JP2013200237A - センサーモジュール、応力検出装置及びロボット - Google Patents

Abstract

【課題】センサー素子が位置精度良く基板に設置されたセンサーモジュールを生産性よく製造できる構造のセンサーモジュールを提供する。
【解決手段】センサーモジュール１は平面視で複数の突起２０を有する配線基板８と、複数の突起２０と接触し応力を検出する第１センサー素子５と、を備え、複数の突起２０は第１センサー素子５を配線基板８に固定して支持する。
【選択図】図３

Description

本発明は、センサーモジュール、応力検出装置及びロボットに関するものである。

ロボットの腕部の一端にロボットハンドやツールを設置し、作業を行うロボットが広く用いられている。そして、腕部にセンサーモジュールを設置し腕部に加わる応力を検出することにより、動作を変更するロボットが研究されている。そして、応力を検出するセンサーモジュールが特許文献１に開示されている。それによると、薄円板に押圧力及び剪断力に感応する複数の測定素子が溶接により固定されている。

そして、各測定素子は加わる力をＸ、Ｙ、Ｚ方向の分力に分けて検出する。次に、各測定素子が検出した分力を用いてセンサーモジュールに加わる押圧力、剪断力及びトルクを演算していた。センサーモジュールに加わるトルクを演算するときには測定素子が検出する力の情報と各測定素子の位置情報とを用いる。従って、センサーモジュールに加わるトルクを精度良く演算するためには各測定素子の高い精度の位置情報を取得する必要がある。そのためには各測定素子の相対位置を所定の位置に精度良く配置することが有効である。

特開平４−２３１８２７号公報

基板に測定素子を固定するとき基板に測定素子を位置合わせした後に溶接、半田付け、ロー付け、接着する等の方法が用いられる。このとき、位置合わせした時から固着するまでの間に測定素子が移動するので位置精度良く固定するのは難しい。

そこで、基板に刃工具を用いて測定素子の形状に合わせた孔を形成し、この孔に測定素子を設置する方法が考えられる。例えば、測定素子が四角形のときには基板に四角の孔をあける。次に、孔に測定素子を挿入して設置することで基板の孔に倣って測定素子が位置するので位置精度良く基板に測定素子を設置することができる。

このとき、孔と測定素子とは孔の側面と測定素子の側面とが接触する。各面には凹凸があり面と面とを接触させるときに各面が接触する場所は定まらない。従って、各面の総ての場所の面精度を管理する必要があるので、作業工数の多い工程となっていた。そこで、測定素子が位置精度良く基板に設置されたセンサーモジュールを生産性よく製造できる構造のセンサーモジュールが望まれていた。

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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
本適用例にかかるセンサーモジュールであって、貫通孔の内壁面に複数の凸部を有する基板と、前記貫通孔に設置され応力を検出するセンサー素子と、を備え、前記複数の凸部は前記センサー素子と接触して支持することを特徴とする。

本適用例によれば、センサーモジュールは基板及びセンサー素子を備えている。そして、基板には貫通孔が設置され、貫通孔の内壁面には複数の凸部が設置されている。凸部はセンサー素子と接触しセンサー素子を支持している。これにより、基板に対するセンサー素子の位置は凸部とセンサー素子が凸部と接触している場所により確定される。そして、センサー素子が設置された貫通孔の内壁面のうちセンサー素子と接する凸部とセンサー素子のうち凸部と接触する場所との形状を精度良く形成することにより加工工程を簡略しつつ基板とセンサー素子との相対位置を精度良く組み合わせることができる。

基板にセンサー素子の形状の孔を明けて、この孔にセンサー素子を設置する方法がある。このときには、孔とセンサー素子とが接触する場所は不特定になる。従って、孔の形状とセンサー素子のうち接触する可能性のある場所の総ての形状を精度良く形成する必要がある。この方法に比べて、本適用例では、凸部とセンサー素子の一部を精度良く形成することで良い為、センサー素子が位置精度良く基板に設置されたセンサーモジュールを生産性よく製造することができる。

［適用例２］
上記適用例にかかるセンサーモジュールにおいて、前記基板の断面視において前記凸部は前記基板の表面に対して斜めの斜面であり、前記センサー素子が前記凸部と接触する接触面は前記斜面と平行であることを特徴とする。

本適用例によれば、凸部は基板の表面に対して斜めの斜面となっている。そして、センサー素子が凸部と接触する接触面は斜面と平行となっている。従って、センサー素子が凸部と接触するとき、センサー素子及び基板に重力が作用してセンサー素子が凸部に押圧される。従って、センサー素子と凸部との間に隙間をあけることなく接触させることができる。その結果、センサー素子を基板に位置精度良く配置することができる。

［適用例３］
上記適用例にかかるセンサーモジュールにおいて、前記凸部は前記センサー素子を挟むように向かい合って突出する第１凸部及び第２凸部を有し、前記第１凸部及び前記第２凸部の前記斜面が前記表面となす角度は同じ角度であることを特徴とする。

本適用例によれば、基板には第１凸部及び第２凸部が設置され、センサー素子を挟むように第１凸部及び第２凸部の突出する向きが向かい合っている。そして、第１凸部及び第２凸部の斜面は同じ角度となっている。第１凸部と第２凸部との間にセンサー素子を設置するとき、センサー素子及び基板に重力が作用する。そして、第１凸部の斜面とセンサー素子の接触面が摺動し、第２凸部の斜面とセンサー素子の接触面が摺動する。従って、センサー素子を第１凸部と第２凸部との真中の位置に設置させることができる。

［適用例４］
上記適用例にかかるセンサーモジュールにおいて、前記凸部は前記センサー素子を挟むように向かい合って突出する第１凸部及び第２凸部を有し、前記基板の断面視において前記第１凸部は前記基板の表面に対して斜めの斜面を有し、前記基板の断面視において前記第２凸部は前記基板の前記表面に対して直交する直交面を有し、前記センサー素子が前記第１凸部と接触する第１接触面は前記斜面と平行であり、前記センサー素子が前記第２凸部と接触する第２接触面は前記直交面と平行であることを特徴とする。

本適用例によれば、基板には第１凸部及び第２凸部が設置され、センサー素子を挟むように第１凸部及び第２凸部の突出する向きが向かい合っている。そして、第１凸部は基板の表面に対して斜めの斜面を有し、第２凸部は基板の表面に対して直交する直交面を有している。センサー素子の第１接触面が第１凸部と接触し、第２接触面が第２凸部と接触する。そして、第１接触面は斜面と平行であり、第２接触面は直交面と平行となっている。

第１凸部と第２凸部との間にセンサー素子を設置するとき、センサー素子及び基板に重力が作用する。そして、第１凸部の斜面とセンサー素子の第１接触面が摺動し、センサー素子は第２凸部側へ移動する。これにより、センサー素子の直交面は第２凸部と接触する。直交面は基板の表面に対して直交しているので平面位置を精度良く形成することができる。従って、基板に対してセンサー素子を位置精度良く設置することが容易にできる。

［適用例５］
上記適用例にかかるセンサーモジュールにおいて、前記センサー素子は交差する４つの前記接触面で前記凸部と接触し、４つの前記接触面のうち３つの前記接触面では１つの前記凸部と接触し、残る１つの前記接触面では２つの前記凸部と接触することを特徴とする。

本適用例によれば、センサー素子は交差する４つの接触面を有している。そして、この４つの各接触面で基板の凸部と接触している。１つの接触面では２つの凸部と接触している。これにより、基板におけるセンサー素子の向きが確定される。そして、３つの接触面ではそれぞれ１つの凸部と接触している。これにより、基板におけるセンサー素子の位置が確定される。従って、５つの凸部によりセンサー素子の向きと位置とを確定して固定することができる。

［適用例６］
上記適用例にかかるセンサーモジュールにおいて、前記残る１つの前記接触面における前記２つの前記凸部を通る方向の前記接触面の長さを面長さとするとき、前記２つの前記凸部における前記凸部の間隔は前記面長さの半分より長いことを特徴とする。

本適用例によれば、２つの凸部の間隔は面長さの半分より長く設定されている。２つの凸部の位置が製造上の理由により誤差が生じるとき、２つの凸部の間隔が離れている方が近いときに比べて面の角度の誤差を小さくすることができる。従って、凸部の間隔が面長さの半分より短いときに比べて長いときの方がセンサー素子の面の角度を精度良く基板に設置することができる。

［適用例７］
上記適用例にかかるセンサーモジュールにおいて、前記基板は前記凸部の位置の基準となる基準部を備えることを特徴とする。

本適用例によれば、基板は基準部を備えている。そして、複数の凸部は基準部を基準に位置が設定されている。そして、センサー素子は凸部と接して設置されているので、センサー素子は基準部を基準として位置が確定されている。従って、センサーモジュールを設置するとき基準部を位置精度良く設置することによりセンサー素子を位置精度良く設置することができる。

［適用例８］
上記適用例にかかるセンサーモジュールにおいて、前記基板に３つ以上の前記センサー素子が設置されていることを特徴とする。

本適用例によれば、センサーモジュールには３つ以上のセンサー素子が設置されている。そして、各センサー素子は位置精度良く設置されている。センサーモジュールに応力が加わるとき、各センサー素子に加わる応力を検出することができる。従って、各センサー素子に加わる応力の差を用いてセンサーモジュールに加わるトルクを検出することができる。

［適用例９］
本適用例にかかる応力検出装置であって、応力を検出する複数のセンサー素子が基板に設置されたセンサーモジュールと、前記複数のセンサー素子の出力を用いて前記センサーモジュールに加わる前記応力を演算する演算部と、を備え、前記基板は平面視で複数の凸部を有し、前記センサー素子は前記複数の凸部と接触し、前記複数の凸部は前記基板に前記センサー素子を固定して支持することを特徴とする。

本適用例によれば、応力検出装置はセンサーモジュールと応力を演算する演算部とを備えている。そして、センサーモジュールには複数のセンサー素子が位置精度良く設置されている。センサー素子は応力を検出する。演算部は各センサー素子が検出する応力と各センサー素子の位置から応力検出装置に加わるトルクを精度良く演算して出力することができる。

［適用例１０］
本適用例にかかるロボットであって、可動部と、前記可動部に設置され前記可動部に加わる応力を検出するセンサーモジュールと、を備え、前記センサーモジュールは、平面視で複数の凸部を有する基板と、前記複数の凸部と接触し前記応力を検出するセンサー素子と、を有し、前記複数の凸部は前記基板に前記センサー素子を固定して支持することを特徴とする。

本適用例によれば、ロボットは可動部を備え可動部を移動させて作業を行う。そして、センサーモジュールが可動部に加わる応力を検出する。センサーモジュールは基板に対して位置精度良く設置されている。従って、ロボットは可動部に加わる応力を検出した場所を位置精度良く認識することができる。さらに、センサーモジュールは生産性よく製造されている。その結果、ロボットは、基板にセンサー素子が位置精度良く設置され生産性よく製造されたセンサーモジュールを備えたロボットとすることができる。

［適用例１１］
上記適用例にかかるロボットにおいて、前記基板の断面視において前記凸部は前記基板の表面に対して斜めの斜面であり、前記センサー素子が前記凸部と接触する接触面は前記斜面と平行であることを特徴とする。

本適用例によれば、ロボットが備えるセンサーモジュールにおいて凸部は基板の表面に対して斜めの斜面となっている。そして、センサー素子が凸部と接触する接触面は斜面と平行となっている。従って、センサー素子が凸部と接触するとき、センサー素子に重力が作用してセンサー素子が凸部に押圧される。従って、センサー素子と凸部との間に隙間をあけることなく接触させることができる。その結果、センサー素子を基板に位置精度良く配置することができる。

第１の実施形態にかかわるセンサーモジュールの構造を示す概略分解斜視図。 （ａ）はセンサーモジュールの構造を示す模式平面図、（ｂ）はセンサーモジュールの構造を示す模式側断面図。 （ａ）は、センサー素子の支持構造を説明するための模式平面図、（ｂ）は、センサー素子の支持構造を説明するための模式側断面図。 （ａ）はセンサー素子の構造を示す模式側断面図、（ｂ）はセンサー素子の構造を示す模式平面図。 第２の実施形態にかかわり、（ａ）は、センサー素子の支持構造を説明するための模式平面図、（ｂ）は、センサー素子の支持構造を説明するための模式側断面図。 第３の実施形態にかかわり、（ａ）は、応力検出装置の構造を示す模式平面図、（ｂ）は、応力を算出する手順を説明するための概略斜視図。 第４の実施形態にかかわり、（ａ）〜（ｄ）は、突起の形状を説明するための要部模式平面図。 第５の実施形態にかかわり、（ａ）及び（ｂ）は、ロボットの構成を示す概略斜視図。

以下、実施例について図面に従って説明する。
尚、各図面における各部材は、各図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせて図示している。
（第１の実施形態）
本実施形態では、応力及びトルクのベクトル成分を検出するセンサーモジュールの特徴的な例について、図１〜図４に従って説明する。図１はセンサーモジュールの構造を示す概略分解斜視図である。

図１に示すように、センサーモジュール１は第１支持基板２を備えている。第１支持基板２は中央に円形の孔部２ａを有する円板である。第１支持基板２の図中上側に位置する上面２ｂには第１支持基板２の平面視が四角形で突出した第１下側受部２ｃ、第２下側受部２ｄ、第３下側受部２ｅが同心円上に設置されている。第１下側受部２ｃ、第２下側受部２ｄ、第３下側受部２ｅの四隅の近くには下側固定孔２ｆが設置されている。３つの下側受部の各々に４つの下側固定孔２ｆが設置されているので、下側固定孔２ｆの個数は１２個となっている。

第１支持基板２には第１本体固定孔２ｇと第２本体固定孔２ｈが形成されている。第１本体固定孔２ｇ及び第２本体固定孔２ｈはセンサーモジュール１を図示しない装置に固定するときの位置決め用の孔である。第１本体固定孔２ｇの形状は第１支持基板２の平面視で円形であり、第２本体固定孔２ｈの形状は一方向に長い孔となっている。第１本体固定孔２ｇ及び第２本体固定孔２ｈにピンを挿入して設置することにより位置精度良くセンサーモジュール１を図示しない装置に配置することができる。

上面２ｂには第１位置決めピン３及び第２位置決めピン４が設置されている。第１位置決めピン３及び第２位置決めピン４は第１本体固定孔２ｇ及び第２本体固定孔２ｈに対して位置精度良く設置されている。第１位置決めピン３及び第２位置決めピン４は棒状であり、第１支持基板２側と先端側の直径が異なっている。そして、第１位置決めピン３及び第２位置決めピン４の直径は第１支持基板２側が先端側より太い形状となっている。

第１下側受部２ｃに重ねてセンサー素子としての第１センサー素子５が設置され、第２下側受部２ｄに重ねてセンサー素子としての第２センサー素子６が設置されている。さらに、第３下側受部２ｅに重ねてセンサー素子としての第３センサー素子７が設置されている。第１センサー素子５は第１支持基板２側に四角の板状の受部５ａを備え、受部５ａ上に略四角柱状の外装部５ｂが固着されている。そして、第２センサー素子６及び第３センサー素子７も第１センサー素子５と同様の構造となっている。第２センサー素子６は受部６ａ上に外装部６ｂが固着され、第３センサー素子７は受部７ａ上に外装部７ｂが固着されている。

受部５ａ，受部６ａ，受部７ａに重ねて基板としての配線基板８が設置されている。配線基板８は第１支持基板２と同様に中央に孔部８ａを有する円板である。配線基板８は第１支持基板２を向く側に位置する表面としての実装面８ｂに第１センサー素子５、第２センサー素子６、第３センサー素子７を駆動する駆動素子９がそれぞれ設置されている。そして、第１センサー素子５、第２センサー素子６、第３センサー素子７はそれぞれ駆動素子９と図示しない配線により接続されている。駆動素子９には半導体により形成された電子回路が内蔵されている。

配線基板８は第１下側受部２ｃ、第２下側受部２ｄ、第３下側受部２ｅと対向する場所にそれぞれ貫通孔としての第１素子位置決孔８ｃ、第２素子位置決孔８ｄ、第３素子位置決孔８ｅを備えている。第１素子位置決孔８ｃの形状は第１素子位置決孔８ｃを貫通して第１センサー素子５の外装部５ｂが配置可能な形状となっている。同様に、第２素子位置決孔８ｄ、第３素子位置決孔８ｅの形状はそれぞれ第２素子位置決孔８ｄ、第３素子位置決孔８ｅを貫通して外装部６ｂ、外装部７ｂが配置可能な形状となっている。

配線基板８は第１位置決めピン３と対向する場所に基準部としての第１基板固定孔８ｇが設置され、第２位置決めピン４と対向する場所に基準部としての第２基板固定孔８ｈが設置されている。第１基板固定孔８ｇの形状は配線基板８の平面視で円形であり、第２基板固定孔８ｈの形状は一方向に長い孔となっている。そして、第２基板固定孔８ｈの長手方向は第１基板固定孔８ｇが通過する方向となっている。

第１位置決めピン３の先端が第１基板固定孔８ｇに挿入され、第２位置決めピン４の先端が第２基板固定孔８ｈに挿入される。このとき、第１位置決めピン３と第１基板固定孔８ｇとにより第１支持基板２と配線基板８との相対位置が確定し、第２位置決めピン４と第２基板固定孔８ｈとにより第１支持基板２と配線基板８との相対角度が確定する。従って、第１位置決めピン３と第２位置決めピン４との距離が変動するときにも第１支持基板２と配線基板８とが位置精度良く配置されるようになっている。

配線基板８は外周側に突出した接続部８ｉを備えている。接続部８ｉは配線基板８の平面視が四角形となっており、実装面８ｂには図示しない出力端子が複数設置されている。そして、実装面８ｂの駆動素子９と出力端子とは図示しない配線により接続されている。この出力端子から図示しない外部機器と電気信号の交信を行うことができる。

第１センサー素子５、第２センサー素子６、第３センサー素子７と重ねて第２支持基板１０が設置されている。第２支持基板１０は第１支持基板２と同形状の円板であり、中央に孔部１０ａが形成されている。第２支持基板１０において第１支持基板２の側である下面１０ｂには第１抑えピン１１及び第２抑えピン１２が設置されている。第１抑えピン１１は第１位置決めピン３と対向する場所に位置し、第１位置決めピン３と第１抑えピン１１とで配線基板８を挟んでいる。同様に、第２抑えピン１２は第２位置決めピン４と対向する場所に位置し、第２位置決めピン４と第２抑えピン１２とで配線基板８を挟んでいる。これにより、配線基板８が図中上下に移動しないようになっている。

下面１０ｂには第１下側受部２ｃと対向する場所に第１上側受部１０ｃが突出して設置されている。第１上側受部１０ｃの形状は、第２支持基板１０の平面視が外装部５ｂと同じ形状となっている。同様に、下面１０ｂには第２下側受部２ｄと対向する場所に第２上側受部１０ｄが突出して設置され、第３下側受部２ｅと対向する場所に第３上側受部１０ｅが突出して設置されている。第２支持基板１０の平面視において第２上側受部１０ｄの形状は外装部６ｂと同じ形状であり、第３上側受部１０ｅの形状は外装部７ｂと同じ形状となっている。

第２支持基板１０は第１支持基板２の下側固定孔２ｆと対向する場所に上側固定孔１０ｆが設置されている。上側固定孔１０ｆと下側固定孔２ｆとの直径は同じ寸法であり、個数も同じ数となっている。下側固定孔２ｆと上側固定孔１０ｆとを貫通して第１支持基板２側から固定ボルト１３が挿入され第２支持基板１０側からナット１４により固定されている。

第１支持基板２、第２支持基板１０、第１位置決めピン３、第２位置決めピン４、固定ボルト１３、ナット１４の材質は機械的強度があり変形し難い材質であれば良く、特に限定されない。例えば、第１支持基板２、第２支持基板１０、第１位置決めピン３、第２位置決めピン４、固定ボルト１３、ナット１４の材質は各種金属、セラミック、硬質プラスチック等を用いることができる。本実施形態では、例えば、第１支持基板２、第２支持基板１０、第１位置決めピン３、第２位置決めピン４、固定ボルト１３、ナット１４にステンレス鋼を用いている。

配線基板８の材質は機械的強度があり変形し難く絶縁性のある材質であれば良く、特に限定されない。本実施形態では、例えば、配線基板８の材質にはセラミックを用いている。第１抑えピン１１及び第２抑えピン１２は弾力性と耐久性のある部材であれば良く、シリコーンゴム、弾性ゴム、樹脂の他、コイルバネのように構造的に弾力性を有する部材を用いても良い。本実施形態では、例えば、第１抑えピン１１及び第２抑えピン１２にはシリコーンゴムを用いている。

図２（ａ）はセンサーモジュールの構造を示す模式平面図である。図２（ａ）に示すように、第１センサー素子５、第２センサー素子６、第３センサー素子７の各四隅の近くには固定ボルト１３及びナット１４が設置されている。配線基板８は固定ボルト１３間を通過して固定ボルト１３に接しない場所に配置されている。

図２（ｂ）はセンサーモジュールの構造を示す模式側断面図であり、図２（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った断面を示している。図２（ｂ）に示すように、第１センサー素子５は第１下側受部２ｃと第１上側受部１０ｃとに挟まれている。そして、第１センサー素子５の四隅の近くには固定ボルト１３とナット１４が設置され、第１支持基板２と第２支持基板１０とは固定ボルト１３及びナット１４により固定されている。固定ボルト１３とナット１４との締め具合を調整することにより、第１支持基板２と第２支持基板１０が第１センサー素子５を押圧する力を調整することが可能になっている。そして、第２センサー素子６及び第３センサー素子７も第１支持基板２と第２支持基板１０とに挟まれており、第２センサー素子６及び第３センサー素子７を押圧する力が調整されている。これにより、第１センサー素子５、第２センサー素子６、第３センサー素子７には与圧がかけられている。

第１素子位置決孔８ｃには外装部５ｂが挿入されている。そして、配線基板８の実装面８ｂには配線１５が設置され、受部５ａの外装部５ｂ側の面にも配線１６が設置されている。そして、配線１５と配線１６との間には導電部材１７が配置され、導電部材１７が配線１５と配線１６との間を通電させている。導電部材１７は導電性の部材であれば良く特に限定されない。銀ペースト、樹脂コアバンプ、ＦＰＣケーブル、導電膜等を用いることができる。本実施形態では、例えば、銀ペーストを用いている。

第１支持基板２に立設された第１位置決めピン３が配線基板８の第１基板固定孔８ｇに挿入されている。これにより、配線基板８は図中左右の位置が設定されている。そして、第２支持基板１０に立設された第１抑えピン１１と第１位置決めピン３とが配線基板８を挟んでいる。これにより、配線基板８は図中上下の位置が確定されている。尚、第２センサー素子６及び第３センサー素子７においても同様の構造となっており、説明を省略する。

図３（ａ）は、センサー素子の支持構造を説明するための模式平面図であり、図２（ｂ）のＢ−Ｂ’線に沿った断面を示している。図３（ｂ）は、センサー素子の支持構造を説明するための模式側断面図であり、図３（ａ）のＣ−Ｃ’線に沿った断面となっている。図３に示すように、第１素子位置決孔８ｃの内壁面８ｊには、第１突起２０ａ、第１凸部としての第２突起２０ｂ、第３突起２０ｃ、第４突起２０ｄ、第２凸部としての第５突起２０ｅの５つの凸部としての突起２０が設置されている。配線基板８の断面視において各突起２０の側面は配線基板８の表面に対して斜めの斜面となっている。

第１センサー素子５の外装部５ｂは第１素子位置決孔８ｃの内壁面８ｊと対向する場所が配線基板８の断面視において配線基板８の表面に対して斜めの斜面となっている。そして、この斜面は突起２０と接触する接触面となっている。４つの斜面のうち第１突起２０ａと対向する斜面を接触面としての第１側面５ｃ、第２突起２０ｂと対向する斜面を接触面としての第２側面５ｄとする。さらに、第３突起２０ｃ及び第４突起２０ｄと対向する斜面を接触面としての第３側面５ｅ、第５突起２０ｅと対向する斜面を接触面としての第４側面５ｆとする。

第１センサー素子５は第１側面５ｃ〜第４側面５ｆの４つの面で突起２０と接触している。第３側面５ｅでは第３突起２０ｃ及び第４突起２０ｄと接触している。これにより、配線基板８における第１センサー素子５の向きが確定される。そして、第１側面５ｃ、第２側面５ｄ、第４側面５ｆの３つの面では１つの突起２０と接触している。これにより、配線基板８における第１センサー素子５の位置が確定される。従って、５つの突起２０により第１センサー素子５の向きと位置とを確定して支持することができる。

５つの突起２０の先端の側面は第１側面５ｃ〜第４側面５ｆと接触する斜面２１である。この斜面２１のうち第１突起２０ａが第１側面５ｃと接触する斜面を第１斜面２１ａとし、第２突起２０ｂが第２側面５ｄと接触する斜面を第２斜面２１ｂとする。第３突起２０ｃが第３側面５ｅと接触する斜面を第３斜面２１ｃとし、第４突起２０ｄが第３側面５ｅと接触する斜面を第４斜面２１ｄとする。同様に、第５突起２０ｅが第４側面５ｆと接触する斜面を第５斜面２１ｅとする。

第１斜面２１ａは第１側面５ｃと平行であり、第２斜面２１ｂは第２側面５ｄと平行になっている。さらに、第３斜面２１ｃ及び第４斜面２１ｄは第３側面５ｅと平行であり、第５斜面２１ｅは第４側面５ｆと平行になっている。そして、実装面８ｂに対する各面の角度は同じ角度になっている。

配線基板８に重力が作用して配線基板８が第１センサー素子５に接近する力が作用するとき第１センサー素子５が突起２０に押圧される。これにより、第１センサー素子５と配線基板８とが相対的に配線基板８の平面方向に移動する。そして、第１斜面２１ａは第１側面５ｃと隙間なく接触し、第２斜面２１ｂは第２側面５ｄと隙間なく接触する。第３斜面２１ｃ及び第４斜面２１ｄは第３側面５ｅと隙間なく接触し、第５斜面２１ｅは第４側面５ｆと隙間なく接触する。その結果、第１センサー素子５を配線基板８に位置精度良く配置することができる。

第２突起２０ｂ及び第５突起２０ｅは突出する向きが向かい合って設置されている。そして、第２斜面２１ｂと第５斜面２１ｅは同じ角度となっている。第２突起２０ｂと第５突起２０ｅとの間に第１センサー素子５を設置するとき、配線基板８に重力が作用する。そして、第２斜面２１ｂと第２側面５ｄが摺動し、第５斜面２１ｅと第４側面５ｆが摺動する。従って、第１センサー素子５を第２突起２０ｂと第５突起２０ｅとの真中の位置に設置させることができる。

このとき、突起２０は第１センサー素子５と接触し、第１センサー素子５を固定して支持している。これにより、配線基板８に対する第１センサー素子５の位置は突起２０と第１センサー素子５とが接触している場所で確定される。そして、第１センサー素子５のうち突起２０と接触する場所の形状を精度良く形成し管理することにより配線基板８と第１センサー素子５との相対位置を精度良く確定することができる。

突起２０が設置されないときには第１センサー素子５の側面が総て第１素子位置決孔８ｃと接触するので、第１センサー素子５の側面総てを位置精度良く形成して管理する必要がある。このときに比べて、本実施形態では第１センサー素子５が突起２０と接触する場所を管理すれば良いため生産性良くセンサーモジュール１を製造することができる。

第３側面５ｅにおいて第３突起２０ｃの第３斜面２１ｃと第４突起２０ｄの第４斜面２１ｄが通る方向の第３側面５ｅの長さを面長さとしての面長２２とする。そして、第３斜面２１ｃと第４斜面２１ｄとの間隔２３は面長２２の半分より長く設定されている。第３突起２０ｃと第４突起２０ｄの位置が製造上の理由により誤差が生じるとき、第３突起２０ｃと第４突起２０ｄの間隔が離れている方が近いときに比べて第３側面５ｅの角度の誤差を小さくすることができる。従って、間隔２３が面長２２の半分より短いときに比べて長いときの方が精度良く第１センサー素子５を配線基板８に設置することができる。

第１基板固定孔８ｇ及び第２基板固定孔８ｈは突起２０の位置の基準となる配線基板８の基準部となっている。そして、第１本体固定孔２ｇ及び第２本体固定孔２ｈは第１基板固定孔８ｇ及び第２基板固定孔８ｈの位置の基準となるセンサーモジュール１の基準部となっている。従って、複数の突起２０はセンサーモジュール１の基準部を基準に位置が確定されている。そして、第１センサー素子５は突起２０と接して設置されているので、第１センサー素子５はセンサーモジュール１の基準部を基準として位置が確定されている。従って、センサーモジュール１を設置するときセンサーモジュール１の基準部を位置精度良く設置することにより第１センサー素子５を位置精度良く設置することができる。

以上、第１センサー素子５と第１素子位置決孔８ｃとの位置あわせの構造について説明した。第２センサー素子６と第２素子位置決孔８ｄとの位置あわせの構造についても同じである。同様に、第３センサー素子７と第３素子位置決孔８ｅとの位置あわせの構造についても同じであり、説明を省略する。

図４（ａ）はセンサー素子の構造を示す模式側断面図であり、図４（ｂ）はセンサー素子の構造を示す模式平面図である。図４（ｂ）は第１センサー素子５から外装部５ｂを外した図となっている。第２センサー素子６及び第３センサー素子７は第１センサー素子５と同じ構造である。第１センサー素子５を説明し第２センサー素子６及び第３センサー素子７の説明は省略する。図４（ａ）に示すように、第１センサー素子５では受部５ａ上に直方体状の検出部２４が立設され、検出部２４を覆って外装部５ｂが設置されている。受部５ａが延在する面内で直交する２方向をＸ方向とＹ方向とする。Ｘ方向及びＹ方向と直交し検出部２４が突出する方向をＺ方向とする。

外装部５ｂにおいてＺ方向に位置する部分を天井部５ｇとする。検出部２４のＺ方向側の面は外装部５ｂの天井部５ｇと接触している。そして、受部５ａ及び天井部５ｇから第１センサー素子５に加わる力が検出部２４を押圧する。

検出部２４は圧電性を有する部材を用いて構成される。この部材には例えば、水晶、チタン酸ジルコン酸塩（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃）ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムを用いることができる。本実施形態では、例えば、検出部２４の材料に水晶を用いている。

検出部２４は受部５ａ上に接地電極層２５、Ｙ分力検出部２６、接地電極層２５、Ｚ分力検出部２７、接地電極層２５、Ｘ分力検出部２８、接地電極層２５がこの順に重ねて設置されている。受部５ａと第１下側水晶板２６ａの間の接地電極層２５、各層の間の接地電極層２５、第３上側水晶板２８ｃと天井部５ｇとの間の接地電極層２５は検出部２４の−Ｙ方向の面にて接続され、受部５ａ上の接地電極層２５と接続される。

Ｙ分力検出部２６は第１下側水晶板２６ａ、Ｙ電極層２６ｂ、第１上側水晶板２６ｃがこの順に重ねて設置されている。第１下側水晶板２６ａ及び第１上側水晶板２６ｃは”Ｙカット水晶板”により形成されている。そして、圧電効果を発生させる結晶方向を圧電方向とする。このとき、第１下側水晶板２６ａの圧電方向は図中−Ｙ方向を向き、第１上側水晶板２６ｃの圧電方向は図中Ｙ方向を向いている。

Ｚ分力検出部２７は第２下側水晶板２７ａ、Ｚ電極層２７ｂ、第２上側水晶板２７ｃがこの順に重ねて設置されている。第２下側水晶板２７ａ及び第２上側水晶板２７ｃは”Ｘカット水晶板”により形成されている。そして、第２下側水晶板２７ａの圧電方向は図中Ｚ方向を向き、第２上側水晶板２７ｃの圧電方向は図中−Ｚ方向を向いている。

Ｘ分力検出部２８は第３下側水晶板２８ａ、Ｘ電極層２８ｂ、第３上側水晶板２８ｃがこの順に重ねて設置されている。第３下側水晶板２８ａ及び第３上側水晶板２８ｃは”Ｙカット水晶板”により形成されている。そして、第３下側水晶板２８ａの圧電方向は図中Ｘ方向を向き、第３上側水晶板２８ｃの圧電方向は図中−Ｘ方向を向いている。

センサーモジュール１では第１センサー素子５を第１支持基板２と第２支持基板１０とが挟んでおり、固定ボルト１３により加圧されている。これにより、受部５ａと天井部５ｇとが検出部２４を押圧する。従って、Ｚ分力検出部２７には圧縮させられる与圧が加わっている。第１支持基板２と第２支持基板１０との間にさらに圧縮力が加わって作用するときＺ分力検出部２７に加わる圧縮力が増加する。第１支持基板２と第２支持基板１０との間に張力が作用するときＺ分力検出部２７に加わる圧縮力が減少する。Ｚ分力検出部２７は圧縮力の増減の変化を微分した電気信号を出力する。Ｚ分力検出部２７は電気信号を接地電極層２５とＺ電極層２７ｂとの間に電圧信号にして出力する。

第１支持基板２と第２支持基板１０とを平行移動させる方向の外力が第１支持基板２及び第２支持基板１０に作用するとき、受部５ａ及び天井部５ｇを介して第１センサー素子５に剪断力が作用する。そして、剪断力のＸ方向の分力がＸ分力検出部２８に作用し、剪断力のＹ方向成分の分力がＹ分力検出部２６に作用する。そして、Ｘ分力検出部２８はＸ方向の剪断力の増減の変化を微分した電気信号を出力する。Ｙ分力検出部２６はＹ方向成分の剪断力の増減の変化を微分した電気信号を出力する。Ｙ分力検出部２６は電気信号を接地電極層２５とＹ電極層２６ｂとの間に電圧信号にして出力する。Ｘ分力検出部２８は電気信号を接地電極層２５とＸ電極層２８ｂとの間に電圧信号にして出力する。

図４（ｂ）に示すように、受部５ａ上には接地電極層２５、Ｙ電極層２６ｂ、Ｚ電極層２７ｂ、Ｘ電極層２８ｂが設置されている。接地電極層２５、Ｙ電極層２６ｂ、Ｚ電極層２７ｂ、Ｘ電極層２８ｂは導電部材１７を介して配線基板８の配線１５と接続されている。これにより、検出部２４が出力する電気信号は配線基板８上の駆動素子９に伝送される。

駆動素子９が出力する信号は図示しない配線により接続部８ｉの電極と接続されている。従って、検出部２４が出力する電気信号は接続部８ｉの電極を介して図示しない外部機器に出力することが可能になっている。

上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、センサーモジュール１は配線基板８及び第１センサー素子５を備えている。そして、配線基板８では第１素子位置決孔８ｃの内壁面８ｊに複数の突起２０が設置されている。突起２０は第１センサー素子５と接触して支持している。これにより、配線基板８に対する第１センサー素子５の位置は突起２０と第１センサー素子５とが接触している場所に確定される。そして、突起２０と第１センサー素子５のうち突起２０と接触する場所の形状を精度良く形成することにより配線基板８と第１センサー素子５との相対位置を精度良く組み合わせることができる。尚、第２センサー素子６及び第３センサー素子７においても同様の効果を有している。

（２）本実施形態によれば、突起２０は配線基板８の実装面８ｂに対して斜めの斜面２１となっている。そして、第１センサー素子５が突起２０と接触する第１側面５ｃ〜第４側面５ｆは斜面２１と平行となっている。従って、第１センサー素子５が突起２０と接触するとき、配線基板８に重力が作用して第１センサー素子５が突起２０に押圧される。これにより、突起２０の斜面２１と第１側面５ｃ〜第４側面５ｆとが摺動する。従って、第１センサー素子５と突起２０との間に隙間をあけることなく接触させることができる。その結果、第１センサー素子５を配線基板８に位置精度良く配置することができる。尚、第２センサー素子６及び第３センサー素子７においても同様の効果を有している。

（３）本実施形態によれば、配線基板８には第２突起２０ｂ及び第５突起２０ｅが設置され、第１センサー素子５を挟んで第２突起２０ｂ及び第５突起２０ｅが突出する向きが向かい合っている。そして、第２突起２０ｂ及び第５突起２０ｅの斜面は同じ角度となっている。第２突起２０ｂと第５突起２０ｅとの間に第１センサー素子５を設置するとき、配線基板８に重力が作用する。そして、第２突起２０ｂの第２斜面２１ｂと第１センサー素子５の第２側面５ｄが摺動し、第５突起２０ｅの第５斜面２１ｅと第１センサー素子５の第４側面５ｆが摺動する。従って、第１センサー素子５を第２突起２０ｂと第５突起２０ｅとの真中の位置に設置させることができる。尚、第２センサー素子６及び第３センサー素子７においても同様の効果を有している。

（４）本実施形態によれば、第１センサー素子５は交差する第１側面５ｃ〜第４側面５ｆの４つの面を有している。そして、この４つの各面で突起２０と接触している。第３側面５ｅは第３突起２０ｃ及び第４突起２０ｄの２つの突起２０と接触している。これにより、配線基板８における第１センサー素子５の向きが確定される。そして、第１側面５ｃ、第２側面５ｄ、第４側面５ｆの３つの面はそれぞれ１つの突起２０と接触している。これにより、配線基板８における第１センサー素子５の位置が確定される。従って、５つの突起２０により第１センサー素子５の向きと位置とを精度良く確定して固定することができる。尚、第２センサー素子６及び第３センサー素子７においても同様の効果を有している。

（５）本実施形態によれば、第３突起２０ｃ及び第４突起２０ｄの２つの突起２０の間隔２３は面長２２の半分より長く設定されている。第３突起２０ｃ及び第４突起２０ｄの位置が製造上の理由により誤差が生じることがある。このとき、第３突起２０ｃ及び第４突起２０ｄの間隔２３が離れている方が近いときに比べて第３斜面２１ｃと第４斜面２１ｄと接触する第３側面５ｅの角度の誤差を小さくすることができる。従って、第３突起２０ｃ及び第４突起２０ｄの間隔２３が面長２２の半分より短いときに比べて長いときの方が第３側面５ｅの角度を精度良く配線基板８に第１センサー素子５を設置することができる。尚、第２センサー素子６及び第３センサー素子７においても同様の効果を有している。

（６）本実施形態によれば、配線基板８は第１基板固定孔８ｇ及び第２基板固定孔８ｈを備えている。そして、複数の突起２０は第１基板固定孔８ｇ及び第２基板固定孔８ｈを基準に位置が設定されている。そして、第１センサー素子５は突起２０と接して設置されているので、第１センサー素子５は第１基板固定孔８ｇ及び第２基板固定孔８ｈを基準として位置が確定されている。そして、第１支持基板２は第１本体固定孔２ｇ及び第２本体固定孔２ｈを基準にして設置されている。従って、センサーモジュール１を設置するとき第１本体固定孔２ｇ及び第２本体固定孔２ｈを位置精度良く設置することにより第１センサー素子５を位置精度良く確定して設置することができる。尚、第２センサー素子６及び第３センサー素子７においても同様の効果を有している。

（第２の実施形態）
次に、センサーモジュールの一実施形態について図５を用いて説明する。図５（ａ）は、センサー素子の支持構造を説明するための模式平面図であり、第１センサー素子の周辺を示している。図５（ｂ）は、センサー素子の支持構造を説明するための模式側断面図であり、図５（ａ）のＤ−Ｄ’線に沿った断面となっている。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、突起２０の一部、第３側面５ｅ及び第４側面５ｆの面が斜面でない点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。

すなわち、本実施形態では、図５に示したようにセンサーモジュール３１は第１センサー素子３２及び配線基板３３を備えている。第１センサー素子３２は受部３２ａと受部３２ａに立設された外装部３２ｂを備えている。そして、外装部３２ｂは配線基板３３が備える貫通孔としての第１素子位置決孔３３ｃに挿入されている。配線基板３３の受部３２ａ側の面である表面としての実装面３３ｂには配線１５が設置されている。

第１素子位置決孔３３ｃの内壁面３３ａには、第１突起３４ａ、第１凸部としての第２突起３４ｂ、第３突起３４ｃ、第４突起３４ｄ、第２凸部としての第５突起３４ｅの５つの突起３４が設置されている。第１突起３４ａ及び第２突起３４ｂの先端の側面は配線基板３３の実装面３３ｂに対して斜めの面である斜面３５となっている。第１突起３４ａの先端の斜面を第１斜面３５ａとし、第２突起３４ｂの先端の斜面３５を斜面としての第２斜面３５ｂとする。

第３突起３４ｃ、第４突起３４ｄ、第５突起３４ｅの先端の側面は配線基板３３の実装面３３ｂに対して直交する面である直交面３６となっている。第３突起３４ｃの直交面３６を第１直交面３６ａとし第４突起３４ｄの直交面３６を第２直交面３６ｂとする。第５突起３４ｅの直交面３６を直交面としての第３直交面３６ｃとする。第１直交面３６ａ及び第２直交面３６ｂは第１斜面３５ａと対向する位置関係にあり、第３直交面３６ｃは第２斜面３５ｂと対向する位置関係にある。

第１センサー素子３２の外装部３２ｂは突起３４と対向する場所が突起３４と接触する接触面となっている。接触面を図中右側から時計回りに第１側面３２ｃ、第１接触面としての第２側面３２ｄ、第３側面３２ｅ、第２接触面としての第４側面３２ｆとする。

第１側面３２ｃは第１斜面３５ａと平行であり第１突起３４ａと接触する。第２側面３２ｄは第２斜面３５ｂと平行であり第２突起３４ｂと接触する。第３側面３２ｅは第１直交面３６ａ及び第２直交面３６ｂと平行であり第３突起３４ｃ及び第４突起３４ｄと接触する。第４側面３２ｆは第３直交面３６ｃと平行であり第５突起３４ｅと接触する。

実装面３３ｂと受部３２ａとの間には導電部材１７が設置されている。そして、配線基板３３は導電部材１７を介して受部３２ａ上に載置されている。配線基板３３に重力が作用して配線基板３３が第１センサー素子３２に接近する力が作用するとき第１センサー素子３２が突起３４に押圧される。これにより、第１センサー素子３２と配線基板３３とが相対的に配線基板３３の平面方向に移動する。

そして、第２斜面３５ｂは第２側面３２ｄと隙間なく接触し、第３直交面３６ｃは第４側面３２ｆと隙間なく接触する。第１斜面３５ａは第１側面３２ｃと隙間なく接触し、第１直交面３６ａ及び第２直交面３６ｂは第３側面３２ｅと隙間なく接触する。その結果、第１センサー素子３２を配線基板３３に位置精度良く配置することができる。

直交面３６は配線基板３３の平面視が直線となるので、直交面３６を確定し易くなっている。従って、配線基板３３における第１センサー素子３２の位置を確定し易くすることができる。

上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、直交面３６は受部３２ａの実装面３３ｂに対して直交しているので直交面３６を位置精度良く形成することができる。従って、配線基板３３に対して第１センサー素子３２を位置精度良く設置することが容易にできる。

（第３の実施形態）
次に、センサーモジュールを用いた応力検出装置の一実施形態について図６を用いて説明する。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、配線基板８に応力を演算する演算回路素子が実装されている点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。図６（ａ）は、応力検出装置の構造を示す模式平面図である。

すなわち、図６（ａ）に示すように、本実施形態では応力検出装置３９はセンサーモジュール３９ａの配線基板４０に演算部としての演算回路素子４１が設置されている。さらに、配線基板４０には第１センサー素子５、第２センサー素子６、第３センサー素子７、各センサー素子を駆動する駆動素子９が設置されている。そして、第１センサー素子５、第２センサー素子６、第３センサー素子７と駆動素子９とが配線１５によって接続されている。さらに、駆動素子９と演算回路素子４１とが配線１５により接続されている。

駆動素子９が出力する電気信号を演算回路素子４１が入力して応力検出装置３９に加わる応力を演算する。そして、配線基板４０には第１支持基板２及び第２支持基板１０から突出して接続部４０ｉが設置されている。接続部４０ｉには出力端子が設置され、出力端子と演算回路素子４１とが配線１５によって接続されている。そして、演算回路素子４１は演算した結果を出力端子に出力する。

図６（ｂ）は、応力を算出する手順を説明するための概略斜視図である。図６（ｂ）に示すように、第１支持基板２に第１センサー素子５、第２センサー素子６、第３センサー素子７が設置されている。図を分かりやすくするために第２支持基板１０等の各部位は省略されている。

応力検出装置３９に加わる応力及びトルクをＸ成分、Ｙ成分、Ｚ成分に分解する。応力のＸ成分、Ｙ成分、Ｚ成分をそれぞれ第１応力４２ｘ、第２応力４２ｙ、第３応力４２ｚとする。そして、トルクのＸ成分、Ｙ成分、Ｚ成分をそれぞれ第１トルク４３ｘ、第２トルク４３ｙ、第３トルク４３ｚとする。

第１センサー素子５が検出する応力の半径方向成分、円周方向成分、Ｚ成分をそれぞれ第１素子第１応力４４ｒ、第１素子第２応力４４ｔ、第１素子第３応力４４ｚとする。第２センサー素子６が検出する応力の半径方向成分、円周方向成分、Ｚ成分をそれぞれ第２素子第１応力４５ｒ、第２素子第２応力４５ｔ、第２素子第３応力４５ｚとする。第３センサー素子７が検出する応力の半径方向成分、円周方向成分、Ｚ成分をそれぞれ第３素子第１応力４６ｒ、第３素子第２応力４６ｔ、第３素子第３応力４６ｚとする。

第１応力４２ｘ、第２応力４２ｙ、第３応力４２ｚに対応する応力がそれぞれＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚである力が応力検出装置３９に作用する。さらに、第１トルク４３ｘ、第２トルク４３ｙ、第３トルク４３ｚに対応するトルクがそれぞれＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚである力が応力検出装置３９に作用する。このとき、第１素子第１応力４４ｒ、第１素子第２応力４４ｔ、第１素子第３応力４４ｚに対応する応力をＳ１ｒ、Ｓ１ｔ、Ｓ１ｚとする。そして、第２素子第１応力４５ｒ、第２素子第２応力４５ｔ、第２素子第３応力４５ｚに対応する応力をＳ２ｒ、Ｓ２ｔ、Ｓ２ｚとする。さらに、第３素子第１応力４６ｒ、第３素子第２応力４６ｔ、第３素子第３応力４６ｚに対応する応力をＳ３ｒ、Ｓ３ｔ、Ｓ３ｚとする。

このとき、Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚは次式にて演算することができる。ただし、Ａ１〜Ａ６、Ｂ１〜Ｂ６、Ｃ１〜Ｃ３、Ｄ１〜Ｄ３、Ｅ１〜Ｅ３は定数であり、これらの定数は第１センサー素子５、第２センサー素子６、第３センサー素子７の相対位置によって決定される。
（数式１）
Ｆｘ＝Ａ１×Ｓ１ｒ＋Ａ２×Ｓ２ｒ＋Ａ３×Ｓ３ｒ＋Ａ４×Ｓ１ｔ＋Ａ５×Ｓ２ｔ＋Ａ６×Ｓ３ｔ
Ｆｙ＝Ｂ１×Ｓ１ｒ＋Ｂ２×Ｓ２ｒ＋Ｂ３×Ｓ３ｒ＋Ｂ４×Ｓ１ｔ＋Ｂ５×Ｓ２ｔ＋Ｂ６×Ｓ３ｔ
Ｆｚ＝Ｓ１ｚ＋Ｓ２ｚ＋Ｓ３ｚ
Ｍｘ＝Ｃ１×Ｓ１ｚ＋Ｃ２×Ｓ２ｚ＋Ｃ３×Ｓ３ｚ
Ｍｙ＝Ｄ１×Ｓ１ｚ＋Ｄ２×Ｓ２ｚ＋Ｄ３×Ｓ３ｚ
Ｍｚ＝Ｅ１×Ｓ１ｔ＋Ｅ２×Ｓ２ｔ＋Ｅ３×Ｓ３ｔ

これにより、応力検出装置３９は三次元のあらゆる方向からの応力及びトルクを検出することができる。そして、少ない変位量であっても高精度に応力検出装置３９に加わる力を検出することができる。

上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、センサーモジュール３９ａには３つのセンサー素子が設置されている。そして、各センサー素子は位置精度良く設置されている。センサーモジュール３９ａに応力が加わるとき、各センサー素子に加わる応力を検出することができる。従って、センサー素子に加わる張力、押圧力、剪断力を検出することができる。さらに、各センサー素子に加わる応力と各センサー素子の位置情報を用いてセンサーモジュール３９ａに加わるトルクを検出することができる。

（２）本実施形態によれば、応力検出装置３９はセンサーモジュール３９ａと応力を演算する演算回路素子４１を備えている。そして、センサーモジュール３９ａはセンサー素子が位置精度良く設置されている。センサー素子は応力を検出する。演算回路素子４１は各センサー素子が検出する応力と各センサー素子の位置から応力検出装置３９に加わるトルクを精度良く演算して出力することができる。

（第４の実施形態）
次に、配線基板８に設置された突起２０の一実施形態について図７を用いて説明する。図７（ａ）〜（ｄ）は、突起の形状を説明するための要部模式平面図である。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、突起２０の形状が異なる点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。

すなわち、本実施形態では図７（ａ）に示すように、センサーモジュール４９は配線基板５０を備えている。配線基板５０には第１センサー素子５と接触して第１センサー素子５を支持する突起５０ａが設置されている。突起５０ａの形状は円弧状となっている。円弧は円の中心と半径とで第１センサー素子５と接触する場所が設定できるので、突起５０ａが第１センサー素子５と接触する場所を容易に確定することができる。

図７（ｂ）に示す本実施形態では、センサーモジュール５１は配線基板５２を備えている。配線基板５２には第１センサー素子５と接触して第１センサー素子５を支持する突起５２ａが設置されている。突起５２ａの形状は先端が尖った形状となっている。従って、突起５２ａが第１センサー素子５と接触する場所が狭い場所に限定される為、突起５２ａが第１センサー素子５と接触する場所を管理し易くすることができる。

図７（ｃ）に示す本実施形態では、センサーモジュール５３は配線基板５４を備えている。配線基板５４には第１センサー素子５と接触して第１センサー素子５を支持する突起５４ａが設置されている。突起５４ａの形状は先端が平らな三角形の形状となっている。従って、突起５４ａが第１センサー素子５と接触する場所が所定の範囲に限定されるので、突起５４ａが第１センサー素子５と接触する場所を管理し易くなっている。そして、突起５４ａが第１センサー素子５と接触する場所の面積が調整されているので、突起５４ａが第１センサー素子５を確実に支持することができる。

図７（ｄ）に示す本実施形態では、センサーモジュール５５は配線基板５４及び第１センサー素子５６を備えている。配線基板５４には第１センサー素子５６と接触して第１センサー素子５６を支持する突起５４ａが設置されている。突起５４ａの形状は先端が平らな三角形の形状となっている。第１センサー素子５６は外周の一部が凸部５６ａとなっており、凸部５６ａが突起５４ａと接触する。従って、突起５４ａが第１センサー素子５６と接触する場所が凸部５６ａに限定されるので、突起５４ａが第１センサー素子５６と接触する場所を管理し易くなっている。そして、突起５４ａが第１センサー素子５６と接触する場所の面積が調整されているので、突起５４ａが第１センサー素子５６を確実に支持することができる。

（第５の実施形態）
次に、応力検出装置が設置されたロボットの一実施形態について図８を用いて説明する。図８（ａ）及び（ｂ）は、ロボットの構成を示す概略斜視図である。本実施形態では第３の実施形態にて記載した応力検出装置３９が用いられている。尚、第３の実施形態と同じ点については説明を省略する。

図８（ａ）に示すように、ロボット５９は土台部６０ａを備えている。土台部６０ａは床、壁、天井、移動車等に設置することができる。土台部６０ａの上には回動部６０ｂが設置され、土台部６０ａには回動部６０ｂを回転させる回転機構が設置されている。そして、回動部６０ｂは鉛直方向を回転中心として回動する。土台部６０ａ及び回動部６０ｂ等から本体部６０が構成されている。

回動部６０ｂと接続して、第１腕部６１、第２腕部６２、第３腕部６３、第４腕部６４がこの順に接続されている。各腕部は回動または屈曲可能に接続されている。そして、回動部６０ｂには回動部６０ｂに対して第１腕部６１を回動させる回転機構が内蔵されている。第２腕部６２には第２腕部６２に対して第１腕部６１を回動させる回転機構及び第２腕部６２に対して第３腕部６３を回動させる回転機構が内蔵されている。

第４腕部６４には可動部としてのハンド部６５が接続されている。そして、第４腕部６４には第４腕部６４に対して第３腕部６３を回動させる回転機構及び第４腕部６４に対してハンド部６５を回動させる回転機構が内蔵されている。つまり、ロボット５９は垂直多関節ロボットとなっている。

ハンド部６５はハンド本体６５ａとハンド本体６５ａの先端に一対の板状の把持部６５ｂを備えている。ハンド本体６５ａには把持部６５ｂを移動して把持部６５ｂ間隔を変更させる直動機構が内蔵されている。ハンド部６５は把持部６５ｂを開閉して被把持物を把持することができる。

ハンド本体６５ａには応力検出装置３９が設置され、ハンド部６５に加わる応力及びトルクを検出することができる。尚、応力検出装置３９には上記に記載のセンサーモジュールのいずれかが用いられている。ロボット５９は制御部６６を備え、制御部６６は各回転機構及び直動機構を駆動してロボット５９の姿勢及び動作を制御する。制御部６６は応力検出装置３９が出力する電気信号を入力する。そして、ハンド部６５が被把持物を把持しているか否かの状況に応じた動作をハンド部６５にさせることができる。ハンド部６５が障害物に接触するときにもハンド部６５に加わる応力を応力検出装置３９が検出する。これにより、制御部６６は障害物を回避する動作をロボット５９にさせることができる。

図８（ｂ）に示すように、ロボット６７は車体部６８を備えている。車体部６８は車体本体６８ａを備え、車体本体６８ａの地面側には４つの車輪６８ｂが設置されている。そして、車体本体６８ａには車輪６８ｂを駆動する回転機構が内蔵されている。さらに、車体本体６８ａにはロボット６７の姿勢及び動作を制御する制御部６９が内蔵されている。

車体本体６８ａ上には本体回転部７０、本体部７１がこの順に重ねて設置されている。本体回転部７０には本体部７１を回転させる回転機構が設置されている。そして、本体部７１は鉛直方向を回転中心として回動する。本体部７１上には一対の撮像装置７２が設置され、撮像装置７２はロボット６７の周囲を撮影する。そして、撮影した物と撮像装置７２との距離を検出することができる。

本体部７１の側面のうち対向する２つの面には左腕部７３及び右腕部７４が設置されている。つまり、ロボット６７は双腕ロボットとなっている。左腕部７３及び右腕部７４はそれぞれ上腕部７５、下腕部７６、可動部としてのハンド部７７を備えている。上腕部７５、下腕部７６、ハンド部７７は回動または屈曲可能に接続されている。そして、本体部７１には本体部７１に対して上腕部７５を回動させる回転機構が内蔵されている。上腕部７５には上腕部７５に対して下腕部７６を回動させる回転機構が内蔵されている。下腕部７６には下腕部７６に対してハンド部７７を回動させる回転機構が内蔵されている。さらに、下腕部７６には下腕部７６の長手方向を回転軸にして捻る回転機構が内蔵されている。

ハンド部７７はハンド本体７７ａとハンド本体７７ａの先端に位置する一対の板状の把持部７７ｂを備えている。ハンド本体７７ａには把持部７７ｂを移動しての把持部７７ｂ間隔を変更させる直動機構が内蔵されている。ハンド部７７は把持部７７ｂを開閉して被把持物を把持することができる。

ハンド本体７７ａには応力検出装置３９が設置され、ハンド部７７に加わる応力及びトルクを検出することができる。尚、応力検出装置３９には上記に記載のセンサーモジュールのいずれかが用いられている。制御部６９は各回転機構及び直動機構を駆動してロボット６７の姿勢及び動作を制御する。制御部６９は応力検出装置３９が出力する電気信号を入力する。そして、ハンド部７７が被把持物を把持しているか否かの状況に応じた動作をハンド部７７にさせることができる。ハンド部７７が障害物に接触するときにもハンド部７７に加わる応力を応力検出装置３９が検出する。これにより、制御部６９は障害物を回避する動作をロボット６７にさせることができる。

上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、ロボット５９はハンド部６５に応力検出装置３９を備えている。そして、応力検出装置３９はハンド部６５に加わる応力及びトルクを検出する。これにより、制御部６６はハンド部６５が被把持物を把持しているか否かの状況に応じた動作をロボット５９にさせることができる。さらに、ハンド部６５が障害物に接触しているか否かを応力検出装置３９が検出することができる。そして、ハンド部６５が障害物に接触しているときに制御部６６は障害物を回避する動作をロボット５９にさせることができる。

ロボット６７はロボット５９と同様にハンド部７７に加わる応力及びトルクを検出する応力検出装置３９を備えている。従って、制御部６９はハンド部７７が被把持物を把持しているか否かの状況に応じた動作をロボット６７にさせることができる。さらに、ハンド部７７が障害物に接触しているときに制御部６９は障害物を回避する動作をロボット６７にさせることができる。

（２）本実施形態によれば、ロボット５９はハンド部６５を備えハンド部６５を移動させて作業を行う。そして、応力検出装置３９がハンド部６５に加わる応力を検出する。応力検出装置３９に設置された第１センサー素子５は配線基板４０に対して位置精度良く設置されている。従って、ロボット５９はハンド部６５に加わる応力を検出した場所を位置精度良く認識することができる。さらに、応力検出装置３９は生産性よく製造されている。その結果、ロボット５９は、配線基板４０に第１センサー素子５が位置精度良く設置され生産性よく製造された応力検出装置３９を備えたロボットとすることができる。同様に、ロボット６７は、配線基板４０に第１センサー素子５が位置精度良く設置され生産性よく製造された応力検出装置３９を備えたロボットとすることができる。

尚、本実施形態は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により種々の変更や改良を加えることも可能である。変形例を以下に述べる。
（変形例１）
前記第１の実施形態では、配線基板８に第１センサー素子５〜第３センサー素子７の３つのセンサー素子が設置された。センサー素子の個数は３つに限らず４つ以上でも良い。センサー素子の個数が多いときにはセンサーモジュール１に加わる応力の分布を検出することができる。

（変形例２）
前記第１の実施形態では、第１センサー素子５の受部５ａの上に配線基板８を設置した。受部５ａと配線基板８との位置を入替えて配線基板８の上に第１センサー素子５の受部５ａを設置しても良い。そして、第１センサー素子５の外装部５ｂが第１支持基板２側に位置するようにしても良い。この配置にしても同様の効果を得ることができる。

（変形例３）
前記第１の実施形態では、第１支持基板２に孔部２ａが形成され、第２支持基板１０に孔部１０ａが形成されていた。さらに、配線基板８には孔部８ａが形成されていた。孔部２ａ、孔部１０ａ、孔部８ａは必ずしも形成されていなくても良い。第１支持基板２、第２支持基板１０、配線基板８の強度を強くすることができる。

（変形例４）
前記第１の実施形態では、第１支持基板２、第２支持基板１０、配線基板８は円板状であったが、必ずしも円板状でなくても良い。三角形、四角形や多角形でも良く、楕円形の板でも良い。このような形状にしても同様の効果を得ることができる。

（変形例５）
前記第１の実施形態では、配線基板８に３つの駆動素子９が設置された。１つの駆動素子９が第１センサー素子５、第２センサー素子６、第３センサー素子７を駆動する形態にしても良い。素子数を減らすことができるので、生産性良くセンサーモジュール１を製造することができる。

（変形例６）
前記第３の実施形態では、第１センサー素子５、第２センサー素子６、第３センサー素子７の圧電方向が半径方向及び円周方向に配置されていた。これに限らず、圧電方向がＸ方向及びＹ方向となるように、第１センサー素子５、第２センサー素子６、第３センサー素子７を配線基板４０に設置しても良い。演算回路素子４１が演算する方法を変えることにより、応力検出装置３９に加わる応力及びトルクを検出することができる。

（変形例７）
前記第３の実施形態では、配線基板４０に演算回路素子４１が設置された。演算回路素子４１は配線基板４０とは異なる配線基板上に設置されても良い。そして、接続部４０ｉを介して電気信号を送受信しても良い。回路素子を配置し易い配線基板４０にすることができる。

（変形例８）
前記第５の実施形態では、ロボット５９及びロボット６７の例を示したが、センサーモジュール１や応力検出装置３９を応用する例はこれに限らない。スカラー型ロボット、直交ロボット、パラレルリンクロボット等のロボットにおいても同様に応力検出装置３９を用いることにより同様の効果を得ることができる。さらに、ロボット以外の重機、自動車等の装置で応力やトルクを検出したい場所に設置しても良い。

１，３１…センサーモジュール、５…センサー素子としての第１センサー素子、５ｃ…接触面としての第１側面、５ｄ…接触面としての第２側面、５ｅ…接触面としての第３側面、５ｆ…接触面としての第４側面、６…センサー素子としての第２センサー素子、７…センサー素子としての第３センサー素子、８ｊ，３３ａ…内壁面、８ｂ…表面としての実装面、８ｃ，３３ｃ…貫通孔としての第１素子位置決孔、８ｄ…貫通孔としての第２素子位置決孔、８ｅ…貫通孔としての第３素子位置決孔、８ｇ…基準部としての第１基板固定孔、８ｈ…基準部としての第２基板固定孔、８…基板としての配線基板、２０ｂ，３４ｂ…第１凸部としての第２突起、２０ｅ，３４ｅ…第２凸部としての第５突起、２０…凸部としての突起、２１…斜面、２２…面長さとしての面長、３２ｄ…第１接触面としての第２側面、３２ｆ…第２接触面としての第４側面、３５ｂ…斜面としての第２斜面、３６ｃ…直交面としての第３直交面、３９…応力検出装置、４１…演算部としての演算回路素子、５９，６７…ロボット、６５，７７…可動部としてのハンド部。

Claims (11)

1. 貫通孔の内壁面に複数の凸部を有する基板と、
   前記貫通孔に設置され応力を検出するセンサー素子と、を備え、
   前記複数の凸部は前記センサー素子と接触して支持することを特徴とするセンサーモジュール。
2. 請求項１に記載のセンサーモジュールであって、
   前記基板の断面視において前記凸部は前記基板の表面に対して斜めの斜面であり、
   前記センサー素子が前記凸部と接触する接触面は前記斜面と平行であることを特徴とするセンサーモジュール。
3. 請求項２に記載のセンサーモジュールであって、
   前記凸部は前記センサー素子を挟むように向かい合って突出する第１凸部及び第２凸部を有し、
   前記第１凸部及び前記第２凸部の前記斜面が前記表面となす角度は同じ角度であることを特徴とするセンサーモジュール。
4. 請求項１に記載のセンサーモジュールであって、
   前記凸部は前記センサー素子を挟むように向かい合って突出する第１凸部及び第２凸部を有し、
   前記基板の断面視において前記第１凸部は前記基板の表面に対して斜めの斜面を有し、
   前記基板の断面視において前記第２凸部は前記基板の前記表面に対して直交する直交面を有し、
   前記センサー素子が前記第１凸部と接触する第１接触面は前記斜面と平行であり、
   前記センサー素子が前記第２凸部と接触する第２接触面は前記直交面と平行であることを特徴とするセンサーモジュール。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のセンサーモジュールであって、
   前記センサー素子は交差する４つの前記接触面で前記凸部と接触し、４つの前記接触面のうち３つの前記接触面では１つの前記凸部と接触し、残る１つの前記接触面では２つの前記凸部と接触することを特徴とするセンサーモジュール。
6. 請求項５に記載のセンサーモジュールであって、
   前記残る１つの前記接触面における前記２つの前記凸部を通る方向の前記接触面の長さを面長さとするとき、
   前記２つの前記凸部における前記凸部の間隔は前記面長さの半分より長いことを特徴とするセンサーモジュール。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のセンサーモジュールであって、
   前記基板は前記凸部の位置の基準となる基準部を備えることを特徴とするセンサーモジュール。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のセンサーモジュールであって、
   前記基板に３つ以上の前記センサー素子が設置されていることを特徴とするセンサーモジュール。
9. 応力を検出する複数のセンサー素子が基板に設置されたセンサーモジュールと、
   前記複数のセンサー素子の出力を用いて前記センサーモジュールに加わる前記応力を演算する演算部と、を備え、
   前記基板は平面視で複数の凸部を有し、前記センサー素子は前記複数の凸部と接触し、前記複数の凸部は前記基板に前記センサー素子を固定して支持することを特徴とする応力検出装置。
10. 可動部と、
    前記可動部に設置され前記可動部に加わる応力を検出するセンサーモジュールと、を備え、
    前記センサーモジュールは、平面視で複数の凸部を有する基板と、
    前記複数の凸部と接触し前記応力を検出するセンサー素子と、を有し、
    前記複数の凸部は前記基板に前記センサー素子を固定して支持することを特徴とするロボット。
11. 請求項１０に記載のロボットであって、
    前記基板の断面視において前記凸部は前記基板の表面に対して斜めの斜面であり、
    前記センサー素子が前記凸部と接触する接触面は前記斜面と平行であることを特徴とするロボット。

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