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JP2019152462A - Sensor device, force detector, and robot - Google Patents

Sensor device, force detector, and robot Download PDF

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JP2019152462A
JP2019152462A JP2018035965A JP2018035965A JP2019152462A JP 2019152462 A JP2019152462 A JP 2019152462A JP 2018035965 A JP2018035965 A JP 2018035965A JP 2018035965 A JP2018035965 A JP 2018035965A JP 2019152462 A JP2019152462 A JP 2019152462A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
intermediate substrate
resin layer
sensor device
force detection
piezoelectric
Prior art date
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Pending
Application number
JP2018035965A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
英男 宮坂
Hideo Miyasaka
英男 宮坂
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.)
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Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
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Abstract

To provide a sensor device, a force detector and a robot with which it is possible to exhibit stable detection characteristics.SOLUTION: A sensor device comprises: a first member; a second member; a piezoelectric element arranged between the first and the second members; a first intermediate substrate arranged between the first member and the piezoelectric element; a second intermediate substrate arranged between the second member and the piezoelectric element; a first resin layer arranged between the first member and the first intermediate substrate; and a second resin layer arranged between the second member and the second intermediate substrate. A Young's modulus of the first resin layer is smaller than a Young's modulus of the first member and a Young's modulus of the first intermediate substrate, and a Young's modulus of the second resin layer is smaller than a Young's modulus of the second member and a Young's modulus of the second intermediate substrate.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、センサーデバイス、力検出装置およびロボットに関するものである。   The present invention relates to a sensor device, a force detection device, and a robot.

特許文献1に記載されたセンサーデバイスである変動荷重検出パッドは、圧電板と、圧電板を挟む一対の電極板と、一対の電極板を挟む一対の絶縁板と、電極板と絶縁板との間に位置し、これらを接着する接着部材と、を有する。このようなセンサーデバイスでは、厚さ方向の圧縮荷重を受けると、受けた荷重の大きさに基づいた電荷が一対の電極板から出力される。   The variable load detection pad, which is a sensor device described in Patent Document 1, includes a piezoelectric plate, a pair of electrode plates that sandwich the piezoelectric plate, a pair of insulating plates that sandwich the pair of electrode plates, and an electrode plate and an insulating plate. And an adhesive member for bonding them. In such a sensor device, when a compressive load in the thickness direction is received, a charge based on the magnitude of the received load is output from the pair of electrode plates.

特開2011−43442号公報JP 2011-43442 A

ここで、上述のようなセンサーデバイスの感度を向上させるために、一対の押圧部材でセンサーデバイスを挟み、センサーデバイスを厚さ方向に与圧した状態で用いられる場合がある。その際、与圧がセンサーデバイスの面内に均一にかからないと、出力が不安定になるおそれがある。   Here, in order to improve the sensitivity of the sensor device as described above, the sensor device may be sandwiched between a pair of pressing members and used in a state where the sensor device is pressurized in the thickness direction. At that time, if the applied pressure is not uniformly applied to the surface of the sensor device, the output may become unstable.

本発明の目的は、安定した検出特性を発揮することのできるセンサーデバイス、力検出装置およびロボットを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a sensor device, a force detection device, and a robot that can exhibit stable detection characteristics.

本発明の一態様は、第1部材と、
第2部材と、
前記第1部材と前記第2部材との間に配置されている圧電素子と、
前記第1部材と前記圧電素子との間に配置されている第1中間基板と、
前記第2部材と前記圧電素子との間に配置されている第2中間基板と、
前記第1部材と前記第1中間基板との間に配置されている第1樹脂層と、
前記第2部材と前記第2中間基板との間に配置されている第2樹脂層と、を有し、
前記第1樹脂層のヤング率は、前記第1部材のヤング率および前記第1中間基板のヤング率より小さく、
前記第2樹脂層のヤング率は、前記第2部材のヤング率および前記第2中間基板のヤング率より小さいセンサーデバイスである。
このように、第1部材と第1中間基板との間に第1樹脂層を設け、第2部材と第2中間基板との間に第2樹脂層を設けることにより、圧電素子に加えられる与圧の均一度が高められ、圧電素子からの出力値が安定する。そのため、センサーデバイスは、安定した検出特性を発揮することができ、受けた外力をより精度よく検出することができる。
One aspect of the present invention includes a first member,
A second member;
A piezoelectric element disposed between the first member and the second member;
A first intermediate substrate disposed between the first member and the piezoelectric element;
A second intermediate substrate disposed between the second member and the piezoelectric element;
A first resin layer disposed between the first member and the first intermediate substrate;
A second resin layer disposed between the second member and the second intermediate substrate,
The Young's modulus of the first resin layer is smaller than the Young's modulus of the first member and the Young's modulus of the first intermediate substrate,
The second resin layer is a sensor device having a Young's modulus smaller than that of the second member and Young's modulus of the second intermediate substrate.
As described above, the first resin layer is provided between the first member and the first intermediate substrate, and the second resin layer is provided between the second member and the second intermediate substrate. The uniformity of the pressure is increased, and the output value from the piezoelectric element is stabilized. Therefore, the sensor device can exhibit stable detection characteristics and can detect the received external force more accurately.

本発明の一態様では、前記第1樹脂層の厚さと、前記第2樹脂層の厚さと、が等しいことが好ましい。
これにより、力検出素子の両側からバランスよく外力が伝達されるため、力検出素子からの出力値が安定する。そのため、センサーデバイスは、安定した検出特性を発揮することができ、受けた外力をより精度よく検出することができる。
In one aspect of the present invention, it is preferable that the thickness of the first resin layer is equal to the thickness of the second resin layer.
As a result, the external force is transmitted in a balanced manner from both sides of the force detection element, so that the output value from the force detection element is stabilized. Therefore, the sensor device can exhibit stable detection characteristics and can detect the received external force more accurately.

本発明の一態様では、前記第1樹脂層の材料と、前記第2樹脂層の材料と、が同じであることが好ましい。
これにより、力検出素子の両側からバランスよく外力が伝達されるため、力検出素子からの出力値が安定する。そのため、センサーデバイスは、安定した検出特性を発揮することができ、受けた外力をより精度よく検出することができる。
In one embodiment of the present invention, the material of the first resin layer and the material of the second resin layer are preferably the same.
As a result, the external force is transmitted in a balanced manner from both sides of the force detection element, so that the output value from the force detection element is stabilized. Therefore, the sensor device can exhibit stable detection characteristics and can detect the received external force more accurately.

本発明の一態様では、前記第1樹脂層および前記第2樹脂層は、それぞれ、フィラーを含んでいることが好ましい。
これにより、第1、第2樹脂層の厚さを制御したり、第1、第2樹脂層の特性(樹脂粘度、熱膨張率等)を制御したりすることが容易となる。
In one aspect of the present invention, it is preferable that the first resin layer and the second resin layer each contain a filler.
This makes it easy to control the thicknesses of the first and second resin layers and to control the characteristics (resin viscosity, coefficient of thermal expansion, etc.) of the first and second resin layers.

本発明の一態様では、前記フィラーは、第1の最大径を有する第1フィラーと、前記第1の最大径より小さい第2の最大径を有する第2フィラーと、を含み、
前記第1フィラーのヤング率は、前記第2フィラーのヤング率より大きいことが好ましい。
これにより、第1フィラーがギャップ材として機能し、第2フィラーが与圧を受けた時に第1フィラーが変形するより先に変形するため、ギャップ変化(面間平行度ずれ)が抑制される。
In one aspect of the present invention, the filler includes a first filler having a first maximum diameter, and a second filler having a second maximum diameter smaller than the first maximum diameter,
The Young's modulus of the first filler is preferably larger than the Young's modulus of the second filler.
Thereby, since a 1st filler functions as a gap material and it deform | transforms before a 1st filler deform | transforms when a 2nd filler receives a pressurization, a gap change (parallelism deviation | shift between planes) is suppressed.

本発明の一態様では、前記第1部材と前記第2部材とに接続される枠状部材を備え、
前記枠状部材は、前記圧電素子を囲む枠形状を有することが好ましい。
これにより、より圧力(与圧)がかかった時に外部から圧力変動要因が加わり難くなる。
In one aspect of the present invention, a frame-shaped member connected to the first member and the second member,
The frame member preferably has a frame shape surrounding the piezoelectric element.
This makes it difficult for pressure fluctuation factors to be applied from the outside when more pressure (pressurization) is applied.

本発明の一態様では、前記第1部材および前記第2部材は、金属材料からなることが好ましい。
これにより、比較的高い剛性を有すると共に、応力が加えられたときに適度に弾性変形する第1部材および第2部材となる。そのため、第1部材および第2部材を介して外力を圧電素子に的確に伝達することができると共に、その外力による第1部材および第2部材の破損のおそれを低減することができる。
In one aspect of the present invention, the first member and the second member are preferably made of a metal material.
As a result, the first member and the second member have relatively high rigidity and elastically deform appropriately when stress is applied. Therefore, an external force can be accurately transmitted to the piezoelectric element via the first member and the second member, and the risk of damage to the first member and the second member due to the external force can be reduced.

本発明の一態様では、前記第1樹脂層および前記第2樹脂層は、それぞれ、絶縁性を有することが好ましい。
これにより、第1樹脂層を介して力検出素子と第1部材とが導通し、第2樹脂層を介して力検出素子と第2樹脂層とが導通することを抑制することができる。そのため、意図しない電気経路の形成が抑制され、力検出素子からの出力値が安定する。したがって、センサーデバイスは、安定した検出特性を発揮することができ、受けた外力をより精度よく検出することができる。
In one aspect of the present invention, it is preferable that the first resin layer and the second resin layer each have an insulating property.
Thereby, it can suppress that a force detection element and a 1st member conduct | electrically_connect through a 1st resin layer, and a force detection element and a 2nd resin layer conduct | electrically_connect through a 2nd resin layer. Therefore, the formation of an unintended electric path is suppressed, and the output value from the force detection element is stabilized. Therefore, the sensor device can exhibit stable detection characteristics, and can detect the received external force with higher accuracy.

本発明の一態様では、前記第1部材と前記第1中間基板とは、前記第1樹脂層を介して接着されており、
前記第2部材と前記第2中間基板とは、前記第2樹脂層を介して接着されていることが好ましい。
これにより、第1部材と第2部材との間での力検出素子の姿勢が安定するため、第1部材および第2部材を介して、外力を力検出素子に的確に伝達することができる。また、力検出素子に与圧が均一に加わるようになり、力検出素子からの出力値が安定する。そのため、センサーデバイスは、安定した検出特性を発揮することができ、受けた外力をより精度よく検出することができる。
In one aspect of the present invention, the first member and the first intermediate substrate are bonded via the first resin layer,
It is preferable that the second member and the second intermediate substrate are bonded via the second resin layer.
Thereby, since the attitude | position of the force detection element between a 1st member and a 2nd member is stabilized, an external force can be correctly transmitted to a force detection element via a 1st member and a 2nd member. Further, the pressure is uniformly applied to the force detection element, and the output value from the force detection element is stabilized. Therefore, the sensor device can exhibit stable detection characteristics and can detect the received external force more accurately.

本発明の一態様では、前記第1部材と前記第2部材とが並ぶ方向を第1方向とし、前記第1方向に直交する方向を第2方向としたとき、
前記圧電素子と前記第2方向に並んで配置され、前記圧電素子と接触している導電性部材を有し、
前記第1方向からの平面視で、前記導電性部材は、前記第2樹脂層と重なっていることが好ましい。
これにより、第2部材と接続部材との導通を抑制することができ、信頼性の高いセンサーデバイスとなる。
In one aspect of the present invention, when the direction in which the first member and the second member are arranged is the first direction, and the direction orthogonal to the first direction is the second direction,
A conductive member disposed in line with the piezoelectric element in the second direction and in contact with the piezoelectric element;
It is preferable that the conductive member overlaps the second resin layer in plan view from the first direction.
Thereby, conduction between the second member and the connection member can be suppressed, and a highly reliable sensor device is obtained.

本発明の一態様では、前記第1中間基板および前記第2中間基板は、それぞれ、水晶で構成されていることが好ましい。
これにより、高い機械的強度を有する第1、第2中間基板となり、外力を力検出素子に的確に伝達することができる。
In one aspect of the present invention, it is preferable that each of the first intermediate substrate and the second intermediate substrate is made of quartz.
Thereby, it becomes the 1st, 2nd intermediate board which has high mechanical strength, and can transmit external force to a force detection element exactly.

本発明の一態様では、前記第1部材と前記第2部材とが並ぶ方向を第1方向としたとき、
前記圧電素子は、前記第1方向に並んで配置されている水晶からなる複数の圧電体層を有し、
前記複数の圧電体層のうちの最も前記第1中間基板側にある圧電体層の結晶軸と、前記第1中間基板の結晶軸と、が一致し、
前記複数の圧電体層のうちの最も前記第2中間基板側にある圧電体層の結晶軸と、前記第2中間基板の結晶軸と、が一致していることが好ましい。
このように、第1中間基板の結晶軸を隣接する圧電体層の結晶軸と一致させ、第2中間基板の結晶軸を隣接する圧電体層の結晶軸と一致させることにより、これらの熱膨張係数を揃えることができ、熱膨張に起因する出力ドリフトを効果的に低減することができる。
In one aspect of the present invention, when the first direction is the direction in which the first member and the second member are aligned,
The piezoelectric element has a plurality of piezoelectric layers made of quartz arranged side by side in the first direction,
The crystal axis of the piezoelectric layer closest to the first intermediate substrate among the plurality of piezoelectric layers and the crystal axis of the first intermediate substrate coincide with each other,
It is preferable that the crystal axis of the piezoelectric layer closest to the second intermediate substrate among the plurality of piezoelectric layers and the crystal axis of the second intermediate substrate coincide with each other.
In this way, the thermal expansion of the first intermediate substrate is made to coincide with the crystal axis of the adjacent piezoelectric layer, and the crystal axis of the second intermediate substrate is made to coincide with the crystal axis of the adjacent piezoelectric layer. The coefficients can be made uniform, and the output drift due to thermal expansion can be effectively reduced.

本発明の一態様では、前記第1中間基板は、前記複数の圧電体層のうちの最も前記第1中間基板側にある前記圧電体層の厚さより大きい厚さを有し、
前記第2中間基板は、前記複数の圧電体層のうちの最も前記第2中間基板側にある前記圧電体層の厚さより大きい厚さを有していることが好ましい。
これにより、圧電体層により均一な圧力(与圧)をかけることができ、また、耐衝撃性も向上する。
In one aspect of the present invention, the first intermediate substrate has a thickness larger than the thickness of the piezoelectric layer closest to the first intermediate substrate among the plurality of piezoelectric layers,
It is preferable that the second intermediate substrate has a thickness larger than the thickness of the piezoelectric layer closest to the second intermediate substrate among the plurality of piezoelectric layers.
Thereby, a uniform pressure (pressurization) can be applied to the piezoelectric layer, and the impact resistance is also improved.

本発明の一態様は、第1基部と、
第2基部と、
前記第1基部と前記第2基部との間に設けられる本発明の一態様のセンサーデバイスと、を備える力検出装置である。
このような力検出装置によれば、本発明の一態様のセンサーデバイスを備えているため、より精度よく外力を検出することができる。
One aspect of the present invention includes a first base,
A second base;
And a sensor device according to one aspect of the present invention provided between the first base and the second base.
According to such a force detection device, since the sensor device according to one aspect of the present invention is provided, the external force can be detected with higher accuracy.

本発明の一態様は、基台と、
前記基台に接続されるアームと、
本発明の一態様の力検出装置と、を備えるロボットである。
このようなロボットによれば、本発明の一態様の力検出装置を備えているため、より精密な作業を実行することができる。
One embodiment of the present invention includes a base;
An arm connected to the base;
A force detection device according to one embodiment of the present invention.
According to such a robot, since the force detection device of one embodiment of the present invention is provided, more precise work can be executed.

本発明の第1実施形態に係るセンサーデバイスの平面図である。1 is a plan view of a sensor device according to a first embodiment of the present invention. 図1に示すセンサーデバイスの断面図である。It is sectional drawing of the sensor device shown in FIG. 図1に示すセンサーデバイスが有する力検出素子の断面図である。It is sectional drawing of the force detection element which the sensor device shown in FIG. 1 has. 図3に示す力検出素子の斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of the force detection element shown in FIG. 3. 図1に示すセンサーデバイスが有する第1樹脂層および第2樹脂層の断面図である。It is sectional drawing of the 1st resin layer and 2nd resin layer which the sensor device shown in FIG. 1 has. 本発明の第2実施形態に係る力検出装置の斜視図である。It is a perspective view of the force detection apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 図6に示す力検出装置の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the force detection apparatus shown in FIG. 図6に示す力検出装置の横断面図である。It is a cross-sectional view of the force detection device shown in FIG. 力検出装置に配置されたセンサーデバイスの断面図である。It is sectional drawing of the sensor device arrange | positioned at a force detection apparatus. 本発明の第3実施形態に係るロボットの斜視図である。It is a perspective view of the robot which concerns on 3rd Embodiment of this invention.

以下、本発明のセンサーデバイス、力検出装置およびロボットを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, a sensor device, a force detection device, and a robot of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.

<第1実施形態>
まず、本発明の第1実施形態に係るセンサーデバイスについて説明する。
<First Embodiment>
First, the sensor device according to the first embodiment of the present invention will be described.

図1は、本発明の第1実施形態に係るセンサーデバイスの平面図である。図2は、図1に示すセンサーデバイスの断面図である。図3は、図1に示すセンサーデバイスが有する力検出素子の断面図である。図4は、図3に示す力検出素子の斜視図である。図5は、図1に示すセンサーデバイスが有する第1樹脂層および第2樹脂層の断面図である。   FIG. 1 is a plan view of a sensor device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the sensor device shown in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of a force detection element included in the sensor device shown in FIG. FIG. 4 is a perspective view of the force detection element shown in FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of the first resin layer and the second resin layer that the sensor device shown in FIG. 1 has.

なお、以下では、説明の便宜上、互いに直交する3つの軸をA軸、B軸およびC軸とし、さらに、各軸を示す矢印の先端側を「プラス側」とし、基端側を「マイナス側」とする。また、A軸に平行な方向を「A軸方向(第1方向)」、B軸に平行な方向を「B軸方向(第2方向)」、C軸に平行な方向を「C軸方向」という。また、C軸方向プラス側を「上」、C軸方向マイナス側を「下」ともいう。また、C軸方向から見たもの(基体21の平面視)を「平面視」ともいう。   In the following, for convenience of explanation, three axes that are orthogonal to each other are referred to as an A axis, a B axis, and a C axis, and the tip side of an arrow indicating each axis is referred to as “plus side”, and the base end side is referred to as “minus side”. " The direction parallel to the A axis is the “A axis direction (first direction)”, the direction parallel to the B axis is the “B axis direction (second direction)”, and the direction parallel to the C axis is the “C axis direction”. That's it. Further, the positive side in the C axis direction is also referred to as “upper”, and the negative side in the C axis direction is also referred to as “lower”. Further, what is viewed from the C-axis direction (plan view of the base 21) is also referred to as “plan view”.

図1に示すセンサーデバイス1は、パッケージ2と、パッケージ2に収納された力検出素子3(力検出部)と、を有する。センサーデバイス1は、例えば、後述する力検出装置100のように、C軸方向から挟まれて、力検出素子3が与圧された状態で使用される(図9参照)。そして、センサーデバイス1に加わる外力(A軸方向のせん断力およびB軸方向のせん断力)がパッケージ2を介して力検出素子3に伝わり、受けた外力に基づく信号(電荷)が力検出素子3から出力される。   A sensor device 1 illustrated in FIG. 1 includes a package 2 and a force detection element 3 (force detection unit) housed in the package 2. The sensor device 1 is used in a state where the force detection element 3 is pressurized with being sandwiched from the C-axis direction, for example, as in a force detection device 100 described later (see FIG. 9). Then, external forces (shearing force in the A-axis direction and shearing force in the B-axis direction) applied to the sensor device 1 are transmitted to the force detection element 3 via the package 2, and a signal (charge) based on the received external force is applied to the force detection element 3. Is output from.

図1に示すように、パッケージ2は、平面視で、略正方形となっている。ただし、パッケージ2の平面視形状は、特に限定されず、例えば、円形、楕円形、三角形、正方形以外の四角形(長方形、平行四辺形、台形)、五角形以上の多角形、異形等、いかなる形状であってもよい。   As shown in FIG. 1, the package 2 is substantially square in plan view. However, the planar view shape of the package 2 is not particularly limited, and may be any shape such as a circle, an ellipse, a triangle, a quadrangle other than a square (rectangle, parallelogram, trapezoid), a pentagon or more polygon, an irregular shape, and the like. There may be.

また、図2に示すように、パッケージ2は、基体21と、基体21に接合された蓋体24(第1部材)と、を有する。パッケージ2の内側には気密な収納空間Sが形成され、収納空間Sに力検出素子3が収納されている。パッケージ2に力検出素子3を収納することにより、力検出素子3を外界から保護(防塵、防水)することができる。収納空間Sの雰囲気としては、特に限定されないが、真空状態またはそれに近い状態(減圧状態)であることが好ましい。具体的には、収納空間Sは、0.01Pa以上1000Pa以下であることが好ましい。ただし、これに限定されず、収納空間Sは、真空状態の他、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスで置換されていてもよい。   As shown in FIG. 2, the package 2 includes a base body 21 and a lid body 24 (first member) joined to the base body 21. An airtight storage space S is formed inside the package 2, and the force detection element 3 is stored in the storage space S. By housing the force detection element 3 in the package 2, the force detection element 3 can be protected (dustproof and waterproof) from the outside. The atmosphere of the storage space S is not particularly limited, but is preferably in a vacuum state or a state close thereto (depressurized state). Specifically, the storage space S is preferably 0.01 Pa or more and 1000 Pa or less. However, the storage space S may be replaced with, for example, an inert gas such as nitrogen, argon, or helium in addition to the vacuum state.

また、図2に示すように、基体21は、基部22(枠状部材)と、底部材23(第2部材)と、を有する。基部22は、上面に開口する凹部221と、下面に開口する凹部222と、凹部221、222の底面の中央部同士を貫通する貫通孔223と、を有する。そのため、基部22は、枠状をなしている。また、底部材23は、板状をなし、貫通孔223の下側開口を塞ぐようにして凹部222の底面に接合されている。そのため、貫通孔223と底部材23とによって、凹部221の底面の中央部に開口する凹部224が形成される。そして、凹部224内に挿入されるようにして力検出素子3が配置されている。   Further, as shown in FIG. 2, the base 21 has a base portion 22 (frame member) and a bottom member 23 (second member). The base 22 includes a recess 221 that opens to the upper surface, a recess 222 that opens to the lower surface, and a through-hole 223 that passes through the central portions of the bottom surfaces of the recesses 221 and 222. Therefore, the base 22 has a frame shape. The bottom member 23 has a plate shape and is joined to the bottom surface of the recess 222 so as to close the lower opening of the through hole 223. Therefore, the through hole 223 and the bottom member 23 form a recess 224 that opens at the center of the bottom surface of the recess 221. And the force detection element 3 is arrange | positioned so that it may insert in the recessed part 224. FIG.

また、図2に示すように、凹部221の底面には複数の内部端子27が設けられており、基体21の下面には内部端子27と電気的に接続された複数の外部端子28が設けられている。   Further, as shown in FIG. 2, a plurality of internal terminals 27 are provided on the bottom surface of the recess 221, and a plurality of external terminals 28 electrically connected to the internal terminals 27 are provided on the bottom surface of the base 21. ing.

基部22の構成材料としては、絶縁性を有する材料であることが好ましく、例えば、アルミナ、ジルコニア等の酸化物系のセラミックス、炭化ケイ素等の炭化物系のセラミックス、窒化ケイ素等の窒化物系のセラミックス等の各種セラミックスを主成分とすることが好ましい。これにより、適度な剛性を有すると共に、絶縁性に優れる基部22となる。そのため、パッケージ2の変形による損傷が生じ難く、内部に収容された力検出素子3をとり確実に保護することができる。   The constituent material of the base 22 is preferably an insulating material. For example, oxide ceramics such as alumina and zirconia, carbide ceramics such as silicon carbide, and nitride ceramics such as silicon nitride. It is preferable to use various ceramics such as Thereby, it becomes the base 22 which has moderate rigidity and is excellent in insulation. Therefore, damage due to deformation of the package 2 hardly occurs, and the force detection element 3 housed inside can be reliably protected.

また、底部材23の構成材料としては、特に限定されず、例えば、ステンレス鋼、コバール、銅、鉄、炭素鋼、チタン等の各種金属材料等が挙げられるが、中でも特にコバールであることが好ましい。これにより、比較的高い剛性を有すると共に、応力が加えられたときに適度に弾性変形する底部材23となる。そのため、底部材23を介して外力を力検出素子3に的確に伝達することができると共に、その外力による底部材23の破損のおそれを低減することができる。また、コバールは、基部22の構成材料であるセラミックスと比較的近い熱膨張係数を有するため、基体21に熱応力(基部22と底部材23との熱膨張係数の差に起因する撓み)が生じ難く、熱応力に起因した出力ドリフトを効果的に抑制することができる。また、低コストで平坦面に加工し易いというメリットもある。   In addition, the constituent material of the bottom member 23 is not particularly limited, and examples thereof include various metal materials such as stainless steel, Kovar, copper, iron, carbon steel, and titanium. Among them, Kovar is particularly preferable. . As a result, the bottom member 23 has a relatively high rigidity and elastically deforms moderately when stress is applied. Therefore, an external force can be accurately transmitted to the force detection element 3 via the bottom member 23, and the possibility of the bottom member 23 being damaged by the external force can be reduced. Further, since Kovar has a thermal expansion coefficient that is relatively close to that of the ceramic material that is the constituent material of the base portion 22, thermal stress (deflection due to the difference in thermal expansion coefficient between the base portion 22 and the bottom member 23) occurs in the base 21. It is difficult to effectively suppress output drift caused by thermal stress. There is also an advantage that it is easy to process into a flat surface at low cost.

図2に示すように、蓋体24は、板状をなし、凹部221のC軸方向プラス側に形成された開口を塞ぐようにしてシール部材20(接合部材)を介して基部22の上面に接合されている。シール部材20としては、基体21と蓋体24とを接合することができれば、特に限定されず、例えば、金、銀、チタニウム、アルミニウム、銅、鉄またはこれらを含む合金等で構成することができる。   As shown in FIG. 2, the lid body 24 has a plate shape and is formed on the upper surface of the base portion 22 via the seal member 20 (joining member) so as to close the opening formed on the C axis plus side of the concave portion 221. It is joined. The sealing member 20 is not particularly limited as long as the base body 21 and the lid body 24 can be joined. For example, the sealing member 20 can be made of gold, silver, titanium, aluminum, copper, iron, or an alloy containing these. .

蓋体24は、中央部241と、中央部241を囲み、外縁に沿った枠状をなす外縁部242と、中央部241と外縁部242との間に位置し、これらを接続する接続部243と、を有する。そして、蓋体24は、外縁部242においてシール部材20を介して基部22の上面に接合されている。また、中央部241は、外縁部242に対し底部材23とは反対側(C軸方向プラス側)にずれて位置している。そして、接続部243は、外縁部242と中央部241とを接続するために傾斜し、C軸方向プラス側に向けて幅が小さくなるテーパー状となっている。ただし、蓋体24の形状としては、特に限定されず、例えば、接続部243は、C軸方向に沿って幅が一定のストレート状となっていてもよい。また、蓋体24は、平板状であってもよいし、本実施形態とは逆に、中央部241が凹んでいてもよい。   The lid body 24 is located between the central portion 241, the outer edge portion 242 that surrounds the central portion 241 and forms a frame shape along the outer edge, and the connecting portion 243 that connects between the central portion 241 and the outer edge portion 242. And having. The lid body 24 is joined to the upper surface of the base portion 22 via the seal member 20 at the outer edge portion 242. Further, the central portion 241 is positioned so as to be shifted from the outer edge portion 242 to the side opposite to the bottom member 23 (C-axis direction plus side). The connecting portion 243 is inclined to connect the outer edge portion 242 and the central portion 241 and has a tapered shape whose width decreases toward the positive side in the C-axis direction. However, the shape of the lid body 24 is not particularly limited. For example, the connection portion 243 may have a straight shape with a constant width along the C-axis direction. Further, the lid body 24 may have a flat plate shape, or the central portion 241 may be recessed, contrary to the present embodiment.

このような蓋体24の構成材料としては、特に限定されず、前述した底部材23と同様、ステンレス鋼、コバール、銅、鉄、炭素鋼、チタン等の各種金属材料等が挙げられるが、中でも特にコバールであることが好ましい。これにより、底部材23と同様に、外力を力検出素子3により正確に伝達することができると共に、その外力によって蓋体24が破損することを低減することができる。なお、蓋体24の構成材料は、底部材23の構成材料と同じであっても異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。これにより、パッケージ2に加えられた外力を力検出素子3により正確に伝達することができる。   The constituent material of the lid 24 is not particularly limited, and includes various metal materials such as stainless steel, Kovar, copper, iron, carbon steel, titanium, etc., as in the case of the bottom member 23 described above. Particularly preferred is Kovar. As a result, as with the bottom member 23, the external force can be accurately transmitted by the force detection element 3, and damage to the lid body 24 due to the external force can be reduced. The constituent material of the lid 24 may be the same as or different from the constituent material of the bottom member 23, but is preferably the same. Thereby, the external force applied to the package 2 can be accurately transmitted by the force detection element 3.

力検出素子3は、力検出素子3に加えられた外力のA軸方向の成分に応じた電荷Qa(第1電荷)およびB軸方向の成分に応じた電荷Qb(第2電荷)を出力する機能を有する。力検出素子3は、図3に示すように、圧電素子30と、圧電素子30をC軸方向から挟む一対の中間基板33、34(第1、第2中間基板)と、を有する。また、圧電素子30は、A軸方向の外力(せん断力)に応じて電荷Qaを出力する第1圧電素子31と、B軸方向の外力(せん断力)に応じて電荷Qbを出力する第2圧電素子32と、を有する。   The force detection element 3 outputs a charge Qa (first charge) corresponding to the A-axis direction component of the external force applied to the force detection element 3 and a charge Qb (second charge) corresponding to the B-axis direction component. It has a function. As shown in FIG. 3, the force detection element 3 includes a piezoelectric element 30 and a pair of intermediate substrates 33 and 34 (first and second intermediate substrates) that sandwich the piezoelectric element 30 from the C-axis direction. The piezoelectric element 30 also outputs a first piezoelectric element 31 that outputs a charge Qa according to an external force (shearing force) in the A-axis direction, and a second piezoelectric element 30 that outputs a charge Qb according to an external force (shearing force) in the B-axis direction. And a piezoelectric element 32.

第1圧電素子31は、下側(C軸方向マイナス側)から、グランド電極層311、圧電体層312、出力電極層313、圧電体層314、グランド電極層315、圧電体層316、出力電極層317、圧電体層318、グランド電極層319が順に積層した構成となっている。また、第2圧電素子32は、第1圧電素子31上に積層されており、下側(C軸方向マイナス側)から、グランド電極層321、圧電体層322、出力電極層323、圧電体層324、グランド電極層325、圧電体層326、出力電極層327、圧電体層328、グランド電極層329が順に積層した構成となっている。なお、本実施形態では、グランド電極層319、321が一体化(共通化)されている。   The first piezoelectric element 31 has a ground electrode layer 311, a piezoelectric layer 312, an output electrode layer 313, a piezoelectric layer 314, a ground electrode layer 315, a piezoelectric layer 316, and an output electrode from the lower side (C-axis direction minus side). The layer 317, the piezoelectric layer 318, and the ground electrode layer 319 are stacked in this order. The second piezoelectric element 32 is laminated on the first piezoelectric element 31, and the ground electrode layer 321, the piezoelectric layer 322, the output electrode layer 323, and the piezoelectric layer from the lower side (minus side in the C-axis direction). 324, a ground electrode layer 325, a piezoelectric layer 326, an output electrode layer 327, a piezoelectric layer 328, and a ground electrode layer 329 are sequentially stacked. In the present embodiment, the ground electrode layers 319 and 321 are integrated (shared).

また、圧電体層312、314、316、318、322、324、326、328は、それぞれ、水晶で構成されている。これにより、高感度、広いダイナミックレンジ、高い剛性等の優れた特性を有する力検出素子3となる。圧電体層312、316では、水晶の結晶軸であるX軸(電気軸)が図3中の右側(A軸方向プラス側)を向き、圧電体層314、318では、水晶のX軸が図3中の左側(A軸方向マイナス側)を向いている。また、圧電体層322、326では、水晶のX軸が図3中の紙面奥側(B軸方向プラス側)を向き、圧電体層324、328では、水晶のX軸が図3中の紙面手前側(B軸方向マイナス側)を向いている。これら各圧電体層312、314、316、318、322、324、326、328は、それぞれ、Yカット水晶板(水晶のY軸(機械軸)を厚さ方向とする水晶板)で構成されている。   The piezoelectric layers 312, 314, 316, 318, 322, 324, 326, 328 are each made of quartz. Thereby, the force detection element 3 having excellent characteristics such as high sensitivity, a wide dynamic range, and high rigidity is obtained. In the piezoelectric layers 312, 316, the X axis (electrical axis) that is the crystal axis of the crystal faces the right side (A axis direction plus side) in FIG. 3, and in the piezoelectric layers 314, 318, the X axis of the crystal is illustrated. 3 is directed to the left side (minus side in the A-axis direction). Further, in the piezoelectric layers 322 and 326, the X-axis of the crystal faces the back side (the B-axis direction plus side) in FIG. 3, and in the piezoelectric layers 324 and 328, the X-axis of the crystal is in FIG. It faces the near side (minus side in the B-axis direction). Each of these piezoelectric layers 312, 314, 316, 318, 322, 324, 326, 328 is constituted by a Y-cut quartz plate (a quartz plate having the Y axis (mechanical axis) of the quartz as a thickness direction). Yes.

ただし、圧電体層312、314、316、318、322、324、326、328は、水晶以外の圧電材料を用いた構成であってもよい。水晶以外の圧電材料としては、例えば、トパーズ、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT:Pb(Zr,Ti)O)、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等が挙げられる。 However, the piezoelectric layers 312, 314, 316, 318, 322, 324, 326, and 328 may be configured using a piezoelectric material other than quartz. Examples of piezoelectric materials other than quartz include topaz, barium titanate, lead titanate, lead zirconate titanate (PZT: Pb (Zr, Ti) O 3 ), lithium niobate, lithium tantalate, and the like.

また、グランド電極層311、315、319(321)、325、329は、それぞれ、基準電位(例えばグランド電位GND)に電気的に接続されている。そして、出力電極層313、317からA軸方向の成分に応じた電荷Qaが出力され、出力電極層323、327からB軸方向の成分に応じた電荷Qbが出力される。これらグランド電極層311、315、319(321)、325、329および出力電極層313、317、323、327の構成材料としては、特に限定されず、例えば、ニッケル、金、チタニウム、アルミニウム、銅、鉄、クロムまたはこれらを含む合金等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて(例えば積層して)用いることができる。   In addition, the ground electrode layers 311, 315, 319 (321), 325, and 329 are each electrically connected to a reference potential (for example, the ground potential GND). Then, the charge Qa corresponding to the component in the A-axis direction is output from the output electrode layers 313 and 317, and the charge Qb corresponding to the component in the B-axis direction is output from the output electrode layers 323 and 327. The constituent materials of the ground electrode layers 311, 315, 319 (321), 325, 329 and the output electrode layers 313, 317, 323, 327 are not particularly limited. For example, nickel, gold, titanium, aluminum, copper, Examples thereof include iron, chromium, alloys containing these, and the like, and one or more of these can be used in combination (for example, laminated).

一対の中間基板33、34は、圧電素子30を上下から挟み込むように配置されている。具体的には、圧電素子30の上面に中間基板33が配置され、下面に中間基板34が配置されている。これにより、中間基板33、34によってグランド電極層311、329を覆うことができ、グランド電極層311、329を保護することができると共に、グランド電極層311、329がパッケージ2と接触して意図しない導通が生じることを抑制することができる。また、C軸方向の与圧を圧電素子30の全域に均一に伝えることができる。なお、中間基板33、34は、それぞれ、図示しない接着剤等を介して圧電素子30に接着(接合)されている。   The pair of intermediate substrates 33 and 34 are arranged so as to sandwich the piezoelectric element 30 from above and below. Specifically, the intermediate substrate 33 is disposed on the upper surface of the piezoelectric element 30 and the intermediate substrate 34 is disposed on the lower surface. As a result, the ground electrode layers 311 and 329 can be covered with the intermediate substrates 33 and 34, and the ground electrode layers 311 and 329 can be protected, and the ground electrode layers 311 and 329 come into contact with the package 2 and are not intended. The occurrence of conduction can be suppressed. Further, the pressurization in the C-axis direction can be uniformly transmitted to the entire area of the piezoelectric element 30. The intermediate substrates 33 and 34 are bonded (bonded) to the piezoelectric element 30 via an adhesive or the like (not shown).

中間基板33、34は、水晶で構成されている。これにより、高い機械的強度を有する中間基板33、34となり、外力を力検出素子3に的確に伝達することができる。さらに、中間基板33は、隣接する圧電体層328と同じ構成となっている。すなわち、中間基板33は、圧電体層328と同様に、Yカット水晶板から形成されており、水晶のX軸が図4中の紙面手前側(B軸方向マイナス側)を向いている。同様に、中間基板34は、隣接する圧電体層312と同じ構成となっている。すなわち、中間基板34は、圧電体層312と同様に、Yカット水晶板から形成されており、水晶のX軸が図4中の右側(A軸方向プラス側)を向いている。このように、中間基板33の結晶軸を隣接する圧電体層328の結晶軸と一致させ、中間基板34の結晶軸を隣接する圧電体層312の結晶軸と一致させることにより、これらの熱膨張係数を揃えることができ、熱膨張に起因する出力ドリフトを効果的に低減することができる。   The intermediate substrates 33 and 34 are made of quartz. Accordingly, the intermediate substrates 33 and 34 having high mechanical strength are obtained, and an external force can be accurately transmitted to the force detection element 3. Further, the intermediate substrate 33 has the same configuration as the adjacent piezoelectric layer 328. That is, the intermediate substrate 33 is formed of a Y-cut quartz plate like the piezoelectric layer 328, and the X-axis of the quartz faces the front side (the B-axis direction minus side) in FIG. Similarly, the intermediate substrate 34 has the same configuration as the adjacent piezoelectric layer 312. That is, the intermediate substrate 34 is formed of a Y-cut quartz plate like the piezoelectric layer 312, and the X-axis of the quartz faces the right side (A-axis direction plus side) in FIG. In this way, by making the crystal axis of the intermediate substrate 33 coincide with the crystal axis of the adjacent piezoelectric layer 328 and aligning the crystal axis of the intermediate substrate 34 with the crystal axis of the adjacent piezoelectric layer 312, these thermal expansions. The coefficients can be made uniform, and the output drift due to thermal expansion can be effectively reduced.

なお、中間基板33の結晶軸と圧電体層328の結晶軸とが一致しているとは、中間基板33の結晶軸と圧電体層328の結晶軸とが完全に一致している場合の他、中間基板33の結晶軸と圧電体層328の結晶軸とが僅かに(例えば、5°以内程度)ずれている場合(例えば、製造上生じ得る誤差が生じている場合)も含む意味である。また、中間基板33の結晶軸は、圧電体層328の結晶軸と一致しなくてもよいし、中間基板34の結晶軸は、圧電体層312の結晶軸と一致しなくてもよい。また、中間基板33、34は、それぞれ、水晶以外の圧電体から構成されていてもよいし、圧電体以外の導電性を有さない材料を用いた構成であってもよい。   The crystal axis of the intermediate substrate 33 and the crystal axis of the piezoelectric layer 328 coincide with each other when the crystal axis of the intermediate substrate 33 and the crystal axis of the piezoelectric layer 328 completely coincide with each other. This also includes the case where the crystal axis of the intermediate substrate 33 and the crystal axis of the piezoelectric layer 328 are slightly deviated (for example, within about 5 °) (for example, an error that may occur in manufacturing occurs). . Further, the crystal axis of the intermediate substrate 33 may not coincide with the crystal axis of the piezoelectric layer 328, and the crystal axis of the intermediate substrate 34 may not coincide with the crystal axis of the piezoelectric layer 312. In addition, each of the intermediate substrates 33 and 34 may be formed of a piezoelectric body other than quartz, or may be configured using a material having no electrical conductivity other than the piezoelectric body.

また、中間基板33は、直下にある圧電体層328の厚さより大きい厚さを有し、中間基板34は、直上にある中間基板34側にある圧電体層312の厚さより大きい厚さを有している。そのため、圧電素子30により均一な圧力(与圧)をかけることができ、また、耐衝撃性も向上する。   Further, the intermediate substrate 33 has a thickness larger than the thickness of the piezoelectric layer 328 immediately below, and the intermediate substrate 34 has a thickness larger than the thickness of the piezoelectric layer 312 on the intermediate substrate 34 side immediately above. is doing. Therefore, a uniform pressure (pressurization) can be applied by the piezoelectric element 30, and the impact resistance is also improved.

また、図4に示すように、力検出素子3の全体形状は、直方体である。すなわち、力検出素子3は、中間基板33の上面である上面3aと、中間基板34の下面である下面3bと、これら上面3aと下面3bとを接続する4つの側面3c、3d、3e、3fと、を有する。ただし、力検出素子3の形状としては、特に限定されず、例えば、円柱形、三角柱形、正方形以外の四角柱形(長方形、台形、平行四辺形等)、五角柱形以上の多角柱形等、いかなる形状であってもよい。   Moreover, as shown in FIG. 4, the whole shape of the force detection element 3 is a rectangular parallelepiped. That is, the force detection element 3 includes an upper surface 3a that is an upper surface of the intermediate substrate 33, a lower surface 3b that is a lower surface of the intermediate substrate 34, and four side surfaces 3c, 3d, 3e, and 3f that connect the upper surface 3a and the lower surface 3b. And having. However, the shape of the force detection element 3 is not particularly limited. For example, a cylindrical shape, a triangular prism shape, a quadrangular prism shape other than a square (rectangle, trapezoid, parallelogram, etc.), a polygonal prism shape more than a pentagonal prism shape, etc. Any shape is possible.

そして、A軸方向プラス側を向く側面3cには、各グランド電極層311、315、319(321)、325、329と電気的に接続された接続電極391と、各出力電極層323、327と電気的に接続された接続電極392と、が幅方向(B軸方向)に並んで設けられている。また、側面3cと対向し、A軸方向マイナス側を向く側面3eには、各グランド電極層311、315、319(321)、325、329と電気的に接続された接続電極393と、各出力電極層313、317と電気的に接続された接続電極394と、が幅方向(B軸方向)に並んで設けられている。   On the side surface 3c facing the A-axis direction plus side, a connection electrode 391 electrically connected to each ground electrode layer 311, 315, 319 (321), 325, 329, and each output electrode layer 323, 327, Electrically connected connection electrodes 392 are provided side by side in the width direction (B-axis direction). Further, on the side surface 3e that faces the side surface 3c and faces the negative side in the A-axis direction, a connection electrode 393 electrically connected to the ground electrode layers 311, 315, 319 (321), 325, 329, and each output Connection electrodes 394 that are electrically connected to the electrode layers 313 and 317 are provided side by side in the width direction (B-axis direction).

そして、接続電極391は、接続部材261を介して内部端子27と電気的に接続され、接続電極392は、接続部材262を介して内部端子27と電気的に接続され、接続電極393は、接続部材263を介して内部端子27と電気的に接続され、接続電極394は、接続部材264を介して内部端子27と電気的に接続されている。これら接続部材261、262、263、264としては、特に限定されず、例えば、Agペースト、Cuペースト、Auペースト等の各種金属ペーストを用いることができる。   The connection electrode 391 is electrically connected to the internal terminal 27 via the connection member 261, the connection electrode 392 is electrically connected to the internal terminal 27 via the connection member 262, and the connection electrode 393 is connected to the internal terminal 27. The internal terminal 27 is electrically connected through the member 263, and the connection electrode 394 is electrically connected to the internal terminal 27 through the connection member 264. These connecting members 261, 262, 263, and 264 are not particularly limited, and for example, various metal pastes such as Ag paste, Cu paste, and Au paste can be used.

ただし、接続電極391、392、393、394の配置としては、特に限定されない。例えば、接続電極391、392、393、394は、それぞれ、力検出素子3の異なる側面に別れて配置されていてもよいし、力検出素子3の1つの側面にまとめて配置されていてもよい。また、接続電極391、392、393、394は、力検出素子3の上面3aや下面3bに配置されていてもよい。   However, the arrangement of the connection electrodes 391, 392, 393, and 394 is not particularly limited. For example, the connection electrodes 391, 392, 393, and 394 may be separately arranged on different side surfaces of the force detection element 3, or may be collectively arranged on one side surface of the force detection element 3. . Further, the connection electrodes 391, 392, 393, and 394 may be disposed on the upper surface 3a and the lower surface 3b of the force detection element 3.

以上、力検出素子3について説明した。図2に示すように、このような力検出素子3は、底部材23と蓋体24の中央部241との間に位置しており、その下端部が凹部224内に挿入されている。そして、力検出素子3と蓋体24との間には第1樹脂層41が設けられており、力検出素子3と底部材23との間には第2樹脂層42が設けられている。以下、これら第1、第2樹脂層41、42について詳細に説明する。   The force detection element 3 has been described above. As shown in FIG. 2, such a force detection element 3 is located between the bottom member 23 and the center portion 241 of the lid body 24, and a lower end portion thereof is inserted into the recess 224. A first resin layer 41 is provided between the force detection element 3 and the lid body 24, and a second resin layer 42 is provided between the force detection element 3 and the bottom member 23. Hereinafter, the first and second resin layers 41 and 42 will be described in detail.

図2に示すように、第1樹脂層41は、力検出素子3の上面3a(中間基板33の上面)と蓋体24の中央部241との間に位置している。このような第1樹脂層41は、接着剤として機能し、力検出素子3の上面3aと蓋体24の内面240とが第1樹脂層41を介して接着(接合)されている。一方、第2樹脂層42は、力検出素子3の下面3b(中間基板34の下面)と底部材23との間に位置している。このような第2樹脂層42は、接着剤として機能し、力検出素子3の下面3bと底部材23の上面231とが第2樹脂層42を介して接着(接合)されている。   As shown in FIG. 2, the first resin layer 41 is located between the upper surface 3 a of the force detection element 3 (the upper surface of the intermediate substrate 33) and the central portion 241 of the lid body 24. Such a first resin layer 41 functions as an adhesive, and the upper surface 3 a of the force detection element 3 and the inner surface 240 of the lid body 24 are bonded (bonded) via the first resin layer 41. On the other hand, the second resin layer 42 is located between the lower surface 3 b (the lower surface of the intermediate substrate 34) of the force detection element 3 and the bottom member 23. Such a second resin layer 42 functions as an adhesive, and the lower surface 3 b of the force detection element 3 and the upper surface 231 of the bottom member 23 are bonded (bonded) via the second resin layer 42.

このように、力検出素子3と蓋体24とを第1樹脂層41を用いて接着し、力検出素子3と底部材23とを第2樹脂層42を用いて接着することにより、パッケージ2内での力検出素子3の姿勢が安定し、パッケージ2(底部材23および蓋体24)を介して外力を力検出素子3に的確に伝達することができる。また、力検出素子3に与圧が均一に加わるようになり、力検出素子3からの出力値が安定する。そのため、センサーデバイス1は、受けた外力をより精度よく検出することができる。ただし、第1樹脂層41は、接着性を有さず、力検出素子3と蓋体24との間にこれらと接着されずに配置されているだけでもよい。同様に、第2樹脂層42は、接着性を有さず、力検出素子3と底部材23との間にこれらと接着されずに配置されているだけでもよい。   In this manner, the force detection element 3 and the lid 24 are bonded using the first resin layer 41, and the force detection element 3 and the bottom member 23 are bonded using the second resin layer 42, whereby the package 2 The posture of the force detection element 3 inside is stabilized, and external force can be accurately transmitted to the force detection element 3 via the package 2 (the bottom member 23 and the lid body 24). Further, the pressure is applied uniformly to the force detection element 3, and the output value from the force detection element 3 is stabilized. Therefore, the sensor device 1 can detect the received external force with higher accuracy. However, the first resin layer 41 does not have adhesiveness, and may be disposed between the force detection element 3 and the lid body 24 without being bonded thereto. Similarly, the second resin layer 42 does not have adhesiveness, and may be disposed between the force detection element 3 and the bottom member 23 without being bonded thereto.

また、第1樹脂層41は、平面視で、上面3aの全域を内包するように配置されている。すなわち、第1樹脂層41は、上面3aの全域と接着している。同様に、第2樹脂層42は、平面視で、下面3bの全域を内包するように配置されている。すなわち、第2樹脂層42は、下面3bの全域と接着している。これにより、より確実に、応力の局所的な集中を低減(好ましくは防止)することができ、力検出素子3に与圧が均一に加わるようになる。したがって、力検出素子3からの出力値が安定し、センサーデバイス1は、受けた外力をより精度よく検出することができる。ただし、第1樹脂層41は、上面3aの全域と接着していなくてもよいし、第2樹脂層42は、下面3bの全域と接着していなくてもよい。   Further, the first resin layer 41 is arranged so as to include the entire area of the upper surface 3a in plan view. That is, the first resin layer 41 is bonded to the entire area of the upper surface 3a. Similarly, the 2nd resin layer 42 is arrange | positioned so that the whole region of the lower surface 3b may be included by planar view. That is, the second resin layer 42 is bonded to the entire area of the lower surface 3b. As a result, the local concentration of stress can be reduced (preferably prevented) more reliably, and the applied pressure is uniformly applied to the force detection element 3. Therefore, the output value from the force detection element 3 is stabilized, and the sensor device 1 can detect the received external force with higher accuracy. However, the first resin layer 41 may not be bonded to the entire area of the upper surface 3a, and the second resin layer 42 may not be bonded to the entire area of the lower surface 3b.

また、第1樹脂層41は、力検出素子3の側面3c、3d、3e、3fに回り込み、側面3c、3d、3e、3fに接着されたフィレット部411を有している。同様に、第2樹脂層42は、力検出素子3の側面3c、3d、3e、3fに回り込んでおり、側面3c、3d、3e、3fに接着されたフィレット部421を有している。これにより、力検出素子3と蓋体24および底部材23とをより強固に接着することができる。ただし、第1樹脂層41は、フィレット部411を有していなくてもよいし、第2樹脂層42は、フィレット部421を有していなくてもよい。   The first resin layer 41 has a fillet portion 411 that goes around the side surfaces 3c, 3d, 3e, and 3f of the force detection element 3 and is bonded to the side surfaces 3c, 3d, 3e, and 3f. Similarly, the second resin layer 42 wraps around the side surfaces 3c, 3d, 3e, and 3f of the force detection element 3, and has a fillet portion 421 bonded to the side surfaces 3c, 3d, 3e, and 3f. Thereby, the force detection element 3, the cover body 24, and the bottom member 23 can be more firmly bonded. However, the first resin layer 41 may not have the fillet portion 411, and the second resin layer 42 may not have the fillet portion 421.

このような第1、第2樹脂層41、42は、それぞれ、絶縁性を有している。すなわち、第1、第2樹脂層41、42は、それぞれ、十分に高い電気抵抗値(例えば、100MΩ以上)を有している。これにより、第1樹脂層41を介して力検出素子3と蓋体24とが導通し、第2樹脂層42を介して力検出素子3と底部材23とが導通することを抑制することができる。そのため、意図しない電気経路の形成が抑制され、力検出素子3からの出力値が安定する。したがって、センサーデバイス1は、受けた外力をより精度よく検出することができる。   Each of the first and second resin layers 41 and 42 has an insulating property. That is, each of the first and second resin layers 41 and 42 has a sufficiently high electric resistance value (for example, 100 MΩ or more). Thereby, it is suppressed that the force detection element 3 and the lid body 24 are electrically connected via the first resin layer 41 and the force detection element 3 and the bottom member 23 are electrically connected via the second resin layer 42. it can. Therefore, the formation of an unintended electric path is suppressed, and the output value from the force detection element 3 is stabilized. Therefore, the sensor device 1 can detect the received external force with higher accuracy.

また、図1および図2に示すように、第2樹脂層42は、接続部材261、262、263、264と底部材23との間に位置し、さらには、平面視で、接続部材261、262、263、264と重なっている。そのため、仮に、接続部材261、262、263、264が凹部224内を流動して凹部224の底面に到達したとしても、第2樹脂層42によって、接続部材261、262、263、264と底部材23との接触が抑制される。そのため、底部材23を介して、接続部材261、262、263、264が電気的に接続されてしまうことを効果的に抑制することができ、信頼性の高いセンサーデバイス1となる。特に、本実施形態では、凹部224の底面の全域を覆うように第2樹脂層42が設けられているため、底部材23が凹部224内に露出せず、上述した効果をより顕著に発揮することができる。ただし、第2樹脂層42は、平面視で、接続部材261、262、263、264と重なっていなくてもよい。   As shown in FIGS. 1 and 2, the second resin layer 42 is located between the connection members 261, 262, 263, 264 and the bottom member 23, and further, the connection member 261, 262, 263, 264. Therefore, even if the connection members 261, 262, 263, 264 flow in the recess 224 and reach the bottom surface of the recess 224, the connection members 261, 262, 263, 264 and the bottom member are caused by the second resin layer 42. The contact with 23 is suppressed. Therefore, it is possible to effectively suppress the connection members 261, 262, 263, and 264 from being electrically connected via the bottom member 23, and the highly reliable sensor device 1 is obtained. In particular, in the present embodiment, since the second resin layer 42 is provided so as to cover the entire bottom surface of the recess 224, the bottom member 23 is not exposed in the recess 224, and the above-described effects are more remarkably exhibited. be able to. However, the second resin layer 42 may not overlap with the connection members 261, 262, 263, 264 in plan view.

また、第1、第2樹脂層41、42は、同じ材料で構成されていてもよいし、異なる材料で構成されていてもよいが、本実施形態では、同じ材料で構成されている。第1、第2樹脂層41、42を同じ材料で構成することにより、力検出素子3の両側からバランスよく外力が伝達されるため、力検出素子3からの出力値が安定する。そのため、センサーデバイス1は、受けた外力をより精度よく検出することができる。ここで、第1、第2樹脂層41、42は、後述するように、樹脂材料と、この樹脂材料中に分散されたフィラーFと、を有しているが、第1、第2樹脂層41、42が同じ材料で構成されているとは、少なくとも両者が同じ樹脂材料を用いていることを言い、好ましくは、両者がさらに同じフィラーFを用い、その含有率も同じことを言う。   The first and second resin layers 41 and 42 may be made of the same material or may be made of different materials, but in the present embodiment, they are made of the same material. By configuring the first and second resin layers 41 and 42 with the same material, an external force is transmitted in a balanced manner from both sides of the force detection element 3, so that the output value from the force detection element 3 is stabilized. Therefore, the sensor device 1 can detect the received external force with higher accuracy. Here, as will be described later, the first and second resin layers 41 and 42 have a resin material and a filler F dispersed in the resin material. 41 and 42 being made of the same material means that at least both use the same resin material, and preferably both use the same filler F and have the same content.

また、第1樹脂層41の厚さD1および第2樹脂層42の厚さD2としては、それぞれ、特に限定されないが、例えば、1μm以上100μm以下であることが好ましく、5μm以上90μm以下であることがより好ましい。このような厚さD1、D2とすることにより、第1、第2樹脂層41、42の機械的強度を十分に確保しつつ、第1、第2樹脂層41、42を設けることによる力検出素子3への外力の伝達損失を低減することができる。そのため、外力を効率的に力検出素子3に伝達することができる。なお、第1樹脂層41の厚さD1と第2樹脂層42の厚さD2とは、等しくてもよいし、異なっていてもよいが、本実施形態では、等しくなっている。すなわち、本実施形態では、D1=D2の関係を満足している。このように、D1=D2の関係を満足することにより、力検出素子3の両側からバランスよく外力が伝達されるため、力検出素子3からの出力値が安定する。そのため、センサーデバイス1は、受けた外力をより精度よく検出することができる。   Further, the thickness D1 of the first resin layer 41 and the thickness D2 of the second resin layer 42 are not particularly limited, but are preferably 1 μm to 100 μm, for example, and preferably 5 μm to 90 μm. Is more preferable. By using such thicknesses D1 and D2, force detection by providing the first and second resin layers 41 and 42 while sufficiently securing the mechanical strength of the first and second resin layers 41 and 42 is achieved. Transmission loss of external force to the element 3 can be reduced. Therefore, external force can be efficiently transmitted to the force detection element 3. The thickness D1 of the first resin layer 41 and the thickness D2 of the second resin layer 42 may be the same or different, but are the same in the present embodiment. That is, in the present embodiment, the relationship D1 = D2 is satisfied. Thus, by satisfying the relationship of D1 = D2, external force is transmitted in a balanced manner from both sides of the force detection element 3, so that the output value from the force detection element 3 is stabilized. Therefore, the sensor device 1 can detect the received external force with higher accuracy.

なお、厚さD1と厚さD2とが等しいとは、これらが一致している場合の他、例えば、技術的に生じ得る誤差や製造上不可避な誤差(例えば、±5%以下程度の誤差)を含む意味である。また、厚さD1とは、第1樹脂層41の力検出素子3の上面3aと蓋体24の内面240とに挟まれた部分の平均厚さを意味する。同様に、厚さD2とは、第2樹脂層42の力検出素子3の下面3bと底部材23の上面231とに挟まれた部分の平均厚さを意味する。   Note that the thickness D1 and the thickness D2 are equal to each other, for example, an error that may occur technically or an error that is unavoidable in manufacturing (for example, an error of about ± 5% or less). It means to include. Further, the thickness D1 means an average thickness of a portion of the first resin layer 41 sandwiched between the upper surface 3a of the force detection element 3 and the inner surface 240 of the lid 24. Similarly, the thickness D <b> 2 means the average thickness of the portion sandwiched between the lower surface 3 b of the force detection element 3 and the upper surface 231 of the bottom member 23 of the second resin layer 42.

また、第1樹脂層41のヤング率は、蓋体24(金属材料)のヤング率および中間基板33(水晶)のヤング率より小さい。また、第2樹脂層42のヤング率は、底部材23(金属材料)のヤング率および中間基板34(水晶)のヤング率より小さい。このような第1、第2樹脂層41、42のヤング率としては、上記関係を満足していれば、特に限定されず、与圧の大きさ等によっても異なるが、例えば、与圧が300kg程度の場合には、1GPa以上10GPa以下であることが好ましく、4GPa以上6GPa以下であることがより好ましい。このようなヤング率とすることにより、より効率的に、外力を力検出素子3に伝達することができる。また、外力によって力検出素子3や基部22が破損することを抑制することができる。   Further, the Young's modulus of the first resin layer 41 is smaller than the Young's modulus of the lid 24 (metal material) and the Young's modulus of the intermediate substrate 33 (quartz). The Young's modulus of the second resin layer 42 is smaller than the Young's modulus of the bottom member 23 (metal material) and the intermediate substrate 34 (crystal). The Young's modulus of the first and second resin layers 41 and 42 is not particularly limited as long as the above relationship is satisfied. For example, the pressure is 300 kg. In the case of the degree, it is preferably 1 GPa or more and 10 GPa or less, and more preferably 4 GPa or more and 6 GPa or less. By setting it as such a Young's modulus, an external force can be more efficiently transmitted to the force detection element 3. Moreover, it can suppress that the force detection element 3 and the base 22 are damaged by external force.

図5に示すように、第1、第2樹脂層41、42は、それぞれ、樹脂材料と、樹脂材料中に分散されたフィラーFと、を有する。また、フィラーFは、第1フィラーF1と、第2フィラーF2と、を有する。なお、第1、第2樹脂層41、42は、それぞれ、適宜、水、溶剤、可塑剤、硬化剤および帯電防止剤等を含んでいてもよい。   As shown in FIG. 5, each of the first and second resin layers 41 and 42 includes a resin material and a filler F dispersed in the resin material. Moreover, the filler F has the 1st filler F1 and the 2nd filler F2. Each of the first and second resin layers 41 and 42 may appropriately include water, a solvent, a plasticizer, a curing agent, an antistatic agent, and the like.

なお、樹脂材料としては、硬化反応し得る材料が用いられる。このような樹脂材料としては、例えば、熱可塑性樹脂や光可塑性樹脂等の可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂および電子線硬化性樹脂等の硬化性樹脂を用いることができ、中でも、硬化性樹脂を用いることが好ましく、熱硬化性樹脂を用いることがより好ましい。熱硬化性樹脂としては、例えば、アクリル系樹脂、フェノール系樹脂、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂等が挙げられ、中でも、エポキシ系樹脂を用いることが好ましい。エポキシ系樹脂を用いることにより、優れた引張せん断接着強さを有する第1、第2樹脂層41、42が得られる。   As the resin material, a material that can undergo a curing reaction is used. As such a resin material, for example, a plastic resin such as a thermoplastic resin or a thermoplastic resin, a curable resin such as a thermosetting resin, a photocurable resin, and an electron beam curable resin can be used. It is preferable to use a curable resin, and it is more preferable to use a thermosetting resin. Examples of the thermosetting resin include acrylic resins, phenolic resins, silicone resins, and epoxy resins. Among these, it is preferable to use epoxy resins. By using the epoxy resin, the first and second resin layers 41 and 42 having excellent tensile shear adhesive strength can be obtained.

第1、第2フィラーF1、F2は、径が互いに異なっており、第1フィラーF1の最大径(最大幅。第1の最大径)が第2フィラーF2の最大径(最大幅、第2の最大径)よりも大きい。そのため、第1フィラーF1は、第1、第2樹脂層41、42の厚さD1、D2を制御するギャップ材として機能する。一方、第2フィラーF2は、第1、第2樹脂層41、42の厚さD1、D2ではなく、樹脂材料の特性(弾性、樹脂粘度、熱膨張率等)を制御する機能を有する。   The first and second fillers F1 and F2 have different diameters, and the maximum diameter (maximum width, first maximum diameter) of the first filler F1 is the maximum diameter (maximum width, second width) of the second filler F2. Larger than the maximum diameter). Therefore, the first filler F1 functions as a gap material that controls the thicknesses D1 and D2 of the first and second resin layers 41 and 42. On the other hand, the second filler F2 has a function of controlling characteristics (elasticity, resin viscosity, coefficient of thermal expansion, etc.) of the resin material, not the thicknesses D1 and D2 of the first and second resin layers 41 and 42.

また、第1フィラーF1のヤング率は、第2フィラーF2のヤング率より大きい。これにより、第2フィラーF2が与圧を受けた時に第1フィラーF1が変形するより先に変形するため、ギャップ変化(面間平行度ずれ)が抑制される。   Further, the Young's modulus of the first filler F1 is larger than the Young's modulus of the second filler F2. Thereby, when the 2nd filler F2 receives a pressurization, since it deform | transforms before the 1st filler F1 deform | transforms, a gap change (shift in parallelism between surfaces) is suppressed.

第1、第2フィラーF1、F2の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、シリカ(SiO)、アルミナ(Al)等の無機酸化物やセラミック、ガラス等の無機物を含む無機フィラーを用いることが好ましく、これらのうちの1種または2種以上を併用することができる。中でも特に、第1、第2フィラーF1、F2の構成材料としては、シリカ、アルミナ、中空ガラスビーズを用いることが好ましい。これにより、第1、第2樹脂層41、42の機械的な強度や耐熱性を高めることができる。また、第1、第2フィラーF1、F2は、導電性を有さない(絶縁性)であるものが好ましい。特に、第2フィラーF2としては。中空ガラスビーズを用いることが好ましい。これにより、第1、第2樹脂層41、42の弾性率の増加を抑制しつつ、第1、第2樹脂層41、42の熱膨張率を低減することができる。また、第1、第2樹脂層41、42の残留応力を低減することもできる。 The constituent materials of the first and second fillers F1 and F2 are not particularly limited. For example, inorganic materials such as inorganic oxides such as silica (SiO 2 ) and alumina (Al 2 O 3 ), ceramics, and glass can be used. It is preferable to use a filler, and one or more of these can be used in combination. Of these, silica, alumina, and hollow glass beads are preferably used as the constituent materials of the first and second fillers F1 and F2. Thereby, the mechanical strength and heat resistance of the first and second resin layers 41 and 42 can be increased. Further, the first and second fillers F1 and F2 are preferably non-conductive (insulating). Especially as the second filler F2. It is preferable to use hollow glass beads. Thereby, the thermal expansion coefficient of the 1st, 2nd resin layers 41 and 42 can be reduced, suppressing the increase in the elasticity modulus of the 1st, 2nd resin layers 41 and 42. FIG. Moreover, the residual stress of the 1st, 2nd resin layers 41 and 42 can also be reduced.

第1、第2フィラーF1、F2の形状としては、特に限定されないが、球状であることが好ましい。第1、第2フィラーF1、F2を球形にすることにより、第1、第2フィラーF1、F2をそれぞれ分級して径の大きさを均一にすることが容易となる。そのため、第1、第2樹脂層41、42の厚さD1、D2をより精度よく制御することができると共に、第1、第2樹脂層41、42の特性をより精度よく制御することができる。ただし、第1、第2フィラーF1、F2の形状は、球状に限定されず、例えば、方形状、板状、針状、葉状等のものを用いることもできる。また、第1、第2フィラーF1、F2は、緻密質体であってもよいし、多孔質体であってもよい。   The shape of the first and second fillers F1 and F2 is not particularly limited, but is preferably spherical. By making the first and second fillers F1 and F2 spherical, it is easy to classify the first and second fillers F1 and F2 to make the diameters uniform. Therefore, the thicknesses D1 and D2 of the first and second resin layers 41 and 42 can be controlled with higher accuracy, and the characteristics of the first and second resin layers 41 and 42 can be controlled with higher accuracy. . However, the shape of the first and second fillers F1 and F2 is not limited to a spherical shape, and for example, a rectangular shape, a plate shape, a needle shape, a leaf shape, or the like can be used. The first and second fillers F1 and F2 may be dense bodies or porous bodies.

以上、センサーデバイス1について説明した。このようなセンサーデバイス1は、前述したように、蓋体24(第1部材)と、底部材23(第2部材)と、蓋体24と底部材23との間に配置されている圧電素子30と、蓋体24と圧電素子30との間に配置されている中間基板33(第1中間基板)と、底部材23と圧電素子30との間に配置されている中間基板34(第2中間基板)と、蓋体24と中間基板33との間に配置されている第1樹脂層41と、底部材23と中間基板34との間に配置されている第2樹脂層42と、を有する。また、第1樹脂層41のヤング率は、蓋体24のヤング率および中間基板33のヤング率より小さく、第2樹脂層42のヤング率は、底部材23のヤング率および中間基板34のヤング率より小さい。このように、蓋体24と中間基板33との間に第1樹脂層41を設け、底部材23と中間基板34との間に第2樹脂層42を設けることにより、圧電素子30に加えられる与圧の均一度が増して、与圧が均一に加わるようになり、圧電素子30からの出力値が安定する。そのため、センサーデバイス1は、安定した検出特性を発揮することができ、受けた外力をより精度よく検出することができる。   The sensor device 1 has been described above. As described above, the sensor device 1 includes the lid 24 (first member), the bottom member 23 (second member), and the piezoelectric element disposed between the lid 24 and the bottom member 23. 30, an intermediate substrate 33 (first intermediate substrate) disposed between the lid 24 and the piezoelectric element 30, and an intermediate substrate 34 (second intermediate substrate) disposed between the bottom member 23 and the piezoelectric element 30. An intermediate substrate), a first resin layer 41 disposed between the lid 24 and the intermediate substrate 33, and a second resin layer 42 disposed between the bottom member 23 and the intermediate substrate 34. Have. The Young's modulus of the first resin layer 41 is smaller than the Young's modulus of the lid 24 and the Young's modulus of the intermediate substrate 33, and the Young's modulus of the second resin layer 42 is the Young's modulus of the bottom member 23 and the Young's modulus of the intermediate substrate 34. Less than rate. As described above, the first resin layer 41 is provided between the lid 24 and the intermediate substrate 33, and the second resin layer 42 is provided between the bottom member 23 and the intermediate substrate 34. The uniformity of the pressurization increases, the pressurization is applied uniformly, and the output value from the piezoelectric element 30 is stabilized. Therefore, the sensor device 1 can exhibit stable detection characteristics and can detect the received external force with higher accuracy.

また、前述したように、センサーデバイス1では、第1樹脂層41の厚さD1と、第2樹脂層42の厚さD2と、が等しい。このように、D1=D2の関係を満足することにより、力検出素子3の両側からバランスよく外力が伝達されるため、力検出素子3からの出力値が安定する。そのため、センサーデバイス1は、安定した検出特性を発揮することができ、受けた外力をより精度よく検出することができる。   Further, as described above, in the sensor device 1, the thickness D1 of the first resin layer 41 and the thickness D2 of the second resin layer 42 are equal. Thus, by satisfying the relationship of D1 = D2, external force is transmitted in a balanced manner from both sides of the force detection element 3, so that the output value from the force detection element 3 is stabilized. Therefore, the sensor device 1 can exhibit stable detection characteristics and can detect the received external force with higher accuracy.

また、前述したように、センサーデバイス1では、第1樹脂層41の材料と、第2樹脂層42の材料と、が同じである。このように、第1樹脂層41および第2樹脂層42を同じ材料で構成することにより、力検出素子3の両側からバランスよく外力が伝達されるため、力検出素子3からの出力値が安定する。そのため、センサーデバイス1は、安定した検出特性を発揮することができ、受けた外力をより精度よく検出することができる。   Further, as described above, in the sensor device 1, the material of the first resin layer 41 and the material of the second resin layer 42 are the same. As described above, by configuring the first resin layer 41 and the second resin layer 42 with the same material, the external force is transmitted in a balanced manner from both sides of the force detection element 3, so that the output value from the force detection element 3 is stable. To do. Therefore, the sensor device 1 can exhibit stable detection characteristics and can detect the received external force with higher accuracy.

また、前述したように、第1樹脂層41および第2樹脂層42は、それぞれ、フィラーFを含んでいる。これにより、第1、第2樹脂層41、42の厚さD1、D2を制御したり、第1、第2樹脂層41、42の特性(樹脂粘度、熱膨張率等)を制御したりすることが容易となる。   Further, as described above, each of the first resin layer 41 and the second resin layer 42 includes the filler F. Thereby, the thicknesses D1 and D2 of the first and second resin layers 41 and 42 are controlled, and the characteristics (resin viscosity, thermal expansion coefficient, etc.) of the first and second resin layers 41 and 42 are controlled. It becomes easy.

また、前述したように、フィラーFは、第1の最大径を有する第1フィラーF1と、第1の最大径より小さい第2の最大径を有する第2フィラーRF2と、を含み、第1フィラーF1のヤング率は、第2フィラーF2のヤング率より大きい。これにより、第1フィラーF1がギャップ材として機能し、第2フィラーF2が与圧を受けた時に第1フィラーF1が変形するより先に変形するため、ギャップ変化(面間平行度ずれ)が抑制される。   Moreover, as described above, the filler F includes the first filler F1 having the first maximum diameter and the second filler RF2 having the second maximum diameter smaller than the first maximum diameter, and the first filler The Young's modulus of F1 is larger than the Young's modulus of the second filler F2. As a result, the first filler F1 functions as a gap material, and the first filler F1 is deformed before it is deformed when the second filler F2 is pressurized. Is done.

また、前述したように、センサーデバイス1は、蓋体24と底部材23とに接続される基部22(枠状部材)を備え、基部22は、圧電素子30を囲む枠形状を有する。これにより、より圧力(与圧)がかかった時に外部から圧力変動要因が加わり難くなる。   Further, as described above, the sensor device 1 includes the base portion 22 (frame member) connected to the lid body 24 and the bottom member 23, and the base portion 22 has a frame shape surrounding the piezoelectric element 30. This makes it difficult for pressure fluctuation factors to be applied from the outside when more pressure (pressurization) is applied.

また、前述したように、蓋体24および底部材23は、金属材料からなる。これにより、比較的高い剛性を有すると共に、応力が加えられたときに適度に弾性変形する蓋体24および底部材23となる。そのため、蓋体24および底部材23を介して外力を力検出素子3に的確に伝達することができると共に、その外力による蓋体23および底部材23の破損のおそれを低減することができる。   As described above, the lid body 24 and the bottom member 23 are made of a metal material. As a result, the lid 24 and the bottom member 23 have relatively high rigidity and elastically deform appropriately when stress is applied. Therefore, it is possible to accurately transmit an external force to the force detection element 3 via the lid 24 and the bottom member 23, and it is possible to reduce the risk of the lid 23 and the bottom member 23 being damaged by the external force.

また、前述したように、第1樹脂層41および第2樹脂層42は、それぞれ、絶縁性を有する。これにより、第1樹脂層41を介して力検出素子3と蓋体24とが導通し、第2樹脂層42を介して力検出素子3と底部材23とが導通することを抑制することができる。そのため、意図しない電気経路の形成が抑制され、力検出素子3からの出力値が安定する。したがって、センサーデバイス1は、安定した検出特性を発揮することができ、受けた外力をより精度よく検出することができる。   Further, as described above, each of the first resin layer 41 and the second resin layer 42 has an insulating property. Thereby, it is suppressed that the force detection element 3 and the lid body 24 are electrically connected via the first resin layer 41 and the force detection element 3 and the bottom member 23 are electrically connected via the second resin layer 42. it can. Therefore, the formation of an unintended electric path is suppressed, and the output value from the force detection element 3 is stabilized. Therefore, the sensor device 1 can exhibit stable detection characteristics and can detect the received external force with higher accuracy.

また、前述したように、蓋体24と中間基板33とは、第1樹脂層41を介して接着されており、底部材23と中間基板34とは、第2樹脂層42を介して接着されている。これにより、パッケージ2内での力検出素子3の姿勢が安定するため、パッケージ2(底部材23および蓋体24)を介して、外力を力検出素子3に的確に伝達することができる。また、力検出素子3に与圧が均一に加わるようになり、力検出素子3からの出力値が安定する。そのため、センサーデバイス1は、安定した検出特性を発揮することができ、受けた外力をより精度よく検出することができる。   Further, as described above, the lid body 24 and the intermediate substrate 33 are bonded via the first resin layer 41, and the bottom member 23 and the intermediate substrate 34 are bonded via the second resin layer 42. ing. Thereby, since the attitude | position of the force detection element 3 in the package 2 is stabilized, external force can be accurately transmitted to the force detection element 3 via the package 2 (the bottom member 23 and the cover body 24). Further, the pressure is applied uniformly to the force detection element 3, and the output value from the force detection element 3 is stabilized. Therefore, the sensor device 1 can exhibit stable detection characteristics and can detect the received external force with higher accuracy.

また、前述したように、蓋体24と底部材23とが並ぶ方向をC軸方向(第1方向)とし、C軸方向に直交する方向をA軸方向(第2方向)としたとき、センサーデバイス1は、圧電素子30とA軸方向に並んで配置され、圧電素子30と接触している接続部材261、262、263、264(導電性部材)を有している。そして、C軸方向からの平面視で、接続部材261、262、263、264は、それぞれ、第2樹脂層42と重なっている。そのため、仮に、接続部材261、262、263、264が底部材23側に流動して底部材23に到達したとしても、第2樹脂層42によって、接続部材261、262、263、264と底部材23との接触を抑制することができる。そのため、底部材23を介して、接続部材261、262、263、264が電気的に接続されてしまうことを効果的に抑制することができ、信頼性の高いセンサーデバイス1となる。   As described above, when the direction in which the lid body 24 and the bottom member 23 are arranged is the C-axis direction (first direction) and the direction orthogonal to the C-axis direction is the A-axis direction (second direction), the sensor The device 1 includes connecting members 261, 262, 263, and 264 (conductive members) that are arranged side by side with the piezoelectric element 30 and are in contact with the piezoelectric element 30. The connection members 261, 262, 263, and 264 overlap with the second resin layer 42 in plan view from the C-axis direction, respectively. Therefore, even if the connection members 261, 262, 263, 264 flow to the bottom member 23 side and reach the bottom member 23, the connection members 261, 262, 263, 264 and the bottom member are caused by the second resin layer 42. The contact with 23 can be suppressed. Therefore, it is possible to effectively suppress the connection members 261, 262, 263, and 264 from being electrically connected via the bottom member 23, and the highly reliable sensor device 1 is obtained.

また、前述したように、中間基板33および中間基板34は、それぞれ、水晶で構成されている。これにより、高い機械的強度を有する中間基板33、34となり、外力を力検出素子3に的確に伝達することができる。   Further, as described above, each of the intermediate substrate 33 and the intermediate substrate 34 is made of quartz. Accordingly, the intermediate substrates 33 and 34 having high mechanical strength are obtained, and an external force can be accurately transmitted to the force detection element 3.

また、前述したように、蓋体24と底部材23とが並ぶ方向をC軸方向(第1方向)としたとき、圧電素子30は、C軸方向に並んで配置されている水晶からなる複数の圧電体層312、314、316、318、322、324、326、328を有している。そして、複数の圧電体層312、314、316、318、322、324、326、328のうちの最も中間基板33側にある圧電体層328の結晶軸と、中間基板33の結晶軸と、が一致し、複数の圧電体層312、314、316、318、322、324、326、328のうちの最も中間基板34側にある圧電体層312の結晶軸と、中間基板34の結晶軸と、が一致している。このように、中間基板33の結晶軸を隣接する圧電体層328の結晶軸と一致させ、中間基板34の結晶軸を隣接する圧電体層312の結晶軸と一致させることにより、これらの熱膨張係数を揃えることができ、熱膨張に起因する出力ドリフトを効果的に低減することができる。   Further, as described above, when the direction in which the lid body 24 and the bottom member 23 are arranged is the C-axis direction (first direction), the piezoelectric element 30 includes a plurality of quartz crystals arranged in the C-axis direction. Piezoelectric layers 312, 314, 316, 318, 322, 324, 326, and 328. Of the plurality of piezoelectric layers 312, 314, 316, 318, 322, 324, 326, 328, the crystal axis of the piezoelectric layer 328 closest to the intermediate substrate 33 and the crystal axis of the intermediate substrate 33 are The crystal axis of the piezoelectric layer 312 closest to the intermediate substrate 34 among the plurality of piezoelectric layers 312, 314, 316, 318, 322, 324, 326, 328, the crystal axis of the intermediate substrate 34, Match. In this way, by making the crystal axis of the intermediate substrate 33 coincide with the crystal axis of the adjacent piezoelectric layer 328 and aligning the crystal axis of the intermediate substrate 34 with the crystal axis of the adjacent piezoelectric layer 312, these thermal expansions. The coefficients can be made uniform, and the output drift due to thermal expansion can be effectively reduced.

また、前述したように、中間基板33は、複数の圧電体層312、314、316、318、322、324、326、328のうちの最も中間基板33側にある圧電体層328の厚さより大きい厚さを有し、中間基板34は、複数の圧電体層312、314、316、318、322、324、326、328のうちの最も中間基板34側にある圧電体層312の厚さより大きい厚さを有している。そのため、圧電体層312、314、316、318、322、324、326、328により均一な圧力(与圧)をかけることができ、また、耐衝撃性も向上する。   Further, as described above, the intermediate substrate 33 is larger than the thickness of the piezoelectric layer 328 that is closest to the intermediate substrate 33 among the plurality of piezoelectric layers 312, 314, 316, 318, 322, 324, 326, and 328. The intermediate substrate 34 has a thickness larger than the thickness of the piezoelectric layer 312 closest to the intermediate substrate 34 among the plurality of piezoelectric layers 312, 314, 316, 318, 322, 324, 326, and 328. Have Therefore, a uniform pressure (pressurization) can be applied by the piezoelectric layers 312, 314, 316, 318, 322, 324, 326, and 328, and the impact resistance is improved.

<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態に係る力検出装置について説明する。
Second Embodiment
Next, a force detection device according to a second embodiment of the present invention will be described.

図6は、本発明の第2実施形態に係る力検出装置の斜視図である。図7は、図6に示す力検出装置の縦断面図である。図8は、図6に示す力検出装置の横断面図である。図9は、力検出装置に配置されたセンサーデバイスの断面図である。   FIG. 6 is a perspective view of a force detection device according to the second embodiment of the present invention. 7 is a longitudinal sectional view of the force detection device shown in FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view of the force detection device shown in FIG. FIG. 9 is a cross-sectional view of a sensor device arranged in the force detection device.

また、以下では、説明の便宜上、互いに直交する3つの軸をα軸、β軸およびγ軸とし、各軸を示す矢印の先端側を「プラス側」、基端側を「マイナス側」とする。また、α軸に平行な方向を「α軸方向」、β軸に平行な方向を「β軸方向」、γ軸に平行な方向を「γ軸方向」という。また、γ軸方向プラス側を「上」、γ軸方向マイナス側を「下」ともいう。また、γ軸方向から見たものを「平面視」という。   Also, in the following, for convenience of explanation, the three axes orthogonal to each other are referred to as an α axis, a β axis, and a γ axis, the tip side of the arrow indicating each axis is referred to as “plus side”, and the base end side is referred to as “minus side”. . A direction parallel to the α axis is referred to as “α axis direction”, a direction parallel to the β axis is referred to as “β axis direction”, and a direction parallel to the γ axis is referred to as “γ axis direction”. The positive side in the γ-axis direction is also referred to as “upper”, and the negative side in the γ-axis direction is also referred to as “lower”. Also, what is viewed from the γ-axis direction is called “plan view”.

図6に示す力検出装置100は、力検出装置100に加えられた外力の6軸成分を検出可能な6軸力覚センサーである。なお、6軸成分は、互いに直交する3つの軸(図示ではα軸、β軸およびγ軸)のそれぞれの方向の並進力(せん断力)成分と、これら3軸のそれぞれの軸まわりの回転力(モーメント)成分と、からなる。   A force detection device 100 illustrated in FIG. 6 is a six-axis force sensor that can detect a six-axis component of an external force applied to the force detection device 100. The six-axis component includes translational force (shearing force) components in directions of three axes orthogonal to each other (the α-axis, β-axis, and γ-axis in the figure), and rotational force around each of these three axes. (Moment) component.

力検出装置100は、その中心軸A1(γ軸)まわりに等間隔(90°間隔)に配置された複数(本実施形態では4つ)のセンサーデバイス1と、これらセンサーデバイス1を収納しているケース5と、を有する。力検出装置100では、各センサーデバイス1が受けた外力に応じた検出信号を出力し、それらの検出信号を処理することにより、力検出装置100に加えられた外力の6軸成分を検出することができる。以下、力検出装置100が備える各部について説明する。   The force detection apparatus 100 accommodates a plurality (four in this embodiment) of sensor devices 1 arranged at equal intervals (90 ° intervals) around the central axis A1 (γ axis), and these sensor devices 1. A case 5. The force detection device 100 outputs detection signals corresponding to the external force received by each sensor device 1 and processes those detection signals to detect six-axis components of the external force applied to the force detection device 100. Can do. Hereinafter, each part with which the force detection apparatus 100 is provided is demonstrated.

[ケース]
図6に示すように、ケース5は、第1ケース部材6と、第1ケース部材6に対して間隔を隔てて配置されている第2ケース部材7と、第1ケース部材6および第2ケース部材7の外周部に設けられた側壁部8と、を有する。
[Case]
As shown in FIG. 6, the case 5 includes a first case member 6, a second case member 7 disposed at a distance from the first case member 6, and the first case member 6 and the second case. And a side wall portion 8 provided on the outer peripheral portion of the member 7.

また、図7に示すように、第1ケース部材6は、天板61(第1基部)と、天板61の下面に設けられ、中心軸A1まわりに等間隔(90°間隔)に配置された4つの壁部62(第1与圧部)と、を有する。また、天板61には、その中央部に中心軸A1に沿った貫通孔611が形成されている。また、図8に示すように、各壁部62には、後述する与圧ボルト50が挿通される複数の貫通孔621が形成されている。また、各壁部62の内壁面620(内側の面)は、天板61に対して垂直な平面となっている。   As shown in FIG. 7, the first case member 6 is provided on the top plate 61 (first base) and the lower surface of the top plate 61, and is arranged at equal intervals (90 ° intervals) around the central axis A1. And four wall portions 62 (first pressurizing portions). Further, the top plate 61 is formed with a through-hole 611 along the central axis A1 at the center thereof. Further, as shown in FIG. 8, each wall portion 62 is formed with a plurality of through holes 621 into which pressurizing bolts 50 described later are inserted. Further, the inner wall surface 620 (inner surface) of each wall portion 62 is a plane perpendicular to the top plate 61.

また、図7に示すように、第2ケース部材7は、底板71(第2基部)と、底板71の上面に設けられ、前述した4つの壁部62と対向するように中心軸A1まわりに等間隔(90°間隔)に配置された4つの壁部72(第2与圧部)と、を有する。また、底板71には、その中央部に中心軸A1に沿った貫通孔711が形成されている。また、各壁部72は、対向する壁部62側に向けて突出した突出部73を有し、この突出部73の頂面730は、内壁面620と平行であり、内壁面620に対し、所定距離(センサーデバイス1を挿入可能な距離)を隔てて対面している。また、図8に示すように、各壁部72には、与圧ボルト50の先端部が螺合する雌ネジ孔721が複数形成されている。   Further, as shown in FIG. 7, the second case member 7 is provided on the bottom plate 71 (second base) and the top surface of the bottom plate 71 and around the central axis A1 so as to face the four wall portions 62 described above. And four wall portions 72 (second pressurizing portions) arranged at equal intervals (90 ° intervals). Further, the bottom plate 71 is formed with a through hole 711 along the central axis A1 at the center thereof. Moreover, each wall part 72 has the protrusion part 73 protruded toward the wall part 62 side which opposes, The top surface 730 of this protrusion part 73 is parallel to the inner wall surface 620, and with respect to the inner wall surface 620, They face each other at a predetermined distance (a distance at which the sensor device 1 can be inserted). Further, as shown in FIG. 8, each wall portion 72 is formed with a plurality of female screw holes 721 into which the tip ends of the pressurizing bolts 50 are screwed.

また、側壁部8は、円筒状をなし、その上端部および下端部がそれぞれ第1ケース部材6および第2ケース部材7に対して例えばネジ止め、嵌合等によって固定されている。また、側壁部8と前述した第1ケース部材6の天板61と第2ケース部材7の底板71とで囲まれた空間S1(力検出装置100の内部空間)には4つのセンサーデバイス1が収納されている。   Further, the side wall portion 8 has a cylindrical shape, and the upper end portion and the lower end portion thereof are fixed to the first case member 6 and the second case member 7 by, for example, screwing or fitting. Further, in the space S1 (internal space of the force detection device 100) surrounded by the side wall portion 8, the top plate 61 of the first case member 6 and the bottom plate 71 of the second case member 7, four sensor devices 1 are provided. It is stored.

以上のようなケース5では、第1ケース部材6の上面60が、例えば、後述するロボット1000が備えるエンドエフェクター1700(被取付部材)に取り付ける取付面として機能し、第2ケース部材7の下面70が、例えば、後述するロボット1000が備えるロボットアーム1200に取り付けるアーム用取付面として機能する。   In the case 5 as described above, the upper surface 60 of the first case member 6 functions as an attachment surface attached to, for example, an end effector 1700 (attached member) included in the robot 1000 described later, and the lower surface 70 of the second case member 7. However, for example, it functions as an arm attachment surface that is attached to a robot arm 1200 included in the robot 1000 described later.

なお、ケース5の平面視での外形は、それぞれ、円形であるが、これに限定されず、例えば、三角形、四角形、五角形等の多角形、楕円形、異形等、いかなる形状であってもよい。また、本実施形態では、各壁部62は、天板61と別部材で形成され、天板61に対し固定されているが、これに限定されず、天板61と一体で形成されていてもよい。同様に、本実施形態では、各壁部72は、底板71と別部材で形成され、底板71に対し固定されているが、これに限定されず、底板71と一体で形成されていてもよい。   Note that the outer shapes of the case 5 in plan view are each circular, but are not limited thereto, and may be any shape such as a polygon such as a triangle, a quadrangle, and a pentagon, an ellipse, and an irregular shape. . In the present embodiment, each wall 62 is formed as a member separate from the top plate 61 and is fixed to the top plate 61, but is not limited thereto, and is formed integrally with the top plate 61. Also good. Similarly, in the present embodiment, each wall portion 72 is formed as a separate member from the bottom plate 71 and is fixed to the bottom plate 71, but is not limited thereto, and may be formed integrally with the bottom plate 71. .

また、第1ケース部材6、第2ケース部材7および側壁部8の構成材料としては、それぞれ、特に限定されず、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材料、セラミックス等を用いることができる。なお、第1ケース部材6、第2ケース部材7および側壁部8の構成材料は、互いに同じであってもよいし、異なっていてもよい。   Moreover, it does not specifically limit as a constituent material of the 1st case member 6, the 2nd case member 7, and the side wall part 8, respectively, For example, metal materials, such as aluminum and stainless steel, ceramics, etc. can be used. In addition, the constituent material of the 1st case member 6, the 2nd case member 7, and the side wall part 8 may mutually be the same, and may differ.

図8に示すように、4つのセンサーデバイス1は、平面視で、中心軸A1を通りβ軸に平行な線分CLに対して対称となるように配置されている。また、図7に示すように、各センサーデバイス1は、天板61と底板71との間に位置している。また、各センサーデバイス1は、壁部62と壁部72(突出部73)との間に位置し、壁部62と壁部72(突出部73)とによって挟持されている。具体的には、各センサーデバイス1は、図9に示すように、パッケージ2の基体21を壁部72側に向け、蓋体24を壁部62側へ向けた状態で、壁部62、72の間に配置されている。さらに、基体21の底部材23が突出部73の頂面730と当接し、蓋体24の中央部241が壁部62の内壁面620と接触している。   As shown in FIG. 8, the four sensor devices 1 are arranged so as to be symmetric with respect to a line segment CL that passes through the central axis A1 and is parallel to the β axis in plan view. Further, as shown in FIG. 7, each sensor device 1 is located between the top plate 61 and the bottom plate 71. Each sensor device 1 is positioned between the wall portion 62 and the wall portion 72 (projecting portion 73), and is sandwiched between the wall portion 62 and the wall portion 72 (projecting portion 73). Specifically, as shown in FIG. 9, each sensor device 1 has the wall portions 62, 72 with the base 21 of the package 2 facing the wall portion 72 and the lid 24 facing the wall portion 62. It is arranged between. Further, the bottom member 23 of the base 21 is in contact with the top surface 730 of the protruding portion 73, and the central portion 241 of the lid body 24 is in contact with the inner wall surface 620 of the wall portion 62.

図8に示すように、与圧ボルト50は、壁部62と壁部72とを連結しており、これにより、第1ケース部材6と第2ケース部材7とが固定されている。また、与圧ボルト50が締め込まれることにより、壁部62と壁部72との間に位置するセンサーデバイス1(力検出素子3)が与圧されている。すなわち、自然状態において、力検出素子3には図9中の矢印Pで示す方向の圧縮力が加わっている。このように、自然状態において力検出素子3を与圧しておくことにより、力検出装置100に加えられた外力の6軸成分を精度よく検出することができる。なお、与圧ボルト50の締結力を適宜調整することにより、力検出素子3に加わる与圧を調整することができる。   As shown in FIG. 8, the pressurizing bolt 50 connects the wall portion 62 and the wall portion 72, and thereby the first case member 6 and the second case member 7 are fixed. In addition, when the pressurizing bolt 50 is tightened, the sensor device 1 (force detecting element 3) positioned between the wall portion 62 and the wall portion 72 is pressurized. That is, in the natural state, a compressive force in the direction indicated by the arrow P in FIG. In this way, by preloading the force detection element 3 in the natural state, it is possible to accurately detect the six-axis components of the external force applied to the force detection device 100. The pressurizing force applied to the force detecting element 3 can be adjusted by appropriately adjusting the fastening force of the pressurizing bolt 50.

与圧ボルト50は、各センサーデバイス1に対して一対設けられており、一対の与圧ボルト50がセンサーデバイス1の両側に位置している。ただし、与圧ボルト50の配置としては、特に限定されない。また、与圧ボルト50は、必要に応じて設ければよく、不要な場合には、省略してもよい。   A pair of pressurizing bolts 50 are provided for each sensor device 1, and the pair of pressurizing bolts 50 are located on both sides of the sensor device 1. However, the arrangement of the pressurizing bolt 50 is not particularly limited. Further, the pressurizing bolt 50 may be provided as necessary, and may be omitted if unnecessary.

このような力検出装置100は、図示しない外力検出回路を有し、この外力検出回路は、各センサーデバイス1から出力される信号(電荷Qa、Qb)に基づいて、α軸方向の並進力成分Fα、β軸方向の並進力成分Fβ、γ軸方向の並進力成分Fγ、α軸周りの回転力成分Mα、β軸周りの回転力成分Mβ、γ軸周りの回転力成分Mγを検出(演算)することができる。外力検出回路は、例えば、電荷Qa、Qbを電圧に変換する電荷/電圧変換回路を備えたアナログ回路と、このアナログ回路からの出力をデジタル信号に変換するADコンバーターおよびADコンバーターに接続されたCPU等の演算回路を備えたデジタル回路と、を有する構成とすることができる。   Such a force detection device 100 has an external force detection circuit (not shown), and the external force detection circuit is based on the signals (charges Qa and Qb) output from each sensor device 1 and translate force components in the α-axis direction. Fα, translational force component Fβ in the β-axis direction, translational force component Fγ in the γ-axis direction, rotational force component Mα around the α-axis, rotational force component Mβ around the β-axis, and rotational force component Mγ around the γ-axis are detected (calculated) )can do. The external force detection circuit includes, for example, an analog circuit including a charge / voltage conversion circuit that converts charges Qa and Qb into voltages, an AD converter that converts an output from the analog circuit into a digital signal, and a CPU connected to the AD converter And a digital circuit provided with an arithmetic circuit such as the above.

以上、力検出装置100について説明した。このような力検出装置100は、前述したように、天板61(第1基部)と、底板71(第2基部)と、天板61と底板71との間に設けられるセンサーデバイス1(本発明のセンサーデバイス)と、を備えている。このような力検出装置100によれば、センサーデバイス1を備えているため、外力をより高精度に検出することができる。   The force detection device 100 has been described above. As described above, the force detection device 100 includes the top plate 61 (first base), the bottom plate 71 (second base), and the sensor device 1 (the main device) provided between the top plate 61 and the bottom plate 71. An inventive sensor device). According to such a force detection apparatus 100, since the sensor device 1 is provided, an external force can be detected with higher accuracy.

<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態に係るロボットについて説明する。
<Third Embodiment>
Next, a robot according to a third embodiment of the invention will be described.

図10は、本発明の第3実施形態に係るロボットの斜視図である。   FIG. 10 is a perspective view of a robot according to the third embodiment of the present invention.

図10に示すロボット1000は、精密機器やこれを構成する部品等の対象物の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うことができる。このロボット1000は、単腕ロボットであり、所謂6軸垂直多関節ロボットである。ロボット1000は、基台1100と、基台1100に回動自在に連結されたロボットアーム1200と、力検出装置100と、エンドエフェクター1700とを有する。   The robot 1000 shown in FIG. 10 can perform operations such as feeding, removing, transporting, and assembling of precision instruments and objects such as parts constituting the precision equipment. This robot 1000 is a single-arm robot, and is a so-called 6-axis vertical articulated robot. The robot 1000 includes a base 1100, a robot arm 1200 rotatably connected to the base 1100, a force detection device 100, and an end effector 1700.

基台1100は、例えば、床、壁、天井および移動可能な台車上等に固定される部分である。ロボットアーム1200は、アーム1210(第1アーム)、アーム1220(第2アーム)、アーム1230(第3アーム)、アーム1240(第4アーム)、アーム1250(第5アーム)、アーム1260(第6アーム)を有する。これらアーム1210〜1260は、基端側から先端側に向かってこの順に連結されている。各アーム1210〜1260は、隣り合うアームまたは基台1100に対して回動可能になっている。   The base 1100 is a part fixed on, for example, a floor, a wall, a ceiling, and a movable carriage. The robot arm 1200 includes an arm 1210 (first arm), an arm 1220 (second arm), an arm 1230 (third arm), an arm 1240 (fourth arm), an arm 1250 (fifth arm), and an arm 1260 (sixth arm). Arm). These arms 1210 to 1260 are connected in this order from the proximal end side to the distal end side. Each arm 1210 to 1260 is rotatable with respect to an adjacent arm or base 1100.

アーム1260の先端には、力検出装置100が接続されている。力検出装置100は、力検出装置100の先端に取り付けられたエンドエフェクター1700に加わる力(モーメントを含む)を検出する。エンドエフェクター1700は、ロボット1000の作業対象である対象物に対して作業を行う器具であり、対象物を把持する機能を有するハンドで構成されている。なお、エンドエフェクター1700としては、ロボット1000の作業内容等に応じた器具を用いればよく、ハンドに限定されず、例えば、ネジ締めを行うネジ締め器具や嵌合を行う嵌合器具等であってもよい。   The force detection device 100 is connected to the tip of the arm 1260. The force detection device 100 detects a force (including a moment) applied to the end effector 1700 attached to the tip of the force detection device 100. The end effector 1700 is an instrument that performs work on a target object that is a work target of the robot 1000, and includes a hand that has a function of gripping the target object. The end effector 1700 may be an instrument according to the work content of the robot 1000, and is not limited to a hand. For example, the end effector 1700 is a screw tightening instrument that performs screw tightening or a fitting instrument that performs fitting. Also good.

また、図示しないが、ロボット1000は、一方のアームを他方のアーム(または基台1100)に対して回動させるモーター等を備える駆動部を有する。また、ロボット1000は、図示はしないが、モーターの回転軸の回転角度を検出する角度センサーを有する。   Although not shown, the robot 1000 includes a drive unit including a motor that rotates one arm with respect to the other arm (or the base 1100). The robot 1000 includes an angle sensor that detects the rotation angle of the rotation shaft of the motor, although not shown.

以上、ロボット1000について説明した。このようなロボット1000は、前述したように、基台1100と、基台1100に接続されるロボットアーム1200(アーム)と、力検出装置100(本発明の力検出装置)を有する。このようなロボット1000によれば、力検出装置100を備えているため、例えば、力検出装置100が検出した外力を、ロボット1000を制御する機能を有する制御部(図示せず)にフィードバックすることにより、より精密に作業を実行することができる。また、力検出装置100が検出した外力によって、ロボット1000は、エンドエフェクター1700の障害物への接触等を検知することができる。そのため、障害物回避動作および対象物損傷回避動作等を容易に行うことができ、ロボット1000は、より安全に作業を実行することができる。   The robot 1000 has been described above. As described above, the robot 1000 includes the base 1100, the robot arm 1200 (arm) connected to the base 1100, and the force detection device 100 (the force detection device of the present invention). Since the robot 1000 includes the force detection device 100, for example, an external force detected by the force detection device 100 is fed back to a control unit (not shown) having a function of controlling the robot 1000. Thus, the work can be executed more precisely. Further, the robot 1000 can detect contact of the end effector 1700 with an obstacle by the external force detected by the force detection device 100. Therefore, an obstacle avoidance operation, an object damage avoidance operation, and the like can be easily performed, and the robot 1000 can perform work more safely.

なお、力検出装置100は、隣り合うアームとアームとの間(例えば、アーム1240、1250の間)に設けられていてもよい。また、ロボット1000は、例えば、スカラーロボット、双腕ロボット等の他のロボットであってもよい。また、ロボット1000が有するアームの数は、本実施形態では6本であるが、これに限定されず、1〜5本または7本以上であってもよい。   The force detection device 100 may be provided between adjacent arms (for example, between the arms 1240 and 1250). The robot 1000 may be another robot such as a scalar robot or a double-arm robot. The number of arms that the robot 1000 has is six in this embodiment, but is not limited thereto, and may be 1 to 5 or 7 or more.

以上、本発明のセンサーデバイス、力検出装置およびロボットを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、本発明のセンサーデバイスおよび力検出装置は、ロボット以外の機器に組み込むことも可能であり、例えば、自動車等の移動体に搭載してもよい。   As described above, the sensor device, the force detection device, and the robot of the present invention have been described based on the illustrated embodiment. However, the present invention is not limited to this, and the configuration of each unit may be any arbitrary function having the same function. It can be replaced with that of the configuration. In addition, any other component may be added to the present invention. In addition, the sensor device and the force detection device of the present invention can be incorporated in equipment other than the robot, and may be installed in a moving body such as an automobile.

1…センサーデバイス、2…パッケージ、20…シール部材、21…基体、22…基部、221、222、224…凹部、223…貫通孔、23…底部材、231…上面、24…蓋体、240…内面、241…中央部、242…外縁部、243…接続部、261、262、263、264…接続部材、27…内部端子、28…外部端子、3…力検出素子、3a…上面、3b…下面、3c、3d、3e、3f…側面、30…圧電素子、31…第1圧電素子、311、315、319…グランド電極層、312、314、316、318…圧電体層、313、317…出力電極層、32…第2圧電素子、321、325、329…グランド電極層、322、324、326、328…圧電体層、323、327…出力電極層、33、34…中間基板、391、392、393、394…接続電極、41…第1樹脂層、411…フィレット部、42…第2樹脂層、421…フィレット部、5…ケース、50…与圧ボルト、6…第1ケース部材、60…上面、61…天板、611…貫通孔、62…壁部、620…内壁面、621…貫通孔、7…第2ケース部材、70…下面、71…底板、711…貫通孔、72…壁部、721…雌ネジ孔、73…突出部、730…頂面、8…側壁部、100…力検出装置、1000…ロボット、1100…基台、1200…ロボットアーム、1210、1220、1230、1240、1250、1260…アーム、1700…エンドエフェクター、A1…中心軸、CL…線分、D1、D2…厚さ、F…フィラー、F1…第1フィラー、F2…第2フィラー、GND…グランド電位、P…矢印、Qa、Qb…電荷、S…収納空間、S1…空間   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sensor device, 2 ... Package, 20 ... Sealing member, 21 ... Base | substrate, 22 ... Base part, 221, 222, 224 ... Recessed part, 223 ... Through-hole, 23 ... Bottom member, 231 ... Top surface, 24 ... Cover body, 240 ... inner surface, 241 ... central portion, 242 ... outer edge portion, 243 ... connection portion, 261, 262, 263, 264 ... connection member, 27 ... internal terminal, 28 ... external terminal, 3 ... force detection element, 3a ... upper surface, 3b ... lower surface, 3c, 3d, 3e, 3f ... side face, 30 ... piezoelectric element, 31 ... first piezoelectric element, 311, 315, 319 ... ground electrode layer, 312, 314, 316, 318 ... piezoelectric layer, 313, 317 ... output electrode layer, 32 ... second piezoelectric element, 321, 325, 329 ... ground electrode layer, 322, 324, 326, 328 ... piezoelectric layer, 323, 327 ... output electrode layer, 33, 34 ... intermediate group , 391, 392, 393, 394 ... connection electrode, 41 ... first resin layer, 411 ... fillet part, 42 ... second resin layer, 421 ... fillet part, 5 ... case, 50 ... pressurizing bolt, 6 ... first Case member 60 ... Upper surface 61 ... Top plate, 611 ... Through hole, 62 ... Wall portion, 620 ... Inner wall surface, 621 ... Through hole, 7 ... Second case member, 70 ... Lower surface, 71 ... Bottom plate, 711 ... Through Hole: 72 ... Wall part, 721 ... Female screw hole, 73 ... Projection part, 730 ... Top face, 8 ... Side wall part, 100 ... Force detection device, 1000 ... Robot, 1100 ... Base, 1200 ... Robot arm, 1210, 1220, 1230, 1240, 1250, 1260 ... arm, 1700 ... end effector, A1 ... central axis, CL ... line segment, D1, D2 ... thickness, F ... filler, F1 ... first filler, F2 ... second filler GND ... ground potential, P ... arrows, Qa, Qb ... charge, S ... accommodation space, S1 ... space

Claims (15)

第1部材と、
第2部材と、
前記第1部材と前記第2部材との間に配置されている圧電素子と、
前記第1部材と前記圧電素子との間に配置されている第1中間基板と、
前記第2部材と前記圧電素子との間に配置されている第2中間基板と、
前記第1部材と前記第1中間基板との間に配置されている第1樹脂層と、
前記第2部材と前記第2中間基板との間に配置されている第2樹脂層と、を有し、
前記第1樹脂層のヤング率は、前記第1部材のヤング率および前記第1中間基板のヤング率より小さく、
前記第2樹脂層のヤング率は、前記第2部材のヤング率および前記第2中間基板のヤング率より小さいことを特徴とするセンサーデバイス。
A first member;
A second member;
A piezoelectric element disposed between the first member and the second member;
A first intermediate substrate disposed between the first member and the piezoelectric element;
A second intermediate substrate disposed between the second member and the piezoelectric element;
A first resin layer disposed between the first member and the first intermediate substrate;
A second resin layer disposed between the second member and the second intermediate substrate,
The Young's modulus of the first resin layer is smaller than the Young's modulus of the first member and the Young's modulus of the first intermediate substrate,
A sensor device, wherein the Young's modulus of the second resin layer is smaller than the Young's modulus of the second member and the Young's modulus of the second intermediate substrate.
前記第1樹脂層の厚さと、前記第2樹脂層の厚さと、が等しい請求項1に記載のセンサーデバイス。   The sensor device according to claim 1, wherein a thickness of the first resin layer is equal to a thickness of the second resin layer. 前記第1樹脂層の材料と、前記第2樹脂層の材料と、が同じである請求項1または2に記載のセンサーデバイス。   The sensor device according to claim 1, wherein a material of the first resin layer and a material of the second resin layer are the same. 前記第1樹脂層および前記第2樹脂層は、それぞれ、フィラーを含んでいる請求項1ないし3のいずれか1項に記載のセンサーデバイス。   The sensor device according to any one of claims 1 to 3, wherein each of the first resin layer and the second resin layer includes a filler. 前記フィラーは、第1の最大径を有する第1フィラーと、前記第1の最大径より小さい第2の最大径を有する第2フィラーと、を含み、
前記第1フィラーのヤング率は、前記第2フィラーのヤング率より大きい請求項4に記載のセンサーデバイス。
The filler includes a first filler having a first maximum diameter, and a second filler having a second maximum diameter smaller than the first maximum diameter,
The sensor device according to claim 4, wherein the Young's modulus of the first filler is larger than the Young's modulus of the second filler.
前記第1部材と前記第2部材とに接続される枠状部材を備え、
前記枠状部材は、前記圧電素子を囲む枠形状を有する請求項1ないし5のいずれか1項に記載のセンサーデバイス。
A frame-like member connected to the first member and the second member;
The sensor device according to claim 1, wherein the frame-shaped member has a frame shape surrounding the piezoelectric element.
前記第1部材および前記第2部材は、金属材料からなる請求項1ないし6のいずれか1項に記載のセンサーデバイス。   The sensor device according to claim 1, wherein the first member and the second member are made of a metal material. 前記第1樹脂層および前記第2樹脂層は、それぞれ、絶縁性を有する請求項1ないし7のいずれか1項に記載のセンサーデバイス。   The sensor device according to claim 1, wherein each of the first resin layer and the second resin layer has an insulating property. 前記第1部材と前記第1中間基板とは、前記第1樹脂層を介して接着されており、
前記第2部材と前記第2中間基板とは、前記第2樹脂層を介して接着されている請求項1ないし8のいずれか1項に記載のセンサーデバイス。
The first member and the first intermediate substrate are bonded via the first resin layer,
The sensor device according to claim 1, wherein the second member and the second intermediate substrate are bonded via the second resin layer.
前記第1部材と前記第2部材とが並ぶ方向を第1方向とし、前記第1方向に直交する方向を第2方向としたとき、
前記圧電素子と前記第2方向に並んで配置され、前記圧電素子と接触している導電性部材を有し、
前記第1方向からの平面視で、前記導電性部材は、前記第2樹脂層と重なっている請求項1ないし9のいずれか1項に記載のセンサーデバイス。
When the direction in which the first member and the second member are arranged is the first direction, and the direction orthogonal to the first direction is the second direction,
A conductive member disposed in line with the piezoelectric element in the second direction and in contact with the piezoelectric element;
The sensor device according to claim 1, wherein the conductive member overlaps the second resin layer in a plan view from the first direction.
前記第1中間基板および前記第2中間基板は、それぞれ、水晶で構成されている請求項1ないし10のいずれか1項に記載のセンサーデバイス。   The sensor device according to any one of claims 1 to 10, wherein each of the first intermediate substrate and the second intermediate substrate is made of quartz. 前記第1部材と前記第2部材とが並ぶ方向を第1方向としたとき、
前記圧電素子は、前記第1方向に並んで配置されている水晶からなる複数の圧電体層を有し、
前記複数の圧電体層のうちの最も前記第1中間基板側にある圧電体層の結晶軸と、前記第1中間基板の結晶軸と、が一致し、
前記複数の圧電体層のうちの最も前記第2中間基板側にある圧電体層の結晶軸と、前記第2中間基板の結晶軸と、が一致している請求項11に記載のセンサーデバイス。
When the direction in which the first member and the second member are aligned is the first direction,
The piezoelectric element has a plurality of piezoelectric layers made of quartz arranged side by side in the first direction,
The crystal axis of the piezoelectric layer closest to the first intermediate substrate among the plurality of piezoelectric layers and the crystal axis of the first intermediate substrate coincide with each other,
The sensor device according to claim 11, wherein a crystal axis of a piezoelectric layer closest to the second intermediate substrate among the plurality of piezoelectric layers and a crystal axis of the second intermediate substrate coincide with each other.
前記第1中間基板は、前記複数の圧電体層のうちの最も前記第1中間基板側にある前記圧電体層の厚さより大きい厚さを有し、
前記第2中間基板は、前記複数の圧電体層のうちの最も前記第2中間基板側にある前記圧電体層の厚さより大きい厚さを有している請求項12に記載のセンサーデバイス。
The first intermediate substrate has a thickness larger than the thickness of the piezoelectric layer located closest to the first intermediate substrate among the plurality of piezoelectric layers,
The sensor device according to claim 12, wherein the second intermediate substrate has a thickness larger than a thickness of the piezoelectric layer that is closest to the second intermediate substrate among the plurality of piezoelectric layers.
第1基部と、
第2基部と、
前記第1基部と前記第2基部との間に設けられる請求項1ないし13のいずれか1項に記載のセンサーデバイスと、を備えることを特徴とする力検出装置。
A first base;
A second base;
A force detection device comprising: the sensor device according to claim 1 provided between the first base and the second base.
基台と、
前記基台に接続されるアームと、
請求項14に記載の力検出装置と、を備えることを特徴とするロボット。
The base,
An arm connected to the base;
A robot comprising: the force detection device according to claim 14.
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