传感器器件、传感器模块、力检测装置、机器人

摘要

本发明提供传感器器件、传感器模块、力检测装置、机器人。传感器器件具备：封装；传感器元件，其配置于上述封装；以及盖体，其对上述封装进行密封，在上述盖体具备可挠部，在深度方向上俯视观察上述封装时，该可挠部包围上述传感器元件的周围并且具有可挠性。

权利要求

1.一种传感器器件，其特征在于，具备：第一部件，其具有凹部；

传感器元件，其配置于所述凹部，并具有压电体；以及第二部件，其与所述第一部件接合，并对所述第一部件的所述凹部进行密封，所述传感器元件具有与所述第二部件接触的接触面，所述第二部件具有：

第一面区域，该第一面区域与所述传感器元件的所述接触面接触；和第二面区域，该第二面区域与所述第一部件接合，在所述第一面区域与所述第二面区域之间具备可挠部，该可挠部具有可挠性，所述第一部件在所述凹部的深度方向观察的俯视情况下呈矩形，在俯视观察所述第二部件时，所述可挠部为圆形形状、或者角为圆弧状的多边形形状，在所述第一面区域与所述第二面区域之间具有高低差。

2.根据权利要求1所述的传感器器件，其特征在于，所述可挠部的厚度比所述第二部件的其他部分的厚度薄。

3.根据权利要求1或2所述的传感器器件，其特征在于，所述可挠部具有折皱构造。

4.根据权利要求1或2所述的传感器器件，其特征在于，在将所述传感器元件的所述接触面的法线方向设为γ轴方向、将与所述γ轴方向正交并且相互正交的方向分别设为α轴方向、β轴方向的情况下，所述传感器元件具备检测所述α轴方向上的力的第一传感器元件、检测所述β轴方向上的力的第二传感器元件、以及检测所述γ轴向上的力的第三传感器元件中的任意一个以上。

5.根据权利要求3所述的传感器器件，其特征在于，在将所述传感器元件的所述接触面的法线方向设为γ轴方向、将与所述γ轴方向正交并且相互正交的方向分别设为α轴方向、β轴方向的情况下，所述传感器元件具备检测所述α轴方向上的力的第一传感器元件、检测所述β轴方向上的力的第二传感器元件、以及检测所述γ轴向上的力的第三传感器元件中的任意一个以上。

6.一种传感器模块，其特征在于，具备：传感器器件，该传感器器件具备：具有凹部的第一部件、配置于所述凹部并具有压电体的传感器元件、以及与所述第一部件接合并对所述第一部件的所述凹部进行密封的第二部件；

第一板，其与所述第一部件接触；

第二板，其与所述第二部件接触；以及紧固部，其将所述第一板与所述第二板紧固，所述传感器元件具有与所述第二部件接触的接触面，所述第二部件具有：

第一面区域，该第一面区域与所述传感器元件的所述接触面接触；和第二面区域，该第二面区域与所述第一部件接合，在所述第一面区域与所述第二面区域之间具备可挠部，该可挠部具有可挠性，所述第一部件在所述凹部的深度方向观察的俯视情况下呈矩形，所述可挠部在所述第二部件的俯视情况下为圆形形状、或者角部呈圆弧状的多边形形状，在所述第一面区域与所述第二面区域之间具有高低差。

7.一种力检测装置，其特征在于，具备权利要求1～5中任一项所述的传感器器件。

8.一种力检测装置，其特征在于，具备：第一部件，其具有凹部；

传感器元件，其配置于所述凹部，并具有压电体；

第二部件，其与所述第一部件接合，并对所述第一部件的所述凹部进行密封；以及电子电路，其与所述传感器元件电连接，所述传感器元件具有与所述第二部件接触的接触面，所述第二部件具有：

第一面区域，该第一面区域与所述传感器元件的所述接触面接触；和第二面区域，该第二面区域与所述第一部件接合，在所述第一面区域与所述第二面区域之间具备可挠部，该可挠部具有可挠性，所述第一部件在所述凹部的深度方向观察的俯视情况下呈矩形，所述可挠部在所述第二部件的俯视情况下为圆形形状、或者角部呈圆弧状的多边形形状，在所述第一面区域与所述第二面区域之间具有高低差。

9.一种机器人，其特征在于，

具备权利要求8所述的力检测装置。

10.一种机器人，其特征在于，具备：主体部；

与所述主体部连接的臂部；以及

与所述臂部连接的手部，

该机器人在所述臂部与所述手部的连接部具有传感器器件，所述传感器器件具备：

第一部件，其具有凹部；

传感器元件，其配置于所述凹部，并具有压电体；以及第二部件，其与所述第一部件接合，并对所述第一部件的所述凹部进行密封，所述传感器元件具有与所述第二部件接触的接触面，所述第二部件具有：

第一面区域，该第一面区域与所述传感器元件的所述接触面接触；和第二面区域，该第二面区域与所述第一部件接合，在所述第一面区域与所述第二面区域之间具备可挠部，该可挠部具有可挠性，所述第一部件在所述凹部的深度方向观察的俯视情况下呈矩形，所述可挠部在所述第二部件的俯视情况下为圆形形状、或者角部呈圆弧状的多边形形状，在所述第一面区域与所述第二面区域之间具有高低差。

说明书

传感器器件、传感器模块、力检测装置、机器人

技术领域

[0001] 本发明涉及传感器器件、传感器模块、力检测装置以及机器人。

背景技术

[0002] 以往，作为使用压电材料的力传感器，已知有专利文献1的装置。所公开的力传感器，利用压电材料即结晶圆板16夹持专利文献1的图15所示的信号电极15，并且如专利文献1的图4所示，通过焊接将多个被金属罩圆板17夹持的测定元件配置在金属环14内。

[0003] 另外，图14表示现有技术的传感器器件。如图14所示，传感器器件200整体包括传感器元件214、具有收容传感器元件214的凹部的金属制造的封装202、以及与封装202的凹部的开口部220的作为外周的上表面（接合面224）接合并且与传感器元件214接触的金属制造的板状的盖体204。

[0004] 传感器元件214是使两个具有相同切割面的水晶板216以相互对置的状态夹住检测电极218而成的元件。而且，水晶板216的上表面成为传感器元件214的受力面222，并与盖体204接触。

[0005] 另一方面，在封装202的侧面安装有同轴连接器206。同轴连接器206具有外周部208与中心导体210，并在两者之间填充有绝缘性树脂212，从而外周部208与中心导体210电绝缘。此处，外周部208与封装202以及盖体204短路，中心导体210与检测电极218电连接。

[0006] 该传感器器件200被增压板（未图示）夹住并施加增压，盖体204将力（压力）传递至传感器元件214的受力面222。于是，水晶板216通过伴随着增压而产生的压电效应而向检测电极218输出（诱发）电荷。而且，施加于水晶板216的力（压力）与施加于增压板的外力对应地变化。由此，以仅进行增压的情况下的信号的输出为基准，通过同轴连接器206监控由该力（压力）的变化所引起的输出电荷的变化量，从而能够检测施加于传感器器件200的外力。

[0007] 此处，在传感器器件200中，在利用干燥空气充满封装202内部的状态下，利用盖体204密封传感器元件214，以使从水晶板216诱发的电荷不会通过水分等泄漏到外部。

[0008] 专利文献1：日本特开平4-231827号公报

[0009] 专利文献1公开的力传感器是利用结晶圆板夹持信号电极并利用金属罩圆板夹持该结晶圆板的构造。在通过焊接将该力传感器安装于金属环的情况下，在信号电极等每一个零件存在尺寸误差，该尺寸误差可能会成为焊接位置的凹凸，在焊接中产生空隙。因此在湿度高等外部环境恶劣的状况下，可能会因水分浸入传感器元件而导致电荷外部漏泄从而难以进行稳定的测定。

[0010] 另外，在图14所示的现有技术的传感器器件中会出现下述情况，即：收容于封装202的传感器元件214的受力面222的高度，与封装202的凹部的开口部220的作为外周的接合面224的高度相互不一致的情况。

[0011] 图15表示对现有技术的传感器器件（受力面的高度＜接合面的高度）施加力的情况的示意图，图15（a）表示对盖体施加力之前的示意图，图15（b）表示对盖体施加力之后的示意图。如图15（a）所示，在传感器元件214的受力面222的高度比接合面224的高度低的情况下，将盖体204与封装202接合。于是，盖体204与传感器元件214的受力面222未接触而形成有空隙226。

[0012] 图16表示现有技术的传感器器件（受力面的高度＞接合面的高度）的示意图，图16（a）表示盖体接合前的示意图，图16（b）表示盖体接合后且对盖体施加力之前的示意图，图16（c）表示对盖体施加力之后的示意图。

[0013] 如图16（a）所示，在传感器元件214的受力面222的高度比封装202的接合面224的高度高的情况下，若将盖体204与封装202接合则成为图16（b）所示那样。即，成为盖体204的中央部凸起的状态，虽然传感器元件214的受力面222的周缘与盖体204接触，但是在传感器元件214的受力面222的中央部与盖体204之间形成空隙228。

[0014] 无论在何种情况下，若对盖体204施加力（包含上述的压力），则上述的空隙226、228消失。但是，如图15（b）所示，在封装202的凹部深度方向上俯视观察时，盖体204的成为比传感器元件214更靠外侧且比开口部220的缘更靠内侧的区域，在朝向盖体204的中心的方向（箭头230的方向）受到应力。另外，如图16（c）所示，在上述俯视观察时，盖体204的成为比传感器元件214更靠外侧且比开口部220的缘更靠内侧的区域，受到从盖体204的中心放射状地扩散的方向（箭头232的方向）的应力。因此，无论在何种情况下，在盖体204与封装
202接合的接合部（接合面224）的成为内侧的传感器元件侧内缘部集中地施加有剪切应力（箭头234的方向为应力的方向）。并且，在反复被施加力的传感器器件200中，在上述接合部的传感器元件侧内缘部应力集中加剧，从而可能会导致盖体204与封装202的接合变差而破坏气密密封。

发明内容

[0015] 因此，本发明着眼于上述问题点，目的在于提供通过形成难以引起封装的破损的构造来长期而稳定地实现收容于封装的传感器元件的气密密封的传感器器件、传感器模块、力检测装置、机器人。

[0016] 本发明是为了解决上述课题的至少一部分而完成的，并能够通过以下的应用例来实现。

[0017] 应用例1

[0018] 一种传感器器件，其特征在于具备：第一部件，其具有凹部；传感器元件，其配置于上述凹部，并具有压电体；以及第二部件，其与上述第一部件接合，并对上述第一部件的凹部进行密封，在上述第二部件，且是在上述凹部深度方向上进行俯视观察时位于比上述凹部的开口部的缘更靠内侧且比上述传感器元件更靠外侧的位置存在可挠部，该可挠部包围上述传感器元件的周围并具有可挠性。

[0019] 在上述结构中，即使在传感器元件的与第二部件对置的受力面和第一部件的与第二部件接合的接合面之间存在高低差，可挠部也能因增压而随着该高低差变形，因此能够使第二部件的比可挠部更靠内侧的力传递部与受力面接触，并且能够通过可挠部的弯曲变形来吸收伴随着力传递部的移位而在第二部件内产生的应力。因此，能够抑制应力向比可挠部更靠外侧的接合面传递，从而能够抑制对于第一部件与第二部件的接合部的应力集中。因此，可形成长期而稳定地实现收容于第一部件的传感器元件的气密密封的传感器器件。

[0020] 应用例2

[0021] 根据应用例1所记载的传感器器件，其特征在于，上述可挠部的厚度比上述第二部件的其他部分的厚度薄。

[0022] 根据上述结构，能够利用简单的结构形成可挠部。

[0023] 应用例3

[0024] 根据应用例1或2所记载的传感器器件，其特征在于，上述可挠部具有折皱构造。

[0025] 根据上述结构，能够利用简单的结构形成可挠部。

[0026] 应用例4

[0027] 根据应用例1至3中任一例所记载的传感器器件，其特征在于，在上述俯视观察时，上述可挠部为圆形形状、或角为圆弧状的多边形形状。

[0028] 根据上述结构，能够避免应力向可挠部的特定的部位集中并能够提高可挠部的耐久性。

[0029] 应用例5

[0030] 根据应用例1至4中任一例所记载的传感器器件，其特征在于，在将上述传感器元件的与上述第二部件接触的受力面的法线方向设为Z轴方向、将与上述Z轴方向正交并且相互正交的方向分别设为X轴方向、Y轴方向的情况下，上述传感器元件具备检测上述X轴方向的力的第一传感器元件，检测上述Y轴方向的力的第二传感器元件，检测上述Z轴方向的力的第三传感器元件中至少任意一个以上。

[0031] 根据上述结构，能够根据使用目的检测任意的方向的力。

[0032] 应用例6

[0033] 一种传感器模块，其特征在于，具备：具有凹部的第一部件；配置于上述凹部并具有压电体的传感器元件；与上述第一部件接合并对上述第一部件的凹部进行密封的第二部件；第一板，其与上述第一部件接触；第二板，其与上述第二部件接触；以及紧固部，其将上述第一板与上述第二板紧固，在上述凹部深度方向上俯视观察时，上述第二部件在位于比上述凹部的开口部的缘更靠内侧且比上述传感器元件更靠外侧的位置存在可挠部，该可挠部包围上述传感器元件的周围并具有可挠性。

[0034] 根据上述结构，根据与应用例1相同的理由，形成长期而稳定地实现收容于第一部件的传感器元件的气密密封的传感器模块。

[0035] 应用例7

[0036] 一种力检测装置，其特征在于，具备应用例1至5中任一例所记载的传感器器件。

[0037] 根据上述结构，根据与应用例1相同的理由，形成长期而稳定地实现收容于第一部件的传感器元件的气密密封的力检测装置。

[0038] 应用例8

[0039] 一种力检测装置，其特征在于，具备：第一部件，其具有凹部；传感器元件，其配置于上述凹部，并具有压电体；第二部件，其与上述第一部件接合，并对上述第一部件的凹部进行密封；以及电子电路，其与上述传感器元件电连接，在上述第二部件，在上述凹部深度方向上进行俯视观察时，在位于比上述凹部的开口部的缘更靠内侧且比上述传感器元件更靠外侧的位置具备可挠部，该可挠部包围上述传感器元件的周围并具有可挠性。

[0040] 根据上述结构，根据与应用例1相同的理由，形成长期而稳定地实现收容于第一部件的传感器元件的气密密封且能够独立地检测力的力检测装置。

[0041] 应用例9

[0042] 一种机器人，其特征在于，具备应用例7所记载的力检测装置。

[0043] 根据上述结构，根据与应用例1相同的理由，可形成长期而稳定地实现收容于第一部件的传感器元件的气密密封的机器人。

[0044] 应用例10

[0045] 一种机器人，其特征在于，具备：主体部、与上述主体部连接的臂部、以及与上述臂部连接的手部，该机器人在上述臂部与上述手部的连接部具有传感器器件，上述传感器器件具备：第一部件，其具有凹部；传感器元件，其配置于上述凹部，并具有压电体；以及第二部件，其与上述第一部件接合，并对上述第一部件的凹部进行密封，在上述凹部深度方向上俯视观察时，上述第二部件在位于比上述凹部的开口部的缘更靠内侧且比上述传感器元件更靠外侧的位置具备可挠部，该可挠部包围上述传感器元件的周围并具有可挠性。

[0046] 根据上述结构，根据与应用例1相同的理由，形成长期而稳定地实现收容于第一部件的传感器元件的气密密封且能够检测施加于臂部以及手部的力的机器人。

附图说明

[0047] 图1是第一实施方式的传感器器件的示意图，并且是盖体变形为凸型的情况的示意图，图1（a）是俯视图，图1（b）是图1（a）的A-A线剖视图。

[0048] 图2是第一实施方式的传感器器件的制造工序的示意图，图2（a）是缝焊前的示意图，图2（b）是缝焊后的示意图。

[0049] 图3是第一实施方式的传感器器件的示意图，并且是在盖体与传感器元件之间形成有空隙的情况的示意图，图3（a）是施加增压前的示意图，图3（b）是施加增压后的示意图。

[0050] 图4是第一实施方式的传感器器件的示意图，并且是盖体保持平面地与传感器元件接触的情况的示意图。

[0051] 图5是在第一实施方式的传感器器件中、利用绝缘体形成封装以及盖体的情况的剖视图。

[0052] 图6是本实施方式的盖体的变形例的示意图，图6（a）是俯视图，图6（b）是图6（a）的A-A线剖视图。

[0053] 图7是第二实施方式的传感器器件的剖视图。

[0054] 图8是第二实施方式的传感器器件的俯视图（省略盖体）。

[0055] 图9是本实施方式的封装基座的俯视图。

[0056] 图10是本实施方式的传感器元件的示意图。

[0057] 图11是本实施方式的传感器模块的剖视图。

[0058] 图12是本实施方式的力检测装置的示意图。

[0059] 图13是搭载有本实施方式的力检测装置的机器人的示意图。

[0060] 图14是现有技术的传感器器件的示意图。

[0061] 图15是对现有技术的传感器器件（受力面的高度＜接合面的高度）施加力的情况的示意图，图15（a）是对盖体施加力之前的示意图，图15（b）是对盖体施加力之后的示意图。

[0062] 图16是现有技术的传感器器件（受力面的高度＞接合面的高度）的示意图，图16（a）是盖体接合前的示意图，图16（b）是盖体接合后且对盖体施加力之前的示意图，图16（c）是对盖体施加力之后的示意图。

具体实施方式

[0063] 以下，使用图示的实施方式对本发明详细地进行说明。其中，对于本实施方式所记载的构成要素、种类、组合、形状、其相对配置等而言，只要没有特定的说明，不是将本发明的范围仅限定于此的主旨而只是说明例。

[0064] 图1表示第一实施方式的传感器器件。第一实施方式的传感器器件1的基本结构与现有技术的传感器器件200通用，因此对相同的构成要素标注相同的标记，除了必要的情况之外省略其说明。

[0065] 首先在本实施方式中使用如下情况进行说明，即，传感器元件214的受力面222（上表面）比具有凹部的封装202（第一部件）的与盖体2（第二部件）接合的接合面224（上表面）高。

[0066] 本实施方式的传感器器件1主要包括具有凹部的封装202、传感器元件214、板状的盖体2。而且，本实施方式的传感器器件1的基本形态为：传感器元件214收容于封装202，盖体2以覆盖封装202的凹部的开口部220的方式与封装202的接合面224接合。此外，封装202形成为具有凹部的封装构造，并由金属（或者如后所述由陶瓷）形成。另外，在盖体2的力传递部3与周缘部4之间配置有可挠部5，可挠部5随着传感器元件214的受力面222与接合面224的高低差而弯曲变形，从而在力传递部3与周缘部4之间形成有阶梯差。通过该阶梯差，以力传递部3与受力面222接触（面接触）的状态使周缘部4与接合面224接合。另外，在本实施方式中，力传递部3具有相对于周缘部4突出的形态。

[0067] 而且，例如利用后述的增压板82（图11）、92（图12）从传感器元件214的受力面222的法线方向夹住本实施方式的传感器器件1，并对该传感器器件1施加增压。

[0068] 与封装202接合的盖体2由不锈钢、科瓦铁镍钴合金（Kovar）等金属（或者如后所述由陶瓷）形成，并包括力传递部3、周缘部4、可挠部5。力传递部3形成盖体2的中央区域，并将从外部受到的力（包含增压）传递至传感器元件214的受力面222。此处，力传递部3需要具有至少与受力面222整体接触的形状。因此，力传递部3最低限度需要构成为：具有与受力面222相同的形状、相同的面积，且在封装202的凹部深度方向上进行观察的俯视观察时，以力传递部3的周缘与受力面222的周缘相互重叠的方式配置。

[0069] 但是，如图1所示，也可以将力传递部3形成为比受力面222的面积大（在该情况下不需要为相同形状），并且配置为在上述俯视观察时力传递部3的周缘包围受力面222的周缘。由此，即使存在盖体2与封装202接合时的对准误差，也能够使力传递部3与受力面222整体接触。

[0070] 周缘部4配置于盖体2的成为周缘的位置，并与封装202的接合面224接合。

[0071] 可挠部5是矩形（正方形、长方形）的环形区域，其将上述俯视观察时成为比开口部220的周缘更靠内侧的位置作为外周，并将上述俯视观察时成为比传感器元件214的受力面
222更靠外侧的位置作为内周。另外，可挠部5形成为比力传递部3以及周缘部4薄，并以从盖体2的双面（也可以从单面）挖削的方式形成。该可挠部5能够通过冲压成型或者蚀刻而形成。而且，可挠部5以周缘部4侧为固定端并以力传递部3侧为自由端在盖体2的厚度方向上弯曲变形（伸长）。

[0072] 另外，如图1（a）所示，可挠部5为多边形形状（在图中为矩形形状）且形成为角为圆弧状的形状。由此，能够避免应力在可挠部5的特定的部位（例如形成角的部分）集中而提高可挠部5的耐久性。

[0073] 接下来，对第一实施方式的传感器器件1的制造工序进行说明。此处，对将传感器元件214收容于封装202之后，通过缝焊将盖体2与封装202接合而将传感器元件214气密密封的工序进行说明。

[0074] 图2表示第一实施方式的传感器器件的制造工序的示意图，图2（a）表示缝焊前的示意图，图2（b）表示缝焊后的示意图。

[0075] 首先，在收容有传感器元件214的封装202上载置预先形成有可挠部5的盖体2。此时力传递部3载置于受力面222，并在周缘部4与接合面224之间形成有空隙6。

[0076] 接下来，如图2（b）所示，将缝焊用的辊电极7按压于周缘部4而使可挠部5变形，从而使周缘部4与接合面224抵接而使空隙6消失。然后，通过从辊电极7流出电流而使周缘部4与接合面224接合。然后，通过使辊电极7辊遍整个周缘部4上而将传感器元件214气密密封，从而形成传感器器件1。

[0077] 图3是表示第一实施方式的传感器器件的示意图，并且是表示在盖体与传感器元件之间形成有空隙的情况的示意图，图3（a）表示施加增压前的示意图，图3（b）表示施加增压后的示意图。另外，图4是表示第一实施方式的传感器器件的示意图，并且是表示盖体保持平面地与传感器元件接触的情况的示意图。在该例的情况下也能够通过施加增压而利用可挠部5使力传递部3与受力面222接触。

[0078] 在批量生产本实施方式的传感器器件1的情况下，在传感器元件214的受力面222的高度与封装202的接合面224的高低差产生偏差。

[0079] 如图1所示，在受力面222的高度比接合面224的高度高的情况下，在将周缘部4与接合面224接合时，可挠部5随着受力面222与接合面224的高低差而变形（伸长）。由此，力传递部3与受力面222接触，周缘部4与接合面224接合。

[0080] 与此相对，图3、图4的情况的盖体2的接合方法虽与图2相同，但在接合时可挠部5不变形。即，如图3（a）所示，在受力面222的高度比接合面224的高度低的情况下，即使将周缘部4与接合面224接合，在力传递部3与受力面222之间也会形成空隙8。

[0081] 但是，空隙8与盖体2的厚度相比十分窄，在使用时，利用后述的增压板82、92（在图3中未图示）从传感器器件1的厚度方向（高度方向）向该空隙8施加增压。

[0082] 因此，如图3（b）所示，力传递部3通过增压板82、92（在图3中未图示）向受力面222侧移位，从而使空隙8消失而与受力面222接触。此时，力传递部3使可挠部5向受力面222侧变形。而且，可挠部5随着受力面222与接合面224的高低差而变形，从而在周缘部4与力传递部3之间形成阶梯差。

[0083] 另外，如图4所示，在受力面222的高度与接合面224的高度一致的情况下，力传递部3与受力面222接触。因此，无论在图1、图3（a）、图4的何种情况下，在施加增压而使力传递部3与受力面222接触时，都能够大幅度地减少应力向封装202与盖体2的接合部（接合面224）集中，能够抑制传感器器件1的经年劣化。

[0084] 以上，在本实施方式中，由于盖体2的可挠部5变形而能够抑制施加于封装202与盖体2的接合部的应力。而且，在盖体2中，由于可挠部5变形，因此在施加于传感器元件214的力的、作为对于封装202与盖体2接合的接合部的应力而损耗的量极少，从而能够有效地将力传递至传感器元件214。其结果，能够实现高精度的力的检测。

[0085] 并且，可挠部5随着受力面222与接合面224的高低差而变形，从而在力传递部3与周缘部4之间形成阶梯差。由此，即便力传递部3处于未被施加力的状态也会与受力面222接触，因此能够减少施加于接合面224的剪切应力、冲击而降低破坏气密密封的可能。

[0086] 如以上叙述的那样，根据第一实施方式的传感器器件1，即使在传感器元件214的与盖体2对置的受力面222，和封装202的与盖体2接合的接合面224之间存在高低差，可挠部5也会因增压而随着该高低差变形，因此能够使盖体2的比可挠部5更靠内侧的力传递部3与受力面222接触，并且利用可挠部5的弯曲变形吸收伴随着力传递部3的移位而在盖体2内产生的应力。因此，能够抑制应力向比可挠部5更靠外侧的接合面224传递，能够抑制应力向封装202与盖体2的接合部集中。因此，形成长期而稳定地实现收容于封装202的传感器元件
214的气密密封的传感器器件1。此外，在本实施方式中，检测力的传感器元件214为使用压电效应的部件，因此能够将传感器元件214为了检测力而需要的力传递部3的位移量设为极小，从而形成即便有较少的位移量也能够稳定地进行高精度的力的检测的传感器器件1。

[0087] 图5表示在第一实施方式的传感器器件中、利用绝缘体形成封装以及盖体的情况的剖视图。在利用陶瓷等绝缘体形成封装202以及盖体2的情况下，在封装202的凹部的底面，以与传感器元件214的下表面整体接触的方式配置接地电极9a，并在封装202的外部的侧面配置侧面电极9b。而且，配置从侧面电极9b贯通至封装202的凹部的壁面的贯通电极9c，并在封装202的凹部的底面配置将在凹部的壁面露出的贯通电极9c与接地电极9a连接的连接电极9d。并且，在传感器元件214的上表面也以覆盖上表面整体的方式配置接地电极
9e，并利用导线9f将接地电极9e与连接电极9d电连接。在该结构中，通过使侧面电极9b接地而使传感器元件214的上表面与下表面接地。在该情况下，接地电极9e的上表面成为传感器元件214的受力面222。

[0088] 图6表示本实施方式的盖体的变形例的示意图，图6（a）表示俯视图，图6（b）表示图6（a）的A-A线剖视图。在图6所示的盖体2a中，在上述俯视观察时，可挠部5a具有圆形形状。
通过将可挠部5a设置为上述结构，能够避免在对盖体2a施加力（包括增压）时应力集中于可挠部5a的特定的部位（例如形成角的部分）的情况，从而能够提高可挠部5a的耐久性。

[0089] 另外，如图6（b）所示，可挠部5a形成为比力传递部3以及周缘部4薄，并且具有折皱结构。由此，可挠部5a变得容易变形，从而能够减少力传递部3向传感器元件214的受力面222传递力时的力的损耗。此外，在如可挠部5a那样具有折皱结构的情况下，只要可挠部5a比力传递部3以及周缘部4优先地变形，就不需要将可挠部5a形成为薄壁，而可以具有与力传递部3以及周缘部4相同的厚度。此外，变形例的盖体2a可以通过冲压成型形成，也可以通过蚀刻形成。

[0090] 图7表示第二实施方式的传感器器件的剖视图，图8表示第二实施方式的传感器器件的俯视图（省略盖体），图9表示本实施方式的封装基座的俯视图。此处，图7对应于图8、图9的A-A线剖视图。另外，第二实施方式的传感器器件10是能够检测三个正交轴向的力的装置，但具有与第一实施方式的传感器器件1共通的作用效果。

[0091] 本实施方式的传感器器件10主要包括封装12（第一部件）、传感器元件42、盖体34（第二部件）。而且，传感器器件10的基本方式为，传感器元件42收容于封装12的凹部，盖体34以覆盖封装12的凹部的开口部30的方式与封装12的接合面32接合。另外，在盖体34的力传递部36与周缘部38之间配置有可挠部40，可挠部40随着传感器元件42的受力面44与接合面32的高低差而弯曲变形，从而在力传递部36与周缘部38之间形成有阶梯差。通过该阶梯差，以力传递部36与受力面44接触（面接触）的状态使周缘部38与接合面32接合。

[0092] 而且，本实施方式的传感器器件10被后述的增压板82（图11）、92（图12）从传感器元件42的受力面44的法线方向（图10的γ轴向）夹住并施加增压。

[0093] 封装12由陶瓷等绝缘性材料形成。而且，在封装12的凹部深度方向上进行俯视观察时，封装12具有矩形的平板形状（也可以为圆形等其他形状），并且该封装12具有供传感器元件42配置的封装基座14。另外，在上述俯视观察时（图8），封装12的外形具有与封装基座14相同的形状，并且该封装12具有以包围传感器元件42的周围的方式配置在封装基座上的环状的侧壁部件24。

[0094] 如图9所示，在封装基座14的上表面的中央配置有与传感器元件42连接的接地电极16。另外，在封装基座14的侧面的形成角的部分（四处）配置有侧面电极20A、20B、20C、20D。此外，侧面电极20A、20B、20C、20D例如经由导线等与检测传感器器件10的输出的电子电路（未图示）连接。

[0095] 另外，如图8、图9所示，在封装基座14的上表面配置有连接电极18A、18B、18C、18D。连接电极18A、18B、18C、18D分别以与侧面电极20A、20B、20C、20D连接的方式配置，上述连接电极18A、18B、18C、18D的各自的一端分别配置在封装基座14上的形成角的位置。另一方面，连接电极18A、18B、18C的各自的另一端配置于接地电极16的附近的位置。而且连接电极18D的另一端与接地电极16连接。

[0096] 如图7、图8所示，侧壁部件24层叠于封装基座14上的成为周缘的位置。侧壁部件24以覆盖连接电极18A、18B、18C、18D的方式配置。但是，侧壁部件24为矩形的环形部件，因此使连接电极18A、18B、18C、18D的另一端侧露出到侧壁部件24的内侧，并使接地电极16也以露出的状态层叠于封装基座14。而且，侧壁部件24形成封装12的凹部的开口部30。

[0097] 另外，如图7所示，在侧壁部件24的上表面配置有金属镀膜（metallize）26，该金属镀膜26成为封装12与盖体34接合的接合面32（上表面）。而且，如图7、图8所示，在侧壁部件24的与连接电极18D对置的位置配置有在高度方向贯通侧壁部件24的贯通电极28，从而金属镀膜26与连接电极18D经由贯通电极28电连接。

[0098] 此外，接地电极16以及连接电极18A、18B、18C、18D能够由具备导电性的金属形成，金属镀膜26也能够由与接地电极16等相同的材料形成。

[0099] 如图7所示，盖体34与第一实施方式的盖体2相同，包括力传递部36、周缘部38、可挠部40。另外，在本实施方式中，与第一实施方式相同，受力面44比封装12的接合面32高。因此，可挠部40随着受力面44与接合面32的高低差而变形，力传递部36与受力面44接触，周缘部38通过缝焊与接合面32（金属镀膜26）接合。由此，盖体34以力传递部36比周缘部38突出的方式具有阶梯差。当然，在批量生产传感器器件10的情况下，与第一实施方式同样，在受力面44与接合面32的高度产生偏差。但是能够利用与第一实施方式相同的顺序使盖体34与封装12接合。

[0100] 如图7所示，传感器元件42是从上方开始按顺序层叠第一传感器元件46、第三传感器元件58、第二传感器元件52而成的元件。第一传感器元件46以第一水晶板48A、48B夹持第一检测电极50的方式形成，第二传感器元件52以第二水晶板54A、54B夹持第二检测电极56的方式形成，第三传感器元件58以第三水晶板60A、60B夹持第三检测电极62的方式形成。

[0101] 而且，在第一传感器元件46（第一水晶板48B）与第三传感器元件58（第三水晶板60A）之间配置有第一接地电极64，在第三传感器元件58（第三水晶板60B）与第二传感器元件52（第二水晶板54A）之间配置有第二接地电极66。并且，第一传感器元件46（第一水晶板
48A）的上表面成为传感器元件42的受力面44，并与盖体34的力传递部36接触而接地。另外，第二传感器元件52（第二水晶板54B）的下表面通过与接地电极16连接从而接地。

[0102] 如图8所示，第一检测电极50、第二检测电极56、第三检测电极62、第一接地电极64、第二接地电极66分别以其一部分从第一水晶板至第三水晶板露出的方式配置。而且，第一检测电极50通过导电性的导线68A与连接电极18A的露出部分（另一端侧）连接，第二检测电极56通过导线68B与连接电极18B的露出部分（另一端侧）连接，第三检测电极62通过导线
68C与连接电极18C的露出部分（另一端侧）连接。另外，第一接地电极64以及第二接地电极
66分别通过导线68D、68E与连接电极18D的露出部分（另一端侧）连接。

[0103] 通过上述连接，侧面电极20A经由连接电极18A、导线68A而与第一检测电极50电连接。另外，侧面电极20B经由连接电极18B、导线68B而与第二检测电极56电连接。而且，侧面电极20C经由连接电极18C、导线68C而与第三检测电极62电连接。

[0104] 另外，侧面电极20D经由连接电极18D而与接地电极16电连接。并且侧面电极20D经由与连接电极18D连接的导线68D而与第一接地电极64电连接，经由与连接电极18D连接的导线68E而与第二接地电极66电连接，并经由与连接电极18D连接的贯通电极28以及金属镀膜26而与盖体34电连接。

[0105] 作为上述的各种电极的材料，能够使用金、钛、铝、铜、铁等的单体或合金。例如，也能够作为铁合金而使用不锈钢，由于耐久性、耐腐蚀性优异所以优选使用不锈钢。

[0106] 图10表示本实施方式的传感器元件的示意图。在本实施方式中，力传递部36不仅能够将与传感器元件42的受力面44的法线方向（γ轴）平行的方向上的力传递至受力面44，还能够将受力面44的面方向上的力、即分别与γ轴正交并且相互正交的两个方向（α轴、β轴）上的力传递至受力面44。而且，传感器元件42（第一传感器元件46、第二传感器元件52、第三传感器元件58）能够如后述那样地检测分别平行于α轴、β轴、γ轴的力。

[0107] 在第一传感器元件46中，第一水晶板48A、48B由Y切割（Y-cut）水晶板形成，并具有产生压电效应的结晶方位、即X方向成为与第一水晶板48A、48B的法线（图10的与γ轴平行的方向）垂直的方向的结晶方位。而且，第一水晶板48A、48B以X方向为相互相反的方向的方式配置。并且，第一水晶板48A、48B以X方向与空间正交坐标的α轴平行的方式配置。

[0108] 在第二传感器元件52中，第二水晶板54A、54B由Y切割水晶板形成，并具有X方向成为与第二水晶板54A、54B的法线（与γ轴平行的方向）垂直的方向的结晶方位。而且，第二水晶板54A、54B以X方向为相互相反的方向的方式配置。并且，第二水晶板54A、54B以X方向与空间正交坐标的β轴平行的方式配置。

[0109] 在第三传感器元件58中，第三水晶板60A、60B由X切割（X-cut）水晶板形成，并具有X方向成为与第三水晶板60A、60B的法线（与γ轴平行的方向）平行的方向的结晶方位。而且，第三水晶板60A、60B以X方向为相互相反的方向的方式配置。并且，第三水晶板60A、60B以X方向与空间正交坐标的γ轴平行的方式配置。

[0110] 如图10所示，对于本实施方式的传感器元件42而言，将与空间正交坐标的γ轴平行的方向设为传感器元件42的高度方向。而且，例如，利用后述的增压板82（图11）、92（图12）从γ轴的方向夹住传感器元件42并对其施加增压，经由盖体34（力传递部36）从与γ轴平行的方向对传感器元件42施加增压。由此，第三水晶板60A、60B从X方向受到增压（压缩力），因此由压电效应引起电荷，并将电荷（Fz信号）输出至第三检测电极62。

[0111] 在上述结构中，若施加使两个增压板的相对位置在与α轴平行的方向上相互错开的外力，则与α轴平行的方向的外力经由力传递部36施加于传感器元件42。于是，第一水晶板48A、48B从X方向受到外力（剪切力），因此由压电效应而引起电荷，并将电荷（Fx信号）输出至第一检测电极50。

[0112] 另外，若施加使两个增压板的相对位置在与β轴平行的方向上相互错开的外力，则与β轴平行的方向的外力经由力传递部36施加于传感器元件42。于是，第二水晶板54A、54B从X方向受到外力（剪切力），因此由压电效应而引起电荷，并将电荷（Fy信号）输出至第二检测电极56。

[0113] 另外，若施加使两个增压板的相对位置在与γ轴平行的方向上相互错开的外力，则与γ轴平行的方向的外力经由力传递部36施加于传感器元件42。于是，第三水晶板60A、60B从X方向受到外力（压缩力或者拉力），因此由压电效应引起的电荷量发生变化，从而输出至第三检测电极62的电荷（Fz信号）的大小发生变化。

[0114] 因此，本实施方式的传感器器件10能够分别对经由侧面电极20A而输出至第一检测电极50的电荷（Fx信号）、经由侧面电极20B而输出至第二检测电极56的电荷（Fy信号）、经由侧面电极20C而输出至第三检测电极62的电荷（Fz信号）进行监控，能够对与相互正交的α轴（后述的X轴）、β轴（后述的Y轴）以及γ轴（后述的Z轴）平行的方向的外力（Fx、Fy、Fz）进行检测。此外，传感器元件42虽形成为第一传感器元件46、第二传感器元件52、第三传感器元件58的层叠结构，但也可以是使用至少任意一个以上传感器元件的结构。另外，也未必需要将第一传感器元件46、第二传感器元件52、第三传感器元件58层叠，也可以将各传感器元件并列地收容于封装12内，并使各传感器元件的上表面（受力面）能够与力传递部36接触。

[0115] 图11表示本实施方式的传感器模块的剖视图。本实施方式的传感器模块具有如下结构，即：利用增压板82夹住第二实施方式的传感器器件10（也可以为第一实施方式的传感器器件1），并利用紧固部将增压板82彼此紧固并且对传感器器件10施加增压。

[0116] 增压板82包括与封装12接触的第一板82a和与盖体34（力传递部36）接触的第二板82b。而且，紧固部包括紧固螺栓84a与紧固螺母84b。另外，在第一板82a、第二板82b形成有供紧固螺栓84a插通的螺栓孔86a，收容紧固螺栓84a的头部以及紧固螺母84b的锪孔86b以与螺栓孔86a连通的方式形成。

[0117] 此处，在利用第一板82a以及第二板82b夹住传感器器件10的状态下，将紧固螺栓84a插入到螺栓孔86a并利用紧固螺栓84a与紧固螺母84b进行螺栓紧固。于是，传感器器件
10通过紧固部受到第一板82a与第二板82b相互接近的方向上的力而从高度方向受到增压，由此，构成传感器器件10的盖体34（力传递部36）对传感器元件42的受力面44施加增压。

[0118] 而且，与上述相同，侧面电极20A、20B、20C、20D与接收来自传感器器件10的信号的电子电路（未图示）连接。因此，若对增压板82施加外力，则该外力经由力传递部36而传递至受力面44，从而受力面44受到的力发生变化，由此，从传感器器件10输出的信号的输出发生变化。因此，通过以仅施加增压的情况的信号的输出为基准监控该信号的输出的变化量，能够检测施加于传感器模块80的力（也包含其方向）。此外，也可以在第一板82a的与传感器器件10对置的位置嵌入电子电路（未图示），使传感器器件10的侧面电极20A、20B、20C、20D延伸至封装12的下表面，并通过焊接等分别将电子电路（未图示）上的安装电极（未图示）与侧面电极的延伸至封装12的下表面的部分连接。

[0119] 图12表示本实施方式的力检测装置。本实施方式的力检测装置90具有利用两个增压板92将四个传感器器件10夹住的结构。在增压板92中的一个增压板92配置有经由导线等与传感器器件10电连接的电子电路（未图示）。而且，在力检测装置90中，四个传感器器件10以全部朝向相同方向的状态被增压板92夹住并施加增压。例如，传感器器件10形成为如下状态，即：使第一传感器元件46（图10）的检测轴朝向与Fx（X轴）平行的方向，使第二传感器元件52（图10）的检测轴朝向与Fy（Y轴）平行的方向，使第三传感器元件58（图10）的检测轴朝向与Fz（Z轴）平行的方向。

[0120] 此处，在受到使增压板92的相对位置在Fx方向相互错开的力的情况下，传感器器件10分别检测Fx1、Fx2、Fx3、Fx4的力。另外，在受到使增压板92的相对位置在Fy方向相互错开的力的情况下，传感器器件10分别检测Fy1、Fy2、Fy3、Fy4的力。并且，在受到使增压板92的相对位置在Fz方向相互错开的力的情况下，传感器器件10分别检测Fz1、Fz2、Fz3、Fz4的力。另外，增压板92能够进行在绕X轴（Mx）旋转的方向上相互错开的相对移位，在绕Y轴（My）旋转的方向上相互错开的相对移位，在绕Z轴（Mz）旋转的方向上相互错开的相对移位，并能够将伴随该相对位移而产生的力传递至传感器器件10。

[0121] 因此，在力检测装置90中，能够以下述方式求得：相互正交的力Fx、Fy、Fz；以与Fx平行的方向为旋转轴的旋转力Mx；以与Fy平行的方向为旋转轴的旋转力My；以及以与Fz平行的方向为旋转轴的旋转力Mz。

[0122] 公式1

[0123] Fx＝Fx1+Fx2+Fx3+Fx4

[0124] Fy＝Fy1+Fy2+Fy3+Fy4

[0125] Fz＝Fz1+Fz2+Fz3+Fz4

[0126] Mx＝b×(Fz4-Fz2)

[0127] My＝a×(Fz3-Fz1)

[0128] Mz＝b×(Fx2-Fx4)+a×(Fy1-Fy3)

[0129] 此处，a、b为常量。因此，本实施方式的力检测装置90能够检测来自三维的所有方向的力（六个轴向的力），从而形成能够长期而稳定地实现收容于封装12的传感器元件42的气密密封的力检测装置90。

[0130] 图13表示搭载有本实施方式的力检测装置的机器人。如图13所示，机器人100包括主体部102、臂部104、机器人手部116等。主体部102例如固定在地板、墙壁、天花板、以及可移动的台车上等。臂部104以能够相对于主体部102移动的方式设置，并且在主体部102内置有产生用于使臂部104旋转的动力的促动器（未图示）、控制促动器的控制部等（未图示）。

[0131] 臂部104包括第一框架106、第二框架108、第三框架110、第四框架112以及第五框架114。第一框架106经由旋转弯曲轴以能够旋转或者能够弯曲的方式与主体部102连接。第二框架108经由旋转弯曲轴而与第一框架106以及第三框架110连接。第三框架110经由旋转弯曲轴而与第二框架108以及第四框架112连接。第四框架112经由旋转弯曲轴而与第三框架110以及第五框架114连接。第五框架114经由旋转弯曲轴而与第四框架112连接。通过控制部的控制而进行驱动，使臂部104的各框架以各旋转弯曲轴为中心复合地旋转或者弯曲。

[0132] 在第五框架114的前端安装有机器人手部116，能够把握对象物的机器人手120经由内置有使该机器人手120进行旋转动作的马达（未图示）的机器人手连接部118而与第五框架114连接。

[0133] 除了马达之外，在机器人手连接部118还内置有上述的力检测装置90（图12），当通过控制部的控制使机器人手部116移动至规定的动作位置后，能够通过力检测装置90对与障碍物的接触、或者超过规定位置的因动作命令而导致的与对象物的接触等作为力进行检测，并向机器人100的控制部反馈，从而执行避让动作。

[0134] 通过使用这样的机器人100，能够容易地进行现有位置控制中无法处理的障碍物避让动作、以及对象物损伤避免动作等，从而能得到能够进行安全且细致的作业的机器人100。并且，成为即便为较小的位移量也能够稳定地进行高精度的力的检测的机器人100。另外，不限定于本实施方式，也能够应用于双臂机器人。

[0135] 符号说明：

[0136] 1...传感器器件；2...盖体；2a...盖体；3...力传递部；4...周缘部；5...可挠部；5a...可挠部；6...空隙；7...辊电极；8...空隙；9a...接地电极；9b...侧面电极；9c...贯通电极；9d...连接电极；9e...接地电极；9f...导线；10...传感器器件；12...封装；14...封装基座；16...接地电极；18A、18B、18C、18D...连接电极；20A、20B、20C、20D...侧面电极；
24...侧壁部件；26...金属镀膜；28...贯通电极；30...开口部；32...接合面；34...盖体；
36...力传递部；38...周缘部；40...可挠部；42...传感器元件；44...受力面；46...第一传感器元件；48A、48B...第一水晶板；50...第一检测电极；52...第二传感器元件；54A、
54B...第二水晶板；56...第二检测电极；58...第三传感器元件；60A、60B...第三水晶板；
62...第三检测电极；64...第一接地电极；66...第二接地电极；68A、68B、68C、68D、68E...导线；80...传感器模块；82...增压板；82a...第一板；82b...第二板；84a...紧固螺栓；
84b...紧固螺母；86a...螺栓孔；86b...锪孔；90...力检测装置；92...增压板；100...机器人；102...主体部；104...臂部；106...第一框架；108...第二框架；110...第三框架；
112...第四框架；114...第五框架；116...机器人手部；118...机器人手连接部；120...机器人手；200...传感器器件；202...封装；204...盖体；206...同轴连接器；208...外周部；
210...中心导体；212...绝缘性树脂；214...传感器元件；216...水晶板；218...检测电极；
220...开口部；222...受力面；224...接合面；226、228...空隙。