CN108534922A - 传感器器件、力检测装置以及机器人 - Google Patents

传感器器件、力检测装置以及机器人 Download PDF

Info

Publication number
CN108534922A
CN108534922A CN201810183998.1A CN201810183998A CN108534922A CN 108534922 A CN108534922 A CN 108534922A CN 201810183998 A CN201810183998 A CN 201810183998A CN 108534922 A CN108534922 A CN 108534922A
Authority
CN
China
Prior art keywords
component
test section
addition
detecting element
power test
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810183998.1A
Other languages
English (en)
Inventor
河合宏纪
宫坂英男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2018007032A external-priority patent/JP6996309B2/ja
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Publication of CN108534922A publication Critical patent/CN108534922A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/16—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
    • G01L5/167—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using piezoelectric means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
    • B25J13/085—Force or torque sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/02—Sensing devices
    • B25J19/028—Piezoresistive or piezoelectric sensing devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/16—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/22—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers
    • G01L5/226—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to manipulators, e.g. the force due to gripping
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/07—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base
    • H10N30/072—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by laminating or bonding of piezoelectric or electrostrictive bodies
    • H10N30/073—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by laminating or bonding of piezoelectric or electrostrictive bodies by fusion of metals or by adhesives
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
    • H10N30/302—Sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/853—Ceramic compositions

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

本发明提供了能够提高外力的检测精度的传感器器件、力检测装置以及机器人。传感器器件具有：第一部件，具有凹部；力检测部，设置在所述凹部内，且包括根据外力而输出信号的至少一个压电元件；以及粘结部件，设置在所述力检测部和所述凹部的底面之间，且具有绝缘性；至少一个电极，设置在所述力检测部；至少一个端子，设置在所述第一部件；以及至少一个连接部，将所述电极和所述端子电连接，所述连接部具有在从所述力检测部和所述底面重叠的方向观察时与所述粘结部件重叠的部分，所述底面具有由金属构成的部分，所述力检测部在从所述力检测部和所述底面重叠的方向观察时与所述底面的由所述金属构成的部分重叠。

Description

传感器器件、力检测装置以及机器人
技术领域
本发明涉及传感器器件、力检测装置以及机器人。
背景技术
以往，在具有末端执行器和机器人臂的工业用机器人中，使用检测对末端执行器施加的力的力检测装置。
作为这样的力检测装置的一例，例如，在专利文献1中，公开了传感器器件，该传感器器件具有：具有凹部的基部；具有设置在凹部内的压电体层以及电极的层压体；设置在层压体的侧面的侧面电极；设置在基部的端子；以及将端子和侧面电极进行连接的连接电极。此外，连接电极由Ag膏等形成，基部由可伐合金形成。
【现有技术文献】
【专利文献】
专利文献1：日本特开2015-87292号公报
在专利文献1所记载的传感器器件中，通过连接电极将侧面电极和端子进行连接，层压体对基部进行固定。因此，传感器器件对于振动等机械应力的抵抗力低。此外，在通过连接电极而将层压体连接到端子时，存在作为连接电极的基材的Ag膏在固化前滴落到凹部的底面的顾虑。其结果，存在通过由Ag膏形成的连接电极接触到由可伐合金构成的基部而产生短路的顾虑。进一步，例如，在凹部内配置层压体时，为了进行层压体在凹部内的定位，需要使用定位用的夹具等，存在夹具的制作需要对于凹部内的夹具的配置或拆卸等很多工夫的问题。
发明内容
本发明是为了解决前述的课题中的至少一部分而完成的，能够通过以下来实现。
本发明的传感器器件的特征在于，具有：第一部件，具有凹部；力检测部，设置在所述凹部内，且包括根据外力而输出信号的至少一个压电元件；以及粘结部件，设置在所述力检测部和所述凹部的底面之间，且具有绝缘性；至少一个电极，设置于所述力检测部；至少一个端子，设置在所述第一部件；以及至少一个连接部，将所述电极和所述端子进行电连接，所述连接部具有在从所述力检测部和所述底面重叠的方向观察时与所述粘结部件重叠的部分，所述底面具有由金属构成的部分，所述力检测部在从所述力检测部和所述底面重叠的方向观察时与所述底面的由所述金属构成的部分重叠。
根据这样的本发明的传感器器件，由于能够通过粘结部件而将力检测部粘结到凹部的底面，所以能够提高力检测部在凹部内的位置的稳定性。因此，能够降低对于振动等机械应力的抵抗力的下降。其结果，能够高精度地输出与外力相应的信号，因此，能够提高外力的检测精度。
此外，例如，能够将力检测部经由电极、连接部以及端子，与进行从力检测部输出的检测结果(电荷)的运算的电路(外力检测电路)进行电连接。
此外，能够降低或者防止连接部接触到底面。因此，例如，能够防止在底面由具有导电性的材料构成的情况下，因连接部和底面接触而导致的短路。
此外，能够提高底面的脆性等机械强度。
此外，例如，能够降低或者避免由于对于底面的来自力检测部的负荷而在底面产生裂缝等破损。
此外，例如，即使是在凹部的底面和力检测部的第一部件侧的面具有导电性的情况下，也能够降低或者防止因底面和力检测部的接触而导致的短路。
优选在本发明的传感器器件中，所述粘结部件包括无机填料。
由此，能够将无机填料作为限制力检测部和底面之间的距离的间隙材料来使用，能够提高位于力检测部和底面之间的粘结部件的厚度的均匀性。此外，通过使用无机填料，能够提高粘结部件的机械的强度。
优选在本发明的传感器器件中，所述无机填料包括第一填料以及第二填料，所述第一填料的最大直径大于所述第二填料的最大直径。
由此，容易将粘结部件的厚度控制为期望的厚度，且能够控制树脂材料的特性。即，第一填料作为限制力检测部和凹部的底面之间的距离的间隙材料来发挥作用，通过使用第一填料，容易将粘结部件的厚度控制为期望的厚度。此外，通过使用第二填料，能够调整固化前的粘结部件的粘度、固化后的粘结部件的机械性能。
优选在本发明的传感器器件中，所述粘结部件是液状的粘结剂的固化物。
由此，例如，能够降低或者避免在力检测部和底面之间进入气泡，能够提高力检测部和底面的粘结部件的粘结强度。
优选在本发明的传感器器件中，所述粘结部件的一部分位于所述力检测部和所述凹部的侧面之间。
由此，能够在凹部内更加稳定地配置力检测部。此外，例如，能够防止在凹部的底面包括金属材料而构成的情况下，因粘结部件接触到底面而导致的短路。
优选在本发明的传感器器件中，所述力检测部具有支撑所述压电元件且粘结到所述粘结部件的基材，所述粘结部件的位于所述力检测部和所述凹部的侧面之间的部分位于比设置在所述基材上的所述压电元件更靠所述底面侧。
由此，例如，能够降低或者防止粘结部件粘结到在力检测部中设置的电极(侧面电极)或在第一部件中设置的端子等。
优选在本发明的传感器器件中，具有封闭所述凹部的开口的第二部件。
由此，能够在由第一部件和第二部件形成的空间内容纳力检测部，并将该空间气密封闭。因此，能够降低因力检测部的外因而导致的检测精度的下降。
优选在本发明的传感器器件中，所述第二部件的至少一部分在从所述力检测部和所述底面重叠的方向观察时与所述力检测部重叠。
由此，能够将力检测部配置在第一部件和第二部件之间。因此，例如，通过从第一部件以及第二部件这双方对力检测部施压，例如，能够降低鲁棒性的下降。其结果，能够进一步降低力检测部的检测精度的下降。
优选在本发明的传感器器件中，所述压电元件包括石英。
由此，能够实现具有高灵敏度、宽的动态范围、高的刚性等优良特性的力检测装置。
本发明的力检测装置的特征在于，具备：第一基部；第二基部；设置在所述第一基部和所述第二基部之间的、本发明的传感器器件；以及外力检测电路，基于来自该传感器器件的所述信号来检测所述外力。
根据这样的力检测装置，能够进一步高精度地检测外力。
本发明的机器人的特征在于，具备：基台；连接到基台的臂；以及本发明的力检测装置。
根据这样的机器人，能够更加精密地执行作业。
附图说明
图1是表示具备本发明的优选的实施方式的传感器器件的力检测装置的立体图。
图2是图1所示的力检测装置的纵剖视图。
图3是图2所示的力检测装置的横剖视图。
图4是图2以及图3所示的力检测装置具备的传感器器件的剖视图。
图5是图4所示的传感器器件具备的力检测元件的剖视图。
图6是从层叠方向观察图4所示的传感器器件的内部的图。
图7是放大了图4所示的传感器器件的一部分的图。
图8是示意性地示出图4所示的传感器器件具有的粘结部件的图。
图9是表示图4所示的传感器器件具有的粘结部件的厚度和应变量的关系的图。
图10是制造图4所示的传感器器件的方法的流程图。
图11是表示涂敷图10所示的粘结剂的工序的剖视图。
图12是表示涂敷图10所示的粘结剂的工序的俯视图。
图13是表示粘结图10所示的力检测元件的工序的剖视图。
图14是表示形成图10所示的连接部的工序的剖视图。
图15是表示载置图10所示的盖体的工序的图。
图16是表示图4所示的传感器器件的变形例的剖视图。
图17是表示图4所示的传感器器件的参考例的剖视图。
图18是表示本发明的机器人的一例的立体图。
符号说明
1…力检测装置、2…第二壳体部件、3…第一壳体部件、4…传感器器件、4A…传感器器件、4B…传感器器件、5…压电元件、5a…压电元件、5b…压电元件、5c…压电元件、6…模拟电路基板、10…机器人臂、11…臂、12…臂、13…臂、14…臂、15…臂、16…臂、17…末端执行器、20…侧壁部、21…底板、22…壁部、23…部分、25…贯通孔、26…内螺纹孔、31…顶板、33…壁部、35…贯通孔、37…贯通孔、41…力检测元件、42…封装、42A…封装、43…基部、44…粘结部件、45…侧面电极、45a…侧面电极、45b…侧面电极、45c…侧面电极、45d…侧面电极、46…连接部、46a…连接部、46b…连接部、46c…连接部、46d…连接部、47…端子、47a…端子、47b…端子、47c…端子、47d…端子、48…密封部件、49…盖体、50…结构体、51…加压螺栓、51a…压电体层、51b…压电体层、51c…压电体层、52a…输出电极层、52b…输出电极层、52c…输出电极层、53a…压电体层、53b…压电体层、53c…压电体层、54…接地电极层、55…接地电极层、56…接地电极层、57…接地电极层、58…支撑基板、59…支撑基板、60…外力检测电路、61…贯通孔、62…贯通孔、100…机器人、101…贯通孔、110…基台、200…壳体、201…下表面、231…顶面、301…上表面、331…内壁面、431…底部件、432…侧壁部件、433…凹部、434…内壁面、440…粘结剂、442a…填料、442b…填料、444…部分、445…部分、4320…突出部、4321…阶梯部、4341…底面、4342…侧面、A1…中心轴、A3…箭头、A4…箭头、CL…线段、D1…层叠方向、L10…线段、L11…线段、L12…线段、QX…电荷、QY…电荷、QZ…电荷、GND…接地电位、S…空间、S1…空间、S11…步骤、S12…步骤、S13…步骤、S14…步骤、S2…空隙、T1…高度、T2…高度、D…厚度。
具体实施方式
以下，基于附图所示的优选的实施方式，详细说明本发明的传感器器件、力检测装置以及机器人。另外，各图以要说明的部分成为可识别的状态的方式适当放大或者缩小显示。
1.力检测装置
首先，说明本发明的力检测装置。
图1是表示具备本发明的优选的实施方式的传感器器件的力检测装置的立体图。图2是图1所示的力检测装置的纵剖视图。图3是图2所示的力检测装置的横剖视图。图4是图2以及图3所示的力检测装置具备的传感器器件的剖视图。图5是图4所示的传感器器件具备的力检测元件的剖视图。图6是从层叠方向看图4所示的传感器器件的内部的图。图7是放大了图4所示的传感器器件的一部分的图。图8是示意性地示出图4所示的传感器器件具有的粘结部件的图。图9是表示图4所示的传感器器件具有的粘结部件的厚度和应变量的关系的图。另外，图2是图3中的A2-A2线剖视图，图3是图2中的A1-A1线剖视图。此外，在图4中，省略了模拟电路基板6的图示。此外，在图8中，填料442a和填料442b的尺寸的比例与实际不同。
此外，在图1中，为了便于说明，图示了x轴、y轴以及z轴作为相互正交的3个轴，将表示各轴的箭头的前端侧设为“+”，将底端侧设为“-”。此外，将与x轴平行的方向设为“x轴方向”，将与y轴平行的方向设为“y轴方向”，将与z轴平行的方向设为“z轴方向”。此外，也将+z轴方向侧称为“上”，将-z轴方向侧称为“下”。此外，将从z轴方向看称为“俯视时”。
图1所示的力检测装置1是能够检测对力检测装置1施加的外力的六轴分量的六轴力传感器。在此，六轴分量由相互正交的3个轴(图示中为x轴、y轴以及z轴)的各个方向的平移力(剪切力)分量和围绕该3个轴的各个轴的旋转力(力矩)分量构成。
如图1～图3所示，力检测装置1具备具有至少一个(多个)压电元件5的多个(本实施方式中为4个)传感器器件4和容纳多个传感器器件4的壳体200。此外，力检测装置1具有沿着其中心轴A1形成的贯通孔101。此外，如图3所示，力检测装置1具有多个(本实施方式中为8个)加压螺栓51、多个(本实施方式中为4个)模拟电路基板6和数字电路基板(未图示)。
在该力检测装置1中，输出与各传感器器件4接受到的外力相应的信号(检测结果)，并在模拟电路基板6以及数字电路基板(未图示)中处理这些信号。由此，检测对力检测装置1施加的外力的六轴分量。在此，在本实施方式中，由模拟电路基板6和数字电路基板(未图示)构成基于来自传感器器件4的信号来检测外力的外力检测电路60。
以下，说明力检测装置1具备的各部。
[壳体]
如图1所示，壳体200具有第一壳体部件3、相对于第一壳体部件3隔着间隔而配置的第二壳体部件2、设置在第一壳体部件3以及第二壳体部件2的外周部的侧壁部20(第三壳体部件)。
(第一壳体部件)
如图2所示，第一壳体部件3具有顶板31(第一基部)、和设置在顶板31的下部侧且外周部的多个壁部33(第一加压部)。该第一壳体部件3的俯视时的外形如图1所示那样为圆形，但并不限定于此，例如，也可以是四边形、五边形等多边形、楕圆形等。
如图2所示，顶板31大致呈平板状。在该顶板31的下部侧，朝向第二壳体部件2侧立设有多个(本实施方式中为4个)壁部33。另外，在图示中，各壁部33由与顶板31分体的部件形成，并对顶板31进行固定，但也可以与顶板31一体形成。如图3所示，多个壁部33沿着以力检测装置1的中心轴A1为中心的同一圆周上相互间隔等角度(90°)而排列。在各壁部33中，形成有后述的加压螺栓51插通的多个贯通孔37。此外，如图2所示，各壁部33的内壁面331(内侧的端面)是与顶板31垂直的平面。
此外，第一壳体部件3在其中央部具有沿着中心轴A1形成的贯通孔35。
这样的结构的第一壳体部件3的上表面301例如作为安装到后述的机器人100具备的末端执行器17(被安装部件)的安装面来发挥作用。
此外，作为第一壳体部件3的构成材料，并不特别限定，例如，可举出铝、不锈钢等金属材料、陶瓷等。
(第二壳体部件)
如图2所示，第二壳体部件2具有底板21(第二基部)、和设置在底板21的上部侧的多个壁部22(第二加压部)。该第二壳体部件2的俯视时的外形如图1所示那样为圆形，但并不限定于此，例如，也可以是四边形、五边形等多边形、楕圆形等。
如图2所示，底板21大致呈平板状。在底板21的上部侧，朝向第一壳体部件3侧立设有多个(本实施方式中为4个)壁部22。另外，在图示中，各壁部22由与底板21分体的部件形成，并对底板21进行固定，但也可以与底板21一体形成。如图3所示，多个壁部22沿着以力检测装置1的中心轴A1为中心的同一圆周上相互间隔等角度(90°)而排列。各壁部22相对于前述的第一壳体部件3的壁部33配置在中心轴A1侧，且与壁部33对置。此外，在壁部22的壁部33侧，具有朝向壁部33侧突出的部分23。该突出的部分23的顶面231相对于前述的壁部33的内壁面331隔着规定距离(可插入传感器器件4的距离)而对置。并且，顶面231和内壁面331平行。此外，在各壁部22中，形成有后述的加压螺栓51的前端部螺合的多个内螺纹孔26。
此外，第二壳体部件2在其中央部具有沿着中心轴A1形成的贯通孔25。
这样的第二壳体部件2的下表面201例如作为将力检测装置1安装到后述的机器人100具备的臂16的臂用安装面来发挥作用。
此外，作为第二壳体部件2的构成材料，并不特别限定，与前述的第一壳体部件3同样地，例如，可举出铝、不锈钢等金属材料、陶瓷等。另外，第二壳体部件2的构成材料可以与第一壳体部件3的构成材料相同，也可以不同。
(侧壁部)
如图1所示，侧壁部20(第三壳体部件)呈圆筒状，其上端部以及下端部分别对第一壳体部件3以及第二壳体部件2，例如通过螺丝固定、嵌合等进行固定。此外，如图2所示，在由侧壁部20和前述的第一壳体部件3的顶板31和第二壳体部件2的底板21包围的空间S、即力检测装置1的内部空间中，容纳有多个传感器器件4。
作为这样的侧壁部20的构成材料，并不特别限定，与前述的第一壳体部件3或第二壳体部件2同样地，例如，可举出铝、不锈钢等金属材料、陶瓷等。另外，侧壁部20的构成材料可以与第一壳体部件3或第二壳体部件2的构成材料相同，也可以不同。
[传感器器件]
如图3所示，4个传感器器件4配置为在从沿着中心轴A1的方向(z轴方向)观察时相对于通过中心轴A1且与y轴平行的线段CL呈对称。此外，各传感器器件4在从与中心轴A1正交的方向观察时(图2的侧面视角)位于第一壳体部件3的顶板31和第二壳体部件2的底板21之间的中间部。此外，如图4所示，各传感器器件4配置在第一壳体部件3的壁部33和第二壳体部件2的壁部22之间。并且，各传感器器件4被壁部33和壁部22夹持。
各传感器器件4具有力检测元件41(力检测部)、容纳力检测元件41的封装42、将力检测元件41粘结到封装42上的粘结部件44。此外，各传感器器件4具有设置在力检测元件41的多个(本实施方式中为4个)侧面电极45(电极)、设置在封装42的多个(本实施方式中为4个)端子47、将侧面电极45和端子47进行电连接的多个(本实施方式中为4个)连接部46。
(力检测元件)
图5所示的力检测元件41具有输出与对力检测元件41施加的外力的X轴方向的分量相应的电荷QX、与对力检测元件41施加的外力的Y轴方向的分量相应的电荷QY以及与对力检测元件41施加的外力的Z轴方向的分量相应的电荷QZ的功能。该力检测元件41具有根据与X轴平行的外力(剪切力)来输出电荷QX的压电元件5a、根据与Z轴平行的外力(压缩/拉伸力)来输出电荷QZ的压电元件5b、根据与Y轴平行的外力(剪切力)来输出电荷QY的压电元件5c、与基准电位(例如，接地电位GND)进行电连接的接地电极层54、55、56、57。此外，力检测元件41具有支撑结构体50的支撑基板58、59(基材)，该结构体50具备压电元件5a、5b、5c以及接地电极层54、55、56、57。在此，按照支撑基板58、接地电极层54、压电元件5a、接地电极层55、压电元件5b、接地电极层56、压电元件5c、接地电极层57、支撑基板59的顺序进行层叠。另外，以下，也将压电元件5a、5b、5c分别称为“压电元件5”。
压电体层51a、输出电极层52a、压电体层53a按照这个顺序层叠而构成压电元件5a。同样地，压电元件5b具有压电体层51b、53b和配置在它们之间的输出电极层52b。此外，压电元件5c具有压电体层51c、53c和配置在它们之间的输出电极层52c。
压电元件5包括石英。即，压电元件5具备由石英构成的压电体层51a、53a、51b、53b、51c、53c。由此，能够实现具有高灵敏度、宽的动态范围、高的刚性等优良特性的力检测装置1。
如图5所示，在压电元件5中，作为构成压电体层51a、53a、51b、53b、51c、53c的石英的晶轴的X轴的方向不同。即，构成压电体层51a的石英的X轴朝向图5中纸面里侧。构成压电体层53a的石英的X轴朝向图5中纸面近前侧。构成压电体层51b的石英的X轴朝向图5中上侧。构成压电体层53b的石英的X轴朝向图5中下侧。构成压电体层51c的石英的X轴朝向图5中右侧。构成压电体层53c的石英的X轴朝向图5中左侧。这样的压电体层51a、53a、51c、53c分别由Y切石英片构成，X轴的朝向彼此相差90°。此外，压电体层51b、53b分别由X切石英片构成，X轴的朝向彼此相差180°。
另外，在本实施方式中，压电体层51a、53a、51b、53b、51c、53c分别由石英构成，但这些也可以是使用了石英以外的压电材料的结构。作为石英以外的压电材料，例如，可举出黄玉、钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅(PZT：Pb(Zr，Ti)O3)、铌酸锂、钽酸锂等。
此外，构成输出电极层52a、52b、52c以及接地电极层54、55、56、57的材料只要是可分别作为电极来发挥作用的材料则并不特别限定，例如，可举出镍、金、钛、铝、铜、铁、铬或者含有它们的合金等，可以将它们中的一种或两种以上组合(例如，层叠)使用。
此外，在本实施方式中，支撑基板58、59分别由石英构成，但这些也可以是使用了石英以外的不具有导电性的材料的结构。
这样的力检测元件41的整体形状呈长方体，但并不限定于此，例如，也可以是圆柱状或其他的多面体等。此外，各力检测元件41配置为压电元件5a、5b、5c的层叠方向D1与中心轴A1正交(yz平面的面方向)(参照图4以及图5)。此外，在本实施方式中，例如，支撑基板58位于壁部33侧，支撑基板59位于壁部22侧。另外，也可以是支撑基板58位于壁部22侧，支撑基板59位于壁部33侧。
此外，如前所述，力检测元件41具备多个压电元件5。由此，能够实现力检测装置1的高灵敏度化，或者实现检测轴的多轴化。另外，构成力检测元件41的压电元件5以及压电体层的数目并不限定于前述的数目。例如，1个压电元件5具备的压电体层的数目可以是1个或者3个以上，压电元件5的数目也可以是2个或者4个以上。
在此，在本实施方式中，如前所述，各传感器器件4配置为压电元件5的层叠方向D1与中心轴A1正交，4个传感器器件4配置为相对于线段CL呈对称(参照图3以及图5)。并且，如前所述，通过壁部33和壁部22，在与压电元件5的层叠方向D1平行的方向上施压。因此，在数字电路基板中，不使用容易受到温度变动的影响的电荷QZ，就能够进行平移力分量Fx、Fy、Fz以及旋转力分量Mx、My、Mz(即，外力)的运算。因此，力检测装置1难以受到温度的变动而导致的影响，能够进行高精度的检测。由此，例如，能够将以下情况降低或者置零：力检测装置1置于高温环境下而第一壳体部件3以及第二壳体部件2热膨胀，根据该热膨胀而对于压电元件5的加压从规定的值发生变化而成为噪声分量。
(封装)
如图4所示，封装42具备：具有设置力检测元件41的凹部433的基部43(支撑部件、第一部件)、和以封闭凹部433的开口的方式经由密封部件48与基部43接合的盖体49(部件、第二部件)。此外，在由基部43和盖体49包围的空间S1(封装42的内部空间)、即凹部433内，设置(容纳)有包括至少一个压电元件5的力检测元件41。由此，能够保护力检测元件41。在此，基部43与前述的第二壳体部件2的顶面231相抵接。另一方面，盖体49与前述的第一壳体部件3的内壁面331相抵接。
〈基部〉
基部43具有平板状的底部件431和与底部件431相接合(固定)的侧壁部件432。由底部件431和侧壁部件432形成凹部433。
底部件431与第二壳体部件2的顶面231以及力检测元件41相抵接，具有将对第二壳体部件2施加的外力传递给力检测元件41的功能。
侧壁部件432呈四边形的筒状，具有向凹部433的内侧突出的突出部4320。该突出部4320在侧壁部件432的整个圆周上形成(形成为环状)，且粘结在底部件431上。此外，在突出部4320的盖体49侧的面、即阶梯部4321中，设置有端子47。另外，阶梯部4321在侧壁部件432的整个圆周上形成，且包围基部43的外缘部。
这样的基部43的内壁面434(形成凹部433的面)由底面4341和侧面4342构成。底面4341由底部件431的图4中上侧的面构成。侧面4342由包括阶梯部4321的侧壁部件432的内壁面434构成。在底面4341上，经由粘结部件44设置有力检测元件41。
此外，作为基部43的底部件431的构成材料，例如，可举出不锈钢、可伐合金、铜、铁、碳钢、钛等各种金属材料等，其中尤其优选可伐合金。由此，底部件431具有比较高的刚性，且在施加了应力时适当地进行弹性变形。因此，底部件431能够将对第二壳体部件2施加的外力准确地传递给力检测元件41，且能够进一步降低因该外力而破损的情况。此外，从成形加工性好的观点出发，也优选可伐合金。
此外，底部件431优选由一种材料构成。由此，能够在底部件431的整体上实现纵弹性系数以及机械强度的均匀化。另外，在从图4中的箭头A3方向(层叠方向D1)(基部43的底部件431的底面4341的法线方向)观察时，基部43的至少与力检测元件41重叠的区域由金属材料构成，从而能够显著发挥进一步降低基部43因外力破损的效果。
另一方面，作为基部43的侧壁部件432的构成材料，优选具有绝缘性的材料，例如，优选将氧化铝、氧化锆等氧化物系陶瓷、碳化硅等碳化物系陶瓷、氮化硅等氮化物系陶瓷等各种陶瓷为主要成分。陶瓷具有适当的刚性，且绝缘性好。因此，难以产生因封装42的变形而导致的损伤，能够更加可靠地保护在内部容纳的力检测元件41。此外，能够更加可靠地避免端子47之间短路。此外，还能够进一步提高侧壁部件432的加工精度。
此外，侧壁部件432优选由单一材料构成。由此，能够在底部件431的整体上实现纵弹性系数以及机械强度的均匀化。另外，在图示的结构中，底部件431和侧壁部件432将不同部件相接合(固定)而设置，但底部件431和侧壁部件432可以一体形成。
〈密封部件〉
如图4所示，密封部件48配置在基部43的上表面的整个圆周上。作为密封部件48的构成材料，只要具有对基部43接合(粘结)盖体49的功能则可以是任何材料，例如，能够由金、银、钛、铝、铜、铁或者含有它们的合金等构成。
〈盖体〉
盖体49呈板状，以封闭凹部433的开口的方式经由密封部件48与基部43相接合。该盖体49与第一壳体部件3的壁部33以及力检测元件41相抵接而设置，具有将对第一壳体部件3施加的外力传递给力检测元件41的功能。此外，在本实施方式中，盖体49的缘部侧朝向基部43侧弯曲，覆盖力检测元件41。
作为这样的盖体49的构成材料，并不特别限定，与前述的底部件431同样地，可举出不锈钢、可伐合金、铜、铁、碳钢、钛等各种金属材料等，其中尤其优选可伐合金。由此，与底部件431同样地，能够将外力更加准确地传递给力检测元件41，且能够进一步降低因该外力而破损的情况。另外，盖体49的构成材料可以与底部件431的构成材料相同，也可以不同，但优选相同。由此，能够将对封装42施加的外力更加准确地传递给力检测元件41。
这样的封装42的俯视时的形状在本实施方式中呈四边形，但并不限定于此，例如，也可以是五边形等其他的多边形、圆形、楕圆形等。
在如以上所说明的封装42中，凹部433的底面4341具有由金属构成的部分。尤其，如前所述，基部43优选由金属(尤其为可伐合金)构成。由此，能够高底面4341的脆性等机械强度。
进一步，如前所述，作为“力检测部”的力检测元件41在从力检测元件41和底面4341重叠的方向观察时(在图4中从箭头A3方向观察时)与底面4341的由金属构成的部分重叠。由此，能够降低或者避免因对于底面4341的来自力检测元件41的负荷而在底面4341产生裂缝等破损。
此外，如前所述，传感器器件4具有作为封闭凹部433的开口的“第二部件”的盖体49。由此，能够在由基部43和盖体49形成的空间S1内容纳力检测元件41，气密封闭空间S1。因此，能够降低因力检测元件41的外因而导致的检测精度的下降。
此外，作为“第二部件”的盖体49的至少一部分在从作为“力检测部”的力检测元件41和底面4341重叠的方向观察时(在图4中从箭头A3方向观察时)与力检测元件41重叠。由此，能够将力检测元件41配置在基部43和盖体49之间。因此，能够被壁部22、33夹持且从基部43和盖体49这双方对力检测元件41施压，例如，能够降低鲁棒性的下降。其结果，能够降低力检测元件41的检测精度的下降。
〈侧面电极(电极)〉
在力检测元件41中，设置有至少一个侧面电极45，在图4以及图6所示的结构中设置有多个侧面电极45。如图4以及图6所示，多个(本实施方式中为4个)侧面电极45设置在力检测元件41的侧面。另外，在以下的说明中，在4个侧面电极45中，将位于图6中的左上侧的侧面电极45称为“侧面电极45a”，将位于图6中的左下侧的侧面电极45称为“侧面电极45b”，将位于图6中的右上侧的侧面电极45称为“侧面电极45c”，将位于图6中的右下侧的侧面电极45称为“侧面电极45d”。此外，在不区分各侧面电极45a、45b、45c、45d的情况下，将它们称为“侧面电极45”。另外，侧面电极45的数目并不特别限定，也可以是一个。
侧面电极45a与力检测元件41的输出电极层52a进行电连接。同样地，侧面电极45b与力检测元件41的输出电极层52b进行电连接，侧面电极45c与力检测元件41的输出电极层52c进行电连接。此外，侧面电极45a与力检测元件41的接地电极层54、55、56、57进行电连接。侧面电极45a、45b在力检测元件41的同一侧面上相互隔开设置。此外，侧面电极45c、45d在与设置有侧面电极45a、45b的侧面对置的同一侧面上相互隔开设置。另外，侧面电极45a、45b、45c、45d可以分别设置在力检测元件41的同一面上，也可以设置在不同的面上。
此外，各侧面电极45沿着力检测元件41的层叠方向D1呈长条状。在本实施方式中，各侧面电极45呈从支撑基板58延伸到支撑基板59的中途的长条状。此外，各侧面电极45例如能够通过溅射法，电镀法等而形成。通过这样的结构，能够容易形成各侧面电极45。此外，作为各侧面电极45的构成材料，例如，可举出镍、金、钛、铝、铜、铁等，但也能够组合使用这些中的一种或者两种以上。其中，尤其，各侧面电极45优选由含有镍(Ni)的材料构成。从具有接近压电体层51a、53a、51b、53b、51c、53c的热膨胀系数的热膨胀系数的观点出发，也优选镍。
〈端子〉
在基部43中，设置有至少一个端子47，在图4以及图6所示的结构中设置有多个端子47。如图4以及图6所示，多个(本实施方式中为4个)端子47设置在上述的基部43的阶梯部4321。另外，在以下的说明中，在4个端子47中，将位于图6中的左上侧的端子47称为“端子47a”，将位于图6中的左下侧的端子47称为“端子47b”，将位于图6中的右上侧的端子47称为“端子47c”，将位于图6中的右下侧的端子47称为“端子47d”。此外，在不区分各端子47a、47b、47c、47d的情况下，将它们称为“端子47”。另外，端子47的数目并不特别限定，也可以是一个。
端子47a设置在侧面电极45a的附近。同样地，端子47b设置在侧面电极45b的附近，端子47c设置在侧面电极45c的附近，端子47d设置在侧面电极45d的附近。
该各端子47经由在基部43中设置的未图示的配线等与模拟电路基板6进行电连接(参照图2～图4)。
此外，各端子47只要具有导电性即可，例如，能够通过在铬、钨等的金属化层(基底层)上层叠镍、金、银、铜等的各涂膜而构成。
〈连接部〉
传感器器件4具有至少一个连接部46，在图4以及图6所示的结构中具有多个连接部46。如图4所示，多个(本实施方式中为4个)连接部46将上述的端子47和侧面电极45进行电连接。另外，在以下的说明中，在4个连接部46中，将位于图6中的左上侧的连接部46称为“连接部46a”，将位于图6中的左下侧的连接部46称为“连接部46b”，将位于图6中的右上侧的连接部46称为“连接部46c”，将位于图6中的右下侧的连接部46称为“连接部46d”。此外，在不区分各连接部46a、46b、46c、46d的情况下，将它们称为“连接部46”。另外，连接部46的数目并不特别限定，也可以是一个。
连接部46a粘结到侧面电极45a和端子47a，将它们进行电连接。同样地，连接部46b粘结到侧面电极45b和端子47b，将它们进行电连接。连接部46c粘结到侧面电极45c和端子47c，将它们进行电连接。连接部46d粘结到侧面电极45d和端子47d，将它们进行电连接。
此外，作为各连接部46的构成材料，例如，能够使用金、银、铜等，能够组合使用这些中的一种或者两种以上。此外，具体而言，各连接部46例如能够由Ag膏、Cu膏、Au膏等形成，尤其，优选使用Ag膏来形成。Ag膏容易获得，操作性也好。
〈粘结部件〉
如图4、图6所示，粘结部件44是具有绝缘性的部件，设置在力检测元件41和基部43之间。具体而言，粘结部件44设置在凹部433的底面4341和力检测元件41之间、以及凹部433的侧面4342和力检测元件41之间。即，粘结部件44具有位于凹部433的底面4341和力检测元件41之间的部分444、以及位于凹部433的侧面4342和力检测元件41之间的部分445。
粘结部件44的部分444在从图4中的箭头A3方向观察时与力检测元件41重叠，且内包力检测元件41(参照图4以及图6)。进一步，粘结部件44的部分444在从箭头A3方向观察时也与粘结部件44的一部分重叠。此外，如图7所示，粘结部件44的部分445不接触到连接部46，在与连接部46之间隔着空隙S2而设置。
此外，部分445的高度T1小于力检测元件41的支撑基板59的高度以及粘结部件44的部分444的高度的合计的高度T2。由此，能够降低或者防止粘结部件44接触到侧面电极45或连接部46而妨碍侧面电极45和连接部46的导通。
这样的粘结部件44由弯曲强度或弯曲模量比基部43或力检测元件41更高的部件构成。该粘结部件44的弯曲强度是100MPa以上且300MPa以下的程度，粘结部件44的弯曲模量是4000MPa以上且6000MPa以下的程度。通过这样的粘结部件44设置在力检测元件41和基部43之间，能够进一步降低因外力而力检测元件41、基部43破损的情况。
此外，粘结部件44由粘结剂的固化物构成。作为粘结剂的方式，可举出液状(包括膏状等的半固形状)、片状或膜状的固形状。其中，尤其，优选使用液状的粘结剂。即，粘结部件44优选是液状的粘结剂的固化物。由此，能够降低在将力检测元件41粘结到基部43时，力检测元件41和基部43之间的气泡的发生或残留。因此，能够降低对于基部43的力检测元件41的粘结强度的下降。另外，液状是指在室温(25℃)下具有流动性的状态，固形状是指在室温(25℃)下不具有流动性的状态。另外，例如，将在平板状的部件配置粘结剂而倾斜时根据自重而流动的状态设为液状。
此外，在本实施方式中，粘结剂包括树脂材料和填料442a(第一填料)以及填料442b(第二填料)(参照图8)。此外，粘结剂也可以适当含有水、溶剂、增塑剂、固化剂以及抗静电剂等。
作为树脂材料，能够使用热塑性树脂或光塑性树脂等塑料树脂、热固化性树脂、光固化性树脂以及电子束固化性树脂等固化性树脂，其中，优选使用固化性树脂(可进行固化反应的树脂材料)，更优选使用热固化性树脂。作为热固化性树脂，例如，可举出丙烯酸类树脂、酚醛类树脂、硅类树脂、环氧类树脂等，其中，优选使用环氧类树脂。环氧类树脂的拉伸剪切粘合强度特别好。在此，在本实施方式中，如上所述，通过经由基部43以及盖体49由壁部22、33夹持力检测元件41，尽管确保了力检测元件41对于基部43的底部件431的按压方向(层叠方向D1)上的强度，但剪切方向(z轴方向)的强度不足。因此，如上所述，通过使用拉伸剪切粘结强度特别好的环氧类树脂，能够充分确保力检测元件41的剪切方向的强度。
粘结剂中的树脂材料的含有率优选为50质量％以上，更优选为70质量％以上且95质量％以下。另外，在含有溶剂或水的情况下，上述的含有率表示除了这些以外的固体含有率。
填料442a作为限制力检测元件41和底面4341之间的距离的间隙材料来发挥作用，规定粘结部件44的厚度D。填料442a的最大直径(最大宽度)小于填料442b的最大直径(最大宽度)。因此，通过使用填料442a，容易将粘结部件44的厚度D控制为期望的厚度。
填料442b控制树脂材料的特性。通过使用填料442b，能够调整树脂材料的树脂粘度(固化前的粘结部件44的粘度)、固化后的机械性能(固化后的粘结部件44的机械性能)。尤其，仅使用填料442a，比较难调整固化前的粘结部件44的粘度，但通过使用填料442b，能够容易调整固化前的粘结部件44的粘度。
作为填料442a、442b的构成材料，优选使用包括二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)等无机氧化物、陶瓷、玻璃等无机物的无机填料，能够并用其中的一种或者两种以上。其中，尤其，作为填料442a、442b的构成材料，优选使用二氧化硅、氧化铝。由此，能够提高粘结部件44的机械的强度或耐热性。此外，填料442a、442b优选不具有导电性(绝缘性)。由此，能够进一步降低粘结部件44的导电性。
作为填料442a、442b的形状，优选是球形，但并不限定于此，能够使用球状、矩形状、板状、针状、叶状等。通过将填料442a、442b设为球形，能够进行分级，将径的大小均匀化。此外，容易将粘结部件44控制为期望的厚度D。另外，填料442a、442b可以是致密体，也可以是多孔体。
此外，填料442a的最大直径(最大宽度)优选为10μm以上，更优选为10μm以上且100μm以下。由此，容易将粘结部件44的厚度D设为期望的厚度D(参照图8)。换言之，填料442a的最大直径(最大宽度)优选与形成的粘结部件44的厚度D是同等的。由此，能够容易形成期望的厚度D的粘结部件44。此外，填料442a的平均径(平均宽度)优选为0.1μm以上且100μm以下，更优选为1μm以上且90μm以下。
此外，填料442b的最大直径(最大宽度)优选为1μm以上且50μm以下。由此，能够适当地调整固化前的粘结部件44的粘度、固化后的粘结部件44的机械性能。
在此，填料442a的最大直径是填料442a的最长部分的长度。例如，在填料442a的形状为球(球形)的情况下，填料442a的最大直径是球的直径，此外，在填料442a的俯视时的形状为椭圆(椭圆形)的情况下，填料442a的最大直径是椭圆的长径。此外，关于填料442b的最大直径，也是同样的。
粘结剂中的填料442a、442b的合计的含有率并不特别限定，但优选为5质量％以上且40质量％以下，更优选为10质量％以上且30质量％以下。若含有率高于所述上限值，则粘结部件44的粘结性能降低。此外，若含有率低于所述下限值，则填料442a、442b的效果变得不充分。另外，在含有溶剂或水的情况下，上述的含有率表示除了这些以外的固体含有率。
这样，在本实施方式中，粘结部件44包括填料442a、442b。尤其，粘结部件44优选包括无机填料。由此，能够将由无机填料构成的填料442a作为限制力检测元件41和底面4341之间的距离的间隙材料来使用，能够提高位于力检测元件41和底面4341之间的粘结部件44的厚度D的均匀性。此外，通过使用无机填料，能够提高粘结部件44的机械的强度。进一步，能够为了控制树脂部件的特性而使用由无机填料构成的填料442b，能够维持初始化时的特性。此外，通过使用无机填料，能够提高粘结部件44的机械的强度。
作为这样的粘结剂的固化物的粘结部件44的厚度D优选为1μm以上且100μm以下，更优选为5μm以上且90μm以下。由此，能够充分确保粘结强度，且能够降低外力的传递的影响的下降。
在此，参照图9，说明粘结部件44的厚度D和力检测元件41的应变量的关系。图9的线段L11表示粘结部件44的厚度D为30μm的情况，线段L12表示粘结部件44的厚度D为100μm的情况，线段L10表示力检测元件41不经由粘结部件44直接与底面4341相抵接而设置的情况。
如图9所示，在粘结部件44的厚度D为30μm的情况下，力检测元件41相对于力检测元件41的按压力(外力的大小)的应变量(变形量)是与没有设置粘结部件44的情况相同的大小。即，在厚度D为30μm的情况下，应变量与没有设置粘结部件44的情况相同，因设置粘结部件44而导致的外力的传递损失小(几乎没有)。
另一方面，如图9所示，在粘结部件44的厚度D为100μm的情况下，相对于按压力的应变量比没有设置粘结部件44的情况更大。这是因为，因设置粘结部件44而导致的外力的传递损失变大。另外，若厚度D超过100μm，则应变量进一步变大。
从这个原因，通过设为如上所述的范围内的厚度D，能够抑制因粘结部件44的厚度的增加而导致的粘结部件44的柔韧性(弹性)的上升，因此，能够减小因设置粘结部件44而导致的外力的传递损失。其结果，通过设置粘结部件44，也能够与没有粘结部件44的情况同样地将外力传递给力检测元件41。另外，若粘结部件44的厚度D为100μm以下，则能够将外力的传递损失设为比较小。
如以上说明的各传感器器件4如上所述那样具有：具有凹部433的作为“第一部件”的基部43；设置在凹部433内，且包括根据外力而输出信号的至少一个压电元件5的作为“力检测部”的力检测元件41；设置在力检测元件41和凹部433的底面4341之间的粘结部件44。根据这样的力检测装置1，由于能够根据粘结部件44将力检测元件41粘结到凹部433的底面4341，所以能够提高力检测元件41在凹部433内的位置的稳定性。因此，能够降低对于振动等机械应力的耐性的下降。其结果，能够高精度地输出与外力相应的信号，因此，能够提高外力的检测精度。
此外，在本实施方式中，力检测元件41的底面4341侧的面在其整个区域中接触到粘结部件44。即，在力检测元件41和底面4341之间的区域的整个区域中设置有粘结部件44。若在力检测元件41和底面4341之间的区域中存在没有设置粘结部件44的部分，则应力容易集中在这个部分，但通过在力检测元件41和底面4341之间的区域的整个区域中设置粘结部件44，能够降低或者防止应力的局部的集中。因此，能够更加高精度地输出与外力相应的信号。
此外，如图4所示，传感器器件4具有：在作为“力检测部”的力检测元件41中设置的作为“电极”的侧面电极45(至少一个侧面电极45)；在作为“第一部件”的基部43中设置的端子47(至少一个端子47)；将侧面电极45和端子47进行电连接的连接部46(至少一个连接部46)。由此，例如，能够将力检测元件41经由侧面电极45、连接部46以及端子47，与进行从力检测元件41输出的检测结果(电荷)的运算的外力检测电路60进行电连接。
此外，连接部46具有在从作为“力检测部”的力检测元件41和底面4341重叠的方向观察时(图4中从箭头A3方向观察时)与粘结部件44重叠的部分。由此，能够降低或者防止连接部46接触到凹部433的底面4341。因此，例如，能够防止因具有导电性的基部43和连接部46接触而导致的短路。
尤其，如前所述，粘结部件44优选具有绝缘性。由此，能够防止连接部46接触到底面4341，能够降低或者防止因连接部46和底面4341的接触而导致的短路。此外，例如，即使是在除了基部43具有导电性之外，力检测元件41的基部43侧的面也具有导电性的情况下(例如，力检测元件41的在基部43侧的面设置有电极的情况下)，也能够降低或者防止因底面4341和力检测元件41的接触而导致的短路。
如以上所说明，根据传感器器件4，通过上述各功能的组合的协同效果，耐久性、可靠性提高，且由此能够提高检测精度。
此外，如上所述，包含在粘接部件44中的无机填料包括填料442a(第一填料)和填料442b(第二填料)，填料442a(第一填料)的最大直径大于填料442b(第二填料)的最大直径。由此，能够容易将粘接部件44的厚度D控制为期望的厚度，且能够控制树脂材料的特性。即，填料442a作为限制力检测元件41和底面4341之间的距离的间隙材料来发挥作用，通过使用填料442a，能够容易将粘结部件44的厚度D控制为期望的厚度。此外，通过使用填料442b，能够调整固化前的粘结部件44的粘度、固化后的粘结部件44的机械性能。
此外，如前所述，粘结部件44的一部分位于作为“力检测部”的力检测元件41和凹部433的侧面4342之间。由此，能够在凹部433内更加稳定地配置力检测元件41。此外，由于能够降低或者防止连接部46接触到底面4341，所以能够降低或者防止因连接部46和底面4341的接触而导致的短路。
进一步，如前所述，作为“力检测部”的力检测元件41具有支撑压电元件5且粘结到粘结部件44的作为“基材”的支撑基板59，粘结部件44的位于力检测元件41和凹部433的侧面4342之间的部分445位于比设置在支撑基板59上的压电元件5c更靠底面4341侧。此外，粘结部件44的部分445的高度T1小于高度T2(厚度)(参照图7)。由此，例如，能够降低或者防止粘结部件44粘结在力检测元件41中设置的侧面电极45或在基部43中设置的端子47等，且能够将力检测元件41更加稳定地配置在凹部433内。
[加压螺栓(固定部件)]
多个加压螺栓51以由第一壳体部件3的壁部33和第二壳体部件2的壁部22夹持传感器器件4(更具体而言，多个压电元件5)而加压的状态下相互固定壁部33以及壁部22(参照图3)。各加压螺栓51从壁部33侧插通壁部33的贯通孔37，将形成在加压螺栓51的前端部的外螺纹与形成在壁部22的内螺纹孔26进行螺合。通过这样的多个加压螺栓51，能够由第一壳体部件3的内壁面331和第二壳体部件2的顶面231经由传感器器件4的封装42夹持力检测元件41而加压。此外，通过适当调整各加压螺栓51的紧固力，也能够对力检测元件41施加规定大小的压电元件5的层叠方向D1的压力作为加压。
作为这样的各加压螺栓51的构成材料，并不特别限定，例如，可举出各种金属材料等。另外，各加压螺栓51的位置以及数目并不分别限定于图示的位置以及数目。此外，加压螺栓51的数目例如可以对一个传感器器件4为一个或者三个以上。此外，具备压电元件5的力检测元件41夹持在第一壳体部件3和第二壳体部件2之间(尤其，在壁部33和壁部22之间)，但并不限定于此，只要在第一壳体部件3和第二壳体部件2之间被任意的结构支撑即可。
[模拟电路基板]
如图2所示，模拟电路基板6配置在空间S、即第一壳体部件3和第二壳体部件2之间。在该模拟电路基板6中，形成有第二壳体部件2的突出的部分23插通的贯通孔61和各加压螺栓51插通的贯通孔62(参照图2以及图3)。在被部分23插通的状态下，模拟电路基板6相对于传感器器件4配置在中心轴A1侧。由此，能够在传感器器件4的附近设置模拟电路基板6，能够缩短从传感器器件4的配线长度。因此，能够对结构的简化产生贡献。
此外，模拟电路基板6与前述的传感器器件4进行电连接。虽然未图示，但模拟电路基板6具备将从传感器器件4的力检测元件41输出的电荷Q(QX、QY、QZ)分别转换为电压V(VX、VY、VZ)的电荷放大器(变换输出电路)。例如，该电荷放大器能够具有运算放大器、电容器和开关元件而构成。
[数字电路基板]
虽然未图示，但数字电路基板例如能够设置在第二壳体部件2上。该数字电路基板与前述的模拟电路基板6进行电连接。虽然未图示，但数字电路基板具备基于来自模拟电路基板6的电压VX、VY、VZ来检测(运算)外力的外力检测电路。外力检测电路运算x轴方向的平移力分量Fx、y轴方向的平移力分量Fy、z轴方向的平移力分量Fz、围绕X轴的旋转力分量Mx、围绕Y轴的旋转力分量My、围绕Z轴的旋转力分量Mz。该外力检测电路例如能够具有AD转换器和连接到该AD转换器的CPU等运算电路而构成。
如以上说明的力检测装置1如前所述那样具备顶板31(第一基部)、底板21(第二基部)、设置在顶板31和底板21之间的作为本发明的传感器器件的一例的传感器器件4、以及基于来自传感器器件4的信号来检测外力的外力检测电路60。在本实施方式中，如前所述，外力检测电路60由模拟电路基板6和数字电路基板构成。根据这样的力检测装置1，由于具备传感器器件4，所以能够更加高精度地检测外力。
此外，力检测装置1具备的传感器器件4能够如以下那样进行制造。
(传感器器件4的制造方法)
图10是制造图4所示的传感器器件的方法的流程图。图11是表示涂敷图10所示的粘结剂的工序的剖视图。图12是表示涂敷图10所示的粘结剂的工序的俯视图。图13是表示粘结图10所示的力检测元件的工序的剖视图。图14是表示形成图10所示的连接部的工序的剖视图。图15是表示载置图10所示的盖体的工序的图。
如图10所示，传感器器件4的制造方法包括[1]涂敷粘结剂440的工序(步骤S11)、[2]粘结力检测元件41的工序(步骤S12)、[3]形成连接部46的工序(步骤S13)、[4]载置盖体49的工序(步骤S14)。以下，依次说明各工序。
[1]涂敷粘结剂440的工序(步骤S11)
首先，如图11以及图12所示，在基部43的底部件431上，涂敷例如膏状的粘结剂440。此时，粘结剂440优选涂敷为辐射状，更优选涂敷为从底部件431的中央部延伸到端子47。具体而言，如图12所示，优选涂敷为例如十字状。由此，在之后的工序中，在粘结剂440上载置了力检测元件41时，能够降低力检测元件41和基部43之间的气泡的发生或残留等。因此，能够提高力检测元件41对于底面4341的粘结强度。此外，能够提高所形成的粘结部件44的厚度D的均匀性。
另外，例如，粘结剂440可以在底部件431的中央部作为一个块来载置(涂敷)，也可以配置为多个点状。此外，例如，粘结剂440可以在底面4341上薄薄地均匀涂敷。
[2]粘结力检测元件41的工序(步骤S12)
接着，在粘结剂440上载置力检测元件41，且沿着图13中的箭头A4方向按压而使粘结剂440固化。
在此，作为粘结剂440，优选由具有作为常温(25℃)的程度的固化时间的粘结剂(除了所谓的即时粘结剂之外)、或通过施加热、光或者电子束等而固化的粘结剂构成。由此，在粘结剂440上载置了力检测元件41时，能够将力检测元件41对粘结剂440进行临时粘结。因此，容易进行凹部433内的力检测元件41的位置调整。另外，临时粘结是指由于以容易剥离的状态粘结所以能够再次粘结的状态。
此外，若在临时粘结的状态下定位完成，则如上所述那样沿着箭头A4方向按压而使粘结剂440固化。此时，由于粘结剂440具有填料442a，所以通过按压力检测元件41，能够通过作为间隙材料来发挥作用的填料442a来容易控制力检测元件41和底面4341之间的距离(参照图8以及图13)。此外，通过按压力检测元件41，粘结剂440从底部件431的中央部向底部件431的外缘部扩散，上升到力检测元件41和侧面4342之间(参照图7)。由此，如上所述，能够使粘结剂440的一部分位于力检测元件41和侧面4342之间，因此，能够进一步提高力检测元件41对于基部43的粘结强度。另外，粘结剂440的分量优选设为考虑了上升的粘结剂440的分量。
[3]形成连接部46的工序(步骤S13)
接着，例如，在侧面电极45和端子47之间，以粘结到侧面电极45和端子47的方式赋予Ag膏等材料(连接部46的基材)并使其固化。由此，如图14所示那样形成连接部46。
在此，如前所述，力检测元件41通过粘结部件44而被粘结到基部43，所以力检测元件41相对于基部43的相对的位置受到限制。即，粘结部件44作为位置限制部件来发挥作用。因此，在本工序(步骤S13)中以连接侧面电极45和端子47的方式赋予Ag膏等材料时，力检测元件41不会对基部43产生位置偏差，所以能够容易对期望的部位赋予Ag膏等材料，操作性高。
[4]载置盖体49的工序(步骤S14)
接着，在基部43的上表面，将盖体49经由密封部件48而与基部43进行接合。由此，如图15所示，能够获得传感器器件4。
如以上所说明，能够制造传感器器件4。根据如前述的方法，由于力检测元件41的位置被粘结部件44所限制，所以能够简单地进行连接部46的形成或盖体49的载置。因此，能够提高操作性以及生产性。
接着，说明传感器器件4的变形例。
图16是表示图4所示的传感器器件的变形例的剖视图。
如图16所示，传感器器件4A具有的封装42A不具备传感器器件4的盖体49。即，省略了覆盖基部43的凹部433的开口的“盖体”。并且，力检测元件41的支撑基板58直接与第一壳体部件3的壁部33相抵接。即使是这样的传感器器件4A，也能够与前述的传感器器件4同样地，通过具备粘结部件44，提高力检测元件41在凹部433内的位置的稳定性，因此，能够高精度地输出与外力相应的信号。
接着，说明传感器器件4的参考例。
图17是表示图4所示的传感器器件的参考例的剖视图。
如图17所示，传感器器件4B不具备传感器器件4的封装42。并且，粘结部件44直接与第二壳体部件2的壁部22相抵接。即使是这样的传感器器件4B，通过粘结部件44，也能够将力检测元件41稳定地设置在壁部22上，因此，能够高精度地输出与外力相应的信号。
2.机器人
接着，说明本发明的机器人。
图18是表示本发明的机器人的一例的立体图。
图18所示的机器人100能够进行精密设备或构成精密设备的部件等的对象物的供给材料、去除材料、搬送以及组装等作业。该机器人100是单臂机器人，是所谓六轴垂直多关节机器人。机器人100具有基台110、转动自如地连结到基台110的机器人臂10、力检测装置1、末端执行器17。
基台110是例如固定在地板、墙壁、天花板以及可移动的卡车上等的部分。机器人臂10具有臂11(第一臂)、臂12(第二臂)、臂13(第三臂)、臂14(第四臂)、臂15(第五臂)、臂16(第六臂)。这些臂11～16从底端侧朝向前端侧按照这个顺序连结。各臂11～16可相对于相邻的臂或者基台110进行转动。
在臂16的前端，连接有力检测装置1。力检测装置1检测对安装在力检测装置1的前端的末端执行器17施加的力(包括力矩)。末端执行器17是对作为机器人100的作业对象的对象物进行作业的工具，由具有握持对象物的功能的手构成。另外，作为末端执行器17，只要使用与机器人100的作业内容等相应的工具即可，并不限定于手，例如，也可以是进行螺钉紧固的螺钉紧固工具或进行嵌合的嵌合工具等。
此外，虽然未图示，但机器人100具有具备使一个臂相对于另一个臂(或者基台110)进行转动的电动机等的驱动部。此外，虽然未图示，但机器人100具有检测电动机的旋转轴的旋转角度的角度传感器。
这样的机器人100具有基台110、连接到基台110的机器人臂10(臂)、以及前述的力检测装置1。根据这样的机器人100，具备力检测装置1。因此，例如，通过将力检测装置1检测到的外力反馈给具有控制机器人100的功能的控制部(未图示)，从而机器人100更加精密地执行作业。此外，根据力检测装置1检测到的外力，机器人100能够检测末端执行器17对于障碍物的接触等。因此，能够容易进行障碍物避开动作以及对象物损伤避免动作等，机器人100能够更加安全地执行作业。
以上，基于图示的实施方式来说明了本发明的传感器器件、力检测装置以及机器人，但本发明并不限定于此，各部的结构能够置换为具有同样的功能的任意的结构。此外，可以对本发明附加其他的任意的结构物。
此外，力检测装置可以设置在臂和臂(被安装部件)之间。此外，压电元件的层叠方向并不限定于图示的方向。此外，加压螺栓只要根据需要设置即可，也可以省略。
此外，本发明的机器人例如也可以是标量机器人等其他机器人。此外，机器人100具有的臂的数目在图示中为6条，但并不限定于此，也可以是1～5条或者7条以上。
此外，本发明的机器人只要具有臂则并不限定于单臂机器人，例如也可以是双臂机器人等其他机器人。即，机器人臂的数目并不限定于1条，也可以是2条以上。
此外，本发明的传感器器件以及力检测装置还可以组装在机器人以外的设备中，例如，也可以搭载在汽车等移动体上。

Claims (11)

1.一种传感器器件，其特征在于，具有：
第一部件，具有凹部；
力检测部，设置于所述凹部，且包括根据外力而输出信号的至少一个压电元件；
粘结部件，设置在所述力检测部和所述凹部的底面之间，且具有绝缘性；
至少一个电极，设置于所述力检测部；
至少一个端子，设置于所述第一部件；以及
至少一个连接部，将所述电极和所述端子电连接，
所述连接部具有在从所述力检测部和所述底面重叠的方向观察时与所述粘结部件重叠的部分，
所述底面具有由金属构成的部分，
所述力检测部在从所述力检测部和所述底面重叠的方向观察时与所述底面的由所述金属构成的部分重叠。
2.根据权利要求1所述的传感器器件，其特征在于，
所述粘结部件包括无机填料。
3.根据权利要求2所述的传感器器件，其特征在于，
所述无机填料包括第一填料以及第二填料，
所述第一填料的最大直径大于所述第二填料的最大直径。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器器件，其特征在于，
所述粘结部件是液状的粘结剂的固化物。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的传感器器件，其特征在于，
所述粘结部件的一部分位于所述力检测部和所述凹部的侧面之间。
6.根据权利要求5所述的传感器器件，其特征在于，
所述力检测部具有支撑所述压电元件且粘结到所述粘结部件的基材，
所述粘结部件的位于所述力检测部和所述凹部的侧面之间的部分位于比设置在所述基材上的所述压电元件更靠所述底面侧。
7.根据权利要求6所述的传感器器件，其特征在于，
所述传感器器件具有：封闭所述凹部的开口的第二部件。
8.根据权利要求7所述的传感器器件，其特征在于，
所述第二部件的至少一部分在从所述力检测部和所述底面重叠的方向观察时与所述力检测部重叠。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的传感器器件，其特征在于，
所述压电元件包括石英。
10.一种力检测装置，其特征在于，具备：
第一基部；
第二基部；
设置在所述第一基部和所述第二基部之间的、权利要求1至9中任一项所述的传感器器件；以及
外力检测电路，基于来自该传感器器件的所述信号来检测所述外力。
11.一种机器人，其特征在于，具备：
基台；
臂，连接到基台；以及
权利要求10所述的力检测装置。
CN201810183998.1A 2017-03-06 2018-03-06 传感器器件、力检测装置以及机器人 Pending CN108534922A (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017-041359 2017-03-06
JP2017041359 2017-03-06
JP2018007032A JP6996309B2 (ja) 2017-03-06 2018-01-19 センサーデバイス、力検出装置およびロボット
JP2018-007032 2018-01-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108534922A true CN108534922A (zh) 2018-09-14

Family

ID=63355630

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810183998.1A Pending CN108534922A (zh) 2017-03-06 2018-03-06 传感器器件、力检测装置以及机器人

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10444101B2 (zh)
CN (1) CN108534922A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113474627A (zh) * 2019-03-11 2021-10-01 皮埃佐克莱斯特先进传感器有限公司 安装在传递扭矩和/或力的机器部件之间的测量系统

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6862762B2 (ja) * 2016-10-28 2021-04-21 セイコーエプソン株式会社 力検出センサー、力覚センサーおよびロボット
JP7039502B2 (ja) * 2019-01-28 2022-03-22 日本電産コパル電子株式会社 力覚センサ
CN111879455B (zh) * 2020-07-24 2022-02-11 重庆火后草科技有限公司 用于床的压力传感器
US11671686B1 (en) 2020-09-18 2023-06-06 Apple Inc. Camera module subcomponents attached via vertically-spread adhesive

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04152642A (ja) * 1990-10-17 1992-05-26 Fujitsu Ltd 接着用ペースト
US20010028072A1 (en) * 1999-09-17 2001-10-11 Takashi Aoki Semiconductor pressure sensor device having sensor chip covered with protective member
US20020173145A1 (en) * 2000-03-23 2002-11-21 Noriyuki Honda Electrical connection materials and electrical connection method
CN1975358A (zh) * 2006-12-14 2007-06-06 中国航天科技集团公司第六研究院第十一研究所 一种低温薄膜压力传感器及其生产方法
US20130234320A1 (en) * 2012-03-09 2013-09-12 Industrial Technology Research Institute Chip stack structure and method for fabricating the same
CN104039913A (zh) * 2011-11-02 2014-09-10 汉高知识产权控股有限责任公司 用于电子部件的粘合剂
CN104596681A (zh) * 2013-10-31 2015-05-06 精工爱普生株式会社 传感器设备、力检测装置、机器人、电子部件输送装置、电子部件检查装置及部件加工装置
CN104969660A (zh) * 2013-02-01 2015-10-07 日东电工株式会社 有机电致发光器件
JP2015184007A (ja) * 2014-03-20 2015-10-22 セイコーエプソン株式会社 力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置および電子部品検出装置
CN106248268A (zh) * 2016-08-31 2016-12-21 西安中星测控有限公司 一种应变式传感器及其制作方法
CN107614640A (zh) * 2015-05-29 2018-01-19 琳得科株式会社 粘着片

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW418318B (en) * 1998-07-27 2001-01-11 Hokuriku Electric Co Ltd Acceleration detecting apparatus
TWI270332B (en) * 2004-04-20 2007-01-01 Murata Manufacturing Co Multilayer ceramic board, manufacturing method thereof and piezoelectric resonant component
JP2015087292A (ja) 2013-10-31 2015-05-07 セイコーエプソン株式会社 センサー素子、力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置および部品加工装置
JP2018173344A (ja) * 2017-03-31 2018-11-08 セイコーエプソン株式会社 センサーデバイス、力検出装置およびロボット
JP2018173343A (ja) * 2017-03-31 2018-11-08 セイコーエプソン株式会社 力検出装置およびロボット

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04152642A (ja) * 1990-10-17 1992-05-26 Fujitsu Ltd 接着用ペースト
US20010028072A1 (en) * 1999-09-17 2001-10-11 Takashi Aoki Semiconductor pressure sensor device having sensor chip covered with protective member
US20020173145A1 (en) * 2000-03-23 2002-11-21 Noriyuki Honda Electrical connection materials and electrical connection method
CN1975358A (zh) * 2006-12-14 2007-06-06 中国航天科技集团公司第六研究院第十一研究所 一种低温薄膜压力传感器及其生产方法
CN104039913A (zh) * 2011-11-02 2014-09-10 汉高知识产权控股有限责任公司 用于电子部件的粘合剂
US20130234320A1 (en) * 2012-03-09 2013-09-12 Industrial Technology Research Institute Chip stack structure and method for fabricating the same
CN104969660A (zh) * 2013-02-01 2015-10-07 日东电工株式会社 有机电致发光器件
CN104596681A (zh) * 2013-10-31 2015-05-06 精工爱普生株式会社 传感器设备、力检测装置、机器人、电子部件输送装置、电子部件检查装置及部件加工装置
JP2015184007A (ja) * 2014-03-20 2015-10-22 セイコーエプソン株式会社 力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置および電子部品検出装置
CN107614640A (zh) * 2015-05-29 2018-01-19 琳得科株式会社 粘着片
CN106248268A (zh) * 2016-08-31 2016-12-21 西安中星测控有限公司 一种应变式传感器及其制作方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
熊文修: "《机械零件兼作高等教育自学用书》", 31 October 1985 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113474627A (zh) * 2019-03-11 2021-10-01 皮埃佐克莱斯特先进传感器有限公司 安装在传递扭矩和/或力的机器部件之间的测量系统

Also Published As

Publication number Publication date
US20180252604A1 (en) 2018-09-06
US10444101B2 (en) 2019-10-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108534922A (zh) 传感器器件、力检测装置以及机器人
US10201902B2 (en) Force detector and robot
CN104596681B (zh) 传感器设备、力检测装置、机器人、电子部件输送装置、电子部件检查装置及部件加工装置
JP7022363B2 (ja) 力検出装置およびロボットシステム
JP5887911B2 (ja) センサーモジュール、力検出装置、ロボット
CN108709669A (zh) 传感器器件、力检测装置以及机器人
JP2003527046A (ja) パッケージングされたひずみアクチュエータ
US20120012701A1 (en) Sensor for measuring large mechanical strains with fine adjustment device
CN109211441A (zh) 力检测装置及机器人
JP6919964B2 (ja) センサチップ及び力覚センサ装置
US8607640B2 (en) Sensor for measuring large mechanical strains in shear or lateral translation
JP2021071305A (ja) 力覚センサ装置
JP6285541B2 (ja) 加速度検出装置
US20080127727A1 (en) Piezoelectric Sensor Comprising a Thermal Sensor and an Amplifier Circuit
JP2015087289A (ja) センサー素子、力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置および部品加工装置
JP6996344B2 (ja) センサーデバイス、力検出装置およびロボット
JP6477843B2 (ja) 力検出装置、およびロボット
Gesang et al. Use of adhesives in manufacturing adaptronic microsystems for lightweight structures
CN104596678A (zh) 力检测装置、机器人、电子部件输送装置以及检查装置
JP6996309B2 (ja) センサーデバイス、力検出装置およびロボット
JP6957823B2 (ja) センサチップ及び力覚センサ装置
JP2000275126A (ja) 力センサ回路
US9032608B2 (en) Method for manufacturing at least one mechanical-electrical energy conversion system
JP6919965B2 (ja) センサチップ及び力覚センサ装置
JP2013130432A (ja) センサーデバイス、センサーモジュール、力検出装置及びロボット

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180914

RJ01 Rejection of invention patent application after publication