CN108106757A - 力检测传感器、力传感器、扭矩传感器及机器人 - Google Patents

力检测传感器、力传感器、扭矩传感器及机器人 Download PDF

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Abstract

提供一种具备高力学检测特性的力检测传感器、力传感器、扭矩传感器及机器人。力检测传感器具备：基体，具备从外部接受力的第一面、及法线方向与所述第一面的法线方向不同的第二面；以及电极指，配置在所述第二面上；在所述第二面的俯视图中，所述电极指的排列方向与所述第一面的法线方向不同。另外，所述第二面由压电体的表面构成。另外，所述压电体的构成材料是水晶。另外，所述第一面与所述水晶的电轴相交。

Description

力检测传感器、力传感器、扭矩传感器及机器人
技术领域
本发明涉及一种力检测传感器、力传感器、扭矩传感器及机器人。
背景技术
例如，作为力检测传感器，已知使用了振子的结构(例如专利文献1)。专利文献1中所述的力检测传感器具备基板、层叠在基板上的第一振子及第二振子。而且，在使第一振子振动的状态下，第二振子朝对象物被按压后，第一振子容易将被按压量的振动传递到第二振子，与第一振子频率相同的信号根据按压力所对应的振幅从第二振子输出。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-31574号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
但是，在这种力检测传感器中，从第二振子输出的信号中，难以展现因按压力的微小变化而导致的微小振幅的变化，因而难以发挥较高的力学检测特性。
本发明的目的在于，提供一种具备高力学检测特性的力检测传感器、力传感器、扭矩传感器及机器人。
用于解决技术问题的手段
这种目的通过下述的本发明达成。
本发明的力检测传感器，其特征在于，具备：基体，其具备从外部接收力的第一面、及法线方向与所述第一面不同的第二面；以及
电极指，其配置在所述第二面上；
在所述第二面的俯视图中，所述电极指的排列方向相对于所述第一面的法线方向倾斜。
由此，第一面受力后，电极指的节距发生变化。电极指的节距发生变化后，通过对电极指通电，基体的表面上被激发的弹性表面波的频率(SAW谐振器的谐振频率)也发生变化，由此，可以根据该频率变化，检测所受的力。这样，根据频率变化检测所受的力，从而能够发挥高分辨率及响应性。因此，形成为能够发挥高力学检测特性的力检测传感器。
在本发明的力检测传感器中，所述第二面优选为由压电体的表面构成。
由此，通过对电极指通电，能够更确切地在第二面上激发弹性表面波。
在本发明的力检测传感器中，所述基体具备第三面，其法线方向与所述第一面及所述第二面不同，具备配置在所述第三面上的所述电极指，在所述第三面的俯视图中，优选的是，配置在所述第三面上的所述电极指的排列方向与所述第一面的法线方向不同。
由此，形成为具备更多检测轴的力检测传感器。
在本发明的力检测传感器中，所述第三面优选为由压电体的表面构成。
由此，通过对梳齿电极通电，能够更确切地在第三面上激发弹性表面波。
在本发明的力检测传感器中，优选为具备：在所述第二面的俯视图中，排列方向相对于所述第一面的法线朝一侧倾斜的第一电极指；以及排列方向相对于所述第一面的法线朝另一侧倾斜的第二电极指。
由此，形成为具备更多检测轴的力检测传感器。
在本发明的力检测传感器中，所述压电体的构成材料优选为水晶。
由此，能够发挥优异的温度特性、及优异的机械强度。
在本发明的力检测传感器中，所述第一面优选为与所述水晶的电轴相交。
由此，能够更确切地在基体的表面(第二面或第三面)上激发弹性表面波。
在本发明的力检测传感器中，优选的是，所述基体具备第一基体、以及连接到所述第一基体的第二基体，所述第一基体具有所述第一面，所述第二基体具有所述第二面。
由此，基体设计的自由度增加。
在本发明的力检测传感器中，所述基体优选为进行了预压。
由此，力检测传感器的响应性提高。
本发明的力传感器的特征在于，具备本发明的力检测传感器。
由此，可享有本发明的力检测传感器的效果，能够获得具有高可靠性及力学检测特性的力传感器。
本发明的扭矩传感器的特征在于，具备本发明的力检测传感器。
由此，可享有本发明的力检测传感器的效果，能够获得具有高可靠性及力学检测特性的扭矩传感器。
本发明的机器人的特征在于，具有本发明的力检测传感器。
由此，可发挥本发明的力检测传感器的效果，能够获得具有高可靠性及力学检测特性的机器人。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式涉及的力传感器的剖视图。
图2是图1所示的力传感器所具备的力检测传感器的立体图。
图3是图1所示的力传感器的俯视图。
图4是表示本发明的第二实施方式涉及的扭矩传感器的俯视图。
图5是图4所示的扭矩传感器所具备的力检测传感器的立体图。
图6是表示本发明的第三实施方式涉及的力传感器的剖视图。
图7是图6所示的力传感器所具备的力检测传感器的立体图。
图8是表示本发明的第四实施方式涉及的扭矩传感器的俯视图。
图9是图8所示的扭矩传感器所具备的力检测传感器的立体图。
图10是表示本发明的第五实施方式涉及的力传感器的剖视图。
图11是图10所示的力传感器所具备的力检测传感器的立体图。
图12是表示本发明的第六实施方式涉及的扭矩传感器的俯视图。
图13是图12所示的扭矩传感器所具备的力检测传感器的立体图。
图14是本发明的第七实施方式涉及的力传感器所具备的力检测传感器的立体图。
图15是表示本发明的第八实施方式涉及的机器人的立体图。
具体实施方式
下面，根据附图所示的优选实施方式，对本发明的力检测传感器及机器人进行详细说明。
＜第一实施方式＞
图1是表示本发明的第一实施方式涉及的力传感器的剖视图。图2是图1所示的力传感器所具备的力检测传感器的立体图。图3是图1所示的力传感器的俯视图。下面，为方便说明，也将图1、图2中的上侧及图3中的纸张前侧称为“上”，将图1、图2中的下侧及图3中的纸张里侧称为“下”。另外，如各图所示，下文将互相垂直的3轴设为X轴、Y轴及Z轴，另外，也将平行于X轴的方向称为“X轴方向”，将平行于Y轴的方向称为“Y轴方向”，将平行于Z轴的方向称为“Z轴方向”。
图1所示的力传感器1能够检测Z轴方向的力Fz(Fz1、Fz2)以及X轴方向的力Fx(Fx1、Fx2)。这种力传感器1具备：力检测传感器2；收纳力检测传感器2的封装体3；在厚度方向上夹着封装体3配置而成的一对基板41、42；以及将基板41、42彼此连结，借助封装体3对力检测传感器2进行预压的预压螺栓5。下面，依次对上述各部进行说明。
(力检测传感器)
如图1及图2所示，力检测传感器2具备：基体21，其具备从外部接受力(Fz、Fx)的作为第一面的受压面211、及与受压面211的法线方向不同的作为第二面的配置面213；以及配置在配置面213上的电极指25。另外，在配置面213的俯视图中，电极指25的排列方向与受压面211的法线方向(Z轴方向)不同。即，在配置面213的俯视图中，电极指25的排列方向与受压面211的法线相对倾斜。
这种力检测传感器2构成了能够在基体21的表面激发弹性表面波的SAW谐振器。施加力Fz或力Fx之后，基体21变形，伴随着基体21的变形，电极指25的节距(相邻电极指25之间的间隔，即传输弹性表面波的方向上的电极指25之间的间隔)也发生变化。而且，如果电极指25的节距发生变化，弹性表面波的频率(SAW谐振器的谐振频率)也随之发生变化。这是因为，弹性表面波的频率取决于电极指25的节距。因此，根据由力检测传感器2激发的弹性表面波的频率，能够检测力Fz、Fx。这样，通过采用根据频率变化来检测受力的结构，能够发挥高分辨率及高响应性。由此，形成能够发挥高力学检测特性的力检测传感器2。特别是，在本实施方式中，由于电极指25的排列方向相对于Z轴倾斜设置，从而能够检测力Fz及力Fx这两者。下面，对力检测传感器2进行详细说明。
如图2所示，力检测传感器2具备：基体21；设置在基体21的梳齿电极22；以及一对反射器23、24，其将梳齿电极22夹在中间而设置在配置面213上。
基体21是四角柱(本实施方式中为立方体)。另外，基体21具备上表面及下表面、以及连接上表面和下表面的四个侧面。其中，基体21的上表面由以Z轴为法线的XY平面构成，构成了接受力Fz、Fx的作为第一面的受压面211。另外，四个侧面中的一个由以Y轴为法线的XZ平面，构成了配置梳齿电极22及反射器23、24作为第二面的配置面213。
配置面213因受压面211接受力Fz、Fx而变形。配置面213变形后，梳齿电极22的节距发生变化，随之，弹性表面波的频率(SAW谐振器的谐振频率)也发生变化。此外，这里的“变形”是包含例如未发生实质性变形、而是内部发生了扭曲的情况在内的广义概念(以下相同)。
特别是，在本实施方式中，将与受压面211相邻的面(即，之间没有经由不同的面而连接的面)设为配置面213。因此，施加到受压面211的力Fz、Fx容易传递到配置面213。由此，能够更确切且更大幅度地使配置面213变形。因此，能够进一步增大相对于所施加力的大小的频率的变化量。其结果是，力检测传感器2的分辨率进一步提高。
此外，作为基体21的形状，只要具备受压面211(第一面)、以及配置有梳齿电极22的配置面213(第二面)，则没有特别限定，例如也可以是三角柱、五角柱、六边形以上的多角柱等。另外，包含受压面211、配置面213的基体21的各面不限定于平面，也可以整个面或者面的一部分为曲面。
基体21由压电体构成。因此，配置面213由压电体的表面构成。由此，能够更确切地激发弹性表面波。此外，作为压电体的构成材料，没有特别限定，例如列举：水晶、铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)、锆钛酸铅(PZT)、四硼酸锂(Li2B4O7)、硅酸镓镧(La3Ga5SiO14)、铌酸钾(KNbO3)、磷酸镓(GaPO4)、砷化镓(GaAs)、氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO、Zn2O3)、钛酸钡(BaTiO3)、钛酸铅(PbPO3)、铌酸钠钾((K,Na)NbO3)、铁酸铋(BiFeO3)、铌酸钠(NaNbO3)、钛酸铋(Bi4Ti3O12)、钛酸铋钠(Na0.5Bi0.5TiO3)等。
特别是，在本实施方式中，压电体的构成材料是水晶。即，基体21由水晶构成。由此，与使用了其他压电体的情况相比，力检测传感器2能够发挥高频率稳定度、良好的频率温度特性(在某个温度范围内频率的变化量较小)、高机械强度(刚性、耐负荷性)、高固有频率、高动态范围。因此，能够在更大的范围内，并且更高精度地检测力Fz、Fx。由此，形成能够发挥更优异的检测特性的力检测传感器2。
另外，受压面211与作为所述压电体的水晶的电轴相交。特别是，在本实施方式中，受压面211与水晶的电轴垂直。即，受压面211是水晶的X切面。另外，配置面213与水晶的电轴平行。通过使用这种切角的水晶，能够更确切地激发弹性表面波。作为构成这种基体21的水晶的切角，例如列举ST切、CT切、AT切、BT切等，其中优选使用ST切。通过使用这种切角，能够利用被称作瑞利波的弹性表面波，例如，与被称作漏波的弹性表面波相比较，能够减小基体21或梳齿电极22的加工精度所对应的频率或频率温度特性的偏差。因此，量产性优异。但是，只要能够激发弹性表面波，则水晶的切角没有特别限定。
另外，梳齿电极22设置在基体21的配置面213的Z轴方向的中央部。另外，梳齿电极22具备一对电极221、222。另外，一对电极221、222以使彼此的电极指25互相啮合的方式进行配置。即，电极221、222以非接触的方式进行配置，使得彼此的电极指25交替排列。而且，对电极221、222之间施加驱动电压后，根据基体21的压电效应，电极指25之间产生周期性的应变，沿着电极指25的排列方向，激发弹性表面波。此外，在本实施方式中，电极指25的延伸方向与电极指25的排列方向垂直，但是如果能够激发弹性表面波，也可以不垂直。
另外，在配置面213的俯视图中，梳齿电极22的该电极指25的排列方向与受压面211的法线(Z轴)倾斜。即，在配置面213的俯视图中，将沿着梳齿电极22的电极指25的排列方向的轴设为轴A时，轴A与受压面211的法线(Z轴)倾斜。另外，轴A也与X轴倾斜。此外，作为轴A相对于Z轴的倾斜角θ，没有特别限定，例如，优选为30°以上60°以下，更优选为40°以上50°以下。通过设置这种角度，无论施加力Fz、Fx的任意的力时，都能够使梳齿电极22的节距更大地发生变化。由此，能够分别高灵敏度地检测力Fz、Fx。
一对反射器23、24夹着梳齿电极22配置在其两侧。反射器23、24具备反射传输到基体21的弹性表面波，将弹性表面波限制在反射器23与反射器24之间的功能。此外，反射器23、24也可以省略。
这种梳齿电极22、反射器23、24分别可以通过例如铝(Al)、铝合金等导电性优异的金属材料来形成。铝(Al)及铝合金与例如铜(Cu)、钨(W)等其他的金属材料相比，是比重较小的材料，因而能够减小梳齿电极22及反射器23、24的尺寸偏差对力检测传感器2的频率温度特性的影响。
以上，对力检测传感器2进行了说明。此外，在本实施方式中，力检测传感器2是设有一个梳齿电极22的所谓1端口型的SAW谐振器，但是并不限定于此，也可以是沿着弹性表面波的传输方向设有两个梳齿电极22的所谓2端口型的SAW谐振器。另外，也可以是其以外的结构。
(封装体)
如图1所示，封装体3具备：底座31，其具有在上方开口的凹部311；以及帽形盖32，其以覆盖凹部311的开口的方式接合到底座31的上面。另外，在封装体3的内侧形成有气密的收纳空间S，该收纳空间S中收纳有力检测传感器2。作为收纳空间S的气氛，没有特别限定，优选为填充有例如氮气、氩气、氦气等的稀有气体。由此，收纳空间S的气氛稳定。另外，能够抑制梳齿电极22或反射器23、24的腐蚀等。另外，收纳空间S也可以形成为减压(优选为真空)状态。由此，例如粘性阻力减少，力检测传感器2的Q值提高，从而变得容易激发弹性表面波。
另外，基体21的下表面接合到凹部311(基座31A的上表面)，基体21的上表面(受压面211)接合到盖32。底座31及盖32与力检测传感器2的接合例如使用绝缘性的粘结剂来进行。此外，底座31及盖32与力检测传感器2的接合方法没有特别限定。另外，例如，如果能够在收纳空间S内固定力检测传感器2，则力检测传感器2与封装体3也可以不相接合。
另外，如图1所示，盖32具备：位于中央部，与力检测传感器2接合的中央部321；位于外缘部，与底座31接合的外缘部322；以及位于中央部321与外缘部322之间，将它们进行连接的锥状的连接部323。另外，中央部321位于比外缘部322更靠近上侧(基板41侧)。另外，仅中央部321与基板41接触，外缘部322及连接部323没有与基板41接触(隔开)。由此，能够更确切且有效地将力Fz、Fx传递到力检测传感器2的受压面211。
此外，在没有通过预压螺栓5对封装体3进行预压的状态下，力检测传感器2既可以通过封装体3朝着Z轴方向进行预压，也可以没有进行预压，优选的是实际上没有进行预压。由此，例如，与通过封装体3进行预压的情况相比，封装体3的刚性较低也可以，从而能够谋求封装体3的小型化。此外，在本实施方式中，收纳空间S的高度与力检测传感器2的高度大致相等，在收纳于封装体3的状态下，力检测传感器2实际上并没有通过封装体3进行预压。
另外，如图1所示，在本实施方式中，底座31具备：构成底座31的底部中央部的基座31A；以及设置在基座31A的周围，构成底座31的底部的外缘部及侧壁的框部31B。而且，在基座31A的上表面，載置有力检测传感器2。据此，基座31A作为載置力检测传感器2的載置台发挥功能。
另外，在框部31B中，设有：位于收纳空间S内的两个内部端子33；以及位于底座31的下表面，通过未图示的内部布线与内部端子33电连接的两个外部端子34。另外，内部端子33、33分别借助焊线BW与梳齿电极22的电极221、222电连接。通过设为这种结构，能够将梳齿电极22电气地引出到封装体3的外侧，能够更容易地进行与外部装置的电连接。
作为框部31B的构成材料，没有特别限定，例如，可以使用氧化铝等的各种陶瓷。另外，作为基座31A及盖32的构成材料，均没有特别限定，只要是线膨胀系数与框部31B的构成材料相近的部件即可。例如，将框部31B的构成材料设为如上所述的陶瓷的情况下，优选为将基座31A及盖32的构成材料设为金属材料(例如可伐等的合金)。由此，封装体3不易发生热应变，能够减少对力检测传感器2施加不必要的应力(预压、力Fz、Fx以外的外力)。由此，进一步形成力检测精度高的力传感器1。
这样，通过分别由金属材料构成基座31A及盖32，由此，基座31A盖32的强度及尺寸精度变高，能够发挥充分的机械强度，并且能够高精度地控制收纳空间S的高度。因此，封装体3不易破损，并且，能够很好地将力检测传感器2收纳在收纳空间S中。另一方面，通过由陶瓷构成框部31B，由此，能够将框部31B的强度设为更高，能够提高封装体3整体的强度。另外，能够将框部31B设为绝缘性，容易形成内部端子33、外部端子34。
(基板)
如图1所示，一对基板41、42设置成，将封装体3夹在中间，沿着Z轴方向重叠。另外，从Z轴方向观察的俯视图中，封装体3位于基板41、42的中央部。
基板41位于封装体3的上侧，呈板状。而且，基板41的下表面与盖32的中央部321接触。另一方面，基板42位于封装体3的下侧，具备板状的底座421、以及从底座421朝着上方突出的突出部422。而且，突出部422的上表面与底座31的下表面接触。另外，突出部422与底座31的基座31A的下表面接触，与框部31B不接触。由此，能够更确切且有效地将力Fz、Fx传递到力检测传感器2。由此，进一步形成力检测精度高的力传感器1。另外，由于基板42与外部端子34之间形成有空隙，因此，外部端子34与外部装置的连接变得容易。
作为这种基板41、42的构成材料，没有特别限定，例如列举：铁、镍、钴、金、铂、银、铜、锰、铝、镁、锌、铅、锡、钛、钨等的各种金属，或者包含它们中的至少一种的合金或金属间化合物，进而这些金属的氧化物、氮化物、碳化物等。
(预压螺栓)
如图1及图3所示，基板41、42通过四个预压螺栓5进行固定(连结)。四个预压螺栓5沿着圆周方向等间隔地(即，90°间隔)设置在基板41、42的外缘部。另外，各预压螺栓5配置成其头部51位于基板41侧，各预压螺栓5的螺纹部52螺合到基板42。而且，通过各预压螺栓5，对封装体3内的力检测传感器2施加Z轴方向的压力。即，基体21通过预压螺栓5进行预压。这样，通过预压基体21，例如与未进行预压的情况相比，力传感器1的响应性提高。另外，不仅压缩方向的力Fz1，还能够更高精度地检测伸展方向的力Fz2。
根据这种预压螺栓5，可以通过预压螺栓5的拧紧量调整预压的大小。因此，预压的调整变得容易。预压的大小没有特别限定，可以根据力检测传感器2的强度等适当地进行设定。此外，只要能够预压力检测传感器2，则预压螺栓5的数量和配置没有特别限定。另外，只要能够预压基体21，作为该方法，不限定于使用预压螺栓5的方法。
上面，对力传感器1的结构进行了说明。如前所述，这种力传感器1能够检测Z轴方向(与受压面211垂直的方向)的力Fz(Fz1、Fz2)及X轴方向(与受压面211平行的方向)的力Fx(Fx1、Fx2)。下面，对力传感器1的力检测方法进行说明。此外，以下，也将实质上未对力检测传感器2施加预压以外的外力的状态称为自然状态。另外，以下，设为在基板42被固定的状态下，力Fz、Fx经由基板41作用到受压面211。
对受压面211施加力Fz1后，基体21在Z轴方向上压缩变形，梳齿电极22的节距(相邻电极指25彼此的间隔，即传输弹性表面波的方向上的电极指25彼此的间隔)变得短于自然状态。因此，力检测传感器2上被激发的弹性表面波的频率f变得高于自然状态。
另外，对受压面211施加力Fz2后，基体21在Z轴方向上拉伸变形，梳齿电极22的节距变得长于自然状态。因此，力检测传感器2上被激发的弹性表面波的频率f变得低于自然状态。
因此，力传感器1能够根据频率f从自然状态发生的变化(变化量及变化方向)，检测力Fz1、Fz2。
另外，对受压面211施加力Fx1后，基体21沿着X轴方向正侧剪切变形，梳齿电极22的节距变得短于自然状态。因此，力检测传感器2上被激发的弹性表面波的频率f变得高于自然状态。
另外，对受压面211施加力Fx2后，基体21沿着X轴方向负侧剪切变形，梳齿电极22的节距变得长于自然状态。因此，力检测传感器2上被激发的弹性表面波的频率f变得低于自然状态。
因此，力传感器1能够根据频率f从自然状态发生的变化(变化量及变化方向)，检测力Fx1、Fx2。
此外，如上所述，在力传感器1中，能够检测力Fz及力Fx，但是由于均根据频率f的变化进行检测，为了判断所受的力是力Fz还是力Fx，需要对此进行判别的装置(电路等)，可能会导致装置整体变得复杂化。
因此，力传感器1优选为在实际上仅施加Z轴方向的力Fz及X轴方向的力Fx中的任一方的环境下使用。由此，能够高精度地检测力Fz或力Fx。改变视点，力传感器1以相同的结构，既可用作检测Z轴方向的力Fz的力传感器，又可用作检测X轴方向的力Fx的力传感器，便利性出色。
以上，对本实施方式的力传感器1进行了说明。这种力传感器1具有力检测传感器2。因此，可享有上述力检测传感器2的效果，能够发挥优异的可靠性及检测特性。
＜第二实施方式＞
图4是表示本发明的第二实施方式涉及的扭矩传感器的俯视图。图5是图4所示的扭矩传感器所具备的力检测传感器的立体图。
本实施方式涉及的扭矩传感器10主要是力检测传感器2的数量及配置不同，除此以外，与上述第一实施方式的力传感器1相同。
此外，在以下的说明中，关于第二实施方式的扭矩传感器10，以与上述第一实施方式的力传感器1的不同点为中心进行说明，关于相同的事项则省略其说明。另外，关于图4及图5中与上述实施方式相同的结构，赋予相同的符号。另外，在图5中，省略了连接到各电极221、222的焊线BW的描述。
图4所示的扭矩传感器10能够检测Z轴方向的力Fz(Fz1、Fz2)、X轴方向的力Fx(Fx1、Fx2)、Y轴方向的力Fy(Fy1、Fy2)以及围绕Z轴的扭矩θz(θz1、θz2)。
扭矩传感器10具备收纳着力检测传感器2(2A、2B、2C、2D)的四个封装体3(3A、3B、3C、3D)。另外，封装体3A、3B、3C、3D沿着基板41、42的外周部等间隔(90°间隔)地进行配置。另外，封装体3A、3B沿着Y轴并排配置，封装体3C、3D沿着X轴并排配置。此外，各力检测传感器2(2A、2B、2C、2D)的结构与上述第一实施方式相同。
另外，收纳于封装体3A、3B的力检测传感器2A、2B的配置面213以Y轴为法线进行配置，收纳于封装体3C、3D的力检测传感器2C、2D的配置面213以X轴为法线进行配置。此外，虽然未图示，基板42的突出部422以与各封装体3A、3B、3C、3D相对应的方式设有四个。
另外，如图5所示，在力检测传感器2A、2B中，在从Y轴方向的一侧观察的俯视图中，梳齿电极22相对于Z轴的倾斜方向彼此相反。具体而言，在从Y轴方向正侧观察的俯视图中，在力检测传感器2A中，梳齿电极22相对于Z轴沿逆时针方向倾斜，反之，在力检测传感器2B中，梳齿电极22相对于Z轴沿顺时针方向倾斜。由此，对受压面211施加力Fx时，力检测传感器2A、2B之一的梳齿电极22的节距变得长于自然状态，另一个的梳齿电极22的节距变得短于自然状态。
另外，如图5所示，在力检测传感器2C、2D中，在从X轴方向的一侧观察的俯视图中，梳齿电极22相对于Z轴的倾斜方向彼此相反。具体而言，在从X轴方向正侧观察的俯视图中，在力检测传感器2C中，梳齿电极22相对于Z轴沿顺时针方向倾斜，反之，在力检测传感器2D中，梳齿电极22相对于Z轴沿逆时针方向倾斜。由此，对受压面211施加力Fy时，力检测传感器2C、2D之一的梳齿电极22的节距变得长于自然状态，另一个的梳齿电极22的节距变得短于自然状态。
以上，对扭矩传感器10的结构进行了说明。这种扭矩传感器10能够检测Z轴方向的力Fz(Fz1、Fz2)、X轴方向的力Fx(Fx1、Fx2)及Y轴方向的力Fy(Fy1、Fy2)，进而，也能够检测绕Z轴的扭矩θz(θz1、θz2)。以下，对扭矩传感器10的力检测方法进行说明。此外，以下，也将实质上未对力检测传感器2施加预压以外的外力的状态称为自然状态。另外，以下，设为在基板42被固定的状态下，力Fz、Fx、Fy、θz经由基板41作用到受压面211。
对受压面211施加力Fz1后，各力检测传感器2A、2B、2C、2D的基体21在Z轴方向上压缩变形。由此，各力检测传感器2A、2B、2C、2D的梳齿电极22的节距变得短于自然状态。因此，各力检测传感器2A、2B、2C、2D上被激发的弹性表面波的频率fa、fb、fc、fd变得高于自然状态。
另外，对受压面211施加力Fz2后，各力检测传感器2A、2B、2C、2D的基体21在Z轴方向上拉伸变形。由此，各力检测传感器2A、2B、2C、2D的梳齿电极22的节距变得长于自然状态。因此，各力检测传感器2A、2B、2C、2D上被激发的弹性表面波的频率fa、fb、fc、fd变得低于自然状态。
因此，扭矩传感器10能够根据频率fa、fb、fc、fd从自然状态发生的变化(变化量及变化方向)，检测力Fz1、Fz2。
另外，对受压面211施加力Fx1后，各力检测传感器2A、2B、2C、2D的基体21沿着X轴方向正侧剪切变形。由此，力检测传感器2A的梳齿电极22的节距变得短于自然状态，反之，力检测传感器2B的梳齿电极22的节距变得长于自然状态。因此，力检测传感器2A上被激发的弹性表面波的频率fa变得高于自然状态，力检测传感器2B上被激发的弹性表面波的频率fb变得低于自然状态。
另外，对受压面211施加力Fx2后，各力检测传感器2A、2B、2C、2D的基体21沿着X轴方向负侧剪切变形。由此，力检测传感器2A的梳齿电极22的节距变得长于自然状态，反之，力检测传感器2B的梳齿电极22的节距变得短于自然状态。因此，力检测传感器2A上被激发的弹性表面波的频率fa变得低于自然状态，力检测传感器2B上被激发的弹性表面波的频率fb变得高于自然状态。
因此，扭矩传感器10能够根据频率fa、fb从自然状态发生的变化(变化量及变化方向)，检测力Fx1、Fx2。此外，在力检测传感器2C、2D中，配置面213与力Fx1、Fx2的方向垂直。因此，即使受压面211受到力Fx1、Fx2，导致基体21变形，梳齿电极22的节距也不会发生实质变化(即使发生了变化，也远远小于力检测传感器2A、2B的节距变化)。
另外，对受压面211施加力Fy1后，各力检测传感器2A、2B、2C、2D的基体21沿着Y轴方向正侧剪切变形。由此，力检测传感器2C的梳齿电极22的节距变得短于自然状态，反之，力检测传感器2D的梳齿电极22的节距变得长于自然状态。因此，力检测传感器2C上被激发的弹性表面波的频率fc变得高于自然状态，力检测传感器2D上被激发的弹性表面波的频率fd变得低于自然状态。
另外，对受压面211施加力Fy2后，各力检测传感器2A、2B、2C、2D的基体21沿着Y轴方向负侧剪切变形。由此，力检测传感器2C的梳齿电极22的节距变得长于自然状态，反之，力检测传感器2D的梳齿电极22的节距变得短于自然状态。因此，力检测传感器2C上被激发的弹性表面波的频率fc变得低于自然状态，力检测传感器2D上被激发的弹性表面波的频率fd变得高于自然状态。
因此，扭矩传感器10能够根据频率fc、fd从自然状态发生的变化(变化量及变化方向)，检测力Fy1、Fy2。此外，在力检测传感器2A、2B中，配置面213与力Fy1、Fy2的方向垂直。因此，即使受压面211受到力Fy1、Fy2，导致基体21变形，梳齿电极22的节距也不会发生实质变化(即使发生了变化，也远远小于力检测传感器2C、2D的节距变化)。
另外，对受压面211施加扭矩θz1后，各力检测传感器2A、2B、2C、2D的基体21围绕Z轴沿着正向(从Z轴的正侧观察，为顺时针方向)扭转变形。由此，力检测传感器2A、2B的梳齿电极22的节距变得短于自然状态，反之，力检测传感器2C、2D的梳齿电极22的节距变得长于自然状态。因此，力检测传感器2A、2B上被激发的弹性表面波的频率fa、fb变得高于自然状态，力检测传感器2C、2D上被激发的弹性表面波的频率fc、fd变得低于自然状态。
另外，对受压面211施加扭矩θz2后，各力检测传感器2A、2B、2C、2D的基体21围绕Z轴沿着反向(从Z轴的正侧观察，为逆时针方向)扭转变形。由此，力检测传感器2A、2B的梳齿电极22的节距变得长于自然状态，反之，力检测传感器2C、2D的梳齿电极22的节距变得短于自然状态。因此，力检测传感器2A、2B上被激发的弹性表面波的频率fa、fb变得低于自然状态，力检测传感器2C、2D上被激发的弹性表面波的频率fc、fd变得高于自然状态。
因此，扭矩传感器10能够根据频率fa、fb、fc、fd从自然状态发生的变化(变化量及变化方向)，检测扭矩θz1、θz2。
以上，对扭矩传感器10的力检测方法进行了说明。特别是，在本实施方式中，能够简单地确定对扭矩传感器10施加的力是力Fz1、Fz2、Fx1、Fx2、Fy1、Fy2、扭矩θz1、θz2中的哪一个。具体而言，如下所述表1所示，对于每一个力Fz1、Fz2、Fx1、Fx2、Fy1、Fy2、扭矩θz1、θz2，频率fa、fb、fc、fd的变化方向(高于或低于自然状态)的组合都不同。因此，通过利用这种不同，能够简单地确定所受的力是力Fz1、Fz2、Fx1、Fx2、Fy1、Fy2、扭矩θz1、θz2中的哪一个(或者至少两个的合力)。
此外，表1中的“高”是指频率高于自然状态，“低”是指频率低于自然状态，“－”是指频率没有从自然状态发生实质性变化(以下的表2、3、4、5也相同)。
【表1】
以上，对本实施方式的扭矩传感器10进行了说明。这种扭矩传感器10具有力检测传感器2。因此，可享有上述力检测传感器2的效果，能够发挥优异的可靠性及检测特性。
此外，本实施方式的扭矩传感器10形成为除扭矩θz以外，还能够检测力Fz、Fx、Fy，即，是兼具力传感器及扭矩传感器的复合传感器。但是，作为扭矩传感器10，没有限定于此，也可以不具备作为力传感器的功能。另外，在本实施方式中，能够检测围绕Z轴的旋转力、即θz，但是例如，也可以通过适当计算各力检测传感器2A、2B、2C、2D的频率变化，进一步检测出围绕X轴的旋转力以及围绕Y轴的旋转力。
另外，在本实施方式中，扭矩传感器10具有四个力检测传感器2，但是作为力检测传感器2的数量，没有特别限定，例如可以是两个或三个，也可以是五个以上。
＜第三实施方式＞
图6是表示本发明的第三实施方式涉及的力传感器的剖视图。图7是图6所示的力传感器所具备的力检测传感器的立体图。
本实施方式涉及的力传感器1A主要是力检测传感器的结构不同，除此以外，与上述第一实施方式的力传感器1相同。
此外，在以下的说明中，关于第三实施方式的力传感器1A，以与上述第一实施方式的力传感器1的不同点为中心进行说明，关于相同的事项则省略其说明。另外，关于图6及图7中与上述实施方式相同的结构，赋予相同的符号。另外，在图6及图7中，省略了连接到各电极221、222的焊线BW的描述。
如图6及图7所示，在力传感器1A的力检测传感器2中，在配置面213上配置有多个梳齿电极22。具体而言，在配置面213的俯视图中，具备：排列方向相对于受压面211的法线(Z轴)朝一侧倾斜的第一电极指25’(第一梳齿电极22A)；以及排列方向相对于受压面211的法线(Z轴)朝另一侧倾斜的第二电极指25”(第二梳齿电极22B)。换言之，在配置面213的俯视图中，具备：相对于受压面211的法线(Z轴)朝一侧倾斜的第一梳齿电极22A；以及相对于受压面211的法线(Z轴)朝另一侧倾斜的第二梳齿电极22B)。因此，可以说力检测传感器2包含多个SAW共振器。根据这种结构，如后所述，能够以简单的结构，一并检测Fz及Fx。即，形成为具有更多检测轴的力传感器1(力检测传感器2)。
此外，配置在配置面213上的梳齿电极22的数量只要是多个，则没有特别限定，本实施方式中为两个。由此，梳齿电极22的数量变少，可以减小相应部分的配置面213的面积。因此，能够谋求力检测传感器2的小型化。
另外，第一梳齿电极22A及第二梳齿电极22B在X轴方向上并排配置。另外，第一梳齿电极22A相对于Z轴朝着图中的顺时针方向倾斜设置，第二梳齿电极22B相对于Z轴朝着图中的逆时针方向倾斜设置。因此，第一梳齿电极22A及第二梳齿电极22B以彼此的间隔距离沿着Z轴方向逐渐减少(逐渐增加)的方式配置成锥状。另外，第一梳齿电极22A及第二梳齿电极22B相对于位于其间的、与Z轴平行的假想线L成线对称地设置。
另外，在配置面213的俯视图中，将沿着第一梳齿电极22A的电极指25的排列方向的轴设为轴A1，将沿着第二梳齿电极22B的电极指25的排列方向的轴设为轴A2时，作为轴A1、A2相对于Z轴的倾斜角θ，没有特别限定，例如，优选为10°以上80°以下，更优选为30°以上60°以下，进而优选为40°以上50°以下。通过设置这种角度，无论施加力Fz、Fx中的任意的力时，都能够使第一、第二梳齿电极22A、22B的节距更大地发生变化。由此，能够分别高灵敏度地检测力Fz、Fx。
另外，一对反射器23A、24A夹着第一梳齿电极22A配置在其两侧，一对反射器23B、24B夹着第二梳齿电极22B配置在其两侧。
以上，对力传感器1A的结构进行了说明。这种力传感器1A能够检测Z轴方向的力Fz(Fz1、Fz2)及X轴方向的力Fx(Fx1、Fx2)。以下，对力传感器1A的力检测方法进行说明。此外，以下，也将实质上未对力检测传感器2施加预压以外的外力的状态称为自然状态。另外，以下，设为在基板42被固定的状态，力Fz、Fx、Fy、θz经由基板41作用到受压面211。
对受压面211施加力Fz1后，基体21在Z轴方向上压缩变形。由此，第一、第二梳齿电极22A、22B的节距同时变得短于自然状态。因此，由第一、第二梳齿电极22A、22B激发的弹性表面波的频率f1、f2同时变得高于自然状态。
另外，对受压面211施加力Fz2后，基体21在Z轴方向上拉伸变形。由此，第一、第二梳齿电极22A、22B的节距同时变得长于自然状态。因此，由第一、第二梳齿电极22A、22B激发的弹性表面波的频率f1、f2同时变得低于自然状态。
因此，力传感器1A能够根据频率f1、f2从自然状态发生的变化(变化量及变化方向)，检测力Fz1、Fz2。
另外，对受压面211施加力Fx1后，基体21沿着X轴方向正侧剪切变形。由此，第一梳齿电极22A的节距变得长于自然状态，反之，第二梳齿电极22B的节距变得短于自然状态。因此，由第一梳齿电极22A激发的弹性表面波的频率f1变得低于自然状态，由第二梳齿电极22B激发的弹性表面波的频率f2变得高于自然状态。
另外，对受压面211施加力Fx2后，基体21沿着X轴方向负侧剪切变形。由此，第一梳齿电极22A的节距变得短于自然状态，反之，第二梳齿电极22B的节距变得长于自然状态。因此，由第一梳齿电极22A激发的弹性表面波的频率f1变得高于自然状态，由第二梳齿电极22B激发的弹性表面波的频率f2变得低于自然状态。
因此，力传感器1A能够根据频率f1、f2从自然状态发生的变化(变化量及变化方向)，检测力Fx1、Fx2。
以上，对力传感器1A的力检测方法进行了说明。特别是，在本实施方式中，能够简单地确定对力传感器1A施加的力是力Fz1、Fz2、Fx1、Fx2中的哪一个。具体而言，如下述表2所示，对于每一个力Fz1、Fz2、Fx1、Fx2，频率f1、f2的变化方向(高于或低于自然状态)的组合都不同。因此，通过利用该不同，能够简单地确定所受的力是力Fz1、Fz2、Fx1、Fx2中的哪一个(或者至少两个的合力)。
【表2】
以上，对本实施方式的力传感器1A进行了说明。这种力传感器1A具有力检测传感器2。因此，可享有上述力检测传感器2的效果，能够发挥优异的可靠性及检测特性。
＜第四实施方式＞
图8是表示本发明的第四实施方式涉及的扭矩传感器的俯视图。图9是表示图8所示的扭矩传感器所具备的力检测传感器的立体图。
本实施方式涉及的扭矩传感器10A主要是力检测传感器2的数量及配置不同，除此以外，与上述第三实施方式的力传感器1A相同。
此外，在以下的说明中，关于第四实施方式的扭矩传感器10A，以与上述第三实施方式的力传感器1A的不同点为中心进行说明，关于相同的事项则省略其说明。另外，关于图8及图9中与上述实施方式相同的结构，赋予相同的符号。另外，在图9中，省略了连接到各电极221、222的焊线BW的描述。
图8所示的扭矩传感器10A能够检测Z轴方向的力Fz(Fz1、Fz2)、X轴方向的力Fx(Fx1、Fx2)、Y轴方向的力Fy(Fy1、Fy2)以及围绕Z轴的扭矩θz(θz1、θz2)。
如图8所示，扭矩传感器10A具备收纳着力检测传感器2(2A、2B、2C、2D)的四个封装体3(3A、3B、3C、3D)。另外，封装体3A、3B、3C、3D沿着基板41、42的外周部等间隔(90°间隔)地进行配置。另外，封装体3A、3B沿着Y轴并排配置，封装体3C、3D沿着X轴并排配置。此外，各力检测传感器2(2A、2B、2C、2D)的结构与上述第三实施方式相同。
另外，如图9所示，力检测传感器2A、2B的配置面213以Y轴为法线进行配置，力检测传感器2C、2D的配置面213以X轴为法线进行配置。
此外，虽然未图示，基板42的突出部422以与各封装体3A、3B、3C、3D相对应的方式设有四个。
以上，对扭矩传感器10A的结构进行了说明。这种扭矩传感器10A能够检测Z轴方向的力Fz(Fz1、Fz2)、X轴方向的力Fx(Fx1、Fx2)以及Y轴方向的力Fy(Fy1、Fy2)，进而能够检测围绕Z轴的扭矩θz(θz1、θz2)。以下，对扭矩传感器10A的力检测方法进行说明。此外，以下，也将实质上未对力检测传感器2施加预压以外的外力的状态称为自然状态。另外，以下，设为在基板42被固定的状态下，力Fz、Fx、Fy、θz经由基板41作用到受压面211。
对受压面211施加力Fz1后，各力检测传感器2A、2B、2C、2D的基体21在Z轴方向上压缩变形。由此，各力检测传感器2A、2B、2C、2D的第一、第二梳齿电极22A、22B的节距变得短于自然状态。因此，由各力检测传感器2A、2B、2C、2D的第一梳齿电极22A激发的弹性表面波的频率f1以及由第二梳齿电极22B激发的弹性表面波的频率f2同时变得高于自然状态。
另外，对受压面211施加力Fz2后，各力检测传感器2A、2B、2C、2D的基体21在Z轴方向上拉伸变形。由此，各力检测传感器2A、2B、2C、2D的第一、第二梳齿电极22A、22B的节距变得长于自然状态。因此，各力检测传感器2A、2B、2C、2D的频率f1、f2同时变得低于自然状态。
因此，扭矩传感器10A能够根据各力检测传感器2A、2B、2C、2D的频率f1、f2从自然状态发生的变化(变化量及变化方向)，检测力Fz1、Fz2。
另外，对受压面211施加力Fx1后，各力检测传感器2A、2B、2C、2D的基体21沿着X轴方向正侧剪切变形。由此，力检测传感器2A的第一梳齿电极22A的节距以及力检测传感器2B的第二梳齿电极22B的节距变得短于自然状态，反之，力检测传感器2A的第二梳齿电极22B以及力检测传感器2B的第一梳齿电极22A的节距变得长于自然状态。因此，力检测传感器2A的频率f1以及力检测传感器2B的频率f2变得高于自然状态，力检测传感器2A的频率f2以及力检测传感器2B的频率f1变得低于自然状态。
另外，对受压面211施加力Fx2后，各力检测传感器2A、2B、2C、2D的基体21沿着X轴方向负侧剪切变形。由此，力检测传感器2A的第二梳齿电极22B的节距以及力检测传感器2B的第一梳齿电极22A的节距变得短于自然状态，反之，力检测传感器2A的第一梳齿电极22A以及力检测传感器2B的第二梳齿电极22B的节距变得长于自然状态。因此，力检测传感器2A的频率f2以及力检测传感器2B的频率f1变得高于自然状态，力检测传感器2A的频率f1以及力检测传感器2B的频率f2变得低于自然状态。
因此，扭矩传感器10A能够根据力检测传感器2A、2B的频率f1、f2从自然状态发生的变化(变化量及变化方向)，检测力Fx1、Fx2。此外，在力检测传感器2C、2D中，由于配置面213与力Fx1、Fx2的方向垂直，因此，即使受压面211受到力Fx1、Fx2，导致基体21变形，第一、第二梳齿电极22A、22B的节距也不会发生实质变化(即使发生了变化，也远远小于力检测传感器2A、2B的节距变化)。
另外，对受压面211施加力Fy1后，各力检测传感器2A、2B、2C、2D的基体21沿着Y轴方向正侧剪切变形。由此，力检测传感器2C的第一梳齿电极22A的节距以及力检测传感器2D的第二梳齿电极22B的节距变得短于自然状态，反之，力检测传感器2C的第二梳齿电极22B以及力检测传感器2D的第一梳齿电极22A的节距变得长于自然状态。因此，力检测传感器2C的频率f1以及力检测传感器2D的频率f2变得高于自然状态，力检测传感器2C的频率f2以及力检测传感器2D的频率f1变得低于自然状态。
另外，对受压面211施加力Fy2后，各力检测传感器2A、2B、2C、2D的基体21沿着Y轴方向负侧剪切变形。由此，力检测传感器2C的第二梳齿电极22B的节距以及力检测传感器2D的第一梳齿电极22A的节距变得短于自然状态，反之，力检测传感器2C的第一梳齿电极22A以及力检测传感器2D的第二梳齿电极22B的节距变得长于自然状态。因此，力检测传感器2C的频率f2以及力检测传感器2D的频率f1变得高于自然状态，力检测传感器2C的频率f1以及力检测传感器2D的频率f2变得低于自然状态。
因此，扭矩传感器10A能够根据力检测传感器2C、2D的频率f1、f2从自然状态发生的变化(变化量及变化方向)，检测力Fy1、Fy2。此外，在力检测传感器2A、2B中，由于配置面213与力Fy1、Fy2的方向垂直，因此，即使受压面211受到力Fy1、Fy2，导致基体21变形，第一、第二梳齿电极22A、22B的节距也不会发生实质变化(即使发生了变化，也远远小于力检测传感器2C、2D的节距变化)。
另外，对受压面211施加扭矩θz1后，各力检测传感器2A、2B、2C、2D的基体21围绕Z轴沿着正向(从Z轴的正侧观察，为顺时针方向)扭转变形。由此，力检测传感器2A、2B、2C、2D的第一梳齿电极22A的节距变得短于自然状态，反之，力检测传感器2A、2B、2C、2D的第二梳齿电极22B的节距变得长于自然状态。因此，各力检测传感器2A、2B、2C、2D的频率f1变得高于自然状态，各力检测传感器2A、2B、2C、2D的频率f2变得低于自然状态。
另外，对受压面211施加扭矩θz2后，各力检测传感器2A、2B、2C、2D的基体21围绕Z轴沿着反向(从Z轴的正侧观察，为逆时针方向)扭转变形。由此，力检测传感器2A、2B、2C、2D的第一梳齿电极22A的节距变得长于自然状态，反之，力检测传感器2A、2B、2C、2D的第二梳齿电极22B的节距变得短于自然状态。因此，各力检测传感器2A、2B、2C、2D的频率f1变得低于自然状态，各力检测传感器2A、2B、2C、2D的频率f2变得高于自然状态。
因此，扭矩传感器10A能够根据各力检测传感器2A、2B、2C、2D的频率f1、f2从自然状态发生的变化(变化量及变化方向)，检测扭矩θz1、θz2。
以上，对扭矩传感器10A的力检测方法进行了说明。特别是，在本实施方式中，能够简单地确定对扭矩传感器10施加的力是力Fz1、Fz2、Fx1、Fx2、Fy1、Fy2、扭矩θz1、θz2中的哪一个。具体而言，如下述表3所示，对于每一个力Fz1、Fz2、Fx1、Fx2、Fy1、Fy2、扭矩θz1、θz2，各力检测传感器2A、2B、2C、2D的频率f1、f2的变化方向(高于或低于自然状态)的组合都不同。因此，通过利用该不同，能够简单地确定所受的力是力Fz1、Fz2、Fx1、Fx2、Fy1、Fy2、扭矩θz1、θz2中的哪一个(或者至少两个的合力)。
【表3】
以上，对本实施方式的扭矩传感器10A进行了说明。这种扭矩传感器10A具有力检测传感器2。因此，可享有上述力检测传感器2的效果，能够发挥优异的可靠性及检测特性。
此外，本实施方式的扭矩传感器10A形成为除扭矩θz以外，还能够检测力Fz、Fx，Fy，即，是兼具力传感器及扭矩传感器的复合传感器。但是，作为扭矩传感器10A，没有限定于此，也可以不具备作为力传感器的功能。另外，在本实施方式中，能够检测围绕Z轴的旋转力、即θz，但是例如，也可以通过适当计算各力检测传感器2A、2B、2C、2D的频率变化，进一步检测围绕X轴的旋转力以及围绕Y轴的旋转力。
另外，在本实施方式中，扭矩传感器10A具有四个力检测传感器2，但是作为力检测传感器2的数量，没有特别限定，例如可以是两个或三个，也可以是五个以上。
＜第五实施方式＞
图10是表示本发明的第五实施方式涉及的力传感器的剖视图。图11是图10所示的力传感器所具备的力检测传感器的立体图。
本实施方式涉及的力传感器1B主要是力检测传感器的结构不同，除此以外，与上述第一实施方式的力传感器1相同。
此外，在以下的说明中，关于第五实施方式的力传感器1B，以与上述第一实施方式的力传感器1的不同点为中心进行说明，关于相同的事项则省略其说明。另外，关于图10及图11中与上述实施方式相同的结构，赋予相同的符号。另外，在图11中，省略了连接到各电极221、222的焊线BW的描述。
如图10所示，在力传感器1B的力检测传感器2中，基体21具备作为第三面的配置面215，其法线方向与受压面211(第一面)及配置面213(第二面)不同。配置面215由基体21的侧面构成，法线的方向与配置面213不同。具体而言，配置面213由以Y轴为法线的XZ平面构成，配置面215由以X轴为法线的YZ平面构成。此外，只要配置面215的配置与配置面213方向不同，则没有特别限定。
另外，如图11所示，力检测传感器2具备：配置在配置面213上的电极指25(梳齿电极22C)；以及配置在配置面215上的电极指25(梳齿电极22D)。另外，在配置面213的俯视图中，配置在配置面213上的梳齿电极22C的电极指25的排列方向与受压面211的法线方向(Z轴方向)不同，在配置面215的俯视图中，配置在配置面215上的梳齿电极22D的电极指25的排列方向与受压面211的法线方向(Z轴方向)不同。即，梳齿电极22C及梳齿电极22D同时相对于受压面211的法线倾斜。具体而言，在配置面213的俯视图中，梳齿电极22C相对于Z轴沿顺时针方向倾斜，在配置面215的俯视图中，梳齿电极22D相对于Z轴沿逆时针方向倾斜。但是，梳齿电极22C、22D的倾斜方向没有特别限定。
根据这种结构，如后所述，除了Z轴方向的力Fz及X轴方向的力Fx意外，还能够检测Y轴方向的力Fy。因此，形成为具有更多检测轴的力传感器1(力检测传感器2)。
另外，在配置面213的俯视图中，将沿着梳齿电极22C的电极指25的排列方向的轴设为轴A3时，作为轴A3相对于Z轴的倾斜角θ，没有特别限定，例如，优选为30°以上60°以下，更优选为40°以上50°以下。由此，即使接受力Fz及力Fx中的任一个，也能够更确切地使梳齿电极22C的节距发生变化。
另外，在配置面215的俯视图中，将沿着梳齿电极22D的电极指25的排列方向的轴设为轴A4时，作为轴A4相对于Z轴的倾斜角θ，没有特别限定，例如，优选为30°以上60°以下，更优选为40°以上50°以下。由此，即使接受力Fz及力Fy中的任一个，也能够确切地使梳齿电极22D的节距发生变化。
另外，一对反射器23C、24C夹着梳齿电极22C配置其两侧，一对反射器23D、24D夹着梳齿电极22D配置在其两侧。
另外，与上述实施方式相同，基体21由压电体(水晶)构成。因此，配置面213、215分别由压电体的表面构成。由此，能够更确切地在配置面213、215上激发弹性表面波。
以上，对力传感器1B的结构进行了说明。这种力传感器1B能够检测Z轴方向的力Fz(Fz1、Fz2)、X轴方向的力Fx(Fx1、Fx2)及Y轴方向的力Fy(Fy1、Fy2)。以下，对力传感器1B的力检测方法进行说明。此外，以下，也将实质上未对力检测传感器2施加预压以外的外力的状态称为自然状态。另外，以下，设为在基板42被固定的状态下，力Fz、Fx、Fy、θz经由基板41作用到受压面211。
对受压面211施加力Fz1后，基体21在Z轴方向上压缩变形。由此，梳齿电极22C、22D的节距同时变得短于自然状态。因此，由梳齿电极22C、22D激发的弹性表面波的频率f3、f4同时变得高于自然状态。
另外，对受压面211施加力Fz2后，基体21在Z轴方向上拉伸变形。由此，梳齿电极22C、22D的节距同时变得长于自然状态。因此，由梳齿电极22C、22D激发的弹性表面波的频率f3、f4同时变得低于自然状态。
因此，力传感器1B能够根据频率f3、f4从自然状态发生的变化(变化量及变化方向)，检测力Fz1、Fz2。
另外，对受压面211施加力Fx1后，基体21沿着X轴方向正侧剪切变形。由此，梳齿电极22C的节距变得长于自然状态。因此，由梳齿电极22C激发的弹性表面波的频率f3变得低于自然状态。
另外，对受压面211施加力Fx2后，基体21沿着X轴方向负侧剪切变形。由此，梳齿电极22C的节距变得短于自然状态。因此，由梳齿电极22C激发的弹性表面波的频率f3变得高于自然状态。
因此，力传感器1B能够根据频率f3从自然状态发生的变化(变化量及变化方向)，检测力Fx1、Fx2。此外，由于配置面215与力Fx1、Fx2的方向垂直，因此，即使受压面211接受力Fx1、Fx2，导致基体21变形，梳齿电极22D的节距也不会发生实质变化(即使发生了变化，也远远小于梳齿电极22C的节距的变化)。因此，即使接受力Fx1、Fx2，由梳齿电极22D激发的弹性表面波的频率f4也几乎不会从自然状态发生变化。
另外，对受压面211施加力Fy1后，基体21沿着Y轴方向正侧剪切变形。由此，梳齿电极22D的节距变得长于自然状态。因此，由梳齿电极22D激发的弹性表面波的频率f4变得低于自然状态。
另外，对受压面211施加力Fy2后，基体21沿着Y轴方向负侧剪切变形。由此，梳齿电极22D的节距变得短于自然状态。因此，由梳齿电极22D激发的弹性表面波的频率f4变得高于自然状态。
因此，力传感器1B能够根据频率f4从自然状态发生的变化(变化量及变化方向)，检测力Fy1、Fy2。此外，由于配置面213与力Fy1、Fy2的方向垂直，因此，即使受压面211接受力Fy1、Fy2，导致基体21变形，梳齿电极22C的节距也不会发生实质变化(即使发生了变化，也远远小于梳齿电极22D的节距的变化)。因此，即使接受力Fy1、Fy2，由梳齿电极22C激发的弹性表面波的频率f3也几乎不会从自然状态发生变化。
以上，对力传感器1B的力检测方法进行了说明。特别是，在本实施方式中，能够简单地确定对力传感器1B施加的力是力Fz1、Fz2、Fx1、Fx2、Fy1、Fy2中的哪一个。具体而言，如下述表4所示，对于每一个力Fz1、Fz2、Fx1、Fx2、Fy1、Fy2，频率f3、f4的变化方向(高于或低于自然状态)的组合都不同。因此，通过利用该不同，能够简单地确定所受的力是力Fz1、Fz2、Fx1、Fx2、Fy1、Fy2中的哪一个(或者至少两个的合力)。
【表4】
以上，对本实施方式的力传感器1B进行了说明。这种力传感器1B具有力检测传感器2。因此，可享有上述力检测传感器2的效果，能够发挥优异的可靠性及检测特性。
＜第六实施方式＞
图12是表示本发明的第六实施方式涉及的扭矩传感器的俯视图。图13是图12所示的扭矩传感器所具备的力检测传感器的立体图。
本实施方式涉及的扭矩传感器10B主要是力检测传感器2的数量及配置不同，除此以外，与上述第五实施方式的力传感器1B相同。
此外，在以下的说明中，关于第六实施方式的扭矩传感器10B，以与上述第五实施方式的力传感器1B的不同点为中心进行说明，关于相同的事项则省略其说明。另外，关于图12及图13中与上述实施方式相同的结构，赋予相同的符号。另外，在图13中，省略了连接到各电极221、222的焊线BW的描述。
图12所示的扭矩传感器10B能够检测Z轴方向的力Fz(Fz1、Fz2)、X轴方向的力Fx(Fx1、Fx2)、Y轴方向的力Fy(Fy1、Fy2)以及围绕Z轴的扭矩θz(θz1、θz2)。
如图12所示，扭矩传感器10B具备收纳着力检测传感器2(2A、2B、2C、2D)的四个封装体3(3A、3B、3C、3D)。另外，封装体3A、3B、3C、3D沿着基板41、42的外周部等间隔(90°间隔)地进行配置。另外，封装体3A、3B沿着Y轴并排配置，封装体3C、3D沿着X轴并排配置。此外，各力检测传感器2(2A、2B、2C、2D)的结构与上述第五实施方式相同。
另外，如图12及图13所示，在力检测传感器2A、2B中，配置面213是以Y轴为法线的XZ平面，配置面215是以X轴为法线的YZ平面。另一方面，在力检测传感器2C、2D中，配置面213是以X轴为法线的YZ平面，配置面215是以Y轴为法线的XZ平面。
此外，虽然未图示，基板42的突出部422以与各封装体3A、3B、3C、3D相对应的方式设有四个。
以上，对扭矩传感器10B的结构进行了说明。这种扭矩传感器10B能够检测Z轴方向的力Fz(Fz1、Fz2)、X轴方向的力Fx(Fx1、Fx2)以及Y轴方向的力Fy(Fy1、Fy2)，进而能够检测围绕Z轴的扭矩θz(θz1、θz2)。以下，对扭矩传感器10B的力检测方法进行说明。此外，以下，也将实质上未对力检测传感器2施加预压以外的外力的状态称为自然状态。另外，以下，设为在基板42被固定的状态下，力Fz、Fx、Fy、θz经由基板41作用到受压面211。
对受压面211施加力Fz1后，各力检测传感器2A、2B、2C、2D的基体21在Z轴方向上压缩变形。由此，各力检测传感器2A、2B、2C、2D的梳齿电极22C、22D的节距变得短于自然状态。因此，由各力检测传感器2A、2B、2C、2D的梳齿电极22C激发的弹性表面波的频率f3以及由梳齿电极22D激发的弹性表面波的频率f4同时变得高于自然状态。
另外，对受压面211施加力Fz2后，各力检测传感器2A、2B、2C、2D的基体21在Z轴方向上拉伸变形。由此，各力检测传感器2A、2B、2C、2D的梳齿电极22C、22D的节距变得长于自然状态。因此，各力检测传感器2A、2B、2C、2D的频率f3、f4变得低于自然状态。
因此，扭矩传感器10B能够根据各力检测传感器2A、2B、2C、2D的频率f3、f4从自然状态发生的变化(变化量及变化方向)，检测力Fz1、Fz2。
另外，对受压面211施加力Fx1后，各力检测传感器2A、2B、2C、2D的基体21沿着X轴方向正侧剪切变形。由此，力检测传感器2A的梳齿电极22C以及力检测传感器2C的梳齿电极22D的节距变得短于自然状态，力检测传感器2B的梳齿电极22C以及力检测传感器2D的梳齿电极22D的节距变得长于自然状态。因此，力检测传感器2A的频率f3以及力检测传感器2C的频率f4变得高于自然状态，力检测传感器2B的频率f3以及力检测传感器2D的频率f4变得低于自然状态。
另外，对受压面211施加力Fx2后，各力检测传感器2A、2B、2C、2D的基体21沿着X轴方向负侧剪切变形。由此，力检测传感器2A的梳齿电极22C以及力检测传感器2C的梳齿电极22D的节距变得长于自然状态，力检测传感器2B的梳齿电极22C以及力检测传感器2D的梳齿电极22D的节距变得短于自然状态。因此，力检测传感器2A的频率f3以及力检测传感器2C的频率f4变得低于自然状态，力检测传感器2B的频率f3以及力检测传感器2D的频率f4变得高于自然状态。
因此，扭矩传感器10B能够根据力检测传感器2A、2B、2C、2D的频率f3、f4从自然状态发生的变化(变化量及变化方向)，检测力Fx1、Fx2。此外，在力检测传感器2A、2B中，由于配置面215与力Fx1、Fx2的方向垂直，因此，即使受压面211接受力Fx1、Fx2，导致基体21变形，梳齿电极22D的节距也不会发生实质变化(即使发生了变化，也远远小于梳齿电极22C的节距的变化)。因此，即使接受力Fx1、Fx2，力检测传感器2A、2B的频率f4也几乎不会从自然状态发生变化。另外，在力检测传感器2C、2D中，由于配置面213与力Fx1、Fx2的方向垂直，因此，即使受压面211接受力Fx1、Fx2，导致基体21变形，梳齿电极22C的节距也不会发生实质变化(即使发生了变化，也远远小于梳齿电极22D的节距的变化)。因此，即使接受力Fx1、Fx2，力检测传感器2C、2D的频率f3几乎不会从自然状态发生变化。
另外，对受压面211施加力Fy1后，各力检测传感器2A、2B、2C、2D的基体21沿着Y轴方向正侧剪切变形。由此，力检测传感器2A的梳齿电极22D以及力检测传感器2D的梳齿电极22C的节距变得短于自然状态，力检测传感器2B的梳齿电极22D以及力检测传感器2C的梳齿电极22C的节距变得长于自然状态。因此，力检测传感器2A的频率f4以及力检测传感器2D的频率f3变得高于自然状态，力检测传感器2B的频率f4以及力检测传感器2C的频率f3变得低于自然状态。
另外，对受压面211施加力Fy2后，各力检测传感器2A、2B、2C、2D的基体21沿着Y轴方向负侧剪切变形。由此，力检测传感器2A的梳齿电极22D以及力检测传感器2D的梳齿电极22C的节距变得长于自然状态，力检测传感器2B的梳齿电极22D以及力检测传感器2C的梳齿电极22C的节距变得短于自然状态。因此，力检测传感器2A的频率f4以及力检测传感器2D的频率f3变得低于自然状态，力检测传感器2B的频率f4以及力检测传感器2C的频率f3变得高于自然状态。
因此，扭矩传感器10B能够根据力检测传感器2A、2B、2C、2D的频率f3、f4从自然状态发生的变化(变化量及变化方向)，检测力Fy1、Fy2。此外，在力检测传感器2A、2B中，由于配置面213与力Fy1、Fy2的方向垂直，因此，即使受压面211接受力Fy1、Fy2，导致基体21变形，梳齿电极22C的节距也不会发生实质变化(即使发生了变化，也远远小于梳齿电极22D的节距的变化)。因此，即使接受力Fy1、Fy2，力检测传感器2A、2B的频率f3也几乎不会从自然状态发生变化。另外，在力检测传感器2C、2D中，由于配置面215与力Fy1、Fy2的方向垂直，因此，即使受压面211接受力Fy1、Fy2，导致基体21变形，梳齿电极22D的节距也不会发生实质变化(即使发生了变化，也远远小于梳齿电极22C的节距的变化)。因此，即使接受力Fy1、Fy2，力检测传感器2C、2D的频率f4也几乎不会从自然状态发生变化。
另外，对受压面211施加扭矩θz1后，各力检测传感器2A、2B、2C、2D的基体21围绕Z轴沿着正向(从Z轴的正侧观察，为顺时针方向)扭转变形。由此，力检测传感器2A、2B、2C、2D的梳齿电极22C的节距变得短于自然状态，反之，力检测传感器2A、2B、2C、2D的梳齿电极22D的节距变得长于自然状态。因此，力检测传感器2A、2B、2C、2D的频率f3变得高于自然状态，力检测传感器2A、2B、2C、2D的频率f4变得低于自然状态。
另外，对受压面211施加扭矩θz2后，各力检测传感器2A、2B、2C、2D的基体21围绕Z轴朝着反向(从Z轴的正侧观察，为逆时针方向)扭转变形。由此，力检测传感器2A、2B、2C、2D的梳齿电极22C的节距变得长于自然状态，反之，力检测传感器2A、2B、2C、2D的梳齿电极22D的节距变得短于自然状态。因此，力检测传感器2A、2B、2C、2D的频率f3变得低于自然状态，力检测传感器2A、2B、2C、2D的频率f4变得高于自然状态。
因此，扭矩传感器10B能够根据各力检测传感器2A、2B、2C、2D的频率f3、f4从自然状态发生的变化(变化量及变化方向)，检测扭矩θz1、θz2。
以上，对扭矩传感器10B的力检测方法进行了说明。特别是，在本实施方式中，能够简单地确定对扭矩传感器10B施加的力是力Fz1、Fz2、Fx1、Fx2、Fy1、Fy2、扭矩θz1、θz2中的哪一个。具体而言，如下述表5所示，对于每一个力Fz1、Fz2、Fx1、Fx2、Fy1、Fy2、扭矩θz1、θz2，各力检测传感器2A、2B、2C、2D的频率f3、f4的变化方向(高于或低于自然状态)的组合都不同。因此，通过利用该不同，能够简单地确定所受的力是力Fz1、Fz2、Fx1、Fx2、Fy1、Fy2、扭矩θz1、θz2中的哪一个(或者至少两个的合力)。
【表5】
以上，对本实施方式的扭矩传感器10B进行了说明。这种扭矩传感器10B具有力检测传感器2。因此，可享有上述力检测传感器2的效果，能够发挥优异的可靠性及检测特性。
此外，本实施方式的扭矩传感器10B形成为除扭矩θz以外，还能够检测力Fz、Fx，Fy，即，是兼具力传感器及扭矩传感器的复合传感器。但是，作为扭矩传感器10B，没有限定于此，也可以不具备作为力传感器的功能。另外，在本实施方式中，能够检测围绕Z轴的旋转力、即θz，但是例如，也可以通过适当计算各力检测传感器2A、2B、2C、2D的频率变化，进一步检测围绕X轴的旋转力以及围绕Y轴的旋转力。
另外，在本实施方式中，扭矩传感器10B具有四个力检测传感器2，但是作为力检测传感器2的数量，没有特别限定，例如可以是两个或三个，也可以是五个以上。
＜第七实施方式＞
图14是本发明的第七实施方式涉及的力传感器所具备的力检测传感器的立体图。
本实施方式涉及的力传感器1C主要是力检测传感器2的结构不同，除此以外，与上述第一实施方式的力传感器1相同。
此外，在以下的说明中，关于第七实施方式的力传感器，以与上述第一实施方式的不同点为中心进行说明，关于相同的事项则省略其说明。另外，关于图14中与上述实施方式相同的结构，赋予相同的符号。
如图14所示，在本实施方式的力传感器1C的力检测传感器2中，基体21具备：第一基体21A；以及连接到第一基体21A的第二基体21B。另外，第一基体21A具有作为第一面的受压面211，第二基体21B具有作为第二面的配置面213。也就是，具备作为接受力Fz、Fx等及预压的部分的第一基体21A、以及配置有梳齿电极22及反射器23、24且作为用作SAW谐振器发挥功能的部分的第二基体21B，它们是单独配置的。这样，通过用第一基体21A及第二基体21B构成基体21，可以分别适当地选择第一基体21A及第二基体21B的构成材料。由此，基体21设计的自由度高。
此外，作为第一基体21A的构成材料，没有特别限定，优选为比较硬的材料。作为这种材料，例如列举：铁、镍、钴、金、铂、银、铜、锰、铝、镁、锌、铅、锡、钛、钨等的各种金属，或者包含它们中的至少一种的合金或金属间化合物，进而这些金属的氧化物、氮化物、碳化物等。另一方面，作为第二基体21B的构成材料，只要能够激发弹性表面波，则没有特别限定，可以使用上述第一实施方式中例举的各种压电体。特别是，在本实施方式中，第二基体21B由水晶构成。
此外，在本实施方式中，第一基体21A及第二基体21B借助粘结剂21C连接(接合)。此外，作为第一基体21A与第二基体21B的连接方法，只要第一基体21A接受的力能够传递到第二基体21B，则没有特别限定，例如也可以是凹凸嵌合、用螺丝螺合、焊接、熔接、钎焊等。
通过如上所述的第七实施方式，也可以发挥与上述第一实施方式相同的效果。
＜第八实施方式＞
图15是表示本发明的第八实施方式涉及的机器人的立体图。
图15所示的机器人9例如是可以在制造精密设备等工业产品的制造工序中使用的机器人。如图15所示，机器人9具备：例如固定在地板或顶棚上的底座91；可转动自如地连结到底座91的臂92；可转动自如地连结到臂92的臂93；可转动自如地连结到臂93的臂94；可转动自如地连结到臂94的臂95；可转动自如地连结到臂95的臂96；可转动自如地连结到臂96的臂97；以及对上述臂92、93、94、95、96、97及末端执行器99的驱动进行控制的机器人控制部98。另外，臂97上设有手连接部，手连接部上安装有使机器人9执行的作业所对应的末端执行器99。
在这种机器人9上，作为对施加到末端执行器99的外力进行检测的传感器，设有具备上述力检测传感器2的扭矩传感器10。而且，通过将扭矩传感器10检测的力反馈到机器人控制部98，由此，机器人9能够执行更精密的作业。另外，根据扭矩传感器10检测的力，机器人9能够检测末端执行器99对作业对象物或障碍物的接触等。因此，能够通过末端执行器99更适当地执行作业对象物的抓持或移动等动作，另外，能够容易地执行在以往的位置控制中比较困难的障碍物回避动作、对象物损伤回避动作等，机器人9能够更适当且安全地执行作业。
这样，机器人9具有扭矩传感器10(力检测传感器2)。因此，可享有上述力检测传感器2的效果，能够发挥优异的可靠性及检测特性。
此外，机器人9的结构没有特别限定，例如，臂的数量也可以不同于本实施方式。另外，作为机器人9，也可以是所谓的SCARA机器人或双臂机器人。另外，在本实施方式中，机器人9具有扭矩传感器10，但取而代之的是，也可以构成为具有上述扭矩传感器10A、10B或力传感器1、1A、1B、1C，还可以构成为具有上述以外的结构。
以上，根据图示的实施方式，对本发明的力检测传感器、力传感器、扭矩传感器及机器人进行了说明，但是本发明并未限定于此，各部的结构可以用具有相同功能的任意结构来替换。另外，也可以对本发明附加其他任意的结构物。另外，也可以对各实施方式进行适当组合。
另外，在上述实施方式中，说明了力检测传感器被组装到力传感器或扭矩传感器中的结构，但是力检测传感器也可以不组装到其中，还可以组装到其他电子器件中。
另外，在上述实施方式中，力传感器及扭矩传感器除了具有力检测传感器以外，还具备封装体、一对基板及预压螺栓，但是，作为力传感器及扭矩传感器的结构，只要具备力检测传感器元件，则没有特别限定。例如，也可以省略封装体，将力检测传感器元件直接夹到一对基板中。另外，也可以省略一对基板及预压螺栓。即，力检测传感器也可以不被预压。
符号说明
1、1A、1B、1C…力传感器，10、10A、10B…扭矩传感器，2、2A、2B、2C、2D…力检测传感器，21…基体，21A…第一基体，21B…第二基体，21C…粘结剂，211…受压面，213、215…配置面，22、22C、22D…梳齿电极，22A…第一梳齿电极，22B…第二梳齿电极，221、222…电极，23、23A、23B、23C、23D、24、24A、24B、24C、24D…反射器，25…电极指，3、3A、3B、3C、3D…封装体，31…底座，31A…基座，31B…框部，311…凹部，32…盖，321…中央部，322…外缘部，323…连接部，33…内部端子，34…外部端子，41、42…基板，421…底座，422…突出部，5…预压螺栓，51…头部，52…螺纹部，9…机器人，91…底座，92、93、94、95、96、97…臂，98…机器人控制部，99…末端执行器，A、A1、A2、A3、A4…轴，BW…焊线，Fx、Fx1、Fx2、Fy、Fy1、Fy2、Fz、Fz1、Fz2…力，L…假想线，S…收纳空间，θ…倾斜角，θz、θz1、θz2…扭矩。

Claims (12)

1.一种力检测传感器，其特征在于，具备：
基体，具备从外部接受力的第一面、及法线方向与所述第一面的法线方向不同的第二面；以及
电极指，配置在所述第二面上，
其中，在所述第二面的俯视图中，所述电极指的排列方向相对于所述第一面的法线方向倾斜。
2.根据权利要求1所述的力检测传感器，其中，
所述第二面由压电体的表面构成。
3.根据权利要求1或2所述的力检测传感器，其中，
所述基体具备第三面，所述第三面的法线方向与所述第一面及所述第二面的法线方向不同，
所述力检测传感器具备配置在所述第三面上的电极指，
在所述第三面的俯视图中，配置在所述第三面上的电极指的排列方向与所述第一面的法线方向不同。
4.根据权利要求3所述的力检测传感器，其中，
所述第三面由压电体的表面构成。
5.根据权利要求1或2所述的力检测传感器，其中，
配置在所述第二面上的电极指具备：
在所述第二面的俯视图中，排列方向相对于所述第一面的法线朝一侧倾斜的第一电极指；以及排列方向相对于所述第一面的法线朝另一侧倾斜的第二电极指。
6.根据权利要求2所述的力检测传感器，其中，
所述压电体的构成材料是水晶。
7.根据权利要求6所述的力检测传感器，其中，
所述第一面与所述水晶的电轴相交。
8.根据权利要求1所述的力检测传感器，其中，
所述基体具备第一基体和连接到所述第一基体的第二基体，
所述第一基体具有所述第一面，
所述第二基体具有所述第二面。
9.根据权利要求1所述的力检测传感器，其中，
所述基体进行了预压。
10.一种力传感器，其特征在于，具备权利要求1所述的力检测传感器。
11.一种扭矩传感器，其特征在于，具备权利要求1所述的力检测传感器。
12.一种机器人，其特征在于，具备权利要求1所述的力检测传感器。
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