KR20130103431A

KR20130103431A - 센서 모듈, 힘 검출 장치 및 로봇

Info

Publication number: KR20130103431A
Application number: KR1020130025043A
Authority: KR
Inventors: 히로끼 가와이; 도시유끼 가미야; 다까노부 마쯔모또
Original assignee: 세이코 엡슨 가부시키가이샤
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2013-03-08
Publication date: 2013-09-23
Also published as: CN103308221A; JP2013186030A; US20130233089A1; EP2637006A3; EP2637006B1; CN103308221B; US9127996B2; EP2637006A2; JP5895615B2; TW201341771A

Abstract

전극을 구비한 압전체 소자가 배치되는 제1 오목부를 갖는 제1 부재와, 제1 부재에 접합된 제2 부재와, 제2 부재와 접촉하는 제1 플레이트와, 제1 부재와 접촉하는 제2 플레이트와, 제1 플레이트 및 제2 플레이트를 체결하는 체결부를 구비하고, 제1 플레이트는 제2 부재를 향해 돌출되는 제1 볼록부가 형성되고, 제1 부재의 제1 오목부의 내부 높이가 압전체 소자보다도 높고, 압전체 소자는 제2 부재와 접촉하고 있는 센서 모듈.

Description

센서 모듈, 힘 검출 장치 및 로봇{SENSOR MODULE, FORCE DETECTING DEVICE, AND ROBOT}

본 발명은, 힘 성분을 검출 가능한 센서 모듈, 및 이것을 이용한 힘 검출 장치, 로봇에 관한 것이다.

종래, 압전 재료를 이용한 힘 센서(센서 디바이스)로서는 특허문헌 1의 것이 알려져 있었다. 특허문헌 1에서는, 신호 전극을 압전 재료인 결정 원판에 의해 협지하고, 또한 금속 커버 원판에 의해 협지된 측정 소자를 금속환 내에 용접으로 밀봉한 힘 센서가 개시되어 있다.

일본 특허 출원 공개 평4-231827호 공보

특허문헌 1의 힘 센서는, 신호 전극이나 결정 원판, 금속 커버 원판의 개개의 치수 오차가 발생할 우려가 있고, 이들 오차에 의해 용접을 하였을 때에 간극이 발생하고, 이 간극에 수분이나 외기 등이 들어감으로써, 결정 원판에 발생한 전하가 외부로 누설되어, 정확한 측정을 행할 수 없을 우려가 있었다. 또한, 용접을 행하는 공정은, 번잡한 것으로 양산에 적용하기 어렵다고 하는 문제도 있었다.

따라서, 도 12에 도시하는 센서 디바이스를 이용함으로써, 누설을 방지하고 측정 환경에 좌우되지 않는 센서 소자를 얻을 수 있다.

도 12에 도시하는 바와 같이, 센서 디바이스(200)는, 동일한 컷트면을 갖는 2개의 수정판(216)을 서로 대향시킨 상태에서 전극판(218)을 사이에 끼워 넣은 센서 소자(214)와, 센서 소자(214)를 수용하는 금속제의 제1 부재(202)와, 제1 부재(202)의 개구부(220)의 외주가 되는 상면(224)에 접합함과 함께 수정판(216)에 맞닿는 금속제의 제2 부재(204)에 의해 전체가 구성되어 있다. 그리고 제1 부재(202)의 측면에는 동축 코넥터(206)가 장착되어 있다. 동축 코넥터(206)는, 외주부(208)와 중심 도체(210)를 갖고, 양자간에는 절연성 수지(212)가 충전되어, 외주부(208)와 중심 도체(210)는 전기적으로 절연되어 있다. 그리고 외주부(208)는, 제1 부재(202) 및 제2 부재(204)와 단락하고, 중심 도체(210)는 전극판(218)과 전기적으로 접속되어 있다.

이 센서 디바이스(200)는, 여압(與壓) 플레이트(도시 생략)에 끼워 넣어져 여압이 주어지고, 수정판(216)은 여압에 수반하는 압전 효과에 의해 전극판(218)에 전하를 출력(유기)한다. 그리고 여압 플레이트에 부가되는 외력에 따라 수정판(216)에 가해지는 압력이 변화된다. 따라서, 이 압력의 변화에 의한 출력 전하의 변화량을, 동축 코넥터(206)를 통해 모니터함으로써, 센서 디바이스(200)에 부가된 외력을 검출할 수 있다.

여기서, 센서 디바이스(200)에 있어서는, 수정판(216)으로부터 유기된 전하가 수분 등으로 외부에 누설되지 않도록, 제1 부재(202) 내부를 건조 공기로 채운 상태 혹은 진공을 유지한 상태에서, 제2 부재(204)에 의해 센서 소자(214)를 밀봉하고 있다.

그러나 센서 소자(214)를 제1 부재(202)에 수용하는 경우, 다음과 같은 문제가 있었다. 제1 부재(202) 및 센서 소자(214)의 제조 과정에 있어서, 제1 부재(202)와 제2 부재(204)에는 치수 오차가 있고, 센서 소자(214)도 마찬가지로 치수 오차를 갖고 있다. 그로 인해, 제1 부재(202)의 내부 높이[제1 부재(202)와 센서 소자(214)와의 접촉면으로부터 제1 부재(202)와 제2 부재(204)가 접합되는 접촉면까지의 높이]와 센서 소자(214)의 높이를 동등하게 조정하는 것이 곤란하게 되어 있었다.

이와 같이, 센서 디바이스(200)에서는, 상기한 치수 오차에 의해 센서 소자(214)와 제2 부재(204)와의 사이에 간극이 발생하는 상태, 또는 센서 소자(214)가 제1 부재(202)의 상면(224)으로부터 돌출되고 제2 부재(204)가 센서 소자(214)를 압박하는 상태로 된다. 그리고 각각의 상태에 있어서, 여압 플레이트로 센서 소자(214)에 동등한 여압을 가하는 것이 곤란하였다.

본 발명은, 상술한 과제의 적어도 일부를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 이하의 형태 또는 적용예로서 실현하는 것이 가능하다.

[적용예 1]

본 적용예에 관한 센서 모듈은, 압전체와 전극이 적층된 센서 소자와, 상기 센서 소자가 배치되는 제1 오목부를 갖는 제1 부재와, 상기 제1 부재에 접합되고 상기 제1 부재의 상기 제1 오목부를 밀봉하는 제2 부재와, 상기 제2 부재와 접촉하는 제1 플레이트와, 상기 제1 부재와 접촉하는 제2 플레이트와, 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트를 체결 가능한 체결부를 구비하고, 상기 제1 부재와 상기 센서 소자와의 접촉면으로부터 상기 제1 부재와 상기 제2 부재가 접합되는 면까지의 치수가 상기 센서 소자의 상기 압전체와 상기 전극이 적층되는 방향의 치수보다도 크게 형성되고, 상기 제1 플레이트에는 상기 제2 부재를 향해 돌출되고 상기 제2 부재와 접촉하는 제1 볼록부가 형성되고, 상기 센서 소자는 제2 부재와 접촉하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 적용예에 따르면, 센서 소자가 제1 부재 내에 밀봉된 센서 디바이스에 대하여, 제2 부재의 외측으로부터 제1 볼록부에 의해 압박되고, 제2 부재가 변형됨으로써 센서 소자에 여압을 가할 수 있다. 이로 인해 센서 디바이스의 치수 오차에 기인하는 제조 변동에 관계없이, 센서 소자에 항상 일정한 여압을 가할 수 있어, 측정 오차가 없는 정확한 검출 데이터를 얻을 수 있다.

[적용예 2]

상기 적용예에 관한 센서 모듈에 있어서, 상기 제2 플레이트는, 상기 제1 부재를 향해 돌출되고 상기 제1 부재와 접촉하는 제2 볼록부가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 구성에 따르면, 제1 부재의 저면(바닥면)에 간극이 형성되고, 그 간극을 이용하여 외부 단자로부터 접속 배선을 인출할 수 있다. 또한 센서 소자의 상하면으로부터 효율적으로 여압을 가할 수 있다. 또한 제1 플레이트와 제2 플레이트의 사이의 간극을 넓힐 수 있어, 배선이나 제어 회로(IC) 등을 설치하는 스페이스를 확보할 수 있다.

[적용예 3]

상기 적용예 2에 관한 센서 모듈에 있어서, 상기 제1 부재의 저면에, 상기 제2 볼록부와 끼워 맞추어지는 제2 오목부가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 구성에 따르면, 제1 부재의 제2 오목부와 제2 플레이트의 제2 볼록부가 끼워 맞추어짐으로써 위치 결정할 수 있고, 센서 디바이스와 제2 플레이트와의 위치 정렬을 용이하게 행할 수 있다.

[적용예 4]

상기 적용예에 관한 센서 모듈에 있어서, 상기 제2 부재의 두께 방향의 평면에서 보아, 상기 제2 부재의 상기 제1 볼록부와 접촉하는 부분을 둘러싸는 주변부에는, 상기 제1 볼록부와 접촉하는 부분의 두께보다도 얇은 박육부를 갖는 것이 바람직하다.

상기 구성에 따르면, 제2 부재에 변형되기 쉬운 박육부를 갖고 있다. 센서 디바이스를 제1 볼록부에 의해 여압을 가하였을 때, 제2 부재의 박육부가 변형됨으로써 응력이 완화되어, 제1 부재와 제2 부재의 접합 상태를 유지할 수 있다. 또한, 각 축 방향에 대한 힘을 가하였을 때 박육부가 변형됨으로써 효율적으로 센서 소자에 힘을 전달할 수 있다.

[적용예 5]

상기 적용예에 관한 센서 모듈에 있어서, 상기 압전체를 복수개 적층시킨 상기 센서 소자의 적층 방향을 Z축 방향으로 한 경우, 해당 Z축 방향에 직교하고 또한 서로 직교하는 방향을 각각 X축 방향, Y축 방향으로 한 경우, 적어도 상기 X축 방향의 힘을 검출하는 제1 센서 소자와, 상기 Y축 방향의 힘을 검출하는 제2 센서 소자와, 상기 Z축 방향의 힘을 검출하는 제3 센서 소자를 구비하는 것이 바람직하다.

[적용예 6]

상기 적용예에 관한 센서 모듈에 있어서, 상기 체결부는, 체결력의 조정이 가능한 것이 바람직하다.

상기 구성에 따르면, 용도에 따라 필요량의 체결력을 부가할 수 있어, 안정된 센서 특성을 얻을 수 있다.

상기 구성에 의해, X 방향, Y 방향, Z 방향, 소위 3축 방향의 힘을 검출하는 센서 소자를 상호의 위치 어긋남이 제어됨으로써, 3축 방향의 힘을 검출하는 센서 디바이스라도 높은 검출 정밀도를 손상시키는 일 없이, 안정적으로 유지시킬 수 있다.

[적용예 7]

본 적용예에 관한 힘 검출 장치는, 압전체와 전극이 적층된 센서 소자와, 상기 센서 소자가 배치되는 제1 오목부를 갖는 제1 부재와, 상기 제1 부재에 접합되고 상기 제1 부재의 상기 제1 오목부를 밀봉하는 제2 부재와, 상기 제2 부재와 접촉하는 제1 플레이트와, 상기 제1 부재와 접촉하는 제2 플레이트와, 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트를 체결 가능한 체결부와, 상기 센서 소자와 전기적으로 접속하는 전자 회로를 구비하고, 상기 제1 부재와 상기 센서 소자와의 접촉면으로부터 상기 제1 부재와 상기 제2 부재가 접합되는 면까지의 치수가 상기 센서 소자의 상기 압전체와 상기 전극이 적층되는 방향의 치수보다도 크게 형성되고, 상기 제1 플레이트에는 상기 제2 부재를 향해 돌출되고 상기 제2 부재와 접촉하는 제1 볼록부가 형성되고, 상기 센서 소자는 상기 제2 부재와 접촉하고 있는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 따르면, 센서 소자로부터 얻어지는 전하량 및 전하의 정부(正負)에 의해, 외력을 연산 처리하는 것을 용이하게 할 수 있다. 또한, 간편한 구성에 의해 3축 힘 검출 센서를 얻을 수 있다. 또한, 상술한 센서 모듈을 복수개 배치함으로써, 토크 방향의 힘도 포함시킨 6축의 힘 검출 센서를 얻을 수 있다.

[적용예 8]

본 적용예에 관한 로봇은, 본체부와, 상기 본체부에 접속하는 아암부와, 상기 아암부에 접속하는 핸드부를 구비하는 로봇으로서, 상기 아암부와 상기 핸드부와의 접속부에 센서 모듈을 갖고, 상기 센서 모듈은, 압전체와 전극이 적층된 센서 소자와, 상기 센서 소자가 배치되는 제1 오목부를 갖는 제1 부재와, 상기 제1 부재에 접합되고 상기 제1 부재의 상기 제1 오목부를 밀봉하는 제2 부재와, 상기 제2 부재와 접촉하는 제1 플레이트와, 상기 제1 부재와 접촉하는 제2 플레이트와, 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트를 체결 가능한 체결부를 구비하고, 상기 제1 부재와 상기 센서 소자와의 접촉면으로부터 상기 제1 부재와 상기 제2 부재가 접합되는 면까지의 치수가 상기 센서 소자의 상기 압전체와 상기 전극이 적층되는 방향의 치수보다도 크게 형성되고, 상기 제1 플레이트에는 상기 제2 부재를 향해 돌출되고 상기 제2 부재와 접촉하는 제1 볼록부가 형성되고, 상기 센서 소자는 상기 제2 부재와 접촉하고 있는 것을 특징으로 한다.

상기 구성을 이용함으로써, 작동하는 로봇 아암 혹은 로봇 핸드에 대하여, 소정 동작 중에 일어나는 장해물에의 접촉의 검출, 대상물에의 접촉력을, 힘 검출 장치에 의해 확실하게 검출하여, 로봇 제어 장치에 데이터를 피드백함으로써, 안전하고 정밀한 작업을 행할 수 있다.

도 1은 제1 실시 형태에 따른 센서 모듈의 구성을 나타내는 단면도.
도 2는 제1 실시 형태의 센서 디바이스(제2 부재를 생략)의 구성을 나타내는 평면도.
도 3은 제1 실시 형태의 베이스 부재의 평면도.
도 4는 제1 실시 형태의 제2 부재의 평면도.
도 5는 제1 실시 형태의 센서 소자의 구성을 나타내는 모식도.
도 6은 제1 부재와 제2 부재를 용접하여 센서 소자를 수용한 상태의 설명도.
도 7은 제2 실시 형태에 따른 센서 모듈의 단면도.
도 8은 제3 실시 형태에 따른 센서 모듈의 단면도.
도 9는 제4 실시 형태에 따른 센서 모듈의 단면도.
도 10은 제5 실시 형태의 힘 검출 장치를 나타내는 것으로, (a)는 모식도, (b)는 평면도.
도 11은 제6 실시 형태의 힘 검출 장치를 탑재한 로봇의 모식도.
도 12는 종래 기술의 센서 디바이스의 모식도.

(제1 실시 형태)

본 실시 형태의 센서 모듈에 대해 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

도 1은 제1 실시 형태에 따른 센서 모듈의 단면도를 나타낸다. 도 2는 본 실시 형태의 센서 디바이스(제2 부재를 생략)의 평면도를 나타낸다. 도 3은 본 실시 형태의 베이스 부재의 평면도를 나타낸다.

<센서 모듈의 구성>

제1 실시 형태에 따른 센서 모듈(10)은, 힘 성분을 검출 가능한 센서 소자를 제1 부재(12) 내에 봉입한 센서 디바이스(11)와, 센서 디바이스(11)를 플레이트 사이에 끼우도록 지지하는 제1 플레이트(70) 및 제2 플레이트(80)와, 제1 플레이트(70)와 제2 플레이트(80) 사이의 센서 디바이스(11)를 가압하면서 고정하는 체결부(86)를 주된 기본 구성으로 하고 있다. 본 실시 형태의 센서 디바이스(11)는, 제1 부재(12)와, 제2 부재(34)와, 센서 소자(42)를 주된 기본 구성으로 하고 있다.

도 1, 도 2에 도시하는 바와 같이, 제1 부재(12)는, 베이스 부재(14)와 측벽 부재(24)로 이루어지고, 모두 세라믹 등의 절연성 재료에 의해 형성되어 있다. 베이스 부재(14)는, 평면에서 보아 사각형의 평판 형상이며 상면에 센서 소자(42)가 배치된다. 측벽 부재(24)는, 센서 소자(42)의 주위를 둘러싸도록(링 형상) 베이스 부재(14) 상에 배치된다.

〔베이스 부재의 구성〕

도 3에 도시하는 바와 같이, 베이스 부재(14)의 상면의 중앙에는, 센서 소자(42)의 하면에 접속하는 접지 전극(16)이 배치되어 있다. 또한, 베이스 부재(14)의 하면의 네 구석에는 외부 전극(20A, 20B, 20C, 20D)이 배치되어 있다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 외부 전극(20A, 20B, 20C, 20D)은, 각각 전자 회로 기판(94) 상의 실장 전극(96)에 접속된다.

또한, 도 1, 도 2, 도 3에 도시하는 바와 같이, 베이스 부재(14)의 상면에는 접속 전극(18A, 18B, 18C, 18D)이 배치되어 있다. 접속 전극(18A, 18B, 18C, 18D)은, 각각 외부 전극(20A, 20B, 20C, 20D)에 대응하여 배치되고, 일단이 각각 평면에서 보아 외부 전극(20A, 20B, 20C, 20D)에 대향하는 위치에 배치되어 있다. 그리고 접속 전극(18A, 18B, 18C, 18D)의 일단과, 외부 전극(20A, 20B, 20C, 20D)은 베이스 부재(14)를 관통하는 관통 전극(22A, 22B, 22C, 22D)을 개재하여 각각 전기적으로 접속되어 있다. 한편, 접속 전극(18A, 18B, 18C)의 타단은, 접지 전극(16)의 근방이 되는 위치에 배치되어 있다. 그리고 접속 전극(18D)의 타단은, 접지 전극(16)에 접속되어 있다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 측벽 부재(24)는, 베이스 부재(14) 상의 주연(周緣)이 되는 위치에 적층된다. 측벽 부재(24)는, 접속 전극(18A, 18B, 18C, 18D)을 덮도록 배치되지만, 측벽 부재(24)의 내측에 접속 전극(18A, 18B, 18C, 18D)의 타단측을 노출시키고, 접지 전극(16)도 노출시킨 상태로 베이스 부재(14)에 적층된다. 또한, 도 1에 도시하는 바와 같이, 측벽 부재(24)의 상면에는 메탈라이즈(26)가 배치되고, 이것이 제1 부재(12)의 상면(32)이 된다. 그리고 도 1, 도 2에 도시하는 바와 같이, 측벽 부재(24)의 접속 전극(18D)에 대향하는 위치에는, 측벽 부재(24)를 높이 방향으로 관통하는 관통 전극(28)이 배치되고, 메탈라이즈(26)와 접속 전극(18D)이 관통 전극(28)을 개재하여 전기적으로 접속되어 있다.

따라서, 도 1, 도 2에 도시하는 바와 같이, 제1 부재(12)에 있어서는, 측벽 부재(24)에 의해 제1 부재(12)에 제1 오목부(30)가 형성되고, 메탈라이즈(26)가 배치된 측벽 부재(24)의 상면(32)에 의해 제1 오목부(30)의 외주가 되는 외주면이 형성된다. 또한, 접지 전극(16) 및 접속 전극(18A, 18B, 18C, 18D)은, 도전성을 구비하는 금속으로 형성되고, 메탈라이즈(26)도 접지 전극(16) 등과 동일 재료로 형성할 수 있다.

또한, 측벽 부재(24)의 두께(높이)는, 후술하는 제1 센서 소자(46)와 제2 센서 소자(52)와 제3 센서 소자(58)의 총 두께(높이)보다도 크게 설정되어 있다.

〔제2 부재의 구성〕

도 4는 본 실시 형태의 센서 모듈의 제1 플레이트를 투시하여 센서 디바이스를 상면에서 본 평면도를 나타낸다. 도 1, 도 4에 도시하는 바와 같이, 제2 부재(34)는, 스테인리스나 코바르 등의 금속에 의해 대략 사각형 형상으로 형성되어 있다. 그리고 제2 부재(34)의 평면에서 보아 측벽 부재(24)와 겹치는 위치가 사각형의 링 형상의 주연부(38)로 되고, 주연부(38)의 내측이 힘 전달부(36)로 되어 있다. 이 힘 전달부(36)는, 제2 부재(34)의 평면에서 보아 후술하는 센서 소자(42)의 힘을 받는 면[수력면(受力面)]이 되는 상면(44)보다도 크고, 주연부(38)보다도 작다. 또한, 제2 부재(34)의 단면에서 보아 주연부(38)와 힘 전달부(36)의 사이에는, 오목부가 형성되어 있다. 본 실시 형태의 제2 부재(34)는, 프레스 성형이나 에칭에 의해 형성할 수 있다. 힘 전달부(36)는, 후술하는 제1 플레이트(70)에 의해 여압이 부가된 상태로 센서 소자(42)의 수력면이 되는 상면(44)의 전체면에 면 접촉하고 있다.

주연부(38)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 심 용접(seam welding)에 의해 측벽 부재(24)의 상면(32)을 형성하는 메탈라이즈(26)와 접합하고 있다. 이 심 용접은, 건조 분위기하에서 혹은 진공 분위기하에서 행해지고, 제2 부재(34)와 메탈라이즈(26)와의 심 용접에 의해, 센서 소자(42)를 제1 부재(12) 내에서 기밀 밀봉하고 있다. 여기서, 제2 부재(34)는, 메탈라이즈(26), 관통 전극(28)을 개재하여 접속 전극(18D)에 전기적으로 접속되어 있다.

〔센서 소자의 구성〕

도 1에 도시하는 바와 같이, 센서 소자(42)는, 압전성을 갖는, 예를 들면 수정, 티탄산지르콘산납[PZT:Pb(Zr, Ti)O₃], 니오븀산리튬, 탄탈산리튬 등으로 형성되는 판 형상 기판을 갖고, 본 실시 형태에서는 압전체로서 수정판을 이용하고 있다. 그리고 센서 소자(42)는, 상방으로부터 순서대로 제1 센서 소자(46), 제3 센서 소자(58), 제2 센서 소자(52)를 적층하여 형성된 것이다. 제1 센서 소자(46)는, 제1 수정판(48A, 48B)이 제1 검출 전극(50)을 사이에 끼우도록 형성되어 있다. 제2 센서 소자(52)는, 제2 수정판(54A, 54B)이 제2 검출 전극(56)을 사이에 끼우도록 형성되어 있다. 제3 센서 소자(58)는, 제3 수정판(60A, 60B)이 제3 검출 전극(62)을 사이에 끼우도록 형성되어 있다.

그리고 제1 센서 소자(46)[제1 수정판(48B)]와 제3 센서 소자(58)[제3 수정판(60A)]와의 사이에는 전극이 되는 제1 접지 전극(64)이 배치되고, 제3 센서 소자(58)[제3 수정판(60B)]와 제2 센서 소자(52)[제2 수정판(54A)]와의 사이에는 제2 접지 전극(66)이 배치되어 있다. 또한, 제1 센서 소자(46)[제1 수정판(48A)]의 상면은 센서 소자(42)의 상면(44)으로 되어 있고, 제2 부재(34)의 힘 전달부(36)에 면 접촉하여 접지되어 있다. 또한, 제2 센서 소자(52)[제2 수정판(54B)]의 하면은, 접지 전극(16)에 접속됨으로써 접지된다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 제1 검출 전극(50), 제2 검출 전극(56), 제3 검출 전극(62), 제1 접지 전극(64), 제2 접지 전극(66)은, 적층한 제1 내지 제3 수정판으로부터 그 일부가 밀려 나오도록 각각 배치되어 있다. 그리고 제1 검출 전극(50)은, 도전성의 와이어(68A)에 의해 접속 전극(18A)의 노출 부분(타단측)에 접속되고, 제2 검출 전극(56)은, 와이어(68B)에 의해 접속 전극(18B)의 노출 부분(타단측)에 접속되고, 제3 검출 전극(62)은, 와이어(68C)에 의해 접속 전극(18C)의 노출 부분(타단측)에 접속된다. 또한, 제1 접지 전극(64) 및 제2 접지 전극(66)은, 각각 와이어(68D, 68E)에 의해 접속 전극(18D)의 노출 부분(타단측)에 접속되어 있다.

상기 접속에 의해, 외부 전극(20A)은, 관통 전극(22A), 접속 전극(18A), 와이어(68A)를 개재하여 제1 검출 전극(50)에 전기적으로 접속된다. 또한, 외부 전극(20B)은, 관통 전극(22B), 접속 전극(18B), 와이어(68B)를 개재하여 제2 검출 전극(56)에 전기적으로 접속된다. 그리고 외부 전극(20C)은, 관통 전극(22C), 접속 전극(18C), 와이어(68C)를 개재하여 제3 검출 전극(62)에 전기적으로 접속된다.

또한, 외부 전극(20D)은, 관통 전극(22D), 접속 전극(18D)을 개재하여 접지 전극(16)에 전기적으로 접속된다. 또한 외부 전극(20D)은, 접속 전극(18D)에 접속한 와이어(68D)를 개재하여 제1 접지 전극(64)에 전기적으로 접속되고, 접속 전극(18D)에 접속한 와이어(68E)를 개재하여 제2 접지 전극(66)에 전기적으로 접속되고, 접속 전극(18D)에 접속한 관통 전극(28) 및 메탈라이즈(26)를 개재하여 제2 부재(34)에 전기적으로 접속된다.

전술한 각종 전극의 재료로서는, 금, 티타늄, 알루미늄, 구리, 철 등의 단체 혹은 합금을 이용할 수 있다. 예를 들면, 철 합금으로서 스테인리스 스틸을 이용하는 것도 가능하며, 내구성, 내식성이 우수하므로 적합하게 이용된다.

도 5는 본 실시 형태의 센서 소자의 모식도를 나타낸다. 본 실시 형태에 있어서, 힘 전달부(36)는 센서 소자(42)의 상면(44)의 법선 방향(γ축)에 평행한 방향의 힘뿐만 아니라, 상면(44)의 면 방향의 힘, 즉, γ축에 각각 직교하고, 또한 서로 직교하는 2개의 방향(α축, β축)의 힘을 상면(44)에 전달 가능하다. 그리고 센서 소자(42)는 후술하는 바와 같이 α축, β축, γ축에 각각 평행한 힘을 검출할 수 있다.

제1 센서 소자(46)에 있어서, 제1 수정판(48A, 48B)은, Y 컷트 수정판에 의해 형성되고, 압전 효과를 발생시키는 결정 방위인 X 방향이 제1 수정판(48A, 48B)의 법선(도 5의 γ축에 평행한 방향)에 수직한 방향이 되는 결정 방위를 갖고 있다. 그리고 제1 수정판(48A, 48B)은, X 방향이 서로 역방향으로 되도록 배치되어 있다. 또한, 제1 수정판(48A, 48B)은, X 방향이 공간 직교 좌표의 α축과 평행하게 되도록 배치되어 있다.

제2 센서 소자(52)에 있어서, 제2 수정판(54A, 54B)은, Y 컷트 수정판에 의해 형성되고, X 방향이 제2 수정판(54A, 54B)의 법선(γ축에 평행한 방향)에 수직한 방향이 되는 결정 방위를 갖고 있다. 그리고 제2 수정판(54A, 54B)은, X 방향이 서로 역방향으로 되도록 배치되어 있다. 또한, 제2 수정판(54A, 54B)은, X 방향이 공간 직교 좌표의 β축과 평행하게 되도록 배치되어 있다.

제3 센서 소자(58)에 있어서, 제3 수정판(60A, 60B)은, X 컷트 수정판에 의해 형성되고, X 방향이 제3 수정판(60A, 60B)의 법선(γ축에 평행한 방향)과 평행한 방향이 되는 결정 방위를 갖고 있다. 그리고 제3 수정판(60A, 60B)은, X 방향이 서로 역방향으로 되도록 배치되어 있다. 또한, 제3 수정판(60A, 60B)은, X 방향이 공간 직교 좌표의 γ축과 평행하게 되도록 배치되어 있다.

도 5에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 센서 소자(42)는, 공간 직교 좌표의 γ축에 평행한 방향을 센서 소자(42)의 높이 방향으로 하고 있다. 그리고 후술하는 제1 플레이트(70) 및 제2 플레이트(80)에 의해 γ축의 방향으로부터 끼워 넣어져 여압이 주어지고, 제1 볼록부(72)를 개재하여 센서 소자(42)에 γ축에 평행한 방향으로부터 여압이 부가된다. 이에 의해, 제3 수정판(60A, 60B)은 X 방향으로부터 여압(압축력)을 받게 되므로 압전 효과에 의해 전하가 유기되고, 제3 검출 전극(62)으로 전하(Fz 신호)가 출력된다.

상기 구성에 있어서, 제1 플레이트(70) 및 제2 플레이트(80)(도 10 참조)의 상대 위치가 서로 α축에 평행한 방향으로 어긋나는 외력이 부가되면, 제1 볼록부(72)를 개재하여 센서 소자(42)에는, α축에 평행한 방향의 외력이 부가된다. 그러면, 제1 수정판(48A, 48B)은, X 방향으로부터 외력(전단력)을 받게 되므로 압전 효과에 의해 전하를 유기하고, 제1 검출 전극(50)으로 전하(Fx 신호)가 출력된다.

또한 제1 플레이트(70) 및 제2 플레이트(80)(도 10 참조)의 상대 위치가 서로 β축에 평행한 방향으로 어긋나는 외력이 부가되면, 제1 볼록부(72)를 개재하여 센서 소자(42)에는, β축에 평행한 방향의 외력이 부가된다. 그러면, 제2 수정판(54A, 54B)은 X 방향으로부터 외력(전단력)을 받게 되므로 압전 효과에 의해 전하를 유기하고, 제2 검출 전극(56)으로 전하(Fy 신호)가 출력된다.

또한 제1 플레이트(70) 및 제2 플레이트(80)(도 10 참조)의 상대 위치가 서로 γ축에 평행한 방향으로 어긋나는 외력이 부가되면, 제1 볼록부(72)를 개재하여 센서 소자(42)에는, γ축에 평행한 방향의 외력이 부가된다. 그러면, 제3 수정판(60A, 60B)은 X 방향으로부터 외력(압축력 또는 인장력)을 받게 되므로 압전 효과에 의해 유기되는 전하량이 변화되고, 제3 검출 전극(62)으로 출력되는 전하(Fz 신호)의 크기가 변화된다.

따라서, 본 실시 형태의 센서 디바이스(11)는, 외부 전극(20A)을 개재하여 제1 검출 전극(50)으로 출력되는 전하(Fx 신호)와, 외부 전극(20B)을 개재하여 제2 검출 전극(56)으로 출력되는 전하(Fy 신호)와, 외부 전극(20C)을 개재하여 제3 검출 전극(62)으로 출력되는 전하(Fz 신호)를 각각 모니터할 수 있고, 서로 직교하는 α축(후술하는 X축), β축(후술하는 Y축), γ축(후술하는 Z축)에 평행한 방향의 외력(Fx, Fy, Fz)을 검지할 수 있다. 또한, 센서 소자(42)는, 제1 센서 소자(46), 제2 센서 소자(52), 제3 센서 소자(58)의 적층 구조로 되어 있지만, 적어도 어느 하나 이상을 이용하는 구성으로 해도 된다.

<센서 디바이스의 제조 방법>

이러한 센서 디바이스(11)의 제조 방법은, 도 6에 도시하는 바와 같이, 우선 센서 소자(42)를 베이스 부재(14) 상에 재치하고, 이어서 제2 부재(34)의 주연부(38)가 제1 부재(12)의 측벽 부재(24)의 상면과 일치하도록 배치한다. 그리고 제2 부재(34)의 중앙에 추를 배치하여 제2 부재(34)에 하중을 가한다. 그리고 롤러 전극을 제2 부재(34)의 메탈라이즈(26)[측벽 부재(24)]와의 접속 위치에 압박하여, 롤러 전극에 전류를 인가하여 제2 부재(34)와, 메탈라이즈(26)를 심 용접에 의해 접합한다.

이와 같이, 센서 디바이스(11)는, 센서 소자(42)와 제2 부재(34)의 사이에 간극이 발생한 상태에 있다.

〔제1, 제2 플레이트의 구성〕

본 실시 형태의 제1 플레이트(70)는, 평면에서 보아 제1 부재(12)보다도 큰 대략 사각형의 플레이트판이다. 제1 플레이트(70)는 재질로 스테인리스 등의 금속 재료를 이용하고 있고, 소정의 강도를 구비하여 가공이 용이하게 형성할 수 있다. 제1 플레이트(70)는, 제1 부재(12)측의 주면에, 제2 부재(34)를 향해 돌출된 볼록 형상의 제1 볼록부(72)를 형성하고 있다. 제1 볼록부(72)는, 평면에서 보아 센서 소자(42)의 상면(44)의 전체 영역과 겹치고, 또한, 제1 부재(12)의 내주연의 영역의 내부에 수용되는 압박면(73)을 구비하고 있다. 바꾸어 말하면 압박면(73)의 면적은, 센서 소자(42)의 상면의 면적 이상이며, 또한 제1 부재(12)의 내주연의 영역보다도 작게 형성하고 있다[제2 부재(34)의 힘 전달부(36)보다도 작게 형성하고 있음]. 제1 볼록부(72)는, 프레스 가공 또는 에칭 등에 의해 형성할 수 있다. 제1 플레이트(70)는, 후술하는 볼트 등의 체결부(86)가 삽입되는 관통 구멍(74)이 형성되어 있다. 관통 구멍(74)은, 체결부(86)의 헤드가 삽입되는 제1 구멍(74A)과, 샤프트가 삽입되는 제2 구멍(74B)으로 구성되어 있다.

제2 플레이트(80)는, 평면에서 보아 제1 부재(12)보다도 크고, 제1 플레이트(70)와 대략 동일 형상의 플레이트판이다. 제2 플레이트(80)는, 후술하는 체결부(86)의 수나사가 나사 결합하는 나사 구멍(82)이 형성되어 있다. 제2 플레이트(80)는 재질로 스테인리스 등의 금속 재료를 이용하고 있고, 소정의 강도를 구비하여 가공이 용이하게 형성할 수 있다. 또한 제2 플레이트(80)의 상면에는, 전자 회로 기판(94)이 형성되어 있고, 센서 디바이스(11)의 외부 전극(20A, 20B, 20C, 20D)과 전기적으로 접속 가능하게 구성하고 있다. 또한, 제1 플레이트(70) 및 제2 플레이트(80)는, 평면에서 보아 사각형 형상 외에 원판, 타원, 다각형으로 형성해도 된다.

체결부(86)는, 제1 플레이트(70) 및 제2 플레이트(80) 사이에서 센서 디바이스(11)를 협지한 상태로 제1 플레이트(70) 및 제2 플레이트(80)를 체결하는 부재이다. 본 실시 형태의 체결부(86)는 체결 볼트이다. 체결 볼트는 헤드와 샤프트로 구성되어 있다. 샤프트의 선단은, 나사 절삭 가공이 실시된 수나사가 형성되어, 제2 플레이트(80)의 나사 구멍(82)에 나사 결합시킬 수 있다. 이러한 체결부(86)는, 제1 플레이트(70) 및 제2 플레이트(80) 사이에 센서 디바이스(11)를 가압하면서 고정할 수 있으면 되고, 본 실시 형태에서는, 일례로서 센서 디바이스(11)를 사이에 끼우도록 2개소에 설치하고 있다. 이와 같이, 체결부(86)에 의해, 제1 플레이트(70)와 제2 플레이트(80)와의 체결력을 조정할 수 있다. 또한, 이 체결력의 조정이라 함은, 제1 플레이트(70)와 제2 플레이트(80)와의 간극을 조정하는 것이기도 하다.

〔센서 모듈의 조립〕

이러한 센서 모듈(10)의 조립은, 우선 제2 플레이트(80)의 실장면에 형성된 전자 회로 기판(94) 상에 센서 디바이스(11)를 재치하고, 외부 전극(20A, 20B, 20C, 20D)과 실장 전극(96)을 전기적으로 접속시킨다. 그리고 제1 플레이트(70)를, 제1 볼록부(72)와 센서 디바이스(11)의 센서 소자(42) 상면이 평면에서 보아 겹치도록 센서 디바이스(11) 상에 배치한다. 다음으로 체결부(86)로 되는 체결 볼트를 제1 플레이트(70)의 관통 구멍(74)으로부터 삽입하고, 제2 플레이트(80)의 나사 구멍(82)에 나사 결합시킨다. 이때 소정의 여압(예를 들면 10kN 정도)이 부가되도록 체결부(86)의 체결량을 조정할 수 있다.

〔효과〕

이러한 구성의 센서 모듈에 따르면, 센서 소자(42)가 제1 부재(12) 내에 밀봉된 센서 디바이스(11)에 대하여, 제2 부재(34)의 외측으로부터 제1 볼록부(72)를 개재하여 센서 소자(42)에 소정의 여압을 부가할 수 있다.

이와 같이, 센서 소자(42)에 항상 일정한 여압을 부가할 수 있고, 측정 오차가 없는 정확한 검출 데이터를 얻을 수 있다. 따라서, 센서 디바이스(11)의 효율이 좋아진다. 또한, 예를 들면 윤활유, 물이나 약품 등의 액체 등에 노출된 환경하에서의 사용이라도 제2 부재(34) 내부의 센서 소자(42)를 보호할 수 있으므로, 신뢰성이 높은 센서 모듈(10)을 얻을 수 있다.

(제2 실시 형태)

도 7은 제2 실시 형태에 따른 센서 모듈의 단면도이다. 제2 실시 형태에 따른 센서 모듈(10A)은, 제1 실시 형태의 제2 플레이트(80)의 전자 회로 기판(94) 대신에 제2 볼록부(84)를 형성하고 있다. 그 밖의 구성은 제1 실시 형태의 센서 모듈(10)과 동일한 구성이며, 동일한 부호를 병기하여 상세한 설명을 생략한다.

제2 플레이트(80A)는, 센서 디바이스(11)를 실장하는 실장면에 제1 볼록부(72)와 대략 동일 형상의 제2 볼록부(84)가 형성되어 있다. 제2 볼록부(84)는, 평면에서 보아 제1 부재(12)의 저면보다도 작고, 센서 소자(42)의 아랫면의 면적과 동등하거나 또는 이것보다도 큰 면적의 압박면(85)을 구비하고 있다.

이러한 구성의 제2 실시 형태에 따른 센서 모듈(10A)에 따르면, 센서 디바이스(11)의 센서 소자(42)를 상하면으로부터 균등하고 또한 효과적으로 여압을 부가시킬 수 있다. 또한, 센서 디바이스(11)의 저면에 형성된 외부 전극(20A, 20B, 20C, 20D)과 제2 플레이트(80A)의 사이에 간극이 형성되므로, 금속 배선을 인출하기 쉽게 할 수 있고, 외부의 전자 회로 기판과 전기적으로 용이하게 접속시킬 수 있다.

(제3 실시 형태)

도 8은 제3 실시 형태에 따른 센서 모듈의 단면도이다. 제3 실시 형태에 따른 센서 모듈(10B)은, 제1 부재(12)의 하면에 제2 볼록부(84)가 끼워 맞추어지는 제2 오목부(15)를 형성하고 있다. 그 밖의 구성은 제2 실시 형태의 센서 모듈(10A)과 동일한 구성이며, 동일한 부호를 병기하여 상세한 설명을 생략한다.

본 실시 형태의 제2 오목부(15)는, 제1 부재(12)의 베이스 부재(14)의 저면이며, 센서 소자(42)의 하면과 대향하는 위치에 형성되어 있다. 제2 오목부(15)는 제2 볼록부(84)가 끼워 맞추어지는 하향(下向)의 오목 형상으로 되도록, 프레스 가공, 에칭 등을 이용하여 형성할 수 있다.

이러한 구성의 제3 실시 형태에 따른 센서 모듈(10B)에 따르면, 평면에서 보아 베이스 부재(14)에 재치된 센서 소자(42)의 중심과, 제2 플레이트(80A)의 제2 볼록부(84)의 중심이 동일 직선상으로 되도록 용이하게 위치 결정할 수 있다. 따라서, 센서 소자(42)에 균등하게 여압을 부가시킬 수 있다.

(제4 실시 형태)

도 9는 제4 실시 형태에 따른 센서 모듈의 단면도이다. 제4 실시 형태의 센서 모듈(10C)은 제2 부재(34A)에 두께가 얇은 박육부(40)를 형성하고 있다. 그 밖의 구성은 제1 실시 형태의 센서 모듈(10)과 동일한 구성이며, 동일한 부호를 병기하여 그 상세한 설명을 생략한다.

박육부(40)는, 평면에서 보아 제2 부재(34A)의 주연부(38)와 힘 전달부(36)의 사이에 링 형상으로 형성되어 있다. 박육부(40)는, 그 내주에 평면에서 보아 센서 소자(42)의 상면(44)의 주연이 수용되도록 배치되어 있다. 박육부(40)는 제2 부재(34A)의 양면 혹은 한쪽면으로부터만 파고들어간 상태에서 그 두께가 힘 전달부(36) 및 주연부(38)보다도 두께가 얇아지도록 형성되어 있다. 박육부(40)는, 프레스 성형이나 에칭에 의해 형성할 수 있다.

이러한 구성의 제4 실시 형태에 따른 센서 모듈(10C)은, 제1 볼록부(72)에 의한 여압으로 제2 부재(34A)의 박육부(40)가 변형되기 쉬워짐으로써, 제2 부재(34A)에 스트레스가 가해지지 않고, 제1 부재(12)와 제2 부재(34A)의 접합이 파괴되는 일이 없고, 센서 디바이스(11) 내부를 기밀하게 유지할 수 있다.

또한, 박육부(40)는 제2 및 제3 실시 형태에 따른 센서 모듈의 제2 부재에 적용해도 된다.

(제5 실시 형태)

도 10에 본 실시 형태의 힘 검출 장치를 나타내고, (a)는 모식도를 나타내고, (b)는 평면도를 나타낸다. 본 실시 형태의 힘 검출 장치(90)는, 4개의 센서 디바이스(11)를 제1 플레이트(70A) 및 제2 플레이트(80A)에 의해 사이에 끼워 넣은 구성이다. 제1 플레이트(70A) 및 제2 플레이트(80A)는, 모두 평면에서 보아 원판 형상으로 형성되고, 중심을 통과하여 서로 직교하는 선상에 4개의 센서 디바이스(11)를 배치하고 있다. 제1 플레이트(70A)는, 센서 디바이스(11)의 센서 소자(42)의 상면과 대향하는 개소에 제1 볼록부(72)가 4개 형성되어 있다. 제2 플레이트(80A)는, 센서 디바이스(11)를 배치하는 개소에 전자 회로 기판이 4개 형성되어 있다.

이러한 구성의 힘 검출 장치(90)는, 4개의 센서 디바이스(11)가 모두 동일한 방향으로 향한 상태로 제1 플레이트(70A) 및 제2 플레이트(80A) 사이에 끼워 넣어지고, 여압이 부가된다. 예를 들면, 센서 모듈(10)에 있어서, 제1 센서 소자(46)(도 1, 도 5)의 검출축을 Fx에 평행한 방향을 향하게 하고, 제2 센서 소자(52)(도 1, 도 5)의 검출축을 Fy에 평행한 방향을 향하게 하고, 제3 센서 소자(58)(도 1, 도 5)의 검출축을 Fz에 평행한 방향을 향하게 한 상태로 되어 있다. 또한 각 센서 모듈(10)의 센서 소자의 높이를 미리 측정해 두고, 이 측정값에 기초하여 제1 볼록부(72)의 돌출량을 연마 등에 의해 조정함으로써, 각 센서 디바이스(11)의 제조 변동이 발생한 경우라도, 제1 플레이트(70A) 및 제2 플레이트(80A)의 사이의 평행도를 유지하면서 균등하게 여압을 부가할 수 있다.

여기서, 제1 플레이트(70A) 및 제2 플레이트(80A)의 상대 위치가 서로 Fx 방향으로 어긋나는 힘을 받은 경우, 센서 모듈(10)은 각각 Fx1, Fx2, Fx3, Fx4의 힘을 검출한다. 또한, 제1 플레이트(70A) 및 제2 플레이트(80A)의 상대 위치가 서로 Fy 방향으로 어긋나는 힘을 받은 경우, 센서 모듈(10)은 각각 Fy1, Fy2, Fy3, Fy4의 힘을 검출한다. 또한, 제1 플레이트(70A) 및 제2 플레이트(80A)의 상대 위치가 서로 Fz 방향으로 어긋나는 힘을 받은 경우, 센서 모듈(10)은 각각 Fz1, Fz2, Fz3, Fz4의 힘을 검출한다.

따라서, 힘 검출 장치(90)에 있어서, 서로 직교하는 힘 Fx, Fy, Fz, Fx에 평행한 방향을 회전축으로 하는 회전력 Mx, Fy에 평행한 방향을 회전축으로 하는 회전력 My, Fz에 평행한 방향을 회전축으로 하는 회전력 Mz는, 이하와 같이 구할 수 있다.

여기서, a, b는 상수로 한다. 따라서, 본 실시 형태의 힘 검출 장치(90)는, 3차원의 모든 방향으로부터의 힘(6축 방향의 힘)을 검지할 수 있고, 적은 변위량이라도 고정밀도한 힘의 검출을 안정적으로 행하는 것이 가능한 힘 검출 장치(90)가 된다.

또한, 본 실시 형태에서는 4개의 센서를 이용하여 나타냈지만, 3개 이상의 센서이면 전술한 Fx, Fy, Fz, Mx, My, Mz의 검출을 할 수 있다.

(제6 실시 형태)

도 11에, 본 실시 형태의 힘 검출 장치를 탑재한 로봇을 도시한다. 도 11에 도시하는 바와 같이, 로봇(100)은, 본체부(102), 아암부(104), 로봇 핸드부(116) 등으로 구성되어 있다. 본체부(102)는, 예를 들면 바닥, 벽, 천장, 이동 가능한 대차 위 등에 고정된다. 아암부(104)는, 본체부(102)에 대하여 움직임이 가능하게 되도록 설치되어 있고, 본체부(102)에는 아암부(104)를 회전시키기 위한 동력을 발생시키는 액튜에이터(도시 생략)나, 액튜에이터를 제어하는 제어부 등(도시 생략)이 내장되어 있다.

아암부(104)는, 제1 프레임(106), 제2 프레임(108), 제3 프레임(110), 제4 프레임(112), 제5 프레임(114)으로 구성되어 있다. 제1 프레임(106)은, 회전 굴곡축을 개재하여, 본체부(102)에 회전 가능 또는 굴곡 가능하게 되도록 접속되어 있다. 제2 프레임(108)은, 회전 굴곡축을 개재하여, 제1 프레임(106) 및 제3 프레임(110)에 접속되어 있다. 제3 프레임(110)은, 회전 굴곡축을 개재하여, 제2 프레임(108) 및 제4 프레임(112)에 접속되어 있다. 제4 프레임(112)은, 회전 굴곡축을 개재하여, 제3 프레임(110) 및 제5 프레임(114)에 접속되어 있다. 제5 프레임(114)은, 회전 굴곡축을 개재하여, 제4 프레임(112)에 접속되어 있다. 아암부(104)는, 제어부의 제어에 의해, 각 프레임이 각 회전 굴곡축을 중심으로 복합적으로 회전 또는 굴곡함으로써 구동한다.

제5 프레임(114)의 선단에는, 로봇 핸드부(116)가 장착되어 있고, 대상물을 파악할 수 있는 로봇 핸드(120)가, 회전 동작시키는 모터(도시 생략)를 내장하는 로봇 핸드 접속부(118)를 개재하여 제5 프레임(114)에 접속되어 있다.

로봇 핸드 접속부(118)에는, 모터 외에 전술한 힘 검출 장치(90)(도 11에서는 도시 생략)가 내장되어 있고, 로봇 핸드부(116)가 제어부의 제어에 의해 소정의 동작 위치까지 이동되었을 때, 장해물에의 접촉, 혹은 소정 위치를 넘은 동작 명령에 의한 대상물과의 접촉 등을 힘 검출 장치(90)에 의해 힘으로서 검출하고, 로봇(100)의 제어부에 피드백하고, 회피 동작을 실행할 수 있다.

이러한 로봇(100)을 이용함으로써, 종래부터의 위치 제어에서는 대처할 수 없었던, 장해물 회피 동작, 대상물 손상 회피 동작 등을 용이하게 행하고, 안전하고 정밀한 작업이 가능한 로봇(100)을 얻을 수 있다. 또한, 적은 변위량이어도 고정밀도한 힘의 검출을 안정적으로 행하는 것이 가능한 로봇(100)이 된다. 또한 본 실시 형태에 한정되지 않고, 양팔 로봇에도 적용할 수 있다.

10, 10A, 10B, 10C : 센서 모듈
11 : 센서 디바이스
12 : 제1 부재
14 : 베이스 부재
15 : 제2 오목부
16 : 접지 전극
18A, 18B, 18C, 18D : 접속 전극
20A, 20B, 20C, 20D : 외부 전극
22A, 22B, 22C, 22D : 관통 전극
24 : 측벽 부재
26 : 메탈라이즈
28 : 관통 전극
30 : 제1 오목부
32 : 상면(외주면)
34, 34A : 제2 부재
36 : 힘 전달부
38 : 주연부
40 : 박육부
42 : 센서 소자
44 : 상면
46 : 제1 센서 소자
48A, 48B : 제1 수정판
50 : 제1 검출 전극
52 : 제2 센서 소자
54A, 54B : 제2 수정판
56 : 제2 검출 전극
58 : 제3 센서 소자
60A, 60B : 제3 수정판
62 : 제3 검출 전극
64 : 제1 접지 전극
66 : 제2 접지 전극
68A, 68B, 68C, 68D, 68E : 와이어
70 : 제1 플레이트
72 : 제1 볼록부
73 : 압박면
74 : 관통 구멍
80, 80A : 제2 플레이트
82 : 나사 구멍
84 : 제2 볼록부
86 : 체결부
90 : 힘 검출 장치
94 : 전자 회로 기판
96 : 실장 전극
100 : 로봇
102 : 본체부
104 : 아암부
106 : 제1 프레임
108 : 제2 프레임
110 : 제3 프레임
112 : 제4 프레임
114 : 제5 프레임
116 : 로봇 핸드부
118 : 로봇 핸드 접속부
120 : 로봇 핸드
200 : 센서 디바이스
202 : 제1 부재
204 : 제2 부재
206 : 동축 코넥터
208 : 외주부
210 : 중심 도체
212 : 절연성 수지
214 : 센서 소자
216 : 수정판
218 : 전극판
220 : 개구부
224 : 상면

Claims

압전체와 전극이 적층된 센서 소자와,
상기 센서 소자가 배치되는 제1 오목부를 갖는 제1 부재와,
상기 제1 부재에 접합되고 상기 제1 부재의 상기 제1 오목부를 밀봉하는 제2 부재와,
상기 제2 부재와 접촉하는 제1 플레이트와,
상기 제1 부재와 접촉하는 제2 플레이트와,
상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트를 체결 가능한 체결부
를 구비하고,
상기 제1 부재와 상기 센서 소자의 접촉면으로부터 상기 제1 부재와 상기 제2 부재가 접합되는 면까지의 치수가 상기 센서 소자의 상기 압전체와 상기 전극이 적층되는 방향의 치수보다도 크게 형성되고,
상기 제1 플레이트에는, 상기 제2 부재를 향해 돌출되고 상기 제2 부재와 접촉하는 제1 볼록부가 형성되고, 상기 센서 소자는 상기 제2 부재와 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 센서 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제2 플레이트는, 상기 제1 부재를 향해 돌출되고 상기 제1 부재와 접촉하는 제2 볼록부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 센서 모듈.
제2항에 있어서,
상기 제1 부재의 저면에, 상기 제2 볼록부와 끼워 맞추어지는 제2 오목부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 센서 모듈.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 부재의 두께 방향의 평면에서 보아, 상기 제2 부재의 상기 제1 볼록부와 접촉하는 부분을 둘러싸는 주변부에는, 상기 제1 볼록부와 접촉하는 부분의 두께보다도 얇은 박육부(薄肉部)를 갖는 것을 특징으로 하는 센서 모듈.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압전체를 복수개 적층시킨 상기 센서 소자의 적층 방향을 Z축 방향으로 한 경우, 상기 Z축 방향에 직교하고 또한 서로 직교하는 방향을 각각 X축 방향, Y축 방향으로 한 경우, 적어도 상기 X축 방향의 힘을 검출하는 제1 센서 소자와, 상기 Y축 방향의 힘을 검출하는 제2 센서 소자와, 상기 Z축 방향의 힘을 검출하는 제3 센서 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 센서 모듈.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 체결부는, 체결력의 조정이 가능한 것을 특징으로 하는 센서 모듈.
압전체와 전극이 적층된 센서 소자와,
상기 센서 소자가 배치되는 제1 오목부를 갖는 제1 부재와,
상기 제1 부재에 접합되고 상기 제1 부재의 상기 제1 오목부를 밀봉하는 제2 부재와,
상기 제2 부재와 접촉하는 제1 플레이트와,
상기 제1 부재와 접촉하는 제2 플레이트와,
상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트를 체결 가능한 체결부와,
상기 센서 소자와 전기적으로 접속하는 전자 회로
를 구비하고,
상기 제1 부재와 상기 센서 소자의 접촉면으로부터 상기 제1 부재와 상기 제2 부재가 접합되는 면까지의 치수가 상기 센서 소자의 상기 압전체와 상기 전극이 적층되는 방향의 치수보다도 크게 형성되고,
상기 제1 플레이트에는, 상기 제2 부재를 향해 돌출되고 상기 제2 부재와 접촉하는 제1 볼록부가 형성되고, 상기 센서 소자는 상기 제2 부재와 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 힘 검출 장치.
본체부와,
상기 본체부에 접속하는 아암부와,
상기 아암부에 접속하는 핸드부를 구비하는 로봇으로서,
상기 아암부와 상기 핸드부의 접속부에 센서 모듈을 갖고,
상기 센서 모듈은,
압전체와 전극이 적층된 센서 소자와,
상기 센서 소자가 배치되는 제1 오목부를 갖는 제1 부재와,
상기 제1 부재에 접합되고 상기 제1 부재의 상기 제1 오목부를 밀봉하는 제2 부재와,
상기 제2 부재와 접촉하는 제1 플레이트와,
상기 제1 부재와 접촉하는 제2 플레이트와,
상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트를 체결 가능한 체결부
를 구비하고,
상기 제1 부재와 상기 센서 소자의 접촉면으로부터 상기 제1 부재와 상기 제2 부재가 접합되는 면까지의 치수가 상기 센서 소자의 상기 압전체와 상기 전극이 적층되는 방향의 치수보다도 크게 형성되고,
상기 제1 플레이트에는, 상기 제2 부재를 향해 돌출되고 상기 제2 부재와 접촉하는 제1 볼록부가 형성되고, 상기 센서 소자는 상기 제2 부재와 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 로봇.
전극을 구비한 압전체와,
제1 오목부를 갖고, 상기 압전체를 상기 제1 오목부에 배치하는 제1 부재와,
상기 압전체에 접촉하고, 상기 제1 부재와 접합하는 접합부를 갖는 제2 부재와,
상기 제2 부재를 개재하여, 상기 제2 부재와 상기 압전체가 접촉하는 면과 반대측의 면과 접촉하는 제1 플레이트와,
상기 제1 부재를 개재하여, 상기 제1 부재와 상기 압전체가 접촉하는 면과 반대측의 면과 접촉하는 제2 플레이트와,
상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트를 체결하는 체결부
를 구비하고,
상기 제1 부재의 상기 압전체가 접촉하는 면으로부터 상기 접합부까지의 치수가, 상기 압전체에 있어서의 상기 압전체의 주면에 수직인 방향의 치수보다도 크게 형성되고,
상기 제1 플레이트에는 상기 제2 부재를 향해 돌출된 제1 볼록부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 센서 모듈.