CN110208575A - 传感器设备、力检测装置及机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了能够抑制盖体和力检测部的干扰，能够发挥优异的力检测特性的传感器设备、力检测装置及机器人。传感器设备具有：基体，具有凹部；盖体，封闭所述凹部的开口；力检测部，配置于所述凹部，根据受到的外力输出电荷；以及电子部件，配置于所述凹部，与所述力检测部电连接，在所述盖体的厚度方向上，所述电子部件和所述盖体的分离距离大于所述力检测部和所述盖体的分离距离。
Description
技术领域
本发明涉及传感器设备、力检测装置及机器人。
背景技术
专利文献1中记载的传感器设备是能够分别独立地检测X轴、Y轴及Z轴的加速度的加速度传感器，具有传感器基台、在传感器基台上安装的电路基板、在电路基板上安装的层叠压电元件及处理来自层叠压电元件的信号的处理电路、收纳层叠压电元件及处理电路的盖体(罩)。
专利文献1：日本特开2000-314744号公报
但是，在这样的传感器中，根据处理电路中包括的电子部件(例如电阻、电容器、运算放大器等)的大小，电子部件会干扰盖体。因此，例如将层叠压电元件夹在电路基板和盖体之间，通过盖体向电路基板按压层叠压电元件，在希望对层叠压电元件进行加压的情况下，由于电子部件和盖体的干扰，存在无法正确地对层叠压电元件进行加压，加速度检测特性下降的危险。
发明内容
本发明的目的在于提供抑制盖体和电子部件的干扰，能够发挥优异的力检测特性的传感器设备、力检测装置及机器人。
本发明的一方面的传感器设备，具有：基体，具有凹部；盖体，封闭所述凹部的开口；力检测部，在所述凹部内配置，根据受到的外力输出电荷；以及电子部件，在所述凹部内配置，与所述力检测部电连接，所述电子部件和所述盖体的分离距离大于所述力检测部和所述盖体的分离距离。
由此，能够有效地抑制盖体和电子部件的干扰(接触)，能够以期望的压缩力对力检测部进行加压。因此，能够得到能够发挥优异的力检测特性的传感器设备。此外，由于盖体和电子部件的接触被抑制，因此能够抑制电子部件的破损或剥离等，传感器设备的可靠性得以提高。
在本发明的一方面中，优选地，所述盖体在从所述盖体的厚度方向观察的俯视观察时，具有：中央部；外缘部，呈包围所述中央部的框状并与所述基体接合；以及框状的连接部，位于所述中央部和所述外缘部之间，连接所述中央部和所述外缘部，在所述俯视观察时，所述力检测部及所述电子部件与所述中央部重叠。
由此，例如与电子部件与外缘部重叠的情况相比较，能够确保电子部件和盖体的分离距离较长，能够确保该分离距离更大。
在本发明的一方面中，优选地，在从与所述盖体的厚度方向正交的方向观察的剖视观察时，所述连接部呈连接所述中央部的外缘和所述外缘部的内缘的锥状。
由此，能够得到容易变形的盖体。
在本发明的一方面中，优选地，所述传感器设备具有接合部件，所述接合部件位于所述基体和所述盖体之间，将所述基体和所述盖体接合，在从与所述盖体的厚度方向正交的方向观察的剖视观察时，所述接合部件和所述盖体的接合面位于所述力检测部的所述盖体侧的端部和所述电子部件的所述盖体侧的端部之间。
由此，通过与力检测部抵接，盖体的变形被限制，能够抑制盖体向接合部件与盖体的接合面下方挠曲变形。因此，能够更可靠地抑制盖体和电子部件的接触。
在本发明的一方面中，优选地，所述凹部被所述盖体封闭，所述凹部内呈减压状态。
由此，能够有效地抑制电路部的特性的劣化、变动。
在本发明的一方面中，优选地，所述凹部内的气压在0.01Pa以上且1000Pa以下。
由此，能够更有效地抑制电路部的特性的劣化、变动。
在本发明的一方面中，优选地，所述凹部内填充有惰性气体。
由此，能够有效地抑制电路部的特性的劣化、变动。
在本发明的一方面中，优选地，优选具有电路部，所述电路部具备所述电子部件，将从所述力检测部输出的电荷转换为电压。
由此，能够将力检测部和电路部配置得更近，能够以低噪声高精度地处理从力检测部输出的电荷。因此，传感器设备能够高精度地检测受到的外力。
在本发明的一方面中，优选地，作为所述电子部件，所述电路部具有被输入所述电荷的电阻、蓄积所述电荷的蓄电部、放大基于所述电荷的电压的放大器中的至少一个。
由此，能够保护各部分不受水分(湿气)影响，能够抑制起因于湿度的电路部的电路特性的劣化、变动。
在本发明的一方面中，优选地，所述力检测部具有：第一压电元件，根据第一方向的外力输出第一电荷；以及第二压电元件，根据与所述第一方向不同的第二方向的外力输出第二电荷，所述电路部具有：第一电路部，处理所述第一电荷；以及第二电路部，处理所述第二电荷，在俯视观察所述基体时，所述第一电路部位于所述力检测部的一侧，所述第二电路部位于另一侧。
由此，能够将第一电路部和第二电路部在凹部内尽量分离配置。因此，能够减轻第一电路部和第二电路部的干扰，能够有效地抑制来自第二电路部的噪声影响第一电荷，相反地来自第一电路部的噪声影响第二电荷。因此，通过第一电路部能够高精度地处理第一电荷，通过第二电路部能够高精度地处理第二电荷。结果，能够得到能够高精度地检测受到的外力，能够发挥优异的力检测特性的传感器设备。
在本发明的一方面中，优选地，在俯视观察所述基体时，所述第一电路部及所述第二电路部以相对于所述力检测部对称的方式配置。
由此，能够使第一、第二电路部的电路特性几乎互相相等。因此，能够得到能够同等地处理第一电荷和第二电荷，能够高精度地检测受到的外力的传感器设备。
在本发明的一方面中，优选地，所述第一压电元件及所述第二压电元件分别包括水晶。
由此，能够得到第一、第二压电元件的结构变简单，并且具有高灵敏度、大动态范围、高刚性等优异特性的力检测部。
本发明的一方面的力检测装置，具备：第一基部；第二基部；以及本发明的一方面的传感器设备，在所述第一基部和所述第二基部之间设置。
根据这种力检测装置，由于具备本发明的一方面的传感器设备，因此能够高精度地检测外力。
本发明的一方面的机器人，具备：基台；臂，与所述基台连接；以及本发明的一方面的力检测装置。
根据这种机器人，由于具备本发明的一方面的力检测装置，因此能够执行更精密的作业。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式所涉及的传感器设备的俯视图。
图2是图1中的A-A线截面图。
图3是图1中的B-B线截面图。
图4是图1所示的传感器设备的俯视图。
图5是示出图1所示的传感器设备的制造方法的侧视图。
图6是图1所示的传感器设备具有的力检测元件的截面图。
图7是图6所示的力检测元件的立体图。
图8是图1所示的传感器设备的俯视图。
图9是图1所示的传感器设备具有的第一电路部的电路图。
图10是图1所示的传感器设备具有的第二电路部的电路图。
图11是示出图1所示的传感器设备的使用状态的截面图。
图12是本发明的第二实施方式所涉及的传感器设备的俯视图。
图13是本发明的第三实施方式所涉及的传感器设备的俯视图。
图14是本发明的第四实施方式所涉及的力检测装置的立体图。
图15是图14所示的力检测装置的纵截面图。
图16是图14所示的力检测装置的横截面图。
图17是在力检测装置中配置的传感器设备的截面图。
图18是本发明的第五实施方式所涉及的机器人的立体图。
附图标记说明：
1...传感器设备；2...封装；20...密封部件；20a...上面；21...基体；22...基部；221、222、224、225、226...凹部；223...贯通孔；23...底部件；24...盖体；240...内面；241...中央部；241a...外缘；242...外缘部；242a...内缘；243...连接部；261、262、263、264...连接部件；28...外部端子；29...粘接剂；3...力检测元件；3a...上面；3b...下面；3c、3d、3e、3f...侧面；31、32...压电元件；311、315、319、321、325、329...接地电极层；312、314、316、318、322、324、326、328...压电体层；313、317、323、327...输出电极层；33、34...支撑基板；391、392、393、394...连接电极；4...电路部；4A...第一电路部；4B...第二电路部；40A、40B...电子部件；40A’、40B’...上面；1A、41B...电阻...；42A、42B...运算放大器；43A、43B...电容器；44A、44B...开关元件；45A、45B...电路元件；46A、46B...布线；5...壳体；50...加压螺栓；6...第一壳体部件；60...上面；61...顶板；611...贯通孔；62...壁部；620...内壁面；621...贯通孔；7...第二壳体部件；70...下面；71...底板；711...贯通孔；72...壁部；721...内螺纹孔；73...突出部；730...顶面；8...侧壁部；100...力检测装置；1000...机器人；1100...基台；1200...机械臂；1210、1220、1230、1240、1250、1260...臂；1700...末端执行器；A1...中心轴；BW...接合线；CL...线段；G1、G2...分离距离；H1、H2...按压部件；J...轴；L1、L2...虚拟线段；O...中心；P...箭头；Qa、Qb...电荷；...RE...辊式电极；S...收纳空间；S1...空间。
具体实施方式
下面，基于附图所示的优选的实施方式，对本发明的传感器设备、力检测装置及机器人进行详细说明。
第一实施方式
首先，对本发明的第一实施方式所涉及的传感器设备进行说明。
图1是本发明的第一实施方式所涉及的传感器设备的俯视图。图2是图1中的A-A线截面图。图3是图1中的B-B线截面图。图4是图1所示的传感器设备的俯视图。图5是示出图1所示的传感器设备的制造方法的侧视图。图6是图1所示的传感器设备具有的力检测元件的截面图。图7是图6所示的力检测元件的立体图。图8是图1所示的传感器设备的俯视图。图9是图1所示的传感器设备具有的第一电路部的电路图。图10是图1所示的传感器设备具有的第二电路部的电路图。图11是示出图1所示的传感器设备的使用状态的截面图。
此外，下面为了便于说明，将互相正交的三个轴作为A轴、B轴及C轴，此外，将示出各轴的箭头的前端侧作为“正侧”，将基端侧作为“负侧”。此外，将与A轴平行的方向称为“A轴方向(第一方向)”，将与B轴平行的方向称为“B轴方向(第二方向)”，将与C轴平行的方向称为“C轴方向”。此外，也将C轴方向正侧称为“上”，将C轴方向负侧称为“下”。此外，也将从C轴方向观察(基体21的俯视观察)称为“俯视观察”。
图1所示的传感器设备1具有封装2、收纳在封装2中的力检测元件3(力检测部)及电路部4。此外，电路部4具有第一电路部4A和第二电路部4B。这种传感器设备1在从C轴方向夹住且力检测元件3被加压的状态下被使用(参照图11)。此外，施加到传感器设备1上的外力(A轴方向的剪切力及B轴方向的剪切力)经由封装2传递到力检测元件3，基于受到的外力的信号(电荷)从力检测元件3输出，输出的信号在电路部4(第一电路部4A及第二电路部4B)中被处理。
在俯视观察时，封装2呈以A轴方向为长轴以B轴方向为短轴的大致长方形。封装2具有基体21、与基体21接合的盖体24。在封装2的内侧形成有密封的收纳空间S，在收纳空间S中分别收纳有力检测元件3、第一电路部4A及第二电路部4B。如此，通过在封装2中收纳力检测元件3、第一电路部4A及第二电路部4B，能够保护(防尘、防水)这些各部分不受外界影响。特别地，能够保护第一、第二电路部4A、4B不受水分(湿气)影响，能够抑制起因于水分的第一、第二电路部4A、4B的特性的劣化、变动。
作为收纳空间S的气氛，并不特别限定，优选是真空状态或接近它的状态(减压状态)，具体地，优选收纳空间S在0.01Pa以上1000Pa以下。由此，能够有效地抑制第一、第二电路部4A、4B的特性的劣化、变动。但是，收纳空间S除了真空状态之外，也可以替换为氮气、氩气、氦气等惰性气体。由此，与减压状态同样地，能够有效地抑制第一、第二电路部4A、4B的特性的劣化、变动。
如图2及图3所示，基台21具有基部22和底部件23。此外，基部22具有向上面开口的凹部221、向下面开口的凹部222、贯通凹部221、222的底面的中央部的贯通孔223。此外，底部件23呈板状，以封闭贯通孔223的下侧开口的方式与凹部222的底面接合。因此，通过贯通孔223和底部件23，形成有向凹部221的底面的中央部开口的凹部224。此外，以插入到凹部224内的方式，配置有力检测元件3，力检测元件3的下面3b通过粘接剂29与底部件23的上面接合。
此外，如图2所示，基部22位于凹部224的A轴方向负侧，具有向凹部221的底面开口的凹部225。在凹部225中配置有第一电路部4A具有的电路元件45A。此外，如图3所示，基部22位于凹部224的A轴方向正侧，具有向凹部221的底面开口的凹部226。在凹部226中配置有第二电路部4B具有的电路元件45B。如后文所述，由于电路元件45A、45B比第一、第二电路部4A、4B具有的其他电路元素高(厚)，因此通过在基体21中形成凹部225、226，并在其中配置电路元件45A、45B，能够实现封装2的低高度化。
此外，如图1所示，在基部22中设置有第一电路部4A具有的布线46A、第二电路部4B具有的布线46B。布线46A、46B分别至少有一部分在凹部221的底面配置。此外，如图2及图3所示，在基部22的下面设置有向封装2的外部露出，将第一电路部4A及第二电路部4B电连接的多个外部端子28。
作为基部22的构成材料，优选是具有绝缘性的材料，例如，优选以氧化铝、氧化锆等氧化物类陶瓷、碳化硅等碳化物类陶瓷、氮化硅等氮化物类陶瓷等各种陶瓷作为主要成分。由此，能够得到具有适当的刚性，同时绝缘性优异的基部22。因此，难以发生由封装2的变形导致的损伤，能够更可靠地保护在内部收容的力检测元件3及第一、第二电路部4A、4B。
此外，作为底部件23的构成材料，并不特别限定，例如可列举不锈钢、科瓦铁镍钴合金、铜、铁、碳钢、钛等各种金属材料等，其中特别优选是科瓦铁镍钴合金。由此，能够得到具有比较高的刚性，同时在被施加应力时会适当地弹性变形的底部件23。因此，能够经由底部件23将外力可靠地传递到力检测元件3，同时能够减轻由该外力导致的底部件23的破损的风险。此外，由于科瓦铁镍钴合金具有与基部22的构成材料即陶瓷比较接近的热膨胀系数，因此基体21中难以产生热应力(起因于基部22与底部件23的热膨胀系数的差的挠曲)，能够有效地抑制起因于热应力的输出漂移。
盖体24呈板状，以封闭在凹部221的C轴方向正侧形成的开口的方式经由密封部件20(接合部件)与基部22的上面接合。此外，作为密封部件20，只要能够将基体21和盖体24接合，则并不特别限定，例如能够由金、银、钛、铝、铜、铁或包含它们的合金等构成。
如图2、图3及图4所示，盖体24具有：中央部241；外缘部242，包围中央部241，呈沿外缘的框状；连接部243，位于中央部241和外缘部242之间，将它们连接。这种盖体24在外缘部242中经由密封部件20与基部22的上面接合。此外，中央部241相对于外缘部242错开地位于底部件23的相反侧(C轴方向正侧)。此外，在俯视观察时，中央部241的外缘241a位于比外缘部242的内缘242a更靠向内侧的位置。此外，连接部243为了连接外缘部242的内缘242a和中央部241的外缘241a而倾斜，呈向C轴方向正侧宽度变小的锥状。
如此，通过将盖体24设置为帽状，封装2的外周部被低高度化，相应地，能够实现封装2的小型化。此外，通过中央部241、连接部243、外缘部242的边界部分挠曲，能够缓和、吸收施加到盖体24上的应力。因此，能够抑制盖体24的剥离。特别地，如图5所示，盖体24使用缝焊与基部22的上面接合，但通过上述变形能够有效地缓和、吸收通过将辊式电极RE向外缘部242按压而产生的应力及通过辊式电极RE对盖体24进行加热而产生的热应力。因此，能够有效地抑制盖体24的破损，进一步，能够更可靠地对收纳空间S进行气密密封。特别地，通过连接部243呈锥状倾斜，上述效果更显著。但是，作为盖体24的形状，并不特别限定，例如连接部243也可以是沿C轴方向宽度一定的直线形状。此外，盖体24也可以是平板状，也可以与本实施方式相反，中央部241凹陷。
作为这种盖体24的构成材料，并不特别限定，但与上述底部件23同样地，可列举不锈钢、科瓦铁镍钴合金、铜、铁、碳钢、钛等各种金属材料等，其中特别优选是科瓦铁镍钴合金。由此，与底部件23同样地，能够更正确地将外力传递到力检测元件3，同时能够减轻盖体24因该外力而破损。此外，盖体24的构成材料既可以与底部件23的构成材料相同也可以不同，但优选相同。由此，能够更正确地将施加到封装2上的外力传递到力检测元件3。
力检测元件3具有输出与施加到力检测元件3上的外力的A轴方向的分量相应的电荷Qa(第一电荷)及与施加到力检测元件3上的外力的B轴方向的分量相应的电荷Qb(第二电荷)的功能。该力检测元件3，如图6所示，具有：压电元件31(第一压电元件)，根据A轴方向的外力(剪切力)输出电荷Qa；压电元件32(第二压电元件)，根据B轴方向的外力(剪切力)输出电荷Qb；一对支撑基板33、34。
此外，压电元件31是从下侧(C轴方向负侧)依次层叠有接地电极层311、压电体层312、输出电极层313、压电体层314、接地电极层315、压电体层316、输出电极层317、压电体层318、接地电极层319的结构。此外，压电元件32层叠在压电元件31上，是从下侧(C轴方向负侧)依次层叠有接地电极层321、压电体层322、输出电极层323、压电体层324、接地电极层325、压电体层326、输出电极层327、压电体层328、接地电极层329的结构。此外，在本实施方式中，接地电极层319、321被一体化(共通化)，但并不限于此。此外，压电元件31、32在C轴方向的层叠顺序也可以相反，此外，压电元件31、32也可以不层叠，而横向排列配置。
此外，压电体层312、314、316、318、322、324、326、328分别由水晶构成。由此，能够得到具有高灵敏度、大动态范围、高刚性等优异特性的力检测元件3。在压电体层312、316中，作为水晶的结晶轴的X轴(电气轴)朝向图6中的右侧(A轴方向正侧)，在压电体层314、318中，水晶的X轴朝向图6中的左侧(A轴方向负侧)。此外，在压电体层322、326中，水晶的X轴朝向图6中的纸面里侧(B轴方向正侧)，在压电体层324、328中，水晶的X轴朝向图6中的纸面前侧(B轴方向负侧)。这些各压电体层312、314、316、318、322、324、326、328分别由Y切割水晶板(以水晶的Y轴(机械轴)作为厚度方向的水晶板)构成。
但是，压电体层312、314、316、318、322、324、326、328也可以是使用了水晶以外的压电材料的结构。作为水晶以外的压电材料，例如可列举黄玉、钛酸钡、钛酸铅、钛酸锆酸铅(PZT：Pb(Zr，Ti)O3)、铌酸锂、钽酸锂等。
此外，接地电极层311、315、319(321)、325、329分别与基准电位(例如接地电位GND)电连接。此外，输出电极层313、317分别与第一电路部4A电连接，输出电极层323、327分别与第二电路部4B电连接。作为这些接地电极层311、315、319(321)、325、329及输出电极层313、317、323、327的构成材料，并不特别限定，例如可列举镍、金、钛、铝、铜、铁、铬或包括它们的合金等，能够使用这些中的一种或组合(例如层叠)使用两种以上。
一对支撑基板33、34以从上下夹住压电元件31、32的层叠体的方式配置。具体地，在压电元件31、32的层叠体的上面配置支撑基板33，在下面配置支撑基板34。由此，通过支撑基板33、34，能够覆盖接地电极层311、329，能够保护接地电极层311、319，同时能够抑制接地电极层311、329与封装2接触而产生意外的导通。
支撑基板33、34由水晶构成。支撑基板33与相邻的压电体层328是相同的结构。即，支撑基板33与压电体层328同样地由Y切割水晶板形成，水晶的X轴朝向图6中的纸面前侧(B轴方向负侧)。同样地，支撑基板34与相邻的压电体层312是相同的结构。即，支撑基板34与压电体层312同样地由Y切割水晶板形成，水晶的X轴朝向图6中的右侧(A轴方向正侧)。如此，通过使支撑基板33与相邻的压电体层328是相同的结构，使支撑基板34与相邻的压电体层312是相同的结构，能够得到它们的热膨胀系数，能够有效地减轻起因于热膨胀的输出漂移。
此外，支撑基板33的结晶轴也可以与压电体层328的结晶轴不一致，支撑基板34的结晶轴也可以与压电体层312的结晶轴不一致。此外，支撑基板33、34既可以分别由水晶以外的压电体构成，也可以是使用压电体以外的不具有导电性的材料的结构。此外，支撑基板33、34也可以省略。
此外，如图7所示，力检测元件3的整体形状是长方体。即，力检测元件3具有支撑基板33的上面即上面3a、支撑基板34的下面即下面3b、连接这些上面3a和下面3b的四个侧面3c、3d、3e、3f。此外，在朝向B轴方向负侧的侧面3c中，与各接地电极层311、315、319(321)、325、329电连接的连接电极391、与各输出电极层323、327电连接的连接电极392在宽度方向(A轴方向)上分离设置。此外，在本实施方式中，连接电极391位于A轴方向负侧，连接电极392位于X轴方向正侧。
此外，与侧面3c相对地，在朝向B轴方向正侧的侧面3e中，与各接地电极层311、315、319(321)、325、329电连接的连接电极393、与各输出电极层313、317电连接的连接电极394在宽度方向(A轴方向)上分离设置。此外，在本实施方式中，连接电极394位于A轴方向负侧，连接电极393位于X轴方向正侧。
如此，通过在侧面3c、3e中设置连接电极391、392、393、394，能够容易地进行力检测元件3和第一、第二电路部4A、4B的电连接。
此外，作为连接电极391、392、393、394的配置，并不特别限定，例如连接电极391、392、393、394既可以分别在力检测元件3的不同侧面分开配置，也可以在力检测元件3的一个侧面集中配置。此外，连接电极391、392、393、394也可以在力检测元件3的上面3a或下面3b配置。此外，作为力检测元件3的形状，并不特别限定，例如在俯视观察时也可以是圆形、椭圆形、三角形、正方形以外的四边形(长方形、梯形、平行四边形等)、五边形以上的多边形、不规则形状等任何形状。
以上，对力检测元件3进行了说明。这种力检测元件3，如图2及图3所示，其下面3b与封装2的凹部224的底面(底部件23的上面)通过绝缘性的粘接剂29接合。作为粘接剂29，并不特别限定，例如能够使用丙烯酸类树脂、苯酚类树脂、硅酮类树脂、环氧类树脂等。
此外，如图2及图3所示，在自然状态下，力检测元件3的上面3a和盖体24的中央部241隔着空隙相对配置。由此，通过被底部件23和盖体24夹着，能够有效地抑制意外的应力(检测对象以外的应力)施加到力检测元件3上，产生输出漂移。但是，并不限于此，力检测元件3的上面3a也可以与盖体24的中央部241接触。此外，也可以在力检测元件3的上面3a和盖体24的中央部241之间设置粘接剂(例如和粘接剂29相同的粘接剂)，通过该粘接剂使力检测元件3和盖体24接合。
第一电路部4A及第二电路部4B分别被收纳在封装2的收纳空间S中。如图8所示，在俯视观察时，第一电路部4A相对于力检测元件3位于一侧(A轴方向负侧)，第二电路部4B相对于力检测元件3位于另一侧(A轴方向正侧)。第一电路部4A是处理从力检测元件3输出的电荷Qa的电路，第二电路部4B是处理从力检测元件3输出的电荷Qb的电路。如此，通过将第一电路部4A和第二电路部4B相对于力检测元件3在相反侧设置，能够尽量将它们分离配置。因此，能够减轻第一电路部4A和第二电路部4B的干扰，能够有效地抑制来自第二电路部4B的噪声影响电荷Qa，相反地来自第一电路部4A的噪声影响电荷Qb。因此，抗噪声性提高，通过第一电路部4A能够高精度地处理电荷Qa，通过第二电路部4B能够高精度地处理电荷Qb。
第一电路部4A是将电荷Qa转换为电压Va的电路(电荷/电压转换电路)，如图9所示，具有被输入电荷Qa的电阻41A、对电荷Qa进行充电的电容器43A(蓄电部)，放大基于电荷Qa的电压的运算放大器42A(放大器)、开关元件44A和布线46A。
在这些电路元素中，电阻41A及电容器43A分别在凹部221的底面设置，运算放大器42A及开关元件44A在被作为电路元件45A一体化的基础上在凹部225的底面设置。此外，这些电阻41A、电容器43A及电路元件45A经由布线46A电连接。布线46A经由导电性的连接部件261、264(例如Ag糊剂、Cu糊剂、Au糊剂等各种金属糊剂)与力检测元件3的连接电极391、394电连接。由此，图9所示的电路被实现。此外，以下为了便于说明，将电阻41A、电容器43A及电路元件45A也分别称为“电子部件40A”。
电阻41A及电容器43A通过使用了金(Au)凸块等导电性凸块的倒装芯片安装与布线46A电连接，电路元件45A经由接合线BW与布线46A电连接。但是，电阻41A、电容器43A及电路元件45A和布线46A的电连接方法并不特别限定。此外，运算放大器42A及开关元件44A也可以分开形成。
第二电路部4B是将电荷Qb转换为电压Vb的电路(电荷/电压转换电路)，是与上述第一电路部4A相同的结构。即，第二电路部4B，如图10所示，具有被输入电荷Qb的电阻41B、对电荷Qb进行充电的电容器43B(蓄电部)，放大基于电荷Qb的电压的运算放大器42B(放大器)、开关元件44B和布线46B。
在这些电路元素中，电阻41B及电容器43B分别在凹部221的底面设置，运算放大器42B及开关元件44B在被作为电路元件45B一体化的基础上在凹部226的底面设置。此外，这些电阻41B、电容器43B及电路元件45B经由布线46B电连接。布线46B经由导电性的连接部件262、263(例如Ag糊剂、Cu糊剂、Au糊剂等各种金属糊剂)与力检测元件3的连接电极392、393电连接。由此，图10所示的电路被实现。此外，以下为了便于说明，将电阻41B、电容器43B及电路元件45B也分别称为“电子部件40B”。
电阻41B及电容器43B通过使用了金(Au)凸块等导电性凸块的倒装芯片安装与布线46B电连接，电路元件45B经由接合线BW与布线46B电连接。但是，电阻41B、电容器43B及电路元件45B和布线46B的电连接方法并不特别限定。此外，运算放大器42B及开关元件44B也可以分开形成。
在第一电路部4A中，电路元件45A比其他电子部件40A(即电阻41A及电容器43A)厚。因此，在本实施方式中，在凹部221的底面形成凹部225，在该凹部225的底面设置电路元件45A。由此，由于能够抑制电路元件45A的高度，因此能够抑制封装2的高高度化，此外，容易在电路元件45A上确保接合线BW的配置空间。
同样地，在第二电路部4B中，电路元件45B比其他电子部件40B(即电阻41B及电容器43B)厚。因此，在本实施方式中，在凹部221的底面形成凹部226，在该凹部226的底面设置电路元件45B。由此，由于能够抑制电路元件45B的高度，因此能够抑制封装2的高高度化，此外，容易在电路元件45B上确保接合线BW的配置空间。但是，也可以省略凹部225、226，在凹部221的底面配置电路元件45A、45B。
此外，如图4所示，在第一电路部4A中，在俯视观察时，电阻41A、电容器43A及电路元件45A全部与盖体24的中央部241重叠配置。如前所述，盖体24的中央部241比其他部分(外缘部242)向上侧偏移。因此，能够有效地抑制电阻41A、电容器43A及电路元件45A与盖体24的接触，能够抑制第一电路部4A的破损或错误动作。但是，并不限于此，例如电阻41A、电容器43A及电路元件45A中的至少一个在俯视观察时也可以在不与中央部241重叠的位置(即，中央部241的外侧，例如与外缘部242重叠的位置)配置。
同样地，在第二电路部4B中，在俯视观察时，电阻41B、电容器43B及电路元件45B全部与盖体24的中央部241重叠配置。因此，能够有效地抑制电阻41B、电容器43B及电路元件45B与盖体24的接触，能够抑制第二电路部4B的破损或错误动作。但是，并不限于此，例如电阻41B、电容器43B及电路元件45B中的至少一个在俯视观察时也可以在不与中央部241重叠的位置(即，中央部241的外侧，例如与外缘部242重叠的位置)配置。
通过将这种第一电路部4A及第二电路部4B收纳在封装2中，能够保护(防尘、防水)这些第一、第二电路部4A、4B。特别地，由于能够保护第一、第二电路部4A、4B不受水分(湿气)影响，能够有效地抑制它们的特性的劣化。例如，电容器43A、43B是对来自力检测元件3的电荷Qa、Qb进行充电的部分，但容易受到湿度导致的漏电流的影响。此外，运算放大器42A、42B会因湿度而导致输入侧的偏移电压发生变动。如此，由于第一、第二电路部4A、4B包括容易受到水分(湿度)的影响的电子部件40A、40B，因此通过将这些第一、第二电路部4A、4B收纳在封装2中进行防水，能够有效地抑制电路特性的劣化或变动，能够更高精度地将电荷Qa、Qb转换为电压Va、Vb。因此，通过传感器设备1，能够更高精度地检测受到的外力。
此外，通过将第一、第二电路部4A、4B收纳在封装2中，例如与第一、第二电路部4A、4B在封装2的外侧配置的情况相比较，能够缩短布线46A、46B的长度。因此，能够提高第一、第二电路部4A、4B的抗噪声性。
这里，如图2及图3所示，在将力检测元件3和盖体24的分离距离作为G1，将第一、第二电路部4A、4B具有的各电子部件40A、40B和盖体24的分离距离作为G2时，分离距离G1、G2满足G1＜G2的关系。即，分离距离G2比分离距离G1大。这里，分离距离G1是力检测元件3和盖体24在C轴方向上的最小分离距离，在本实施方式中，是力检测元件3和盖体24的内面240的分离距离。此外，分离距离G2是各电子部件40A、40B和盖体24在C轴方向上的最小分离距离，在本实施方式中，是各电子部件40A、40B的上面40A’、40B’和盖体24的内面240的分离距离。此外，分离距离G2既可以根据电子部件40A、40B而不同，也可以相同。
通过满足这种关系，能够发挥以下效果。例如，如在后述的第四实施方式中说明的那样，传感器设备1如图11所示，被一对按压部件H1、H2在C轴方向上夹持，在力检测元件3被向C轴方向加压的状态(被施加箭头P的压缩力的状态)下被使用。此外，在图11的状态下，盖体24挠曲变形，其内面240与力检测元件3的上面3a抵接。在满足G1＜G2时，在图11的状态下，能够有效地抑制盖体24和电子部件40A、40B的干扰(接触)。即，即使盖体24与力检测部件3抵接并挠曲变形，也能够有效地抑制盖体24和电子部件40A、40B的接触。因此，能够得到能够以期望的压缩力对力检测元件3进行加压，能够发挥优异的力检测特性的传感器设备1。此外，由于盖体24和电子部件40A、40B的接触被抑制，因此能够抑制电子部件40A、40B的破损或剥离等，传感器设备1的可靠性提高。
只要满足G1＜G2的关系，就能够发挥上述效果，但在这一关系中，优选满足5G1＜G2的关系，更优选满足10G1＜G2的关系，进一步优选满足20G1＜G2的关系。通过满足这种关系，能够更显著地发挥上述效果。即，在图11的状态下，能够更有效地抑制盖体24和电子部件40A、40B的干扰(接触)。这里，作为分离距离G1，并不特别限定，例如能够是1μm以上10μm以下。由此，即使考虑制造误差等，在自然状态下，也能够更可靠地使力检测元件3和盖体24分离。此外，在图11的状态下，能够有效地抑制盖体24过度挠曲变形、破损。
此外，如前所述，各电子部件40A、40B在俯视观察时，与盖体24的中央部241重叠。因此，例如与各电子部件40A、40B与外缘部242重叠的情况相比较，能够确保分离距离G2较长，能够确保分离距离G2相对于分离距离G1更大。
此外，如前所述，由于盖体24呈具有锥状的连接部243的帽状，因此容易挠曲变形。因此，在图11所示的状态下，能够容易地使盖体24变形，能够使盖体24更可靠地与力检测元件3抵接。因此，通过一对按压部件H1、H2，能够更可靠地对力检测元件3进行加压。此外，通过盖体24变形，应力难以传递到盖体24和基体21的接合部分，例如能够有效地抑制盖体24从基体21剥离。
此外，如图2及图3所示，密封部件20的上面20a(与盖体24的接合面)，在C轴方向上位于力检测元件3的上面3a(盖体24侧的端部)和各电子部件40A、40B的上面40A’、40B’(盖体侧的端部)之间。通过这种结构，如图11所示，通过与力检测元件3抵接，盖体24的变形被限制，能够抑制盖体24向上面20a下方挠曲变形。因此，能够更可靠地抑制盖体24与位于上面20a的下方的各电子部件40A、40B的接触。
此外，第一、第二电路部4A、4B在俯视观察时，以相对于力检测元件3对称的方式配置。具体地，在本实施方式中，第一电路部4A及第二电路部4B以相对于力检测元件3的中心O点对称(180°旋转对称)的方式配置。由此，能够使第一、第二电路部4A、4B的电路特性(布线长度、来自周围的影响等)、即电荷/电压转换特性几乎互相相等。因此，能够平衡地取出与A轴方向的外力(剪切力)相应的信号和与B轴方向的外力(剪切力)相应的信号，能够更高精度地检测受到的外力。
此外，第一电路部4A及第二电路部4B以相对于中心O点对称的方式配置，意味着至少各电路元素(电阻41A、41B、电容器43A、43B及电路元件45A、45B)以相对于中心O点对称的方式配置，意味着优选布线46A、46B也以相对于中心O点对称的方式配置。此外，第一电路部4A及第二电路部4B以相对于中心O点对称的方式配置，例如意思是包括设计上或制造上可能产生的误差，并不一定限于完全点对称。此外，意思是在俯视观察时，除了第一电路部4A及第二电路部4B的对称点与中心O一致的情况之外，也包括在与力检测元件3重叠的范围内，对称点从中心O偏离的情况。
由于第一电路部4A及第二电路部4B相对于中心O点对称，与此相应地，在力检测元件3中，在朝向B轴方向正侧的侧面3e中配置输出电荷Qa的连接电极394，在朝向B轴方向负侧的侧面3c中配置输出电荷Qb的连接电极392。此外，相对于力检测元件3，在B轴方向正侧配置有连接第一电路部4A和连接电极394的连接部件264，相对于力检测元件3，在B轴方向负侧配置有连接第二电路部4B和连接电极392的连接部件262。通过这种配置，能够以比较简单的配置使第一电路部4A及第二电路部4B以相对于力检测元件3的中心O点对称的方式配置。特别地，在本实施方式中，由于连接电极394偏向侧面3e的第一电路部4A侧(A轴方向负侧)配置，因此能够缩短连接连接电极394和电阻41A的布线长度。同样地，由于连接电极392偏向侧面3c的第二电路部4B侧(A轴方向正侧)配置，因此能够缩短连接连接电极392和电阻41B的布线长度。
以上对传感器设备1进行了说明。如前所述，这种传感器设备1具有：基体21，具有凹部221；盖体24，封闭凹部221的开口；力检测元件3(力检测部)，在凹部221内配置，根据受到的外力输出电荷；电子部件40A、40B，在凹部221内配置，与力检测元件3电连接。此外，电子部件40A、40B和盖体24的分离距离G2比力检测元件3和盖体24的分离距离G1大(G1＜G2)。由此，如图11所示，在传感器设备1的使用状态下，能够有效地抑制盖体24和电子部件40A、40B的干扰(接触)。因此，能够得到能够以期望的压缩力对力检测元件3进行加压，能够发挥优异的力检测特性的传感器设备1。此外，由于盖体24和电子部件40A、40B的接触被抑制，因此能够抑制电子部件40A、40B的破损或剥离等，传感器设备1的可靠性提高。
此外，如前所述，盖体24在从盖体24的厚度方向观察的俯视观察时，具有：中央部241；外缘部242，呈包围中央部241的框状，与基体21接合；框状的连接部243，位于中央部241和外缘部242之间，连接中央部241和外缘部242。此外，在俯视观察时，力检测元件3及电子部件40A、40B与中央部241重叠。由此，例如与各电子部件40A、40B与外缘部242重叠的情况相比较，能够确保分离距离G2较长，能够确保分离距离G2相对于分离距离G1更大。因此，能够有效地抑制盖体24和电子部件40A、40B的接触。
此外，如前所述，在从与盖体24的厚度方向正交的方向观察的剖视图中，连接部243呈连接中央部241的外缘241a和外缘部242的内缘242a的锥状。通过将盖体24设置为这种形状，能够得到容易挠曲的盖体24。因此，在图11所示的状态下，能够容易地使盖体24变形，能够使盖体24更可靠地与力检测元件3抵接。因此，通过一对按压部件H1、H2，能够更可靠地对力检测元件3进行加压。此外，通过盖体24变形，应力难以传递到盖体24和基体21的接合部分，例如能够有效地抑制盖体24从基体21剥离。
此外，如前所述，传感器设备1具有密封部件20(接合部件)，位于基体21和盖体24之间，将基体21和盖体24接合。此外，密封部件20的上面20a(与盖体24的接合面)在从与盖体24的厚度方向正交的方向观察的剖视图中，位于力检测元件3的上面3a(盖体24侧的端部。换言之，位于最靠向C轴方向正侧的部分)和电子部件40A、40B的上面40A’、40B’(盖体24侧的端部。换言之，位于最靠向C轴方向正侧的部分)之间。通过这种结构，如图11所示，通过与力检测元件3抵接，盖体24的变形被限制，能够抑制盖体24向上面20a下方挠曲变形。因此，能够更可靠地抑制盖体24与位于上面20a的下方的各电子部件40A、40B的接触。
此外，如前所述，凹部221被盖体24封闭。此外，优选凹部221内(收纳空间S)呈减压状态。由此，能够有效地抑制第一、第二电路部4A、4B的特性的劣化、变动。特别地，优选凹部221内(收纳空间S)的气压在0.01Pa以上1000Pa以下。由此，能够更有效地抑制第一、第二电路部4A、4B的特性的劣化、变动。
此外，如前所述，优选凹部221内(收纳空间S)填充有惰性气体。由此，能够有效地抑制第一、第二电路部4A、4B的特性的劣化、变动。
此外，如前所述，传感器设备1具有电路部4，具备电子部件40A、40B，将从力检测元件4输出的电荷Qa、Qb转换为电压Va、Vb。由此，能够将力检测元件3和电路部4配置得更近，能够以低噪声高精度地处理从力检测元件输出的电荷Qa、Qb。因此，传感器设备1能够高精度地检测受到的外力。
此外，如前所述，作为电子部件40A、40B，电路部4具有被输入电荷Qa、Qb的电阻41A、41B、蓄积电荷Qa、Qb的电容器43A、43B(蓄电部)及放大基于电荷Qa、Qb的电压的运算放大器42A、42B(放大器)中的至少一个。由此，能够保护电子部件40A、40B不受水分(湿气)影响，能够抑制起因于湿度的电路部4(第一电路部4A及第二电路部4B)的电路特性的劣化、变动。因此，传感器设备1能够高精度地检测受到的外力。特别地，在本实施方式中，由于电路部4包括电阻41A、41B、电容器43A、43B及运算放大器42A、42B全部，因此能够更显著地发挥上述效果。但是，并不限于此，既可以从第一电路部4A中省略电阻41A、电容器43A及运算放大部42A中的一个或两个，也可以从第二电路部4B中省略电阻41B、电容器43B及运算放大器42B中的一个或两个。
此外，如前所述，力检测元件3具有：压电元件31(第一压电元件)，根据A轴方向(第一方向)的外力输出电荷Qa(第一电荷)；压电元件32(第二压电元件)，根据B轴方向(与A轴方向不同的第二方向)的外力输出电荷Qb(第二电荷)。此外，电路部4具有：第一电路部4A，处理电荷Qa；第二电路部4B，处理电荷Qb。此外，在俯视观察(基体21的俯视观察)时，第一电路部4A位于力检测元件3的一侧(A轴方向负侧)，第二电路部4B位于另一侧(A轴方向正侧)。如此，通过将第一电路部4A和第二电路部4B相对于力检测元件3设置在相反侧，能够尽量将它们分离配置。因此，能够减轻第一电路部4A和第二电路部4B的干扰，能够有效地抑制来自第二电路部4B的噪声影响电荷Qa，相反地来自第一电路部4A的噪声影响电荷Qb。因此，通过第一电路部4A能够高精度地处理电荷Qa，通过第二电路部4B能够高精度地处理电荷Qb。结果，传感器设备1能够高精度地检测受到的外力。
此外，第一电路部4A位于力检测元件3的一侧，第二电路部4B位于另一侧，意味着至少第一电路部4A具有的各电路元素(电阻41A、电容器43A及电路元件45A)位于力检测元件3的一侧(比图8中的虚拟线段L1更靠向A轴方向负侧)，第二电路部4B具有的各电路元素(电阻41B、电容器43B及电路元件45B)位于力检测元件3的另一侧(比图8中的虚拟线段L2更靠向A轴方向正侧)。因此，例如关于布线46A，它的一部分也可以位于比虚拟线段L1更靠向A轴方向正侧的位置，关于布线46B，它的一部分也可以位于比虚拟线段L2更靠向A轴方向负侧的位置。
此外，在本实施方式中，力检测元件3具有压电元件31、32，但并不限于此，也可以省略压电元件31、32中的任一方。此外，电路部4具有第一电路部4A及第二电路部4B，但并不限于此，也可以省略第一电路部4A及第二电路部4B中的任一方。此外，只要至少具有一个电子部件40A、40B，则也可以省略电路部4。此外，电子部件40A、40B并不限于构成电路的部件，例如也可以是加速度传感器、角速度传感器、压力传感器、温度传感器等各种传感器。
此外，如前所述，在俯视观察(基体21的俯视观察)时，第一电路部4A及第二电路部4B以相对于力检测元件3对称的方式配置。由此，能够使第一、第二电路部4A、4B的电路特性(本实施方式中是电荷/电压转换特性)几乎互相相等。因此，能够得到能够平衡地取出与A轴方向的外力(剪切力)相应的信号和与B轴方向的外力(剪切力)相应的信号，能够更高精度地检测受到的外力的传感器设备1。
此外，如前所述，压电元件31及压电元件32分别包括水晶。由此，能够得到压电元件31、32的结构变简单，并且具有高灵敏度、大动态范围、高刚性等优异特性的力检测元件3。
第二实施方式
下面，对本发明的第二实施方式所涉及的传感器设备进行说明。
图12是本发明的第二实施方式所涉及的传感器设备的俯视图。
本实施方式所涉及的传感器设备1主要除了第一电路部4A和第二电路部4B的配置不同以外，与上述第一实施方式的传感器设备1相同。此外，在以下的说明中，关于第二实施方式的传感器设备1，以与上述第一实施方式的不同点为中心进行说明，省略对相同事项的说明。此外，在图12中，对于与上述第一实施方式相同的结构，赋予相同的符号。
如图12所示，在本实施方式中，第一、第二电路部4A、4B在俯视观察时以相对于力检测元件3对称的方式配置。具体地，第一电路部4A及第二电路部4B在俯视观察时与力检测元件3的中心O相交，以相对于在B轴方向上延伸的轴J线对称的方式配置。由此，与上述第一实施方式同样地，能够使第一、第二电路部4A、4B的电路特性(布线长度、来自周围的影响等)，即电荷/电压转换特性几乎互相相等。因此，能够得到能够平衡地取出与A轴方向的外力(剪切力)相应的信号和与B轴方向的外力(剪切力)相应的信号，能够更高精度地检测受到的外力的传感器设备1。
此外，第一电路部4A及第二电路部4B以相对于轴J线对称的方式配置，意味着至少各电路元素(电阻41A、41B、电容器43A、43B及电路元件45A、45B)以相对于轴J线对称的方式配置，优选意味着关于布线46A、46B，也以相对于轴J线对称的方式配置。此外，第一电路部4A及第二电路部4B以相对于轴J线对称的方式配置，例如意思是包括设计上或制造上可能产生的误差，并不限于完全线对称。此外，意思是在俯视观察时，除了第一电路部4A及第二电路部4B的对称轴即轴J与中心O一致的情况之外，也包括在与力检测元件3重叠的范围内，轴J从中心O偏离的情况。
由于第一电路部4A及第二电路部4B相对于轴J线对称，与此相应地，在力检测元件3中，在朝向B轴方向正侧的侧面3e中配置有输出电荷Qa的连接电极394和输出电荷Qb的连接电极392，在朝向B轴方向负侧的侧面3c中配置有连接电极391、393。此外，相对于力检测元件3，在B轴方向正侧配置有连接第一电路部4A和连接电极394的连接部件264和连接第二电路部4B和连接电极392的连接部件262。通过这种配置，能够以比较简单的配置使第一电路部4A及第二电路部4B以相对于轴J线对称的方式配置。
根据以上这种第二实施方式，也能够发挥与上述第一实施方式相同的效果。
第三实施方式
下面，对本发明的第三实施方式所涉及的传感器设备进行说明。
图13是本发明的第三实施方式所涉及的传感器设备的俯视图。
本实施方式所涉及的传感器设备1主要除了力检测元件3的结构不同以外，与上述第一实施方式的传感器设备1相同。此外，在以下的说明中，关于第三实施方式的传感器设备1，以与上述第一实施方式的不同点为中心进行说明，省略对相同事项的说明。此外，在图13中，对于与上述第一实施方式相同的结构，赋予相同的符号。
如图13所示，在本实施方式的传感器设备1的力检测元件3中，在朝向A轴方向负侧的侧面3f中设置有连接电极391、394，在朝向A轴方向正侧的侧面3d中设置有连接电极392、393。此外，相对于力检测元件3，在A轴方向负侧以位于力检测元件3和第一电路部4A之间的方式配置有连接部件261、264，相对于力检测元件3，在A轴方向正侧以位于力检测元件3和第二电路部4B之间的方式配置有连接部件262、263。在这种结构中，也与上述第一实施方式同样地，第一电路部4A和第二电路部4B相对于中心O点对称。
根据以上这种第三实施方式，也能够发挥与上述第一实施方式相同的效果。
第四实施方式
下面，对本发明的第四实施方式所涉及的力检测装置进行说明。
图14是本发明的第四实施方式所涉及的力检测装置的立体图。图15是图14所示的力检测装置的纵截面图。图16是图14所示的力检测装置的横截面图。图17是在力检测装置中配置的传感器设备的截面图。
此外，以下为了便于说明，将互相正交的三个轴作为α轴、β轴及γ轴，将示出各轴的箭头的前端侧作为“正侧”，将基端侧作为“负侧”。此外，将与α轴平行的方向称为“α轴方向”，将与β轴平行的方向称为“β轴方向”，将与γ轴平行的方向称为“γ轴方向”。此外，也将γ轴方向正侧称为“上”，将γ轴方向负侧称为“下”。此外，将从γ轴方向观察称为“俯视观察”。
图14所示的力检测装置100是能够检测出施加到力检测装置100上的外力的六轴分量的六轴力觉传感器。此外，六轴分量由互相正交的三个轴(图中是α轴、β轴及γ轴)各自方向上的平移力(剪切力)分量和绕这三个轴各自的轴的旋转力(转矩)分量构成。
力检测装置100具有绕其中心轴A1(γ轴)等间隔(90°间隔)配置的多个(本实施方式中是四个)传感器设备1和收纳这些传感器设备1的壳体5。在力检测装置100中，输出与各传感器设备1受到的外力相应的检测信号，通过处理这些检测信号，能够检测出施加到力检测装置100上的外力的六轴分量。下面对力检测装置100具备的各部分进行说明。
壳体
如图14所示，壳体5具有第一壳体部件6、相对于第一壳体部件6隔开间隔配置的第二壳体部件7、在第一壳体部件6及第二壳体部件7的外周部设置的侧壁部8。
此外，如图15所示，第一壳体部件6具有：顶板61(第一基部)；四个壁部62(第一加压部)，在顶板61的下面设置，绕中心轴A1等间隔(90°间隔)配置。此外，在顶板61上，在其中央部形成有沿中心轴A1的贯通孔611。此外，如图16所示，在各壁部62中形成有被插入后述的加压螺栓50的多个贯通孔621。此外，各壁部62的内壁面620(内侧的面)是相对于顶板61垂直的平面。
此外，如图15所示，第二壳体部件7具有：底板71(第二基部)；四个壁部72(第二加压部)，在底板71的上面设置，以与上述四个壁部62相对的方式绕中心轴A1等间隔(90°间隔)配置。此外，在底板71中，在其中央部形成有沿中心轴A1的贯通孔711。此外，各壁部72具有向相对的壁部62侧突出的突出部73，该突出部73的顶面730与内壁面620平行，相对于内壁面620隔着规定距离(能够插入传感器设备1的距离)相对。此外，如图16所示，在各壁部72中形成有多个与加压螺栓50的前端部螺合的内螺纹孔721。
此外，侧壁部8呈圆筒状，其上端部及下端部分别相对于第一壳体部件6及第二壳体部件7通过例如螺钉紧固、嵌合等进行固定。此外，在由侧壁部8和上述第一壳体部件6的顶板61和第二壳体部件7的底板71包围的空间S1(力检测装置100的内部空间)中收纳有传感器设备1。
在以上这种壳体5中，第一壳体部件6的上面60例如作为安装在后述的机器人1000具备的末端执行器1700(被安装部件)上的安装面发挥功能，第二壳体部件7的下面70例如作为安装在后述的机器人1000具备的机械臂1200上的臂用安装面发挥功能。
此外，壳体5在俯视观察时的外形分别是圆形，但并不限于此，例如也可以是三角形、四边形、五边形等多边形、椭圆形、不规则形状等任何形状。此外，在本实施方式中，各壁部62由与顶板61不同的部件形成，相对于顶板61进行固定，但并不限于此，也可以和顶板61一体地形成。同样地，在本实施方式中，各壁部72由与底板71不同的部件形成，相对于底板71进行固定，但并不限于此，也可以与底板71一体地形成。
此外，作为第一壳体部件6、第二壳体部件7及侧壁部8的构成材料，分别并不特别限定，例如能够使用铝、不锈钢等金属材料、陶瓷等。此外，第一壳体部件6、第二壳体部件7及侧壁部8的构成材料既可以互相相同，也可以不同。
如图16所示，四个传感器设备1在俯视观察时以通过中心轴A1相对于与β轴平行的线段CL对称的方式配置。此外，各传感器设备1位于顶板61和底板71之间。此外，各传感器设备1位于壁部62和壁部72(突出部73)之间，被壁部62和壁部72(突出部73)夹持。具体地，如图17所示，各传感器设备1在使封装2的基体21朝向壁部72侧，使盖体24朝向壁部62侧的状态下，在壁部62、72之间配置。此外，基体21的底部件23与突出部73的顶面730抵接，盖体24的中央部241和壁部62的内壁面620接触。
如图16所示，加压螺栓50将壁部62和壁部72紧固连接，由此，第一壳体部件6和第二壳体部件7被固定。此外，通过拧紧加压螺栓50，位于壁部62和壁部72之间的传感器设备1(力检测元件3)被加压。即，在自然状态下，力检测元件3被施加图17中的箭头P所示的方向的圧缩力。如此，在自然状态下，通过对力检测元件3进行加压，能够高精度地检测出施加到力检测装置100上的外力的六轴分量。此外，通过适当调整加压螺栓50的紧固力，能够调整施加到力检测元件3上的加压。
加压螺栓50相对于各传感器设备1设置有一对，一对加压螺栓50位于传感器设备1的两侧。但是，作为加压螺栓50的配置，并不特别限定。此外，加压螺栓50只要根据需要设置即可，在不需要的情况下，也可以省略。
这种力检测装置100具有图中未示出的外力检测电路，该外力检测电路基于从各传感器设备1输出的电压Va、Vb，能够检测(运算)出α轴方向的平移力分量Fα、β轴方向的平移力分量Fβ、γ轴方向的平移力分量Fγ、绕α轴的旋转力分量Mα、绕β轴的旋转力分量Mβ、绕γ轴的旋转力分量Mγ。外力检测电路例如能够以具有AD转换器和与该AD转换器连接的CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)等的运算电路的方式构成。
以上对力检测装置100进行了说明。这种力检测装置100，如前所述，具备顶板61(第一基部)、底板71(第二基部)、在顶板61和底板71之间设置的传感器设备1(本发明的传感器设备)。根据这种力检测装置100，由于具备传感器设备1，因此能够更高精度地检测外力。
第五实施方式
下面，对本发明的第五实施方式所涉及的机器人进行说明。
图18是本发明的第五实施方式所涉及的机器人的立体图。
图18所示的机器人1000能够进行精密设备或构成它的部件等对象物的供料、卸料、输送及组装等作业。该机器人1000是单臂机器人，是所谓的六轴垂直多关节机器人。机器人1000具有基台1100、以转动自如的方式与基台1100连接的机械臂1200、力检测装置100和末端执行器1700。
基台1100例如是在地板、墙壁、天花板及能够移动的台车等上固定的部分。机械臂1200具有臂1210(第一臂)、臂1220(第二臂)、臂1230(第三臂)、臂1240(第四臂)、臂1250(第五臂)、臂1260(第六臂)。这些臂1210～1260从基端侧向前端侧按此顺序连接。各臂1210～1260能够相对于相邻的臂或基台1100转动。
在臂1260的前端连接有力检测装置100。力检测装置100对施加到在力检测装置100的前端安装的末端执行器1700上的力(包括转矩)进行检测。末端执行器1700是对机器人1000的作业对象即对象物进行作业的器具，由具有把持对象物的功能的手构成。此外，作为末端执行器1700，只要使用与机器人1000的作业内容等相应的器具即可，并不限于手，例如也可以是进行螺钉紧固的螺钉紧固器具或进行嵌合的嵌合器具等。
此外，虽然图中没有示出，但机器人1000具有驱动部，具备使一方的臂相对于另一方的臂(或基台1100)转动的电机等。此外，虽然图中没有示出，但机器人1000具有检测电机的旋转轴的旋转角度的角度传感器。
以上对机器人1000进行了说明。如前所述，这种机器人1000具有基台1100、与基台1100连接的机械臂1200(臂)、力检测装置100(本发明的力检测装置)。根据这种机器人1000，由于具备力检测装置100，例如通过将力检测装置100检测出的外力反馈到具有控制机器人1000的功能的控制部(图中未示出)，能够执行更精密的作业。此外，根据力检测装置100检测出的外力，机器人1000能够检测到末端执行器1700对障碍物的接触等。因此，能够容易地进行障碍物回避动作及对象物损伤回避动作等，机器人1000能够更安全地执行作业。
此外，力检测装置100也可以在相邻的臂和臂之间(例如臂1240、1250之间)设置。此外，机器人1000例如也可以是SCARA机器人、双臂机器人等其他机器人。此外，机器人1000具有的臂的数量，在本实施方式中是六个，但并不限于此，也可以是一至五个或七个以上。
以上基于图中示出的实施方式对本发明的传感器设备、力检测装置及机器人进行了说明，但本发明并不限于此，各部分的结构能够替换为具有相同功能的任意的结构。此外，也可以在本发明中添加其他任意的构成物。此外，本发明的传感器设备及力检测装置也可以组装到机器人以外的机器中，例如也可以搭载在汽车等移动体上。
Claims (14)
1.一种传感器设备，其特征在于，具有：
基体，具有凹部；
盖体，封闭所述凹部的开口；
力检测部，配置于所述凹部，根据受到的外力输出电荷；以及
电子部件，配置于所述凹部，与所述力检测部电连接，
在所述盖体的厚度方向上，所述电子部件和所述盖体的分离距离大于所述力检测部和所述盖体的分离距离。
2.根据权利要求1所述的传感器设备，其特征在于，
所述盖体在从所述盖体的厚度方向观察的俯视观察时，具有：
中央部；
外缘部，呈包围所述中央部的框状并与所述基体接合；以及
框状的连接部，位于所述中央部和所述外缘部之间，连接所述中央部和所述外缘部，
在所述俯视观察时，所述力检测部及所述电子部件与所述中央部重叠。
3.根据权利要求2所述的传感器设备，其特征在于，
在从与所述盖体的厚度方向正交的方向观察的剖视观察时，
所述连接部呈连接所述中央部的外缘和所述外缘部的内缘的锥状。
4.根据权利要求3所述的传感器设备，其特征在于，
所述传感器设备具有接合部件，所述接合部件位于所述基体和所述盖体之间，将所述基体和所述盖体接合，
在所述剖视观察时，所述接合部件和所述盖体的接合面位于所述力检测部的所述盖体侧的端部和所述电子部件的所述盖体侧的端部之间。
5.根据权利要求1所述的传感器设备，其特征在于，
所述凹部被所述盖体封闭，所述凹部内呈减压状态。
6.根据权利要求5所述的传感器设备，其特征在于，
所述凹部内的气压在0.01Pa以上且1000Pa以下。
7.根据权利要求1所述的传感器设备，其特征在于，
所述凹部内填充有惰性气体。
8.根据权利要求1所述的传感器设备，其特征在于，
所述传感器设备具有电路部，所述电路部将从所述力检测部输出的电荷转换为电压。
9.根据权利要求8所述的传感器设备，其特征在于，
作为所述电子部件，所述电路部具有被输入所述电荷的电阻、蓄积所述电荷的蓄电部或放大基于所述电荷的电压的放大器。
10.根据权利要求8或9所述的传感器设备，其特征在于，
所述力检测部具有：
第一压电元件，根据第一方向的外力输出第一电荷；以及
第二压电元件，根据与所述第一方向不同的第二方向的外力输出第二电荷，
所述电路部具有：
第一电路部，处理所述第一电荷；以及
第二电路部，处理所述第二电荷，
在俯视观察所述基体时，所述力检测部位于所述第一电路部和所述第二电路部之间。
11.根据权利要求10所述的传感器设备，其特征在于，
在俯视观察所述基体时，所述第一电路部及所述第二电路部以相对于所述力检测部对称的方式配置。
12.根据权利要求10所述的传感器设备，其特征在于，
所述第一压电元件及所述第二压电元件包括水晶。
13.一种力检测装置，其特征在于，具备：
第一基部；
第二基部；
权利要求1至12中任一项所述的传感器设备，被所述第一基部和所述第二基部夹持；以及
螺栓，将所述第一基部和所述第二基部紧固连接。
14.一种机器人，其特征在于，具备：
基台；
臂，与所述基台连接；以及
权利要求13所述的力检测装置。
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