゲージ抵抗器並びに第１及び第２の圧縮ゲージ抵抗器を有する、第１のホイートストンブリッジと；
前記梁の前記第１の面上の第２のホイートストンブリッジであって、第３及び第４の引張ゲージ抵抗器並びに第３及び第４の圧縮ゲージ抵抗器を有する、第２のホイートストンブリッジと；
を有し、
前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器並びに前記第１及び前記第３の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の前記近位端部に配置され、
前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器並びに前記第２及び前記第４の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の前記遠位端部に配置される、
力センサ。
【請求項２】
前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器は、前記梁上に同一場所に設置され、
前記第１及び前記第３の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁上に同一場所に設置され、
前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器は、前記梁上に同一場所に設置され、
前記第２及び前記第４の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁上に同一場所に設置される、
請求項１に記載の力センサ。
【請求項３】
前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器は、対応する第１及び第３の引張ゲージ抵抗器細長部分を有し、前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器細長部分は、互いにインタリーブされ；
前記第１及び前記第３の圧縮ゲージ抵抗器は、対応する第１及び第３の圧縮ゲージ抵抗器細長部分を有し、前記第１及び前記第３の圧縮ゲージ抵抗器細長部分は、互いにインタリーブされ；
前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器は、対応する第２及び第４の引張ゲージ抵抗器細長部分を有し、前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器細長部分は、互いにインタリーブされ；
前記第２及び前記第４の圧縮ゲージ抵抗器は、対応する第２及び第４の圧縮ゲージ抵抗器細長部分を有し、前記第２及び前記第４の圧縮ゲージ抵抗器細長部分は、互いにインタリーブされる；
請求項１に記載の力センサ。
【請求項４】
前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器は、対応する第１及び第３の引張ゲージ抵抗器サーペンタイン構成を有し、前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器サーペンタイン構成は、互いにインタリーブされ；
前記第１及び前記第３の圧縮ゲージ抵抗器は、対応する第１及び第３の圧縮ゲージ抵抗器サーペンタイン構成を有し、前記第１及び前記第３の圧縮ゲージ抵抗器サーペンタイン構成は、互いにインタリーブされ；
前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器は、対応する第２及び第４の引張ゲージ抵抗器サーペンタイン構成を有し、前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器サーペンタイン構成は、互いにインタリーブされ；
前記第２及び前記第４の圧縮ゲージ抵抗器は、対応する第２及び第４の圧縮ゲージ抵抗器サーペンタイン構成を有し、前記第２及び前記第４の圧縮ゲージ抵抗器サーペンタイン構成は、互いにインタリーブされる；
請求項１に記載の力センサ。
【請求項５】
前記梁は、前記長手方向軸と平行に前記梁の前記第１の面内に延び且つ前記第１の面の対向する縁から等距離にある中立軸を有し、
前記第１、前記第２、前記第３及び前記第４の引張ゲージ抵抗器は、前記第１の面上に位置し且つ前記梁の前記第１の面内の前記中立軸に沿って整列し、
前記第１、前記第２、前記第３及び前記第４の圧縮ゲージ抵抗器は、前記第１の面上に位置し且つ前記梁の前記第１の面内の前記中立軸に沿って整列する、
請求項１に記載の力センサ。
【請求項６】
前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器の一方は、前記第１の圧縮ゲージ抵抗器と前記第３の圧縮ゲージ抵抗器との間にあり、前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器の他方は、前記第１及び前記第３の圧縮ゲージ抵抗器の一方又は他方のみに隣接し、
前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器の一方は、前記第２の圧縮ゲージ抵抗器と前記第４の圧縮ゲージ抵抗器との間にあり、前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器の他方は、前記第２及び前記第４の圧縮ゲージ抵抗器の一方又は他方のみに隣接する、
請求項１に記載の力センサ。
【請求項７】
前記梁は、前記長手方向軸と平行に前記梁の前記第１の面内に延び且つ前記第１の面の対向する縁から等距離にある中立軸を有し、
前記第１、前記第２、前記第３及び前記第４の引張ゲージ抵抗器は、前記第１の面上に位置し且つ前記梁の前記第１の面内の前記中立軸に沿って整列し、
前記第１、前記第２、前記第３及び前記第４の圧縮ゲージ抵抗器は、前記第１の面上に位置し且つ前記梁の前記第１の面内の前記中立軸に沿って整列する、
請求項６に記載の力センサ。
【請求項８】
前記梁は、前記第１の面に直交する第２の面を有し、
前記力センサは、前記梁の前記第２の面上に配置される第３のホイートストンブリッジを有し、前記第３のホイートストンブリッジは、第５及び第６の引張ゲージ抵抗器並びに第５及び第６の圧縮ゲージ抵抗器を有し；
前記力センサは、前記梁の前記第２の面上に配置される第４のホイートストンブリッジを有し、前記第４のホイートストンブリッジは、第７及び第８の引張ゲージ抵抗器並びに第７及び第８の圧縮ゲージ抵抗器を有し；
前記第５及び前記第７の引張ゲージ抵抗器並びに前記第５及び前記第７の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の前記近位端部にあり、
前記第６及び前記第８の引張ゲージ抵抗器並びに前記第６及び前記第８の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の前記遠位端部にある、
請求項１に記載の力センサ。
【請求項９】
梁であって、近位端部と、遠位端部と、前記梁の前記近位端部と前記梁の前記遠位端部との間の第１の面と、前記梁の前記近位端部と前記梁の前記遠位端部との間に延びる長手方向軸とを有する梁と；
前記梁の前記第１の面上の第１の引張ゲージハーフホイートストンブリッジであって、第１及び第２の引張ゲージ抵抗器を有する、第１の引張ゲージハーフホイートストンブリッジと；
前記梁の前記第１の面上の第２の引張ゲージハーフホイートストンブリッジであって、第３及び第４の引張ゲージ抵抗器を有する、第２の引張ゲージハーフホイートストンブリッジと；
前記梁の前記第１の面上の圧縮ゲージハーフホイートストンブリッジであって、第１及び第２の圧縮ゲージ抵抗器を有する、圧縮ゲージハーフホイートストンブリッジと；
を有し、
前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器並びに前記第１の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の前記近位端部にあり、
前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器並びに前記第２の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の前記遠位端部にある、
力センサ。
【請求項１０】
前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器は、前記梁上に同一場所に設置され、
前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器は、前記梁上に同一場所に設置される、
請求項９に記載の力センサ。
【請求項１１】
前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器は、対応する第１及び第３の引張ゲージ抵抗器細長部分を有し、前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器細長部分は、互いにインタリーブされ；
前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器は、対応する第２及び第４の引張ゲージ抵抗器細長部分を有し、前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器細長部分は、互いにインタリーブされる；
請求項９に記載の力センサ。
【請求項１２】
前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器は、対応する第１及び第３の引張ゲージ抵抗器サーペンタイン部分を有し、前記第１及び前記第３の引張ゲージ抵抗器サーペンタイン部分は、互いにインタリーブされ；
前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器は、対応する第２及び第４の引張ゲージ抵抗器サーペンタイン部分を有し、前記第２及び前記第４の引張ゲージ抵抗器サーペンタイン部分は、互いにインタリーブされる；
請求項９に記載の力センサ。
【請求項１３】
前記梁は、前記長手方向軸と平行に前記梁の前記第１の面内に延び且つ前記第１の面の対向する縁から等距離にある中立軸を有し、
前記第１、前記第２、前記第３及び前記第４の引張ゲージ抵抗器は、前記第１の面上に位置し且つ前記梁の前記第１の面内の前記中立軸に沿って整列し、
前記第１及び前記第２の圧縮ゲージ抵抗器は、前記第１の面上に位置し且つ前記第１の面内の前記梁の中立軸に沿って整列する、
請求項９に記載の力センサ。
【請求項１４】
前記第１の圧縮ゲージ抵抗器は、前記第１の引張ゲージ抵抗器と前記第３の引張ゲージ抵抗器との間にあり、
前記第２の圧縮ゲージ抵抗器は、前記第２の引張ゲージ抵抗器と前記第４の引張ゲージ抵抗器との間にある、
請求項９に記載の力センサ。
【請求項１５】
前記梁は、前記長手方向軸と平行に前記梁の前記第１の面内に延び且つ前記第１の面の対向する縁から等距離にある中立軸を有し、
前記第１、前記第２、前記第３及び前記第４の引張ゲージ抵抗器は、前記第１の面上に位置し且つ前記梁の前記第１の面内の前記中立軸に沿って整列し、
前記第１及び前記第２の圧縮ゲージ抵抗器は、前記第１の面上に位置し且つ前記梁の前記第１の面内の前記中立軸に沿って整列する、
請求項１４に記載の力センサ。
【請求項１６】
前記梁は、前記第１の面に直交する第２の面を有し、
前記力センサは、前記梁の前記第２の面上の第３の引張ゲージハーフホイートストンブリッジを有し、前記第３の引張ゲージハーフホイートストンブリッジは、第５及び第６の引張ゲージ抵抗器を有し；
前記力センサは、前記梁の前記第２の面に配置される第４の引張ゲージハーフホイートストンブリッジを有し、前記第４の引張ゲージハーフホイートストンブリッジは、第７及び第８の引張ゲージ抵抗器を有し；
前記力センサは、前記梁の前記第２の面に配置される第２の圧縮ゲージハーフホイートストンブリッジを有し、前記第２の圧縮ゲージハーフホイートストンブリッジは、第３及び第４の圧縮ゲージ抵抗器を有し；
前記第５及び前記第７の引張ゲージ抵抗器並びに前記第３の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の前記近位端部にあり、
前記第６及び前記第８の引張ゲージ抵抗器並びに前記第４の圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の前記遠位端部にある、
請求項９に記載の力センサ。
【請求項１７】
梁であって、近位端部と、遠位端部と、前記梁の前記近位端部と前記梁の前記遠位端部との間の第１の面と、前記梁の前記近位端部と前記梁の前記遠位端部との間に延びる長手方向軸とを有する梁と；
前記梁の前記第１の面上の第１のブリッジ回路であって、複数の引張ゲージ抵抗器を有する、第１のブリッジ回路と；
前記梁の前記第１の面上の第２のブリッジ回路であって、複数の引張ゲージ抵抗器を含む、第２のブリッジ回路と；
前記梁の前記第１の面上の第３のブリッジ回路であって、複数の圧縮ゲージ抵抗器を含む、第３のブリッジ回路と；
を有し、
前記第１及び前記第２のブリッジ回路の各々からの引張抵抗器並びに前記第３のブリッジ回路からの圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の前記近位端部にあり、
前記第１及び前記第２のブリッジ回路の各々からの引張ゲージ抵抗器並びに前記第３のブリッジ回路からの圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の前記遠位端部にある、
力センサ。
【請求項１８】
前記梁の前記近位端部の前記第１のブリッジ回路の前記引張ゲージ抵抗器は、前記梁の前記近位端部の前記第２のブリッジ回路からの前記引張ゲージ抵抗器と前記梁上で同一場所に設置され、
前記梁の前記遠位端部の前記第１のブリッジ回路の前記引張ゲージ抵抗器は、前記梁の前記遠位端部の前記第２のブリッジ回路からの前記引張ゲージ抵抗器と同一場所に設置される、
請求項１７に記載の力センサ。
【請求項１９】
前記梁の前記近位端部の前記第３のブリッジ回路からの前記圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の前記近位端部の前記第１及び前記第２のブリッジ回路の各々からの前記引張ゲージ抵抗器の間に配置され、
前記梁の前記遠位端部の前記第３のブリッジ回路からの前記圧縮ゲージ抵抗器は、前記梁の前記遠位端部の前記第１及び前記第２のブリッジ回路の各々からの前記引張ゲージ抵抗器の間に配置される、
請求項１７に記載の力センサ。
【請求項２０】
手術器具において具現化される請求項１７に記載の力センサ。
【国際調査報告】
2021503082.tif 000061
2021503082.tif 000062