JP2013130433A - Sensor module, force detection device and robot - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor module which is capable of equally applying pre-pressure to a sensor element, a force detection device and a robot.SOLUTION: A sensor module 10 comprises a sensor element 42 including a piezoelectric substance, a first member 12 accommodating the sensor element 42, a second member 34 which is joined to the first member 12 and seals the first member 12, a first plate 70 and a second plate 80 supporting the first member 12 and the second member 34 between them, and a fastening part 86 which fixes the first member 12 between the first plate 70 and the second plate 80 while pressurizing the first member 12. In the first plate 70, a first pressing part 72 is formed on a surface at a side of the first member 12, which protrudes toward the second member, and the second member 34 is held between the first pressing part 72 and a pressure receiving surface 44 of the sensor element 42.

Description

本発明は、センサーモジュール、力検出装置、ロボットに関する。   The present invention relates to a sensor module, a force detection device, and a robot.

従来、圧電材料を用いた力センサーとしては特許文献1のものが知られていた。特許文献1の図15に示されている信号電極15を圧電材料である結晶円板16により挟持し、さらに金属カバー円板17によって挟持された測定素子を特許文献1の図4に示すように金属環14内に溶接で複数配置した力センサーが開示されている。   Conventionally, the thing of patent document 1 was known as a force sensor using a piezoelectric material. As shown in FIG. 4 of Patent Document 1, the signal electrode 15 shown in FIG. 15 of Patent Document 1 is sandwiched by a crystal disk 16 that is a piezoelectric material, and is further sandwiched by a metal cover disk 17. A plurality of force sensors arranged by welding in the metal ring 14 is disclosed.

また、図12に、従来技術のセンサーデバイスを示す。図12に示すように、センサーデバイス200は、同一のカット面を有する2つの水晶板216を互いに対向させた状態で電極板218を挟み込んだセンサー素子214と、センサー素子214を収容する金属製のパッケージ202と、パッケージ202の凹部の開口部220の外周となる上面224に接合するとともに水晶板216に当接する金属製のリッド204と、により全体が構成されている。そしてパッケージ202の側面には同軸コネクター206が取り付けられている。同軸コネクター206は、外周部208と中心導体210を有し、両者の間には絶縁性樹脂212が充填され、外周部208と中心導体210は電気的に絶縁している。そして外周部208は、パッケージ202及びリッド204と短絡し、中心導体210は電極板218と電気的に接続している。   FIG. 12 shows a conventional sensor device. As shown in FIG. 12, the sensor device 200 includes a sensor element 214 that sandwiches the electrode plate 218 with two crystal plates 216 having the same cut surface facing each other, and a metal device that houses the sensor element 214. The package 202 and the metal lid 204 that is bonded to the upper surface 224 that is the outer periphery of the opening 220 in the concave portion of the package 202 and that abuts on the crystal plate 216 constitute the whole. A coaxial connector 206 is attached to the side surface of the package 202. The coaxial connector 206 has an outer peripheral portion 208 and a center conductor 210, and an insulating resin 212 is filled between them, so that the outer peripheral portion 208 and the central conductor 210 are electrically insulated. The outer peripheral portion 208 is short-circuited with the package 202 and the lid 204, and the central conductor 210 is electrically connected to the electrode plate 218.

このセンサーデバイス200は、与圧プレート(不図示)に挟み込まれて与圧が与えられ、水晶板216は与圧に伴う圧電効果により電極板218に電荷を出力(誘起)する。そして、与圧プレートに印加される外力に応じて水晶板216に印加される圧力が変化する。よって、この圧力の変化による出力電荷の変化量を、同軸コネクター206を通じてモニターすることにより、センサーデバイス200に印加された外力を検出することができる。   The sensor device 200 is sandwiched between pressurization plates (not shown) and given pressurization, and the crystal plate 216 outputs (induces) electric charges to the electrode plate 218 due to the piezoelectric effect accompanying the pressurization. Then, the pressure applied to the crystal plate 216 changes according to the external force applied to the pressurizing plate. Therefore, the external force applied to the sensor device 200 can be detected by monitoring the change amount of the output charge due to the change in pressure through the coaxial connector 206.

ここで、センサーデバイス200においては、水晶板216から誘起された電荷が水分等で外部に漏洩しないように、パッケージ202内部を乾燥空気で満たした状態あるいは真空を保持した状態で、リッド204によりセンサー素子214を封止している。   Here, in the sensor device 200, the lid 204 is used to detect the sensor in a state where the inside of the package 202 is filled with dry air or a vacuum is maintained so that the charge induced from the crystal plate 216 does not leak to the outside due to moisture or the like. The element 214 is sealed.

特開平4−231827号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 4-231827

特許文献1に開示の力センサーは、信号電極を結晶円板で挟持し、この結晶円板を金属カバー円板で挟持する構造である。これを溶接で金属環に取り付けた場合、信号電極などの個々のパーツには寸法誤差があり、これが溶接箇所の凹凸となり、溶接に隙間が生じる虞があった。よって湿度が高いなどの外部環境が劣悪な状況では、センサー素子への水分の侵入によって電荷が外部へリークし安定した測定が困難となる虞があった。また測定素子をレーザー溶接等でシールする方法は、煩雑な工程であり、量産化に適用し難いという問題があった。   The force sensor disclosed in Patent Document 1 has a structure in which a signal electrode is sandwiched between crystal disks and this crystal disk is sandwiched between metal cover disks. When this is attached to the metal ring by welding, there is a dimensional error in individual parts such as signal electrodes, which becomes unevenness in the welded portion, and there is a possibility that a gap is generated in the welding. Therefore, in a situation where the external environment is inferior, such as high humidity, there is a possibility that the charge leaks to the outside due to the intrusion of moisture into the sensor element, making stable measurement difficult. Further, the method of sealing the measuring element by laser welding or the like is a complicated process and has a problem that it is difficult to apply to mass production.

また、図12に示す従来技術のセンサーデバイスでは、センサー素子をパッケージに収容する場合、次のような問題があった。パッケージ及びセンサー素子の製造過程において、パッケージは数十μmの寸法誤差があり、センサー素子は数μmの寸法誤差があり、このような寸法誤差に基づく製造ばらつきが生じていた。そのため、パッケージの内部高さ(パッケージの実装面からリッドまでの高さ)とセンサー素子の高さを正確に等しく調整することが困難となっていた。   Further, the conventional sensor device shown in FIG. 12 has the following problems when the sensor element is accommodated in the package. In the manufacturing process of the package and the sensor element, the package has a dimensional error of several tens of μm, and the sensor element has a dimensional error of several μm, resulting in manufacturing variations based on such a dimensional error. For this reason, it has been difficult to accurately adjust the internal height of the package (the height from the package mounting surface to the lid) and the height of the sensor element.

図13は従来の製造ばらつきが生じたセンサーデバイスの説明図であり、(a)はセンサー素子の上面がパッケージの凹部の開口部の外周となる位置より低くなる場合を示し、(b)はセンサー素子の上面がパッケージの凹部の開口部の外周となる位置より高くなる場合を示している。   13A and 13B are explanatory views of a conventional sensor device in which manufacturing variation has occurred. FIG. 13A shows a case where the upper surface of the sensor element is lower than the position of the outer periphery of the opening of the recess of the package, and FIG. The case where the upper surface of an element becomes higher than the position used as the outer periphery of the opening part of the recessed part of a package is shown.

図13(a)に示すように、センサー素子214の上面222の高さが、上面224の高さより低くなる場合、リッド204をパッケージ202に接合すると、リッド204とセンサー素子214の上面222とが接触せずに隙間226が形成される。また図13(b)に示すように、センサー素子214の上面222の高さが、パッケージ202の凹部の開口部220の外周となる上面224の高さより高くなる場合、リッド204をパッケージ202に接合すると図13(b)のようになる。すなわち、リッド204の中央部が盛り上がった状態となり、センサー素子214の上面222の周縁はリッド204に接触するものの、センサー素子214の上面222の中央部とリッド204との間には隙間228が形成される。   As shown in FIG. 13A, when the height of the upper surface 222 of the sensor element 214 is lower than the height of the upper surface 224, the lid 204 and the upper surface 222 of the sensor element 214 are joined when the lid 204 is joined to the package 202. A gap 226 is formed without contact. 13B, when the height of the upper surface 222 of the sensor element 214 is higher than the height of the upper surface 224 that is the outer periphery of the opening 220 of the recess of the package 202, the lid 204 is bonded to the package 202. Then, as shown in FIG. That is, the center portion of the lid 204 is raised, and the periphery of the upper surface 222 of the sensor element 214 contacts the lid 204, but a gap 228 is formed between the center portion of the upper surface 222 of the sensor element 214 and the lid 204. Is done.

このようにセンサー素子の上面がパッケージの凹部の開口部の外周となる位置より低くなる場合、センサー素子の上面がパッケージの凹部の開口部の外周となる位置より高くなる場合、センサー素子の上面とパッケージの凹部の開口部の外周となる位置と一致する場合のいずれかのセンサーデバイスを複数用いて与圧を印加させようとすると、均等に印加させることが難しかった。   Thus, when the upper surface of the sensor element is lower than the position that is the outer periphery of the opening of the recess of the package, the upper surface of the sensor element is higher than the position that is the outer periphery of the opening of the recess of the package. When applying a pressurizing pressure using a plurality of any one of the sensor devices that coincides with the position of the outer periphery of the opening of the concave portion of the package, it is difficult to apply the pressure evenly.

また、センサー素子は、予め与圧(通常、10kN程度)を印加する必要がある。しかし、従来技術のセンサーデバイスでは、パッケージの封止技術によっては十分な与圧を印加させることが困難であった。   Further, it is necessary to apply a pressure (usually about 10 kN) to the sensor element in advance. However, in the conventional sensor device, it is difficult to apply a sufficient pressure depending on the package sealing technique.

そこで、上記従来技術の問題点を解決するため、本発明は、パッケージに収容されたセンサー素子の気密性を確保しつつ、センサー素子に均等に予圧をかけて高精度な力検出を行うことができるセンサーモジュール、力検出装置、ロボットを提供することを目的としている。   Therefore, in order to solve the above-described problems of the prior art, the present invention can perform high-precision force detection by preloading the sensor elements evenly while ensuring airtightness of the sensor elements accommodated in the package. The purpose is to provide a sensor module, a force detection device, and a robot.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following application examples.

[適用例1]本適用例のセンサーモジュールは、圧電体を有するセンサー素子と、前記センサー素子が配置される第1部材と、前記第1部材に接合し前記第1部材を封止する第2部材と、前記第1部材及び前記第2部材をプレート間で支持する第1プレート及び第2プレートと、前記第1プレート及び第2プレート間の前記第1部材を固定する締結部と、を備え、前記第1プレートには前記第1部材側の面に前記第2部材に向けて突出する第1押圧部が形成されて、前記第2部材は前記第1押圧部と前記センサー素子の受圧面によって挟持されていることを特徴としている。
上記構成により、センサー素子が第1部材内に封止されたセンサーデバイスに対して、第1部材の外側から第2部材を介してセンサー素子へ与圧を印加することができる。また、センサーデバイスの寸法誤差により、例えば第1部材内に収容されたセンサー素子が第2部材と接触していなくても、第1押圧部によって、センサー素子へ与圧を十分に印加することができる。このためセンサーデバイスの製造ばらつきに係らずセンサー素子に常に一定の与圧を印加することができ、測定誤差のない正確な検出データを得ることができる。よってセンサーモジュールの歩留りが良くなる。
Application Example 1 A sensor module according to this application example includes a sensor element having a piezoelectric body, a first member on which the sensor element is disposed, and a second member that is bonded to the first member and seals the first member. A member, a first plate and a second plate for supporting the first member and the second member between the plates, and a fastening portion for fixing the first member between the first plate and the second plate. The first plate is formed with a first pressing portion projecting toward the second member on a surface on the first member side, and the second member is a pressure receiving surface of the first pressing portion and the sensor element. It is characterized by being pinched by.
With the above configuration, a pressure can be applied to the sensor element from the outside of the first member via the second member with respect to the sensor device in which the sensor element is sealed in the first member. Further, due to a dimensional error of the sensor device, for example, even if the sensor element accommodated in the first member is not in contact with the second member, the first pressing portion can sufficiently apply a pressure to the sensor element. it can. For this reason, it is possible to always apply a constant pressurization to the sensor element regardless of manufacturing variations of the sensor device, and it is possible to obtain accurate detection data with no measurement error. Therefore, the yield of the sensor module is improved.

[適用例2]前記第1押圧部は、平面視でセンサー素子の受圧面の全領域と重なる面を有し、かつ平面視で前記第1部材の内周縁の領域の内部に位置し、前記締結部は前記第1プレート及び第2プレート間の前記第1部材を加圧しながら固定することを特徴とする適用例1に記載のセンサーモジュール。
上記構成により、第1押圧部で、センサー素子の上面の全領域を常に均一に与圧を印加することができる。よって測定誤差のない正確な検出データが得られる。
Application Example 2 The first pressing portion has a surface that overlaps with the entire area of the pressure receiving surface of the sensor element in a plan view, and is positioned inside an inner peripheral region of the first member in a plan view. The sensor module according to Application Example 1, wherein the fastening portion fixes the first member between the first plate and the second plate while applying pressure.
With the above configuration, the first pressing portion can always apply a uniform pressure to the entire area of the upper surface of the sensor element. Therefore, accurate detection data with no measurement error can be obtained.

[適用例3]前記第2プレートは、前記第1部材側の面に第2押圧部が前記第1押圧部と対向するように形成されていることを特徴とする適用例1又は2に記載のセンサーモジュール。
上記構成により、第1部材の実装面の外部端子から接続配線を引き出すことができる。またセンサー素子の上下面から効率的に与圧を印加することができる。さらに第1プレートと第2プレートの間の隙間を広げることができ、配線や制御回路(IC)などを設置するスペースを確保することができる。
[Application Example 3] In the application example 1 or 2, the second plate is formed on the surface on the first member side so that the second pressing portion faces the first pressing portion. Sensor module.
With the above configuration, the connection wiring can be drawn from the external terminal on the mounting surface of the first member. Further, it is possible to efficiently apply a pressure from the upper and lower surfaces of the sensor element. Furthermore, a gap between the first plate and the second plate can be widened, and a space for installing wiring, a control circuit (IC) and the like can be secured.

[適用例4]前記第1部材の実装面に、前記第2押圧部と嵌合する凹部を形成したことを特徴とする適用例3に記載のセンサーモジュール。
これにより、第1部材と第2プレートの位置合わせを容易かつ確実に行なうことができる。
Application Example 4 The sensor module according to Application Example 3, wherein a recess that fits with the second pressing portion is formed on the mounting surface of the first member.
Thereby, the first member and the second plate can be easily and reliably aligned.

[適用例5]前記第2部材は、平面視でセンサー素子の受圧面よりも外側で、かつ平面視で前記第1部材の内周縁の領域の内部に環状の可撓部を形成したことを特徴とする適用例1ないし4のいずれか1例に記載のセンサーモジュール。
上記構成により、第1部材とセンサー素子の高さが一致しないときでも、第1押圧部による与圧で第2部材の可撓部が変形することにより、第2部材にストレスが掛からず、第1部材と第2部材の接合状態を維持して気密に保つことができる。
Application Example 5 The second member has an annular flexible portion formed outside the pressure-receiving surface of the sensor element in a plan view and inside an inner peripheral region of the first member in a plan view. The sensor module according to any one of Application Examples 1 to 4, which is a feature.
With the above configuration, even when the heights of the first member and the sensor element do not match, the second member is not stressed by the deformation of the flexible portion of the second member by the pressure applied by the first pressing portion. The joined state of the first member and the second member can be maintained and kept airtight.

[適用例6]前記圧電体を複数積層させた前記センサー素子の積層方向をZ軸方向とした場合、前記Z軸方向に直交しかつ互いに直交する方向をそれぞれX軸方向、Y軸方向とした場合、少なくとも前記X軸方向の力を検出する第1センサー素子と、前記Y軸方向の力を検出する第2センサー素子と、前記Z軸方向の力を検出する第3センサー素子と、を備えることを特徴とする適用例1ないし5のいずれか1例に記載のセンサーモジュール。
上記構成により、X方向、Y方向、Z方向、いわゆる3軸方向の力を検出するセンサー素子を相互の位置ずれが制御されることにより、3軸方向の力を検出するセンサーデバイスであっても高い検出精度を損なうことなく、安定して維持させることができる。
Application Example 6 When the stacking direction of the sensor elements in which a plurality of the piezoelectric bodies are stacked is the Z-axis direction, the directions perpendicular to the Z-axis direction and perpendicular to each other are defined as the X-axis direction and the Y-axis direction, respectively. A first sensor element that detects at least the force in the X-axis direction, a second sensor element that detects the force in the Y-axis direction, and a third sensor element that detects the force in the Z-axis direction. The sensor module according to any one of Application Examples 1 to 5, wherein
Even if it is a sensor device which detects the force of a triaxial direction by controlling the mutual position shift of the sensor element which detects the force of X direction, Y direction, Z direction, and what is called a triaxial direction by the above-mentioned composition. It can be stably maintained without impairing high detection accuracy.

[適用例7]適用例1ないし6のいずれか1例に記載のセンサーモジュールを備えたことを特徴とする力検出装置。
上記構成により、電荷量および電荷の正負によって、容易に外力負荷を演算計測することができる。また、簡単な構成によって3軸力検出センサーを得ることができ、さらに、上述の適用例のセンサーモジュールを複数用いることで、たとえばトルク計測も含む6軸力検出装置などを容易に得ることができる。
Application Example 7 A force detection device comprising the sensor module according to any one of Application Examples 1 to 6.
With the above configuration, the external force load can be easily calculated and measured based on the amount of charge and the sign of the charge. In addition, a triaxial force detection sensor can be obtained with a simple configuration. Furthermore, by using a plurality of sensor modules according to the application examples described above, for example, a six-axis force detection device including torque measurement can be easily obtained. .

[適用例8]適用例7に記載の力検出装置を備えたことを特徴とするロボット。
上記構成により、作動するロボットアームあるいはロボットハンドに対して、所定動作中に起こる障害物への接触の検出、対象物への接触力を、力検出装置により確実に検出し、ロボット制御装置へデータをフィードバックすることで、安全で細かな作業を行うことができる。
Application Example 8 A robot including the force detection device according to Application Example 7.
With the above configuration, the detection of contact with obstacles and the contact force with the object that occur during a specified operation for the robot arm or robot hand that operates is detected reliably by the force detection device, and data is sent to the robot control device. By feeding back, safe and detailed work can be performed.

[適用例9]本体部と、前記本体部に接続するアームと、前記アーム部に接続するハンド部と、を備えるロボットであって、前記アーム部と前記ハンド部との接続部にセンサーモジュールを有し、前記センサーモジュールは、圧電体を有するセンサー素子と、前記センサー素子が配置される第1部材と、前記第1部材の側壁の端面に接合し前記第1部材を封止する第2部材と、前記第1部材及び前記第2部材をプレート間で支持する第1プレート及び第2プレートと、前記第1プレート及び第2プレート間の前記第1部材を固定する締結部と、を備え、前記第1プレートには前記第1部材側の面に前記第2部材に向けて突出する第1押圧部が形成されて、前記第2部材は前記第1押圧部と前記センサー素子の受圧面によって挟持されていることを特徴とするロボット。
上記構成により、作動するロボットアームあるいはロボットハンドに対して、所定作動中に起こる障害物への接触の検出、対象物への接触力を、力検出装置により確実に検出し、ロボット制御装置へデータをフィードバックすることで、安全で細かな作業を行うことができる。また少ない変化量であっても高精度な力の検出を安定的に行うことが可能なロボットとなる。
Application Example 9 A robot including a main body portion, an arm connected to the main body portion, and a hand portion connected to the arm portion, wherein a sensor module is provided at a connection portion between the arm portion and the hand portion. The sensor module includes a sensor element having a piezoelectric body, a first member on which the sensor element is disposed, and a second member that is bonded to an end surface of a side wall of the first member and seals the first member. And a first plate and a second plate that support the first member and the second member between the plates, and a fastening portion that fixes the first member between the first plate and the second plate, The first plate has a first pressing portion projecting toward the second member on a surface on the first member side, and the second member is formed by the first pressing portion and a pressure receiving surface of the sensor element. This is pinched Robot characterized by.
With the above configuration, the detection of contact with obstacles and the contact force with the target that occur during the specified operation for the operating robot arm or robot hand is reliably detected by the force detection device, and the data is sent to the robot control device. By feeding back, safe and detailed work can be performed. In addition, the robot can stably detect a highly accurate force even with a small amount of change.

第1実施形態に係るセンサーモジュールの断面図である。It is sectional drawing of the sensor module which concerns on 1st Embodiment. 本実施形態のセンサーデバイス(第2部材を省略)の素子積層方向からの平面図である。It is a top view from the element lamination direction of the sensor device (a 2nd member is omitted) of this embodiment. 本実施形態のベース部材の素子積層方向からの平面図である。It is a top view from the element lamination direction of the base member of this embodiment. 本実施形態の第2部材の平面図である。It is a top view of the 2nd member of this embodiment. 本実施形態のセンサー素子の模式図である。It is a schematic diagram of the sensor element of this embodiment. センサー素子と第2部材の間に隙間が生じたセンサーデバイスの説明図であり、(a)はセンサーデバイスの断面図、(b)は与圧を印加したセンサーデバイスの断面図である。It is explanatory drawing of the sensor device which the clearance gap produced between the sensor element and the 2nd member, (a) is sectional drawing of a sensor device, (b) is sectional drawing of the sensor device which applied the pressurization. 第2実施形態に係るセンサーモジュールの断面図である。It is sectional drawing of the sensor module which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係るセンサーモジュールの断面図である。It is sectional drawing of the sensor module which concerns on 3rd Embodiment. 第4実施形態に係るセンサーモジュールの断面図である。It is sectional drawing of the sensor module which concerns on 4th Embodiment. 本実施形態の力検出装置を示し、(a)は模式図を示し、(b)は平面図を示す。The force detection apparatus of this embodiment is shown, (a) shows a schematic diagram, (b) shows a top view. 本実施形態の力検出装置を搭載したロボットの模式図である。It is a schematic diagram of the robot carrying the force detection apparatus of this embodiment. 従来技術のセンサーデバイスの模式図である。It is a schematic diagram of the sensor device of a prior art. 従来の製造ばらつきが生じたセンサーデバイスの説明図であり、(a)はセンサー素子の上面が第1部材の凹部の開口部の外周となる位置より低くなる場合を示し、(b)はセンサー素子の上面が第1部材の凹部の開口部の外周となる位置より高くなる場合を示している。It is explanatory drawing of the sensor device in which the manufacture dispersion | variation produced conventionally, (a) shows the case where the upper surface of a sensor element becomes lower than the position used as the outer periphery of the opening part of the recessed part of a 1st member, (b) is a sensor element The case where the upper surface of is higher than the position that becomes the outer periphery of the opening of the recess of the first member is shown.

本発明のセンサーモジュール、力検出装置、及びロボットの実施形態を添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
図1は第1実施形態に係るセンサーモジュールの断面図を示す。図2は本実施形態のセンサーデバイス(第2部材を省略)の素子積層方向からの平面図を示す。図3は本実施形態のベース部材の素子積層方向からの平面図を示す。
Embodiments of a sensor module, a force detection device, and a robot of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a sectional view of a sensor module according to the first embodiment. FIG. 2 is a plan view from the element stacking direction of the sensor device of the present embodiment (the second member is omitted). FIG. 3 is a plan view of the base member of this embodiment from the element stacking direction.

第1実施形態に係るセンサーモジュール10は、力成分を検出可能なセンサー素子を第1部材内に封止したセンサーデバイス11と、センサーデバイス11をプレート間で挟むように支持する第1プレート70及び第2プレート80と、第1プレートと第2プレート間のセンサーデバイスを加圧しながら固定する締結部86を主な基本構成としている。まず本実施形態のセンサーデバイス11は、第1部材12と、第2部材34と、センサー素子42を主な基本構成としている。   The sensor module 10 according to the first embodiment includes a sensor device 11 in which a sensor element capable of detecting a force component is sealed in a first member, a first plate 70 that supports the sensor device 11 so as to be sandwiched between the plates, The second basic plate 80 and the fastening portion 86 that fixes the sensor device between the first plate and the second plate while applying pressure are the main basic components. First, the sensor device 11 of the present embodiment has the first basic member 12, the second member 34, and the sensor element 42 as the main basic configuration.

第1部材12は、ベース部材14と側壁部材24からなり、いずれもセラミック等の絶縁性材料により形成されている。尚、本実施形態では、ベース部材14及び側壁部材24に、いずれもセラミックス等を用いたが、絶縁性を持つ材料であれば材質には特に制約はなく、ベース部材14と側壁部材24はそれぞれ異なる材料でも良い。ベース部材14は、平面視矩形の平板形状であり上面にセンサー素子42が配置される。側壁部材24は、平面視(図2)で外形がベース部材14と同一の形状であり、センサー素子42の周囲を囲むよう(リング状)にベース部材14上に配置される。   The first member 12 includes a base member 14 and a side wall member 24, both of which are formed of an insulating material such as ceramic. In this embodiment, ceramics or the like is used for the base member 14 and the side wall member 24. However, the material is not particularly limited as long as it is an insulating material, and the base member 14 and the side wall member 24 are respectively Different materials may be used. The base member 14 is a flat plate having a rectangular shape in plan view, and the sensor element 42 is disposed on the upper surface. The side wall member 24 has the same outer shape as the base member 14 in plan view (FIG. 2), and is disposed on the base member 14 so as to surround the sensor element 42 (ring shape).

図3に示すように、ベース部材14の上面の中央には、センサー素子の下面に接続する接地電極16が配置されている。また、ベース部材14の下面の四隅には側部電極20A、20B、20C、20Dが配置されている。側部電極20A、20B、20C、20Dは、それぞれ電子回路基板(不図示)上の実装電極と電気的に接続されている。   As shown in FIG. 3, a ground electrode 16 connected to the lower surface of the sensor element is disposed at the center of the upper surface of the base member 14. Further, side electrodes 20A, 20B, 20C, and 20D are arranged at the four corners of the lower surface of the base member 14. The side electrodes 20A, 20B, 20C, and 20D are electrically connected to mounting electrodes on an electronic circuit board (not shown), respectively.

また、図1、図2、図3に示すように、ベース部材14の上面には接続電極18A、18B、18C、18Dが配置されている。接続電極18A、18B、18C、18Dは、それぞれ側部電極20A、20B、20C、20Dに対応して配置され、一端がそれぞれ平面視で側部電極20A、20B、20C、20Dに対向する位置に配置されている。一方、接続電極18A、18B、18Cの他端は、接地電極16の近傍となる位置に配置されている。そして接続電極18Dの他端は、接地電極16に接続されている。   As shown in FIGS. 1, 2, and 3, connection electrodes 18 </ b> A, 18 </ b> B, 18 </ b> C, and 18 </ b> D are disposed on the upper surface of the base member 14. The connection electrodes 18A, 18B, 18C, and 18D are arranged corresponding to the side electrodes 20A, 20B, 20C, and 20D, respectively, and one end thereof is at a position facing the side electrodes 20A, 20B, 20C, and 20D in plan view. Has been placed. On the other hand, the other ends of the connection electrodes 18A, 18B, and 18C are arranged at positions near the ground electrode 16. The other end of the connection electrode 18D is connected to the ground electrode 16.

図2に示すように、側壁部材24は、ベース部材14上の周縁となる位置に積層される。側壁部材24は、接続電極18A、18B、18C、18Dを覆うように配置されるが、側壁部材24の内側に接続電極18A、18B、18C、18Dの他端側を露出させ、接地電極16も露出させた状態でベース部材14に積層される。また、図1に示すように、側壁部材24の上面にはメタライズ26が配置され、これが第1部材12の端面32となる。そして、図1、図2に示すように、側壁部材24の接続電極18Dに対向する位置には、側壁部材24を高さ方向に貫通する貫通電極28が配置され、メタライズ26と接続電極18Dとが貫通電極28を介して電気的に接続されている。   As shown in FIG. 2, the side wall member 24 is laminated at a position on the base member 14. The side wall member 24 is disposed so as to cover the connection electrodes 18A, 18B, 18C, and 18D, but the other end side of the connection electrodes 18A, 18B, 18C, and 18D is exposed inside the side wall member 24, and the ground electrode 16 is also formed. The base member 14 is laminated in an exposed state. Further, as shown in FIG. 1, a metallized 26 is disposed on the upper surface of the side wall member 24, and this becomes the end surface 32 of the first member 12. As shown in FIGS. 1 and 2, a through electrode 28 penetrating the side wall member 24 in the height direction is disposed at a position facing the connection electrode 18D of the side wall member 24, and the metallized 26, the connection electrode 18D, Are electrically connected through the through electrode 28.

よって図1、図2に示すように、第1部材12においては、側壁部材24により第1部材12の凹部の開口部30が形成され、メタライズ26が配置された側壁部材24の端面32により開口部30の外周となる外周面が形成される。なお、接地電極16及び接続電極18A,18B,18C,18Dは、導電性を備える金属で形成され、メタライズ26も接地電極16等と同一材料で形成することができる。   Accordingly, as shown in FIGS. 1 and 2, in the first member 12, the opening 30 of the concave portion of the first member 12 is formed by the side wall member 24, and the opening is formed by the end surface 32 of the side wall member 24 on which the metallized 26 is disposed. An outer peripheral surface serving as an outer periphery of the portion 30 is formed. The ground electrode 16 and the connection electrodes 18A, 18B, 18C, and 18D are formed of a metal having conductivity, and the metallized 26 can be formed of the same material as the ground electrode 16 and the like.

図4は本実施形態の第2部材の平面図を示す。図1、図4に示すように、第2部材34は、ステンレスやコバール等の金属により略矩形形状(平面視で側壁部材24と同一となる形状)に形成されている。そして、第2部材34の平面視で側壁部材24と重なる位置が矩形のリング状の周縁部38となり、周縁部38の内側が力伝達部36となっている。本実施形態の第2部材34は、プレス成型やエッチングにより形成することができる。力伝達部36は、後述の第1プレート70により与圧が印加された状態でセンサー素子42の受力面44の全面に面接触している。   FIG. 4 shows a plan view of the second member of the present embodiment. As shown in FIGS. 1 and 4, the second member 34 is formed in a substantially rectangular shape (a shape that is the same as the side wall member 24 in a plan view) from a metal such as stainless steel or Kovar. And the position which overlaps with the side wall member 24 by planar view of the 2nd member 34 becomes a rectangular ring-shaped peripheral part 38, and the inner side of the peripheral part 38 is the force transmission part 36. FIG. The second member 34 of the present embodiment can be formed by press molding or etching. The force transmitting portion 36 is in surface contact with the entire force receiving surface 44 of the sensor element 42 in a state where a pressure is applied by a first plate 70 described later.

周縁部38は、図1に示すように、シーム溶接により側壁部材24の端面32を形成するメタライズ26と接合している。このシーム溶接は、乾燥雰囲気下もしくは真空雰囲気下で行なわれ、第2部材34とメタライズ26とのシーム溶接により、センサー素子42を第1部材12内で気密封止している。ここで、第2部材34は、メタライズ26、貫通電極28を介して接続電極18Dに電気的に接続されている。   As shown in FIG. 1, the peripheral edge 38 is joined to the metallized layer 26 that forms the end face 32 of the side wall member 24 by seam welding. The seam welding is performed in a dry atmosphere or a vacuum atmosphere, and the sensor element 42 is hermetically sealed in the first member 12 by seam welding between the second member 34 and the metallized 26. Here, the second member 34 is electrically connected to the connection electrode 18 </ b> D via the metallization 26 and the through electrode 28.

図1に示すように、センサー素子42は、圧電性を有する、例えば水晶、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT:Pb(Zr,Ti)O)、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムなどから形成される板状基板であり、本実施形態では圧電体として水晶板を用いている。そして、センサー素子42は、上から順に第1センサー素子46、第3センサー素子58、第2センサー素子52を積層し形成されたものである。第1センサー素子46は、第1水晶板48A、48Bが第1検出電極50を挟むように形成されている。第2センサー素子52は、第2水晶板54A、54Bが第2検出電極56を挟むように形成されている。第3センサー素子58は、第3水晶板60A,60Bが第3検出電極62を挟むように形成されている。 As shown in FIG. 1, the sensor element 42 is formed of, for example, quartz, lead zirconate titanate (PZT: Pb (Zr, Ti) O 3 ), lithium niobate, lithium tantalate or the like having piezoelectricity. In this embodiment, a quartz plate is used as the piezoelectric body. The sensor element 42 is formed by laminating a first sensor element 46, a third sensor element 58, and a second sensor element 52 in order from the top. The first sensor element 46 is formed such that the first quartz plates 48A and 48B sandwich the first detection electrode 50. The second sensor element 52 is formed such that the second crystal plates 54 </ b> A and 54 </ b> B sandwich the second detection electrode 56. The third sensor element 58 is formed so that the third crystal plates 60 </ b> A and 60 </ b> B sandwich the third detection electrode 62.

そして、第1センサー素子46(第1水晶板48B)と第3センサー素子58(第3水晶板60A)との間には電極となる第1接地電極64が配置され、第3センサー素子58(第3水晶板60B)と第2センサー素子52(第2水晶板54A)との間には第2接地電極66が配置されている。さらに、第1センサー素子46(第1水晶板48A)の上面はセンサー素子42の受圧面44となっており、第2部材34の力伝達部36に面接触して接地されている。また、第2センサー素子52(第2水晶板54B)の下面は、接地電極16に接続されることにより接地される。   A first ground electrode 64 serving as an electrode is disposed between the first sensor element 46 (first crystal plate 48B) and the third sensor element 58 (third crystal plate 60A), and the third sensor element 58 ( A second ground electrode 66 is disposed between the third crystal plate 60B) and the second sensor element 52 (second crystal plate 54A). Further, the upper surface of the first sensor element 46 (first crystal plate 48A) is a pressure receiving surface 44 of the sensor element 42, and is in surface contact with the force transmitting portion 36 of the second member 34 and grounded. The lower surface of the second sensor element 52 (second crystal plate 54B) is grounded by being connected to the ground electrode 16.

図2に示すように、第1検出電極50、第2検出電極56、第3検出電極62、第1接地電極64、第2接地電極66は、積層した第1乃至第3水晶板からその一部がはみ出るようにそれぞれ配置されている。そして第1検出電極50は、導電性のワイヤー68Aにより接続電極18Aの露出部分(他端側)に接続される。第2検出電極56は、ワイヤー68Bにより接続電極18Bの露出部分(他端側)に接続される。第3検出電極62は、ワイヤー68Cにより接続電極18Cの露出部分(他端側)に接続される。また、第1接地電極64、及び第2接地電極66は、それぞれワイヤー68D、68Eにより接続電極18Dの露出部分(他端側)に接続されている。   As shown in FIG. 2, the first detection electrode 50, the second detection electrode 56, the third detection electrode 62, the first ground electrode 64, and the second ground electrode 66 are formed from stacked first to third crystal plates. Each part is arranged so that it protrudes. The first detection electrode 50 is connected to an exposed portion (the other end side) of the connection electrode 18A by a conductive wire 68A. The second detection electrode 56 is connected to the exposed portion (the other end side) of the connection electrode 18B by a wire 68B. The third detection electrode 62 is connected to the exposed portion (the other end side) of the connection electrode 18C by a wire 68C. The first ground electrode 64 and the second ground electrode 66 are connected to the exposed portion (the other end side) of the connection electrode 18D by wires 68D and 68E, respectively.

上記接続により、側部電極20Aは、接続電極18A、ワイヤー68Aを介して第1検出電極50に電気的に接続される。また、側部電極20Bは、接続電極18B、ワイヤー68Bを介して第2検出電極56に電気的に接続される。そして、側部電極20Cは、接続電極18C、ワイヤー68Cを介して第3検出電極62に電気的に接続される。   By the above connection, the side electrode 20A is electrically connected to the first detection electrode 50 via the connection electrode 18A and the wire 68A. The side electrode 20B is electrically connected to the second detection electrode 56 through the connection electrode 18B and the wire 68B. The side electrode 20C is electrically connected to the third detection electrode 62 through the connection electrode 18C and the wire 68C.

また、側部電極20Dは、接続電極18Dを介して接地電極16に電気的に接続される。さらに側部電極20Dは、接続電極18Dに接続したワイヤー68Dを介して第1接地電極64に電気的に接続され、接続電極18Dに接続したワイヤー68Eを介して第2接地電極66に電気的に接続され、接続電極18Dに接続した貫通電極28及びメタライズ26を介して第2部材34に電気的に接続される。   Further, the side electrode 20D is electrically connected to the ground electrode 16 through the connection electrode 18D. Further, the side electrode 20D is electrically connected to the first ground electrode 64 via a wire 68D connected to the connection electrode 18D, and is electrically connected to the second ground electrode 66 via a wire 68E connected to the connection electrode 18D. It is connected and electrically connected to the second member 34 through the through electrode 28 and the metallized 26 connected to the connection electrode 18D.

前述の各種電極の材料としては、金、チタニウム、アルミニウム、銅、鉄などの単体もしくは合金を用いることができる。例えば、鉄合金としてステンレススチールを用いることも可能であり、耐久性、耐食性が優れることから好適に用いられる。   As the materials for the various electrodes described above, a simple substance or an alloy such as gold, titanium, aluminum, copper, or iron can be used. For example, stainless steel can be used as the iron alloy, and it is preferably used because of its excellent durability and corrosion resistance.

図5は本実施形態のセンサー素子の模式図を示す。本実施形態において、力伝達部36はセンサー素子42の受圧面44の法線方向(γ軸)に平行な方向の力のみならず、受圧面44の面方向の力、すなわち、γ軸にそれぞれ直交し、かつ互いに直交する2つの方向(α軸、β軸)の力を受圧面44に伝達可能である。そして、センサー素子42は後述のようにα軸、β軸、γ軸にそれぞれ平行な力を検出することができる。   FIG. 5 shows a schematic diagram of the sensor element of the present embodiment. In the present embodiment, the force transmission unit 36 applies not only the force in the direction parallel to the normal direction (γ axis) of the pressure receiving surface 44 of the sensor element 42 but also the force in the surface direction of the pressure receiving surface 44, that is, the γ axis. Forces in two directions (α axis and β axis) that are orthogonal and orthogonal to each other can be transmitted to the pressure receiving surface 44. The sensor element 42 can detect forces parallel to the α-axis, β-axis, and γ-axis, as will be described later.

第1センサー素子46において、第1水晶板48A,48Bは、Yカット水晶板により形成され、圧電効果を発生させる結晶方位であるX方向が第1水晶板48A,48Bの法線(図5のγ軸に平行な方向)に垂直な方向となる結晶方位を有している。そして、第1水晶板48A,48Bは、X方向が互いに逆方向となるように配置されている。さらに、第1水晶板48A,48Bは、X方向が空間直交座標のα軸と平行となるように配置されている。   In the first sensor element 46, the first crystal plates 48A and 48B are formed of Y-cut crystal plates, and the X direction, which is the crystal orientation for generating the piezoelectric effect, is normal to the first crystal plates 48A and 48B (FIG. 5). The crystal orientation is perpendicular to the direction parallel to the γ-axis. The first crystal plates 48A and 48B are arranged so that the X directions are opposite to each other. Furthermore, the first crystal plates 48A and 48B are arranged so that the X direction is parallel to the α axis of the space orthogonal coordinates.

第2センサー素子52において、第2水晶板54A,54Bは、Yカット水晶板により形成され、X方向が第2水晶板54A,54Bの法線(γ軸に平行な方向)に垂直な方向となる結晶方位を有している。そして、第2水晶板54A,54Bは、X方向が互いに逆方向となるように配置されている。さらに、第2水晶板54A,54Bは、X方向が空間直交座標のβ軸と平行となるように配置されている。   In the second sensor element 52, the second crystal plates 54A and 54B are formed of Y-cut crystal plates, and the X direction is perpendicular to the normal line (the direction parallel to the γ axis) of the second crystal plates 54A and 54B. The crystal orientation is as follows. The second crystal plates 54A and 54B are arranged so that the X directions are opposite to each other. Further, the second crystal plates 54A and 54B are arranged so that the X direction is parallel to the β-axis of the space orthogonal coordinates.

第3センサー素子58において、第3水晶板60A,60Bは、Xカット水晶板により形成され、X方向が第3水晶板60A,60Bの法線(γ軸に平行な方向)と平行な方向となる結晶方位を有している。そして、第3水晶板60A,60Bは、X方向が互いに逆方向となるように配置されている。さらに、第3水晶板60A,60Bは、X方向が空間直交座標のγ軸と平行となるように配置されている。   In the third sensor element 58, the third crystal plates 60A and 60B are formed by X-cut crystal plates, and the X direction is parallel to the normal line (the direction parallel to the γ axis) of the third crystal plates 60A and 60B. The crystal orientation is as follows. The third crystal plates 60A and 60B are arranged so that the X directions are opposite to each other. Furthermore, the third crystal plates 60A and 60B are arranged so that the X direction is parallel to the γ-axis of the space orthogonal coordinates.

図5に示すように、本実施形態のセンサー素子42は、空間直交座標のγ軸に平行な方向をセンサー素子42の高さ方向としている。そして、後述する第1プレート70及び第2プレート80によりγ軸の方向から挟み込まれ与圧が与えられ、第1押圧部72を介してセンサー素子42にγ軸に平行な方向から与圧が印加される。これにより、第3水晶板60A,60BはX方向から与圧(圧縮力)を受けることになるので圧電効果により電荷が誘起し、第3検出電極62に電荷(Fz信号)が出力される。   As shown in FIG. 5, the sensor element 42 of the present embodiment has a direction parallel to the γ-axis of the space orthogonal coordinates as the height direction of the sensor element 42. Then, the first plate 70 and the second plate 80, which will be described later, are sandwiched from the direction of the γ-axis and given pressure, and the pressure is applied to the sensor element 42 from the direction parallel to the γ-axis via the first pressing portion 72. Is done. As a result, the third crystal plates 60A and 60B receive pressure (compression force) from the X direction, so that charge is induced by the piezoelectric effect, and charge (Fz signal) is output to the third detection electrode 62.

上記構成において、第1プレート及び第2プレート(図10参照)の相対位置が互いにα軸に平行な方向にずれる外力が印加されると、第1押圧部72を介してセンサー素子42には、α軸に平行な方向の外力が印加される。すると、第1水晶板48A,48Bは、X方向から外力(せん断力)を受けることになるので圧電効果により電荷を誘起し、第1検出電極50に電荷(Fx信号)が出力される。   In the above configuration, when an external force is applied in which the relative positions of the first plate and the second plate (see FIG. 10) are shifted in the direction parallel to the α axis, the sensor element 42 is connected to the sensor element 42 via the first pressing portion 72. An external force in a direction parallel to the α axis is applied. Then, since the first quartz plates 48A and 48B receive external force (shearing force) from the X direction, charges are induced by the piezoelectric effect, and charges (Fx signal) are output to the first detection electrode 50.

また第1プレート及び第2プレート(図10参照)の相対位置が互いにβ軸に平行な方向にずれる外力が印加されると、第1押圧部72を介してセンサー素子42には、β軸に平行な方向の外力が印加される。すると第2水晶板54A,54BはX方向から外力(せん断力)を受けることになるので圧電効果により電荷を誘起し、第2検出電極56に電荷(Fy信号)が出力される。   Further, when an external force is applied in which the relative positions of the first plate and the second plate (see FIG. 10) are shifted in the direction parallel to the β axis, the sensor element 42 is moved to the β axis via the first pressing portion 72. An external force in a parallel direction is applied. Then, since the second crystal plates 54A and 54B receive external force (shearing force) from the X direction, electric charges are induced by the piezoelectric effect, and electric charges (Fy signals) are output to the second detection electrodes 56.

さらに第1プレート及び第2プレート(図10参照)の相対位置が互いにγ軸に平行な方向にずれる外力が印加されると、第1押圧部72を介してセンサー素子42には、γ軸に平行な方向の外力が印加される。すると、第3水晶板60A,60BはX方向から外力(圧縮力または引張力)を受けることになるので圧電効果により誘起される電荷量が変化し、第3検出電極62に出力される電荷(Fz信号)の大きさが変化する。   Further, when an external force is applied in which the relative positions of the first plate and the second plate (see FIG. 10) are shifted from each other in the direction parallel to the γ-axis, the sensor element 42 is moved to the γ-axis via the first pressing portion 72. An external force in a parallel direction is applied. Then, since the third crystal plates 60A and 60B receive an external force (compression force or tensile force) from the X direction, the amount of charge induced by the piezoelectric effect changes, and the charge output to the third detection electrode 62 ( The magnitude of the (Fz signal) changes.

よって、本実施形態のセンサーデバイス11は、側部電極20Aを介して第1検出電極50に出力される電荷(Fx信号)と、側部電極20Bを介して第2検出電極56に出力される電荷(Fy信号)と、側部電極20Cを介して第3検出電極62に出力される電荷(Fz信号)と、をそれぞれモニターすることができ、互いに直交するα軸(後述のX軸)、β軸(後述のY軸)、γ軸(後述のZ軸)に平行な方向の外力(Fx、Fy、Fz)を検知することができる。なお、センサー素子42は、第1センサー素子46、第2センサー素子52、第3センサー素子58の積層構造となっているが、少なくともいずれか1つ以上を用いる構成としてもよい。   Therefore, the sensor device 11 of the present embodiment outputs the charge (Fx signal) output to the first detection electrode 50 via the side electrode 20A and the second detection electrode 56 via the side electrode 20B. The charge (Fy signal) and the charge (Fz signal) output to the third detection electrode 62 via the side electrode 20C can be monitored, respectively, an α axis (X-axis described later) orthogonal to each other, External forces (Fx, Fy, Fz) in a direction parallel to the β axis (Y-axis described later) and the γ-axis (Z axis described later) can be detected. The sensor element 42 has a laminated structure of the first sensor element 46, the second sensor element 52, and the third sensor element 58, but may be configured to use at least one of them.

このようなセンサーデバイス11の製造方法は、まずセンサー素子42をベース部材14上に載置し、ついで第2部材34の周縁部38が第1部材12の側壁部材24の端面32と一致するように配置する。そして、第2部材34の中央に錘を配置して第2部材34に荷重を掛ける。そして、ローラー電極を第2部材34のメタライズ26(側壁部材24)との接続位置に押し付けて、ローラー電極74に電流を印加して第2部材34と、メタライズ26と、をシーム溶接により接合する。   In such a manufacturing method of the sensor device 11, the sensor element 42 is first placed on the base member 14, and then the peripheral portion 38 of the second member 34 is aligned with the end surface 32 of the side wall member 24 of the first member 12. To place. Then, a weight is disposed in the center of the second member 34 and a load is applied to the second member 34. Then, the roller electrode is pressed against the connection position of the second member 34 with the metallization 26 (side wall member 24), and an electric current is applied to the roller electrode 74 to join the second member 34 and the metallization 26 by seam welding. .

本実施形態の第1プレート70は、平面視で第1部材12よりも大きい略矩形のプレート板である。第1プレート70は材質にステンレス等の金属材料を用いており、所定の強度を備えて加工容易に形成することができる。第1プレート70は、第1部材12側の面に、第2部材34に向けて突出した凸状の第1押圧部72を形成している。第1押圧部72は、平面視でセンサー素子42の受圧面44の全領域と重なり、かつ、第1部材12の内周縁の領域の内部に納まる押圧面73を備えている。換言すれば押圧面73の面積は、センサー素子42の上面の面積以上で、かつ第1部材の内周縁の領域よりも小さく形成している。第1押圧部72は、プレス加工又はエッチング等により形成することができる。第1プレート70は、後述する締結部86が挿入される貫通孔74が形成されている。貫通孔74は、締結部86のヘッドが挿入される第1孔74Aと、シャフトが挿入される第2孔74Bとから構成されている。   The first plate 70 of the present embodiment is a substantially rectangular plate plate that is larger than the first member 12 in plan view. The first plate 70 is made of a metal material such as stainless steel, and has a predetermined strength and can be easily formed. The first plate 70 has a convex first pressing portion 72 that protrudes toward the second member 34 on the surface on the first member 12 side. The first pressing portion 72 includes a pressing surface 73 that overlaps with the entire region of the pressure receiving surface 44 of the sensor element 42 in a plan view and fits inside the region of the inner peripheral edge of the first member 12. In other words, the area of the pressing surface 73 is equal to or larger than the area of the upper surface of the sensor element 42 and smaller than the area of the inner peripheral edge of the first member. The first pressing portion 72 can be formed by pressing or etching. The first plate 70 is formed with a through hole 74 into which a fastening portion 86 described later is inserted. The through hole 74 includes a first hole 74A into which the head of the fastening portion 86 is inserted, and a second hole 74B into which the shaft is inserted.

第2プレート80は、平面視で第1部材12よりも大きく、第1プレート70と略同一形状のプレート板である。第2プレート80は、後述する締結部86の雄ねじが螺合するネジ穴82が形成されている。第2プレート80は材質にステンレス等の金属材料を用いており、所定の強度を備えて加工容易に形成することができる。なお、第1プレート70及び第2プレート80は、平面視で矩形形状のほか円板、楕円、多角形に形成しても良い。   The second plate 80 is a plate plate that is larger than the first member 12 in plan view and has substantially the same shape as the first plate 70. The second plate 80 is formed with a screw hole 82 into which a male screw of a fastening portion 86 described later is screwed. The second plate 80 is made of a metal material such as stainless steel and has a predetermined strength and can be easily formed. Note that the first plate 70 and the second plate 80 may be formed in a disk, an ellipse, or a polygon in addition to a rectangular shape in plan view.

締結部86は、第1プレート70及び第2プレート80間でセンサーデバイス11を挟持した状態で第1プレート70及び第2プレート80を締結する部材である。本実施形態の締結部86は締結ボルトである。締結ボルトはヘッドとシャフトから構成されている。シャフトの先端は、ねじ切り加工が施された雄ねじが形成されて、第2プレート80のネジ穴82へ螺合させることができる。このような締結部86は、第1プレート70及び第2プレート80間にセンサーデバイス11を加圧しながら固定できれば良く、本実施形態では、一例としてセンサーデバイス11を間に挟むように2箇所に設置している。   The fastening portion 86 is a member that fastens the first plate 70 and the second plate 80 in a state where the sensor device 11 is sandwiched between the first plate 70 and the second plate 80. The fastening part 86 of this embodiment is a fastening bolt. The fastening bolt is composed of a head and a shaft. The tip of the shaft is formed with a threaded male screw and can be screwed into the screw hole 82 of the second plate 80. Such a fastening portion 86 only needs to be able to fix the sensor device 11 between the first plate 70 and the second plate 80 while applying pressure. In this embodiment, the fastening device 86 is installed at two locations so as to sandwich the sensor device 11 as an example. doing.

このようなセンサーモジュール10の組み立ては、まず第2プレート80上にセンサーデバイス11を載置する。そして第1プレート70を、第1押圧部72とセンサーデバイス11のセンサー素子42上面が平面視で重なるようにセンサーデバイス11上に配置する。次に締結部86となる締結ボルトを第1プレート70の貫通孔74から挿入し、第2プレート80のネジ穴82に螺合させる。このとき所定の与圧(例えば10kN程度)が印加されるように締結部86の締め込み量を調整することができる。   In assembling the sensor module 10, the sensor device 11 is first placed on the second plate 80. Then, the first plate 70 is disposed on the sensor device 11 such that the first pressing portion 72 and the upper surface of the sensor element 42 of the sensor device 11 overlap in plan view. Next, a fastening bolt to be the fastening portion 86 is inserted from the through hole 74 of the first plate 70 and screwed into the screw hole 82 of the second plate 80. At this time, the tightening amount of the fastening portion 86 can be adjusted so that a predetermined pressurizing pressure (for example, about 10 kN) is applied.

このような構成のセンサーモジュールによれば、センサー素子42が第1部材12内に封止されたセンサーデバイス11に対して、第1部材12の外側から第1押圧部72を介してセンサー素子42へ所定の与圧を印加することができる。   According to the sensor module having such a configuration, the sensor element 42 is sealed from the outside of the first member 12 via the first pressing portion 72 with respect to the sensor device 11 in which the sensor element 42 is sealed in the first member 12. A predetermined pressurizing pressure can be applied.

図6はセンサー素子と第2部材の間に隙間が生じたセンサーデバイスの説明図であり、(a)はセンサーデバイスの断面図、(b)は与圧を印加したセンサーデバイスの断面図である。図6(a)に示すようにセンサー素子42又は第1部材12の寸法誤差に基づく製造ばらつきによって、センサー素子42の受圧面44と第2部材34の間に隙間が生じたセンサーデバイス11が製造される場合がある。このようなセンサーデバイスであっても、図6(b)に示すように本実施形態の第1プレート70の第1押圧部72によって、第1部材12の外部からセンサー素子42の受圧面44を所定の与圧で容易に印加することができる。   6A and 6B are explanatory views of the sensor device in which a gap is generated between the sensor element and the second member. FIG. 6A is a cross-sectional view of the sensor device, and FIG. 6B is a cross-sectional view of the sensor device to which a pressure is applied. . As shown in FIG. 6A, the sensor device 11 in which a gap is generated between the pressure receiving surface 44 of the sensor element 42 and the second member 34 due to manufacturing variation based on the dimensional error of the sensor element 42 or the first member 12 is manufactured. May be. Even in such a sensor device, the pressure receiving surface 44 of the sensor element 42 is moved from the outside of the first member 12 by the first pressing portion 72 of the first plate 70 of the present embodiment as shown in FIG. It can be easily applied at a predetermined pressure.

このように、本実施形態のセンサーモジュールは、センサー素子の上面が第1部材の凹部の開口部の外周となる位置より低くなる場合、センサー素子の上面が第1部材の凹部の開口部の外周となる位置より高くなる場合、センサー素子の上面と第1部材の凹部の開口部の外周となる位置と一致する場合のような製造ばらつきが生じたいずれのセンサーデバイスに対しても、センサー素子に常に一定の与圧を印加することができ、測定誤差のない正確な検出データを得ることができる。よってセンサーモジュールの歩留りが良くなる。さらに、例えば潤滑油、水や薬品などの液体などに曝された環境下での使用であっても第1部材内部のセンサー素子を保護することができるため、信頼性の高いセンサーモジュールを得ることができる。   Thus, in the sensor module of the present embodiment, when the upper surface of the sensor element is lower than the position of the outer periphery of the opening of the recess of the first member, the upper surface of the sensor element is the outer periphery of the opening of the recess of the first member. The sensor element can be used for any sensor device that has a manufacturing variation such as when the upper surface of the sensor element coincides with the position of the outer periphery of the opening of the recess of the first member. A constant pressurization can always be applied, and accurate detection data free from measurement errors can be obtained. Therefore, the yield of the sensor module is improved. Furthermore, since the sensor element inside the first member can be protected even when used in an environment exposed to a liquid such as lubricating oil, water or chemicals, a highly reliable sensor module is obtained. Can do.

図7は第2実施形態に係るセンサーモジュールの断面図である。第2実施形態に係るセンサーモジュール10Aは外部電極21A,21B,21C,21Dと、貫通電極22A,22B,22C,22Dと、第2押圧部84を設けている。その他の構成は第1実施形態のセンサーモジュール10と同一の構成であり、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。ベース基板14の下面の四隅には外部電極21A,21B,21C,21Dが配置されている。外部電極21A,21B,21C,21Dは、それぞれ接続電極18A,18B,18C,18Dと対応して配置され、ベース基板を貫通する貫通電極22A,22B,22C,22Dを介して電気的に接続されている。   FIG. 7 is a cross-sectional view of the sensor module according to the second embodiment. The sensor module 10A according to the second embodiment includes external electrodes 21A, 21B, 21C, and 21D, through electrodes 22A, 22B, 22C, and 22D, and a second pressing portion 84. The other configuration is the same as that of the sensor module 10 of the first embodiment, and the same reference numerals are given and detailed description is omitted. External electrodes 21 </ b> A, 21 </ b> B, 21 </ b> C, and 21 </ b> D are arranged at the four corners of the lower surface of the base substrate 14. The external electrodes 21A, 21B, 21C, and 21D are disposed corresponding to the connection electrodes 18A, 18B, 18C, and 18D, respectively, and are electrically connected through the through electrodes 22A, 22B, 22C, and 22D that penetrate the base substrate. ing.

第2プレート80Aは、センサーデバイス11を実装する実装面に第1押圧部72と略同一形状の第2押圧部84が形成されている。第2押圧部84は、平面視で第1部材12の実装面よりも小さく、センサー素子42の下面の面積と同等又はこれよりも大きい面積の押圧面85を備えている。   In the second plate 80A, a second pressing portion 84 having substantially the same shape as the first pressing portion 72 is formed on the mounting surface on which the sensor device 11 is mounted. The second pressing portion 84 includes a pressing surface 85 that is smaller than the mounting surface of the first member 12 in plan view and has an area equal to or larger than the area of the lower surface of the sensor element 42.

このような構成の第2実施形態に係るセンサーモジュール10Aによれば、センサーデバイス11のセンサー素子42を上下面から均等かつ効果的に与圧を印加させることができる。また、センサーデバイス11の実装面に形成された外部電極21A,21B,21C,21Dと第2プレート80Aの間に隙間が形成されるため、金属配線を引き出し易くすることができ、外部の電子回路基板と電気的に容易に接続させることができる。   According to the sensor module 10 </ b> A according to the second embodiment having such a configuration, it is possible to apply a pressure to the sensor element 42 of the sensor device 11 evenly and effectively from the upper and lower surfaces. In addition, since gaps are formed between the external electrodes 21A, 21B, 21C, and 21D formed on the mounting surface of the sensor device 11 and the second plate 80A, the metal wiring can be easily pulled out, and an external electronic circuit It can be easily electrically connected to the substrate.

図8は第3実施形態に係るセンサーモジュールの断面図である。第3実施形態に係るセンサーモジュール10Bは、第1部材12の下面に第2押圧部84が嵌合する凹部15を形成している。その他の構成は第2実施形態のセンサーモジュール10Aと同一の構成であり、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。   FIG. 8 is a cross-sectional view of a sensor module according to the third embodiment. In the sensor module 10 </ b> B according to the third embodiment, the concave portion 15 in which the second pressing portion 84 is fitted is formed on the lower surface of the first member 12. The other configuration is the same as that of the sensor module 10A of the second embodiment, and the same reference numerals are given and detailed description is omitted.

本実施形態の凹部15は、第1部材12のベース部材14の実装面であって、センサー素子42の下面と対向する位置に形成されている。凹部15は第2押圧部84が嵌合する下向きの凹状となるように、エッチング等を用いて形成することができる。   The recess 15 of the present embodiment is a mounting surface of the base member 14 of the first member 12 and is formed at a position facing the lower surface of the sensor element 42. The concave portion 15 can be formed by etching or the like so as to have a downward concave shape into which the second pressing portion 84 is fitted.

このような構成の第3実施形態に係るセンサーモジュール10Bによれば、平面視でベース部材14に載置されたセンサー素子42の中心と、第2プレート80Aの第2押圧部84の中心が同一直線上となるように容易に位置決めすることができる。よって、センサー素子42に均等に与圧を印加させることができる。   According to the sensor module 10B according to the third embodiment having such a configuration, the center of the sensor element 42 placed on the base member 14 and the center of the second pressing portion 84 of the second plate 80A are the same in plan view. It can be easily positioned so as to be in a straight line. Therefore, it is possible to apply a uniform pressure to the sensor element 42.

図9は第4実施形態に係るセンサーモジュールの断面図である。第4実施形態のセンサーモジュール10Cは第2部材34Aに可撓部40を形成している、その他の構成は第1実施形態のセンサーモジュール10と同一の構成であり、その詳細な説明を省略する。   FIG. 9 is a cross-sectional view of a sensor module according to the fourth embodiment. In the sensor module 10C of the fourth embodiment, the flexible portion 40 is formed on the second member 34A. Other configurations are the same as those of the sensor module 10 of the first embodiment, and detailed description thereof is omitted. .

可撓部40は、平面視で第2部材34Aの周縁部38と力伝達部36の間にリング状に形成されている。可撓部40は、その内周に平面視でセンサー素子42の受圧面44の周縁が収まるように配置されている。可撓部40は第2部材34Aの両面あるいは片面のみから掘り込んだ状態でその厚みが力伝達部36及び周縁部38よりも薄肉となるように形成されている。可撓部40は、プレス成形やエッチングにより形成することができる。   The flexible portion 40 is formed in a ring shape between the peripheral portion 38 of the second member 34A and the force transmitting portion 36 in plan view. The flexible portion 40 is arranged so that the periphery of the pressure receiving surface 44 of the sensor element 42 is accommodated in the inner periphery thereof in plan view. The flexible portion 40 is formed so that its thickness is thinner than that of the force transmitting portion 36 and the peripheral portion 38 in a state where the flexible portion 40 is dug from only one side or both sides of the second member 34A. The flexible portion 40 can be formed by press molding or etching.

このような構成の第4実施形態に係るセンサーモジュール10Cは、第1部材12とセンサー素子42の高さが寸法誤差に基づく製造ばらつきにより一致しないときでも、第1押圧部72による与圧で第2部材34Aの可撓部40が変形することにより、第2部材34Aにストレスが掛からず、第1部材12と第2部材34Aの接合が破壊されることがなく、第1部材12内部を気密に保つことができる。
なお、可撓部40は第2及び第3実施形態に係るセンサーモジュールの第2部材に適用しても良い。
In the sensor module 10C according to the fourth embodiment having such a configuration, even when the heights of the first member 12 and the sensor element 42 do not coincide with each other due to manufacturing variations based on dimensional errors, the first pressing portion 72 applies pressure to the sensor module 10C. By deforming the flexible portion 40 of the two members 34A, no stress is applied to the second member 34A, the joint between the first member 12 and the second member 34A is not broken, and the inside of the first member 12 is airtight. Can be kept in.
The flexible portion 40 may be applied to the second member of the sensor module according to the second and third embodiments.

図10に本実施形態の力検出装置を示し、(a)は模式図を示し、(b)は平面図を示す。本実施形態の力検出装置90は、4つのセンサーデバイス11を第1プレート70A及び第2プレート80Aにより挟み込んだ構成である。第1プレート70A及び第2プレート80Aは、いずれも平面視で円板状に形成され、中心を通り互いに直交する線上に4つのセンサーデバイス11を配置している。第1プレート70Aは、センサーデバイス11のセンサー素子42の上面と対向する箇所に第1押圧部72が4つ形成されている。   FIG. 10 shows the force detection device of this embodiment, (a) shows a schematic diagram, and (b) shows a plan view. The force detection device 90 of the present embodiment has a configuration in which four sensor devices 11 are sandwiched between a first plate 70A and a second plate 80A. Each of the first plate 70A and the second plate 80A is formed in a disk shape in plan view, and the four sensor devices 11 are arranged on lines that pass through the center and are orthogonal to each other. The first plate 70 </ b> A has four first pressing portions 72 formed at locations facing the upper surface of the sensor element 42 of the sensor device 11.

このような構成の力検出装置90は、4つのセンサーデバイス11が全て同じ方向に向いた状態で第1プレート70A及び第2プレート80Aに挟み込まれ、与圧が印加される。例えば、センサーモジュール10において、第1センサー素子46(図1、図5)の検出軸をFxに平行な方向に向け、第2センサー素子52(図1、図5)の検出軸をFyに平行な方向に向け、第3センサー素子58(図1、図5)の検出軸をFzに平行な方向に向けた状態となっている。なお各センサーモジュール10のセンサー素子の高さを予め測定しておき、この測定値に基づいて第1押圧部72の突出量を研磨等によって調整することにより、各センサーデバイス11の製造ばらつきが生じた場合でも、第1プレート70A及び第2プレート80Aの間の平行度を保ちながら均等に与圧を印加することができる。   The force detection device 90 having such a configuration is sandwiched between the first plate 70A and the second plate 80A in a state where all of the four sensor devices 11 face in the same direction, and pressure is applied. For example, in the sensor module 10, the detection axis of the first sensor element 46 (FIGS. 1 and 5) is oriented in a direction parallel to Fx, and the detection axis of the second sensor element 52 (FIGS. 1 and 5) is parallel to Fy. The detection axis of the third sensor element 58 (FIGS. 1 and 5) is directed in a direction parallel to Fz. It should be noted that the height of the sensor element of each sensor module 10 is measured in advance, and the projection amount of the first pressing portion 72 is adjusted by polishing or the like based on this measured value, thereby causing manufacturing variations of the sensor devices 11. Even in this case, it is possible to apply the pressure evenly while maintaining the parallelism between the first plate 70A and the second plate 80A.

ここで、第1プレート70A及び第2プレート80Aの相対位置が互いにFx方向にずれる力を受けた場合、センサーモジュール10はそれぞれFx1、Fx2、Fx3、Fx4の力を検出する。また、第1プレート70A及び第2プレート80Aの相対位置が互いにFy方向にずれる力を受けた場合、センサーモジュール10はそれぞれFy1、Fy2、Fy3、Fy4の力を検出する。さらに、第1プレート70A及び第2プレート80Aの相対位置が互いにFz方向にずれる力を受けた場合、センサーモジュール10はそれぞれFz1、Fz2、Fz3、Fz4の力を検出する。   Here, when receiving a force in which the relative positions of the first plate 70A and the second plate 80A are shifted in the Fx direction, the sensor module 10 detects the forces of Fx1, Fx2, Fx3, and Fx4, respectively. In addition, when the relative position of the first plate 70A and the second plate 80A receives a force that shifts in the Fy direction, the sensor module 10 detects the forces of Fy1, Fy2, Fy3, and Fy4, respectively. Further, when receiving a force in which the relative positions of the first plate 70A and the second plate 80A are shifted from each other in the Fz direction, the sensor module 10 detects the forces of Fz1, Fz2, Fz3, and Fz4, respectively.

したがって、力検出装置90において、互いに直交する力Fx、Fy、Fz、Fxに平行な方向を回転軸とする回転力Mx、Fyに平行な方向を回転軸とする回転力My、Fzに平行な方向を回転軸とする回転力Mzは、以下のように求めることができる。   Therefore, in the force detection device 90, the rotational force Mx is set to a direction parallel to the forces Fx, Fy, Fz, and Fx orthogonal to each other, and the rotational force My and Fz is set to be parallel to the direction parallel to Fy. The rotational force Mz whose direction is the rotation axis can be obtained as follows.

ここで、a、bは定数とする。よって本実施形態の力検出装置90は、三次元のあらゆる方向からの力(6軸方向の力)を検知することができ、少ない変位量であっても高精度な力の検出を安定的に行うことが可能な力検出装置90となる。   Here, a and b are constants. Therefore, the force detection device 90 according to the present embodiment can detect forces from all three dimensions (forces in six axes) and stably detect highly accurate forces even with a small amount of displacement. The force detection device 90 can be performed.

図11に、本実施形態の力検出装置を搭載したロボットを示す。図11に示すように、ロボット100は、本体部102、アーム部104、ロボットハンド部116などから構成されている。本体部102は、例えば床、壁、天井、移動可能な台車の上などに固定される。アーム部104は、本体部102に対して可動となるように設けられており、本体部102にはアーム部104を回転させるための動力を発生するアクチュエータ(不図示)や、アクチュエータを制御する制御部等(不図示)が内蔵されている。   FIG. 11 shows a robot equipped with the force detection device of this embodiment. As shown in FIG. 11, the robot 100 includes a main body 102, an arm 104, a robot hand 116, and the like. The main body 102 is fixed on, for example, a floor, a wall, a ceiling, or a movable carriage. The arm unit 104 is provided so as to be movable with respect to the main body unit 102. The main body unit 102 includes an actuator (not shown) that generates power for rotating the arm unit 104, and a control for controlling the actuator. Etc. (not shown) are incorporated.

アーム部104は、第1フレーム106、第2フレーム108、第3フレーム110、第4フレーム112、第5フレーム114から構成されている。第1フレーム106は、回転屈曲軸を介して、本体部102に回転可能または屈曲可能となるように接続されている。第2フレーム108は、回転屈曲軸を介して、第1フレーム106及び第3フレーム110に接続されている。第3フレーム110は、回転屈曲軸を介して、第2フレーム108及び第4フレーム112に接続されている。第4フレーム112は、回転屈曲軸を介して、第3フレーム110及び第5フレーム114に接続されている。第5フレーム114は、回転屈曲軸を介して、第4フレーム112に接続されている。アーム部104は、制御部の制御によって、各フレームが各回転屈曲軸を中心に複合的に回転または屈曲することにより駆動する。   The arm unit 104 includes a first frame 106, a second frame 108, a third frame 110, a fourth frame 112, and a fifth frame 114. The first frame 106 is connected to the main body 102 so as to be rotatable or bendable via a rotating and bending shaft. The second frame 108 is connected to the first frame 106 and the third frame 110 via a rotating and bending shaft. The third frame 110 is connected to the second frame 108 and the fourth frame 112 via a rotating and bending shaft. The fourth frame 112 is connected to the third frame 110 and the fifth frame 114 via a rotating and bending shaft. The fifth frame 114 is connected to the fourth frame 112 via a rotating and bending shaft. The arm unit 104 is driven by each frame being rotated or bent in a compound manner around each rotation / bending axis under the control of the control unit.

第5フレーム114の先端には、ロボットハンド部116が取り付けられており、対象物を把握することができるロボットハンド120が、回転動作させるモーター(不図示)を内蔵するロボットハンド接続部118を介して第5フレーム114に接続されている。   A robot hand unit 116 is attached to the tip of the fifth frame 114, and the robot hand 120 capable of grasping an object is connected via a robot hand connection unit 118 having a built-in motor (not shown) that rotates. Connected to the fifth frame 114.

ロボットハンド接続部118には、モーターに加えて前述の力検出装置90(図11では不図示)が内蔵されており、ロボットハンド部116が制御部の制御によって所定の動作位置まで移動させたとき、障害物への接触、あるいは所定位置を越えての動作命令による対象物との接触、などを力検出装置90によって力として検出し、ロボット100の制御部へフィードバックし、回避動作を実行することができる。   In addition to the motor, the robot hand connection unit 118 incorporates the aforementioned force detection device 90 (not shown in FIG. 11). When the robot hand unit 116 is moved to a predetermined operation position by the control of the control unit. , Contact with an obstacle or contact with an object by an operation command beyond a predetermined position is detected as a force by the force detection device 90 and fed back to the control unit of the robot 100 to execute an avoidance operation. Can do.

このようなロボット100を用いることにより、従来からの位置制御では対処できなかった、障害物回避動作、対象物損傷回避動作などを容易に行い、安全で細やかな作業が可能なロボット100を得ることができる。さらに、少ない変位量であっても高精度な力の検出を安定的に行うことが可能なロボット100となる。また本実施形態に限定されず、双腕ロボットにも適用することができる。   By using such a robot 100, it is possible to easily perform an obstacle avoidance operation, an object damage avoidance operation, etc., which cannot be dealt with by conventional position control, and obtain a robot 100 capable of safe and detailed work. Can do. Furthermore, the robot 100 can stably detect a highly accurate force even with a small amount of displacement. Further, the present invention is not limited to this embodiment, and can be applied to a double-arm robot.

10,10A,10B,10C………センサーモジュール、11………センサーデバイス、12………第1部材、14………ベース部材、15………凹部、16………接地電極、18A,18B,18C,18D………接続電極、20A,20B,20C,20D………側部電極、21A,21B,21C,21D………外部電極、22A,22B,22C,22D………貫通電極、24………側壁部材、26………メタライズ、28………貫通電極、30………開口部、32………端面(外周面)、34,34A………第2部材、36………力伝達部、38………周縁部、40………可撓部、42………センサー素子、44………受圧面、46………第1センサー素子、48A,48B………第1水晶板、50………第1検出電極、52………第2センサー素子、54A,54B………第2水晶板、56………第2検出電極、58………第3センサー素子、60A,60B………第3水晶板、62………第3検出電極、64………第1接地電極、66………第2接地電極、68A,68B,68C,68D,68E………ワイヤー、70………第1プレート、72………第1押圧部、73………押圧面、74………貫通孔、80,80A………第2プレート、82………ネジ穴、84………第2押圧部、86………締結部、90………力検出装置、96………実装電極、100………ロボット、102………本体部、104………アーム部、106………第1フレーム、108………第2フレーム、110………第3フレーム、112………第4フレーム、114………第5フレーム、116………ロボットハンド部、118………ロボットハンド接続部、120………ロボットハンド、200………センサーデバイス、202………パッケージ、204………リッド、206………同軸コネクター、208………外周部、210………中心導体、212………絶縁性樹脂、214………センサー素子、216………水晶板、218………電極板、220………開口部、222………上面、224………上面、226………隙間、228………隙間。 10, 10A, 10B, 10C ......... sensor module, 11 ......... sensor device, 12 ......... first member, 14 ......... base member, 15 ......... concave, 16 ......... ground electrode, 18A, 18B, 18C, 18D ......... Connection electrode, 20A, 20B, 20C, 20D ......... Side electrode, 21A, 21B, 21C, 21D ......... External electrode, 22A, 22B, 22C, 22D ......... Penetration electrode , 24... Side wall member, 26... Metallized, 28... Penetration electrode, 30 ... Opening, 32 ... End face (outer peripheral surface), 34, 34 A ... Second member, 36 ... …… Force transmitting portion 38 …… Peripheral portion 40 …… Flexible portion 42 …… Sensor element 44 …… Pressure receiving surface 46 …… First sensor element 48 A, 48 B ………… First crystal plate, 50... First detection electrode, 52. ... second sensor element, 54A, 54B ......... second crystal plate, 56 ......... second detection electrode, 58 ......... third sensor element, 60A, 60B ......... third crystal plate, 62 ......... Third detection electrode, 64... First ground electrode, 66... Second ground electrode, 68 A, 68 B, 68 C, 68 D, 68 E ... Wire, 70 ... First plate, 72 ... 1 pressing portion, 73 ... pressing surface, 74 through hole, 80, 80A ... second plate, 82 ... screw hole, 84 second pressing portion, 86 fastening portion , 90... Force detecting device, 96... Mounting electrode, 100... Robot, 102... Main body, 104 ... Arm portion, 106 First frame, 108 Second Frame 110 ......... Third frame 112 ......... Fourth frame 114 ......... Fifth frame 116 ......... Robot hand section, 118 ......... Robot hand connection section, 120 ......... Robot hand, 200 ......... Sensor device, 202 ......... Package, 204 ......... Lid, 206 ......... Coaxial Connector, 208 ......... Outer peripheral portion, 210 ......... Center conductor, 212 ......... Insulating resin, 214 ......... Sensor element, 216 ......... Quartz plate, 218 ...... Electrode plate, 220 ......... Opening Part, 222... Upper surface, 224... Upper surface, 226.

Claims (9)

圧電体を有するセンサー素子と、
前記センサー素子が配置される第1部材と、
前記第1部材に接合し前記第1部材を封止する第2部材と、
前記第1部材及び前記第2部材をプレート間で支持する第1プレート及び第2プレートと、
前記第1プレート及び第2プレート間の前記第1部材を固定する締結部と、
を備え、
前記第1プレートには前記第1部材側の面に前記第2部材に向けて突出する第1押圧部が形成されて、
前記第2部材は前記第1押圧部と前記センサー素子の受圧面によって挟持されていることを特徴とするセンサーモジュール。
A sensor element having a piezoelectric body;
A first member on which the sensor element is disposed;
A second member that joins the first member and seals the first member;
A first plate and a second plate for supporting the first member and the second member between the plates;
A fastening portion for fixing the first member between the first plate and the second plate;
With
The first plate is formed with a first pressing portion projecting toward the second member on the surface on the first member side,
The sensor module, wherein the second member is sandwiched between the first pressing portion and a pressure receiving surface of the sensor element.
前記第1押圧部は、平面視でセンサー素子の受圧面の全領域と重なる面を有し、かつ平面視で前記第1部材の内周縁の領域の内部に位置し、前記締結部は前記第1プレート及び第2プレート間の前記第1部材を加圧しながら固定することを特徴とする請求項1に記載のセンサーモジュール。   The first pressing portion has a surface that overlaps with the entire area of the pressure receiving surface of the sensor element in a plan view, and is positioned inside an inner peripheral region of the first member in a plan view. The sensor module according to claim 1, wherein the first member between the first plate and the second plate is fixed while being pressed. 前記第2プレートは、前記第1部材側の面に第2押圧部が前記第1押圧部と対向するように形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のセンサーモジュール。   3. The sensor module according to claim 1, wherein the second plate is formed on a surface on the first member side such that a second pressing portion faces the first pressing portion. 4. 前記第1部材の実装面に、前記第2押圧部と嵌合する凹部を形成したことを特徴とする請求項3に記載のセンサーモジュール。   The sensor module according to claim 3, wherein a recess that fits with the second pressing portion is formed on the mounting surface of the first member. 前記第2部材は、平面視でセンサー素子の受圧面よりも外側で、かつ平面視で前記第1部材の内周縁の領域の内部に環状の可撓部を形成したことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載のセンサーモジュール。   The said 2nd member formed the cyclic | annular flexible part inside the area | region of the inner peripheral edge of the said 1st member by the outer side from the pressure receiving surface of a sensor element by planar view, and planar view. The sensor module according to any one of 1 to 4. 前記圧電体を複数積層させた前記センサー素子の積層方向をZ軸方向とした場合、前記Z軸方向に直交しかつ互いに直交する方向をそれぞれX軸方向、Y軸方向とした場合、少なくとも前記X軸方向の力を検出する第1センサー素子と、前記Y軸方向の力を検出する第2センサー素子と、前記Z軸方向の力を検出する第3センサー素子と、を備えることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載のセンサーモジュール。   When the stacking direction of the sensor elements in which a plurality of the piezoelectric bodies are stacked is the Z-axis direction, when the directions orthogonal to the Z-axis direction and orthogonal to each other are the X-axis direction and the Y-axis direction, respectively, at least the X A first sensor element for detecting an axial force, a second sensor element for detecting the Y-axis direction force, and a third sensor element for detecting the Z-axis direction force. The sensor module according to claim 1. 請求項1ないし6のいずれか1項に記載のセンサーモジュールを備えたことを特徴とする力検出装置。   A force detection device comprising the sensor module according to claim 1. 請求項7に記載の力検出装置を備えたことを特徴とするロボット。   A robot comprising the force detection device according to claim 7. 本体部と、
前記本体部に接続するアームと、
前記アーム部に接続するハンド部と、を備えるロボットであって、
前記アーム部と前記ハンド部との接続部にセンサーモジュールを有し、
前記センサーモジュールは、
圧電体を有するセンサー素子と、
前記センサー素子が配置される第1部材と、
前記第1部材の側壁の端面に接合し前記第1部材を封止する第2部材と、
前記第1部材及び前記第2部材をプレート間で支持する第1プレート及び第2プレートと、
前記第1プレート及び第2プレート間の前記第1部材を固定する締結部と、
を備え、
前記第1プレートには前記第1部材側の面に前記第2部材に向けて突出する第1押圧部が形成されて、
前記第2部材は前記第1押圧部と前記センサー素子の受圧面によって挟持されていることを特徴とするロボット。
The main body,
An arm connected to the main body,
A hand unit connected to the arm unit,
A sensor module is provided at a connection portion between the arm portion and the hand portion,
The sensor module is
A sensor element having a piezoelectric body;
A first member on which the sensor element is disposed;
A second member that is bonded to an end face of the side wall of the first member and seals the first member;
A first plate and a second plate for supporting the first member and the second member between the plates;
A fastening portion for fixing the first member between the first plate and the second plate;
With
The first plate is formed with a first pressing portion projecting toward the second member on the surface on the first member side,
The robot, wherein the second member is sandwiched between the first pressing portion and a pressure receiving surface of the sensor element.
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