(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部を有する第１部材と、
前記凹部の底面に配置され、圧電体を有するセンサー素子と、
前記第１部材に接合され、前記第１部材の凹部を封止する第２部材と、
を備え、
前記センサー素子は、前記第２部材が接触する接触面を有し、
前記第１部材は、前記第２部材が接合する接合面を有し、
前記第１部材の底部に対し、前記接触面の高さが前記接合面の高さよりも高く構成され、
前記接触面の法線方向をγ軸方向とし、前記γ軸方向に直交し、且つ互いに直交する方向をそれぞれα軸方向、β軸方向とした場合、
前記センサー素子は、
前記α軸方向の力を検出する第１センサー素子、前記β軸方向の力を検出する第２センサー素子、前記γ方向の力を検出する第３センサー素子、のいずれか１つ以上を備えることを特徴とするセンサーデバイス。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサーデバイスと、
前記第１部材と接触する第１プレートと、
前記第２部材と接触する第２プレートと、
前記第１プレート及び前記第２プレートを締結する締結部と、を備え、
前記締結部は、前記平面視で前記第１部材及び前記第２部材の外周側に設けられていることを特徴とするセンサーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサーデバイス、センサーモジュール、ロボット及びセンサーデバイスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電材料を用いた力センサーとしては特許文献１のものが知られていた。特許文献１の図１５に示されている信号電極１５を圧電材料である結晶円板１６により挟持し、さらに金属カバー円板１７によって挟持された測定素子を特許文献１の図４に示すように金属環１４内に溶接で複数配置した力センサーが開示されている。
【０００３】
また、図１３に、従来技術のセンサーデバイスを示す。図１３に示すように、センサーデバイス２００は、センサー素子２１４と、センサー素子２１４を収容する凹部を有する金属製のパッケージ２０２と、パッケージ２０２の凹部の開口部２２０の外周となる上面（接合面２２４）に接合するとともにセンサー素子２１４に接触する金属製の板状のリッド２０４と、により全体が構成されている。
【０００４】
センサー素子２１４は、同一のカット面を有する２つの水晶板２１６を互いに対向させた状態で検出電極２１８を挟み込んだものとなっている。そして水晶板２１６の上面がセンサー素子２１４の接触面２２２となり、リッド２０４に接触している。
【０００５】
一方、パッケージ２０２の側面には同軸コネクター２０６が取り付けられている。同軸コネクター２０６は、外周部２０８と中心導体２１０を有し、両者の間には絶縁性樹脂２１２が充填され、外周部２０８と中心導体２１０は電気的に絶縁している。ここで、外周部２０８は、パッケージ２０２及びリッド２０４と短絡し、中心導体２１０は検出電極２１８と電気的に接続している。
【０００６】
このセンサーデバイス２００は、与圧プレート（不図示）に挟み込まれて与圧が与えられ、リッド２０４はセンサー素子２１４の接触面２２２に力（圧力）を伝達する。すると、与圧プレートに印加される外力に応じて水晶板２１６に印加される力（圧力）が変化する。そして、水晶板２１６は、圧電効果により検出電極２１８に、印加された力に伴う電荷を出力（誘起）する。よって、与圧のみの場合の信号の出力を基準として、この力（圧力）の変化による出力電荷の変化量を、同軸コネクター２０６を通じてモニターすることにより、センサーデバイス２００に印加された外力を検出することができる。
【０００７】
ここで、センサーデバイス２００においては、水晶板２１６から誘起された電荷が水分等で外部に漏洩しないように、パッケージ２０２内部を乾燥空気で満たした状態で、リッド２０４によりセンサー素子２１４を封止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平４−２３１８２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に開示の力センサーは、信号電極を結晶円板で挟持し、この結晶円板を金属カバー円板で挟持する構造である。これを溶接で金属環に取り付けた場合、信号電極などの個々のパーツには寸法誤差があり、これが溶接箇所の凹凸となり、溶接に隙間が生じる虞があった。よって湿度が高いなどの外部環境が劣悪な状況では、センサー素子への水分の浸入によって電荷が外部リークし安定した測定が困難となる虞があった。
【００１０】
また図１３に示す従来技術のセンサーデバイスでは、パッケージ２０２に収容されたセンサー素子２１４の接触面２２２の高さと、パッケージ２０２の凹部の開口部２２０の外周となる接合面２２４の高さと、が互いに一致しない場合が発生する。
【００１１】
図１４に、従来技術のセンサーデバイス（接触面の高さ＜接合面の高さ）の模式図を示し、図１４（ａ）は、リッドに力を印加する前の模式図、図１４（ｂ）は、リッドに力を印加した後の模式図を示す。
【００１２】
図１４（ａ）に示すように、センサー素子２１４の接触面２２２の高さが、接合面２２４の高さより低くなる場合において、リッド２０４をパッケージ２０２に接合する。すると、リッド２０４とセンサー素子２１４の接触面２２２とが接触せずに隙間２２６が形成される。
【００１３】
図１５に、従来技術のセンサーデバイス（接触面の高さ＞接合面の高さ）の模式図を示し、図１５（ａ）はリッドの接合前の模式図、図１５（ｂ）はリッドの接合後、且つリッドに力を印加する前の模式図、図１５（ｃ）は、リッドに力を印加した後の模式図を示す。
【００１４】
図１５（ａ）に示すように、センサー素子２１４の接触面２２２の高さが、パッケージ２０２の接合面２２４の高さより高くなる場合において、リッド２０４をパッケージ２０２に接合すると図１５（ｂ）のようになる。すなわち、リッド２０４の中央部が盛り上がった状態となり、センサー素子２１４の接触面２２２の外縁はリッド２０４に接触するものの、センサー素子２１４の接触面２２２の中央部とリッド２０４との間には隙間２２８が形成される。
【００１５】
いずれの場合においても、リッド２０４に力（上述の与圧を含む）が印加されると、上述の隙間２２６、２２８は消失する。しかし、図１４（ｂ）に示すように、パッケージ２０２の凹部深さ方向で見た平面視でリッド２０４のセンサー素子２１４より外側且つ開口部２２０の縁より内側となる領域は、リッド２０４の中心に向かう方向（矢印２３０の方向）に応力を受ける。また図１５（ｃ）に示すように、前記平面視でリッド２０４のセンサー素子２１４より外側且つ開口部２２０の縁より内側となる領域は、リッド２０４の中心から放射状に広がる方向（矢印２３２の方向）の応力を受ける。よっていずれの場合であっても、リッド２０４とパッケージ２０２とが接合される接合部（接合面２２４）の内側となるセンサー素子側内縁部には、せん断応力（矢印２３４の方向が応力の方向）が集中的に印加されることになる。さらに、力が繰り返し印加されるセンサーデバイス２００においては前記接合部のセンサー素子側内縁部に応力集中が進み、リッド２０４とパッケージ２０２との接合が劣化して気密封止が破壊される虞がある。
【００１６】
よって、本発明は上記問題点に着目し、パッケージの破損が起こりにくい構造とすることで、パッケージに収容されたセンサー素子の気密封止を長期に亘り安定的に実現するセンサーデバイス、センサーモジュール、ロボット及びセンサーデバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
第１の形態のセンサーデバイスは、凹部を有する第１部材と、前記凹部の底面に配置され、圧電体を有するセンサー素子と、前記第１部材に接合され、前記第１部材の凹部を封止する第２部材と、を備え、前記センサー素子は、前記第２部材が接触する接触面を有し、前記第１部材は、前記第２部材が接合する接合面を有し、前記第１部材の底部に対し、前記接触面の高さが前記接合面の高さよりも高く構成され、前記接触面の法線方向をγ軸方向とし、前記γ軸方向に直交し、且つ互いに直交する方向をそれぞれα軸方向、β軸方向とした場合、前記センサー素子は、前記α軸方向の力を検出する第１センサー素子、前記β軸方向の力を検出する第２センサー素子、前記γ方向の力を検出する第３センサー素子、のいずれか１つ以上を備えることを特徴とするセンサーデバイス。
第２の形態のセンサーモジュールは、第１の形態のセンサーデバイスと、前記第１部材と接触する第１プレートと、前記第２部材と接触する第２プレートと、前記第１プレート及び前記第２プレートを締結する締結部と、を備え、前記締結部は、前記平面視で前記第１部材及び前記第２部材の外周側に設けられていることを特徴とするセンサーモジュール。
【００１８】
［適用例１］凹部を有する第１部材と、前記凹部に配置され、圧電体を有するセンサー素子と、前記第１部材に接合され、前記第１部材の凹部を封止する第２部材と、を備え、前記センサー素子は、前記第２部材が接触する接触面を有し、前記第１部材は、前記第２部材が接合する接合面を有し、前記接触面と前記接合面は同一平面ではないことを特徴とするセンサーデバイス。
【００１９】
上記構成により、第２部材は接触面に接触し、且つ接合部に接合している。これにより、第１部材と第２部材との接合部への応力集中を抑制することができる。したがって、前記接合部の破損が起こりにくい構造とすることで、第１部材に収容されたセンサー素子の気密封止を長期に亘り安定的に実現するセンサーデバイスとなる。
【００２０】
［適用例２］前記第２部材は、前記接触面と同一平面にある第１平坦部と、前記接合面と同一平面にある第２平坦部とを有し、前記第２部材の前記第１平坦部は、前記接触面に接触していることを特徴とする適用例１に記載のセンサーデバイス。
【００２１】
上記構成により、第２部材には接合面と接触面の高低差に倣って段差が形成されている。よって接合面と接触面との高低差の有無に関わらず第１平坦部は接触面に接触し、第２平坦部は接合部に接合している。これにより、第１部材と第２部材との接合部への応力集中を抑制することができる。したがって、前記接合部の破損が起こりにくい構造とすることで、第１部材に収容されたセンサー素子の気密封止を長期に亘り安定的に実現するセンサーデバイスとなる。
【００２２】
［適用例３］前記第２部材において、前記凹部深さ方向で見た平面視で、前記凹部の開口部より内側、且つ前記センサー素子より外側となる位置において、前記センサー素子の周囲を囲み、可撓性を有する可撓部があることを特徴とする適用例１または２に記載のセンサーデバイス。
上記構成により、第２部材を第１部材に対する接合工程において、第２部材を変形させやすくなり、接合工程を容易に行うことができる。
【００２３】
［適用例４］前記接触面の法線方向をＺ軸方向とし、前記Ｚ軸方向に直交し且つ互いに直交する方向をそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向とした場合、前記センサー素子は、前記Ｘ軸方向の力を検出する第１センサー素子、前記Ｙ軸方向の力を検出する第２センサー素子、前記Ｚ軸方向の力を検出する第３センサー素子、のうち少なくともいずれか１つ以上を備えることを特徴とする適用例１乃至３のいずれか１例に記載のセンサーデバイス。
上記構成により、使用目的に応じて任意の方向の力を検出することができる。
【００２４】
［適用例５］凹部を有する第１部材と、前記凹部に配置され、圧電体を有するセンサー素子と、前記第１部材に接合され、前記第１部材の凹部を封止する第２部材と、前記第１部材と接触する第１プレートと、前記第２部材と接触する第２プレートと、前記第１プレート及び前記第２プレートを締結する締結部と、を備え、前記センサー素子は、前記第２部材が接触する接触面を有し、前記第１部材は、前記第２部材が接合する接合面を有し、前記接触面と前記接合面は同一平面ではないことを特徴とするセンサーモジュール。
【００２５】
上記構成によれば、適用例１と同様の理由により、前記接合部の破損が起こりにくい構造とすることで、第１部材に収容されたセンサー素子の気密封止を長期に亘り安定的に実現するセンサーモジュールとなる。
【００２６】
［適用例６］適用例１乃至４のいずれか１例に記載のセンサーデバイスを備えることを特徴とする力検出装置。
上記構成によれば、適用例１と同様の理由により、前記接合部の破損が起こりにくい構造とすることで、第１部材に収容されたセンサー素子の気密封止を長期に亘り安定的に実現する力検出装置となる。
【００２７】
［適用例７］凹部を有する第１部材と、前記凹部に配置され、圧電体を有するセンサー素子と、前記第１部材に接合され、前記第１部材の凹部を封止する第２部材と、前記センサー素子に電気的に接続する電子回路と、を備え、前記センサー素子は、前記第２部材が接触する接触面を有し、前記第１部材は、前記第２部材が接合する接合面を有し、前記接触面と前記接合面は同一平面ではないことを特徴とするセンサーモジュール。
上記構成によれば、適用例１と同様の理由により、前記接合部の破損が起こりにくい構造とすることで、第１部材に収容されたセンサー素子の気密封止を長期に亘り安定的に実現するセンサーモジュールとなる。
【００２８】
［適用例８］適用例６に記載の力検出装置を備えることを特徴とするロボット。
上記構成によれば、適用例１と同様の理由により、前記接合部の破損が起こりにくい構造とすることで、第１部材に収容されたセンサー素子の気密封止を長期に亘り安定的に実現するロボットとなる。
【００２９】
［適用例９］本体部と、前記本体部に接続するアーム部と、前記アーム部に接続するハンド部、を備えるロボットであって、前記アーム部と前記ハンド部との接続部にセンサーデバイスを有し、前記センサーデバイスは、凹部を有する第１部材と、前記凹部に配置され、圧電体を有するセンサー素子と、前記第１部材に接合され、前記第１部材の凹部を封止する第２部材と、を備え、前記センサー素子は、前記第２部材が接触する接触面を有し、前記第１部材は、前記第２部材が接合する接合面を有し、前記接触面と前記接合面は同一平面ではないことを特徴とするロボット。
上記構成によれば、適用例１と同様の理由により、前記接合部の破損が起こりにくい構造とすることで、第１部材に収容されたセンサー素子の気密封止を長期に亘り安定的に実現し、且つアーム部及びハンド部に印加される外力を検知可能なロボットとなる。
【００３０】
［適用例１０］圧電体を有するセンサー素子を第１部材の凹部に収容し、前記第１部材の凹部を覆う第２部材を前記第１部材に載置し、荷重印加手段の押圧面により前記第２部材を前記センサー素子に押圧した状態で前記第２部材を前記第１部材に接合することを含むセンサーデバイスの製造方法であって、前記凹部深さ方向に見た平面視で、前記押圧面の外縁は前記凹部の内縁と前記センサー素子の前記第２部材に接触する接触面の外縁との間に位置することを特徴とするセンサーデバイスの製造方法。
【００３１】
上記方法によれば、適用例１と同様の理由により、前記接合部の破損が起こりにくい構造とすることで、第１部材に収容されたセンサー素子の気密封止を長期に亘り安定的に実現するセンサーデバイスを製造することができる。
【００３２】
［適用例１１］前記荷重印加手段の押圧面により前記第２部材を前記センサー素子に押圧した状態で、第２荷重印加手段により前記第２部材を前記第１部材に押圧して前記第２部材を変形させ、前記第２部材に、前記接触面と同一平面にあって前記接触面に接触する第１平坦部と、前記第１部材の前記第２部材と接合する接合面と同一平面にある第２平坦部と、を形成することを特徴とする適用例１０に記載のセンサーデバイスの製造方法。
【００３３】
上記方法により、接触面と接合面との間に高低差があっても、第１平坦部と第２平坦部の間の段差を、その高低差に倣って形成することになるため、第１平坦部は接触面と接合面との高低差の有無に関わらず接触面に接触する。よって、適用例１と同様の理由により、前記接合部の破損が起こりにくい構造とすることで、第１部材に収容されたセンサー素子の気密封止を長期に亘り安定的に実現するセンサーデバイスを製造することができる。また前記高低差のバラつきが発生しても第１平坦部を接触面に接触させることができるので、センサーデバイスの製造歩留を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１実施形態のセンサーデバイスの模式図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】第１実施形態のセンサーデバイスの製造工程を示す模式図であり、図２（ａ）はシーム溶接前の模式図、図２（ｂ）はシーム溶接後の模式図である。
【図３】第１実施形態のセンサーデバイスであって、リッドとセンサー素子との間に隙間が形成された場合の製造工程の模式図であり、図３（ａ）は錘印加前、図３（ｂ）は錘印加後、図３（ｃ）はシーム溶接後の模式図である。
【図４】第１実施形態のセンサーデバイスにおいて、パッケージ及びリッドを絶縁体で形成した場合の断面図である。
【図５】本実施形態のリッドの変形例を示す模式図であり、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】第２実施形態のセンサーデバイスの断面図である。
【図７】第２実施形態のセンサーデバイスの平面図（リッドを省略）である。
【図８】本実施形態のパッケージベースの平面図である。
【図９】本実施形態のセンサー素子の模式図である。
【図１０】本実施形態のセンサーモジュールの断面図である。
【図１１】本実施形態の力検出装置の模式図である。
【図１２】本実施形態の力検出装置を搭載したロボットの模式図である。
【図１３】従来技術のセンサーデバイスの模式図である。
【図１４】従来技術のセンサーデバイス（接触面の高さ＜接合面の高さ）の模式図であり、図１４（ａ）は、リッドに力を印加する前の模式図、図１４（ｂ）は、リッドに力を印加した後の模式図である。
【図１５】従来技術のセンサーデバイス（接触面の高さ＜接合面の高さ）の模式図であり、図１５（ａ）はリッドをパッケージに接合する前の模式図、図１５（ｂ）はリッドの接合後、且つリッドに力を印加する前の模式図、図１５（ｃ）は、リッドに力を印加した後の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００３６】
図１に、第１実施形態のセンサーデバイスの模式図を示し、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図を示す。第１実施形態のセンサーデバイス１の基本構成は、従来技術のセンサーデバイス２００と共通するので、同一の構成要素には同一の番号を付し、必要な場合を除いてその説明を省略する。また、本実施形態では、まずセンサー素子２１４の接触面２２２（上面）と、凹部を有するパッケージ２０２（第１部材）の接合面２２４（上面）と、同一平面上にはなく、接触面２２２が接合面２２４より高くなっている場合を用いて説明する。
【００３７】
本実施形態のセンサーデバイス１は、主に凹部を有するパッケージ２０２（第１部材）、センサー素子２１４、板状のリッド２（第２部材）により構成されている。そして、本実施形態のセンサーデバイス１の基本形態は、センサー素子２１４がパッケージ２０２に収容され、パッケージ２０２の凹部の開口部２２０を覆うようにリッド２がパッケージ２０２の接合面２２４に接合されたものとなっている。なお、パッケージ２０２は凹部を有するパッケージ構造となっているが金属（または後述のようにセラミック）により形成されている。そして、センサー素子２１４の接触面２２２と接合面２２４との高低差に倣って、リッド２の力伝達部３（第１平坦部）と周縁部４（第２平坦部）との間に段差部５が形成され、本実施形態では力伝達部３が周縁部４に対して突出した形態を有している。ここで、力伝達部３は接触面２２２に接触（面接触）し、周縁部４は、接合面２２４に接合している。
【００３８】
また、本実施形態のセンサーデバイス１は、例えば後述の与圧プレート８２（図１０）、９２（図１１）によりセンサー素子２１４の接触面２２２の法線方向から挟み込まれ、与圧が印加される。
【００３９】
パッケージ２０２に接合されるリッド２は、ステンレスやコバール等の金属（または後述のようにセラミック）により形成され、力伝達部３、周縁部４、段差部５から構成されている。力伝達部３（第１平坦部）は、リッド２の中央領域をなすものであり、外部から受けた力（与圧を含む）をセンサー素子２１４の接触面２２２に伝達するものである。そして、力伝達部３の外縁は、パッケージ２０２の凹部深さ方向で見た平面視（図１（ａ））でセンサー素子２１４の接触面２２２の外縁と互いに重なるように配置されている。これにより、力伝達部３はセンサー素子２１４の接触面２２２全体に接触する。周縁部４（第２平坦部）は、リッド２の周縁となる位置に配置され、パッケージ２０２の接合面２２４と接合する。
【００４０】
段差部５は、力伝達部３と周縁部４との間に段差（接触面２２２の法線方向の段差）を形成するものである。すなわち、段差部５は、接触面２２２と接合面２２４との高低差に倣った段差を有し、接合面２２４に周縁部４を接合した状態で力伝達部３を接触面２２２に接触させることができる。本実施形態において、段差部５は力伝達部３から周縁部４に向かって傾斜した態様となっている。
【００４１】
次に、第１実施形態のセンサーデバイス１の製造工程について説明する。ここではパッケージ２０２にセンサー素子２１４を収容したのち、リッド２とパッケージ２０２とをシーム溶接により接合してセンサー素子２１４を気密封止する工程について説明する。
【００４２】
図２に、第１実施形態のセンサーデバイスの製造工程の模式図を示し、図２（ａ）はシーム溶接前の模式図、図２（ｂ）はシーム溶接後の模式図を示す。
まず、センサー素子２１４を収容したパッケージ２０２上に、リッド２を載置する。このときリッド２の力伝達部３に相当する部分は接触面２２２に載置され、リッド２の周縁部４に相当する部分と接合面２２４との間には隙間６が形成されている。また図２（ａ）に示すように、リッド２の中央部に荷重印加手段となる錘７を載置する。ここで、錘７は、リッド２と接触（面接触）可能な底面（押圧面）を有しており、その法線がセンサー素子２１４の接触面２２２の法線に平行となるように向けられているものとする。
【００４３】
そして、図２（ｂ）に示すように、第２荷重印加手段となるローラー電極８をリッド２のパッケージ２０２に接続する位置（接合面２２４）に押し付けて隙間６を消失させ、ローラー電極８に電流を印加してリッド２と、パッケージ２０２とをシーム溶接により接合する。このとき、リッド２は、センサー素子２１４の接触面２２２の外縁に対向する位置が折り曲げられ（塑性変形し）、リッド２の接触面２２２に対向する位置に力伝達部３（第１平坦部）が形成される。この折り曲げ工程において、錘７は、その荷重によりリッド２の接触面２２２に対向する部分（力伝達部３）の平坦性を維持して、折り曲げ後に形成される力伝達部３が接触面２２２に接触できるようにしている。
【００４４】
上述の折り曲げ工程と同時に、リッド２は、前記平面視で接合面２２４のセンサー素子２１４側の縁辺と重なる位置においてローラー電極８の荷重により折り曲げられる（塑性変形する）。そして、ローラー電極８を、前記接続位置（接合面２２４）全体をなぞるようにリッド２上を走らせる。これにより、リッド２とパッケージ２０２との接続位置がリッド２の周縁部４（第２平坦部）となり、周縁部４と力伝達部３との間が段差部５となり、センサー素子２１４がリッド２により封止されたセンサーデバイス１となる。
【００４５】
ところで、本実施形態のセンサーデバイス１を量産する場合、センサー素子２１４の接触面２２２の高さとパッケージ２０２の接合面２２４の高低差にバラつきが生じる。すなわち、上述のように、センサー素子２１４の接触面２２２の高さがパッケージ２０２の接合面２２４の高さより低くなる場合や、その逆の場合もある。よって、次に接触面２２２の高さが接合面２２４の高さより低くなる場合のセンサーデバイス１の製造工程について説明する。
【００４６】
図３に、第１実施形態のセンサーデバイスであって、リッドとセンサー素子との間に隙間が形成された場合の製造工程の模式図を示し、図３（ａ）は錘印加前、図３（ｂ）は錘印加後、図３（ｃ）はシーム溶接後の模式図を示す。
【００４７】
まず、図３（ａ）に示すように、パッケージ２０２（接合面２２４）上にリッド２を載置する。するとリッド２とセンサー素子２１４の接触面２２２との間に隙間９が形成される。次に図３（ｂ）に示すように、リッド２を変形させるためにリッド２の中央部に荷重印加手段となる錘７を載置する。
【００４８】
そして、図３（ｂ）に示すように、錘７を用いてリッド２に平面的な荷重を掛けることにより、リッド２の錘７の底面（押圧面）の外縁に対向する位置においてリッド２は折り曲げられる（塑性変形する）。よって、リッド２において、前記平面視でリッド２の錘７の底面（押圧面）の外縁より内側となる部分は力伝達部３（第１平坦部）となり、力伝達部３は接触面２２２に接触して隙間９は消滅する。
【００４９】
そして、図３（ｃ）に示すように、第２荷重印加手段となるシーム溶接用のローラー電極８をリッド２とパッケージ２０２との接続位置（接合面２２４）に押し付け、ローラー電極８に電流を印加してリッド２と、パッケージ２０２と、をシーム溶接により接合する。このとき、リッド２は、前記平面視で矩形のリング形状となる接合面２２４の内縁と重なる位置においてローラー電極８の荷重により折り曲げられる（塑性変形する）。そして、ローラー電極８を、前記接続位置（接合面２２４）全体をなぞるようにリッド２上を走らせる。これにより、リッド２とパッケージ２０２との接続位置（接合面２２４）がリッド２の周縁部４（第２平坦部）となり、周縁部４と力伝達部３との間が段差部５となる。
【００５０】
図２、図３のリッドの接合工程において、力伝達部３を、少なくとも接触面２２２全体に接触する形状にする必要がある。よって図２、図３の接合工程において、錘７の底面（押圧面）は、接触面２２２と同一形状、同一面積、を有し、前記平面視で、錘７の底面の外縁と、接触面２２２の外縁とが互いに重なるように配置する。これにより最小面積の力伝達部３を形成することができる。
【００５１】
しかし、錘７の底面を、接触面２２２より大きな面積とし（この場合同一形状である必要はない）、前記平面視で錘７の底面の外縁が接触面２２２の外縁を囲むように配置してもよい。即ち、前記平面視で、錘７の底面（押圧面）の外縁は、パッケージ２０２の凹部の内縁、すなわち前記平面視で矩形のリング状となる接合面２２４の内縁と接触面２２２の外縁との間に位置すればよい。
【００５２】
これにより、図２、図３の接合工程において、錘７をリッド２に載置する場合にアライメント誤差があっても、接触面２２２より大きな面積の力伝達部３が形成され、前記平面視でその力伝達部３の外縁が接触面２２２の外縁を囲むように配置される。したがって、接触面２２２全面を力伝達部３に確実に接触させることができる。なお、図３の接合工程においては、力伝達部３は錘７の底面の外縁の形状に倣って形成される。
【００５３】
ところで、図３（ｃ）に示すリッド２では、力伝達部３が周縁部４に対して凹んだ状態で段差が形成されているが、前記段差の大きさは極わずかである。よって、後述の与圧プレート８２（図９）、９２（図１０）は力伝達部３にも接触して、与圧プレートによる与圧は力伝達部３にも印加され、力伝達部３は接触面２２２に力を伝達することができる。なお、接触面２２２と接合面２２４との高さが互いに一致する場合、段差部５は形成されない（図１３参照）。
【００５４】
本実施形態では、上述のように、錘７を用いてリッド２の中央部に荷重を掛けた状態でローラー電極８によりリッド２の周縁に荷重を掛けてシーム溶接を行なう工程を採用している。これにより、接触面２２２と接合面との間に高低差があっても、リッド２の段差部５より内側となる部分（力伝達部３）と周縁部４との間の段差を、その高低差に倣って形成することになるため、力伝達部３は接触面２２２と接合面２２４との高低差の有無に関わらず接触面２２２に接触する。したがって、センサー素子２１４に印加される力のうち、接合面２２４に対するせん断応力により吸収される成分を小さくすることができ、高精度な力の検出が可能となる。
【００５５】
また、力伝達部３全体が接触面２２２に接触しているため、与圧印加時において力伝達部３が接触面２２２との隙間を埋めるような変位が回避されパッケージ２０２とリッド２との接合部（接合面２２４）に対する応力集中を大幅に軽減することができる。したがって、前記接合部の破損が起こりにくい構造とすることで、パッケージ２０２に収容されたセンサー素子２１４の気密封止を長期に亘り安定的に実現するセンサーデバイス１となる。
【００５６】
さらに、パッケージ１２とセンサー素子２１４の製造バラつきにより接触面２２２と接合面２２４との高低差にバラつきが生じても力伝達部３が接触面２２２に接触するので高い製造歩留でセンサーデバイス１を製造することができる。
【００５７】
なお、本実施形態において、第１部材２０２は一体構造のものとして説明してきたが、センサー素子２１４が載置される部分（後述のパッケージベース１４）と、センサー素子２１４の周囲を囲む部分（後述の側壁部材２４）と、同軸コネクター２０６と、に分離したものでもよい。また本実施形態では、力伝達部３が接触面２２２に接触するものとして説明してきたが、力伝達部３を接触面２２２に接着剤等を用いて接合してもよい。
【００５８】
図４に、第１実施形態のセンサーデバイスにおいて、パッケージ及びリッドを絶縁体で形成した場合の断面図を示す。パッケージ２０２及びリッド２をセラミック等の絶縁体で形成する場合は、パッケージ２０２の凹部の底面において、センサー素子２１４の下面全体と接触するように接地電極９ａを配置し、パッケージ２０２の外部の側面に側面電極９ｂを配置する。そして、側面電極９ｂからパッケージ２０２の凹部の壁面までを貫通する貫通電極９ｃを配置し、凹部の壁面に露出した貫通電極９ｃと接地電極９ａとを接続する接続電極９ｄをパッケージ２０２の凹部の底面に配置する。さらに、センサー素子２１４の上面にも上面全体を覆うように接地電極９ｅを配置し、接地電極９ｅと接続電極９ｄとをワイヤー９ｆにより電気的に接続する。この構成において、側面電極９ｂを接地することによりセンサー素子２１４の上面と下面が接地される。この場合、接地電極９ｅの上面がセンサー素子２１４の接触面２２２となる。
【００５９】
図５に、本実施形態のリッドの変形例の模式図を示し、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線断面図を示す。図５に示すリッド２ａにおいて、段差部５ａは、前記平面視で円形形状を有している。また、段差部５ａは、前記平面視で接触面２２２より外側かつ接合面２２４より内側となる位置で接触面２２２を周回するように配置され、力伝達部３及び周縁部４より薄肉となる可撓部として形成される。この段差部５ａは前述の錘（錘の底面）が円形形状とし、上述の接合工程を経ることにより形成される。この場合、図５（ｂ）に示すように力伝達部３が周縁部４よりも突出した形となってもよいし、またその逆となってもよい。
【００６０】
段差部５ａを、リッド２の他の部分より薄肉に形成した可撓部とすることにより段差部５ａを変形しやすくし上述の接合工程を容易に行うことができる。また段差部５ａを円形形状とすることにより、リッド２ａに力（与圧を含む）を印加したときに、段差部５ａの特定の部位（例えば角となる部分）に応力が集中することを回避して、段差部５ａの耐久性を高めることができる。
【００６１】
また、図５（ｂ）に示すように、段差部５ａは、力伝達部３及び周縁部４より薄肉に形成するとともに蛇腹構造を有する可撓部とすることができる。これにより、段差部５ａにおいてさらに変形しやすくなり、リッドの接合時の変形を容易に行うことができる。ここで、段差部５ａのように蛇腹構造を有する場合、段差部５ａが力伝達部３及び周縁部４より優先的に変形する限り段差部５ａを薄肉に形成する必要はなく、力伝達部３及び周縁部４と同一の厚みを有しても良い。なお変形例のリッド２ａ（段差部５ａ）は、プレス成型により形成しても良いし、エッチングにより形成してもよい。
【００６２】
図６に、第２実施形態のセンサーデバイスの断面図を示し、図７に、第２実施形態のセンサーデバイスの平面図（リッドを省略）を示し、図８に、本実施形態のパッケージベースの平面図を示す。ここで、図６は、図７、図８のＡ−Ａ線断面図に対応する。また、第２実施形態のセンサーデバイス１０は、直交３軸方向の力を検出するデバイスであるが、第１実施形態のセンサーデバイス１と共通の作用効果を有する。
【００６３】
本実施形態のセンサーデバイス１０は、主にパッケージ１２（第１部材）、センサー素子４２、リッド３４（第２部材）により構成されている。そして、センサーデバイス１０の基本形態は、センサー素子４２がパッケージ１２の凹部に収容され、パッケージ１２の凹部の開口部３０を覆うようにリッド３４がパッケージ１２の接合面３２に接合されたものとなっている。そして、センサー素子４２の接触面４４と接合面３２との高低差に倣って、リッド３４の力伝達部３６と周縁部３８との間に段差部４０が形成されたものとなっている。
【００６４】
そして、本実施形態のセンサーデバイス１０は、後述の与圧プレート８２（図１０）、９２（図１１）によりセンサー素子４２の接触面４４の法線方向（図９のγ軸方向）から挟み込まれ、与圧が印加される。
【００６５】
パッケージ１２は、セラミック等の絶縁性材料により形成されている。そして、パッケージ１２は、パッケージ１２の凹部深さ方向で見た平面視で矩形の平板形状（円形等他の形状でもよい）を有するとともにセンサー素子４２が配置されるパッケージベース１４を有する。また、パッケージ１２は、前記平面視（図７）で外形がパッケージベース１４と同一の形状を有し、センサー素子４２の周囲を囲むようにパッケージベース１４上に配置されたリング状の側壁部材２４を有する。
【００６６】
図８に示すように、パッケージベース１４の上面の中央には、センサー素子４２に接続する接地電極１６が配置されている。また、パッケージベース１４の側面の角となる部分（４箇所）には側面電極２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄが配置されている。なお、側面電極２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄは、例えばセンサーデバイス１０の出力を検出する電子回路（不図示）にワイヤー等を介して接続される。
【００６７】
また、図６、図７、図８に示すように、パッケージベース１４の上面には接続電極１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄが配置されている。接続電極１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄは、それぞれ側面電極２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄに接続するように配置され、一端がそれぞれパッケージベース１４の角となる位置に配置されている。一方、接続電極１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃの他端は、接地電極１６の近傍となる位置に配置されている。そして接続電極１８Ｄの他端は、接地電極１６に接続されている。
【００６８】
図６、図７に示すように、側壁部材２４は、パッケージベース１４上の周縁となる位置に積層される。側壁部材２４は、接続電極１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄを覆うように配置される。しかし、側壁部材２４は、矩形のリング状の部材であるため、側壁部材２４の内側に接続電極１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄの他端側を露出させ、接地電極１６も露出させた状態でパッケージベース１４に積層される。よって、側壁部材２４は、パッケージ１２の凹部の開口部３０を形成する。
【００６９】
また、図６に示すように、側壁部材２４の上面にはメタライズ２６が配置され、これがパッケージ１２（側壁部材２４）の接合面３２となる。そして、図６、図７に示すように、側壁部材２４の接続電極１８Ｄに対向する位置には、側壁部材２４を高さ方向に貫通する貫通電極２８が配置され、メタライズ２６と接続電極１８Ｄとが貫通電極２８を介して電気的に接続されている。
【００７０】
なお、接地電極１６及び接続電極１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄは、導電性を備える金属で形成され、メタライズ２６も接地電極１６等と同一材料で形成することができる。
【００７１】
図６に示すように、リッド３４は、第１実施形態のリッド２と同様に力伝達部３６、周縁部３８、段差部４０により構成されている。また本実施形態においては、第１実施形態と同様に、接触面４４がパッケージ１２の接合面３２より高くなっている。よって段差部４０は、接触面４４と接合面３２との高低差に倣って変形し、力伝達部３６は接触面４４に接触し、周縁部３８は接合面３２（メタライズ２６）とシーム溶接により接合している。これにより、リッド３４は力伝達部３６が周縁部３８より突出した態様で段差を有している。また、リッド３４は、メタライズ２６、貫通電極２８を介して接続電極１８Ｄに電気的に接続されている。なお、第２実施形態のセンサーデバイス１０のリッド３４を接合する工程は第１実施形態と同様である。
【００７２】
図６に示すように、センサー素子４２は、圧電性を有する、例えば水晶、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムなどから形成される板状基板であり、本実施形態では圧電体として水晶板を用いている。そして、センサー素子４２は、上から第１センサー素子４６、第３センサー素子５８、第２センサー素子５２の順に積層されたものである。第１センサー素子４６は、第１水晶板４８Ａ、４８Ｂが第１検出電極５０を挟むように形成され、第２センサー素子５２は、第２水晶板５４Ａ、５４Ｂが第２検出電極５６を挟むように形成され、第３センサー素子５８は、第３水晶板６０Ａ，６０Ｂが第３検出電極６２を挟むように形成されている。
【００７３】
そして、第１センサー素子４６（第１水晶板４８Ｂ）と第３センサー素子５８（第３水晶板６０Ａ）との間には第１接地電極６４が配置され、第３センサー素子５８（第３水晶板６０Ｂ）と第２センサー素子５２（第２水晶板５４Ａ）との間には第２接地電極６６が配置されている。さらに、第１センサー素子４６（第１水晶板４８Ａ）の上面はセンサー素子４２の接触面４４となっており、リッド３４の力伝達部３６に接触して接地されている。また、第２センサー素子５２（第２水晶板５４Ｂ）の下面は、接地電極１６に接続されることにより接地される。
【００７４】
図７に示すように、第１検出電極５０、第２検出電極５６、第３検出電極６２、第１接地電極６４、第２接地電極６６は、第１乃至第３水晶板からその一部がはみ出るようにそれぞれ配置されている。そして第１検出電極５０は、導電性のワイヤー６８Ａにより接続電極１８Ａの露出部分（他端側）に接続され、第２検出電極５６は、ワイヤー６８Ｂにより接続電極１８Ｂの露出部分（他端側）に接続され、第３検出電極６２は、ワイヤー６８Ｃにより接続電極１８Ｃの露出部分（他端側）に接続される。また、第１接地電極６４、及び第２接地電極６６は、それぞれワイヤー６８Ｄ、６８Ｅにより接続電極１８Ｄの露出部分（他端側）に接続されている。
【００７５】
上記接続により、側面電極２０Ａは、接続電極１８Ａ、ワイヤー６８Ａを介して第１検出電極５０に電気的に接続される。また、側面電極２０Ｂは、接続電極１８Ｂ、ワイヤー６８Ｂを介して第２検出電極５６に電気的に接続される。そして、側面電極２０Ｃは、接続電極１８Ｃ、ワイヤー６８Ｃを介して第３検出電極６２に電気的に接続される。
【００７６】
また、側面電極２０Ｄは、接続電極１８Ｄを介して接地電極１６に電気的に接続される。さらに側面電極２０Ｄは、接続電極１８Ｄに接続したワイヤー６８Ｄを介して第１接地電極６４に電気的に接続され、接続電極１８Ｄに接続したワイヤー６８Ｅを介して第２接地電極６６に電気的に接続され、接続電極１８Ｄに接続した貫通電極２８及びメタライズ２６を介してリッド３４に電気的に接続される。
【００７７】
前述の各種電極の材料としては、金、チタニウム、アルミニウム、銅、鉄などの単体もしくは合金を用いることができる。例えば、鉄合金としてステンレススチールを用いることも可能であり、耐久性、耐食性が優れることから好適に用いられる。
【００７８】
図９に本実施形態のセンサー素子の模式図を示す。本実施形態において、力伝達部３６はセンサー素子４２の接触面４４の法線方向（γ軸）に平行な方向の力のみならず、接触面４４の面方向の力、すなわち、γ軸にそれぞれ直交し、かつ互いに直交する２つの方向（α軸、β軸）の力を接触面４４に伝達可能である。そして、センサー素子４２（第１センサー素子４６、第２センサー素子５２、第３センサー素子５８）は、後述のようにα軸、β軸、γ軸にそれぞれ平行な力を検出することができる。
【００７９】
第１センサー素子４６において、第１水晶板４８Ａ，４８Ｂは、Ｙカット水晶板により形成され、圧電効果を発生させる結晶方位であるＸ方向が第１水晶板４８Ａ，４８Ｂの法線（図９のγ軸に平行な方向）に垂直な方向となる結晶方位を有している。そして、第１水晶板４８Ａ，４８Ｂは、Ｘ方向が互いに逆方向となるように配置されている。さらに、第１水晶板４８Ａ，４８Ｂは、Ｘ方向が空間直交座標のα軸と平行となるように配置されている。
【００８０】
第２センサー素子５２において、第２水晶板５４Ａ，５４Ｂは、Ｙカット水晶板により形成され、Ｘ方向が第２水晶板５４Ａ，５４Ｂの法線（γ軸に平行な方向）に垂直な方向となる結晶方位を有している。そして、第２水晶板５４Ａ，５４Ｂは、Ｘ方向が互いに逆方向となるように配置されている。さらに、第２水晶板５４Ａ，５４Ｂは、Ｘ方向が空間直交座標のβ軸と平行となるように配置されている。
【００８１】
第３センサー素子５８において、第３水晶板６０Ａ，６０Ｂは、Ｘカット水晶板により形成され、Ｘ方向が第３水晶板６０Ａ，６０Ｂの法線（γ軸に平行な方向）と平行な方向となる結晶方位を有している。そして、第３水晶板６０Ａ，６０Ｂは、Ｘ方向が互いに逆方向となるように配置されている。さらに、第３水晶板６０Ａ，６０Ｂは、Ｘ方向が空間直交座標のγ軸と平行となるように配置されている。
【００８２】
図９に示すように、本実施形態のセンサー素子４２は、空間直交座標のγ軸に平行な方向をセンサーデバイス１０の高さ方向としている。そして、後述のように与圧プレート８２（図１０）、９２（図１１）によりγ軸の方向から挟み込まれ与圧が与えられ、リッド３４（力伝達部３６）を介してセンサー素子４２にγ軸に平行な方向から与圧が印加される。これにより、第３水晶板６０Ａ，６０ＢはＸ方向から与圧（圧縮力）を受けることになるので圧電効果により電荷が誘起し、第３検出電極６２に電荷（Ｆｚ信号）が出力される。
【００８３】
上記構成において、２つの与圧プレートの相対位置が互いにα軸に平行な方向にずれる外力が印加されると、力伝達部３６を介してセンサー素子４２には、α軸に平行な方向の外力が印加される。すると、第１水晶板４８Ａ，４８Ｂは、Ｘ方向から外力（せん断力）を受けることになるので圧電効果により電荷を誘起し、第１検出電極５０に電荷（Ｆｘ信号）が出力される。
【００８４】
また２つの与圧プレートの相対位置が互いにβ軸に平行な方向にずれる外力が印加されると、力伝達部３６を介してセンサー素子４２には、β軸に平行な方向の外力が印加される。すると第２水晶板５４Ａ，５４ＢはＸ方向から外力（せん断力）を受けることになるので圧電効果により電荷を誘起し、第２検出電極５６に電荷（Ｆｙ信号）が出力される。
【００８５】
さらに２つの与圧プレートの相対位置が互いにγ軸に平行な方向にずれる外力が印加されると、力伝達部３６を介してセンサー素子４２には、γ軸に平行な方向の外力が印加される。すると、第３水晶板６０Ａ，６０ＢはＸ方向から外力（圧縮力または引張力）を受けることになるので圧電効果により誘起される電荷量が変化し、第３検出電極６２に出力される電荷（Ｆｚ信号）の大きさが変化する。
【００８６】
よって、本実施形態のセンサーデバイス１０は、側面電極２０Ａを介して第１検出電極５０に出力される電荷（Ｆｘ信号）と、側面電極２０Ｂを介して第２検出電極５６に出力される電荷（Ｆｙ信号）と、側面電極２０Ｃを介して第３検出電極６２に出力される電荷（Ｆｚ信号）と、をそれぞれモニターすることができ、互いに直交するα軸（後述のＸ軸）、β軸（後述のＹ軸）、γ軸（後述のＺ軸）に平行な方向の外力（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）を検知することができる。なお、センサー素子４２は、第１センサー素子４６、第２センサー素子５２、第３センサー素子５８の積層構造となっているが、少なくともいずれか１つ以上を用いる構成としてもよい。また、第１センサー素子４６、第２センサー素子５２、第３センサー素子５８は必ずしも積層させる必要は無く、各センサー素子をパッケージ１２内に並列に収容し、各センサー素子の上面（接触面）が力伝達部３６に接触できるようにしてもよい。
【００８７】
図１０に本実施形態のセンサーモジュールの断面図を示す。本実施形態のセンサーモジュールは、第２実施形態のセンサーデバイス１０（第１実施形態のセンサーデバイス１でもよい）を与圧プレート８２により挟み込み、締結部により与圧プレート８２同士を締結させるとともにセンサーデバイス１０に与圧を印加する構成を有している。
【００８８】
与圧プレート８２は、パッケージ１２に接触する第１プレート８２ａと、リッド３４（力伝達部３６）に接触する第２プレート８２ｂから構成される。そして締結部は、締結ボルト８４ａと締結ナット８４ｂにより構成される。また、第１プレート８２ａ、第２プレート８２ｂには締結ボルト８４ａを挿通するボルト孔８６ａが形成され、締結ボルト８４ａの頭部及び締結ナット８４ｂを収容するザグリ８６ｂがボルト孔８６ａに連通して形成されている。
【００８９】
ここで、センサーデバイス１０を第１プレート８２ａ及び第２プレート８２ｂで挟み込んだ状態で、締結ボルト８４ａをボルト孔８６ａに挿通し締結ボルト８４ａと締結ナット８４ｂによりボルト締めする。すると、第１プレート８２ａと第２プレート８２ｂが互いに接近する方向の力を締結部より受けてセンサーデバイス１０は高さ方向から与圧を受け、これによりセンサーデバイス１０を構成するリッド３４（力伝達部３６）がセンサー素子４２の接触面４４に与圧を印加することになる。
【００９０】
そして、前述同様に側面電極２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄは、センサーデバイス１０からの信号を受信する電子回路（不図示）に接続されている。よって与圧プレート８２に外力が印加されると、その外力が力達部３６を介して接触面４４に伝達されて接触面４４が受ける力が変化し、これによりセンサーデバイス１０から出力される信号の出力が変化する。したがって、与圧のみの場合の信号の出力を基準として、その信号の出力の変化量をモニターすることにより、センサーモジュール８０に印加される力（その方向も含む）を検知することができる。なお、第１プレート８２ａのセンサーデバイス１０に対向する位置に電子回路（不図示）を埋め込み、センサーデバイス１０の側面電極２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄをパッケージ１２の下面にまで延出させ、電子回路（不図示）上の実装電極（不図示）と側面電極のパッケージ１２の下面に延出させた部分と、を半田付け等によりそれぞれ接続してもよい。
【００９１】
図１１に本実施形態の力検出装置を示す。本実施形態の力検出装置９０は、４つのセンサーデバイス１０を２つの与圧プレート９２により挟み込んだ構成を有している。センサーデバイス１０とワイヤー等を介して電気的に接続する電子回路（不図示）が配置されている。そして、力検出装置９０において、４つのセンサーデバイス１０が全て同じ方向に向いた状態で与圧プレート９２に挟み込まれ、与圧が印加される。例えば、センサーデバイス１０において、第１センサー素子４６（図９）の検出軸をＦｘに平行な方向に向け、第２センサー素子５２（図９）の検出軸をＦｙに平行な方向に向け、第３センサー素子５８（図９）の検出軸をＦｚに平行な方向に向けた状態となっている。
【００９２】
ここで、与圧プレート９２の相対位置が互いにＦｘ方向にずれる力を受けた場合、センサーデバイス１０はそれぞれＦｘ１、Ｆｘ２、Ｆｘ３、Ｆｘ４の力を検出する。また、与圧プレート９２の相対位置が互いにＦｙ方向にずれる力を受けた場合、センサーデバイス１０はそれぞれＦｙ１、Ｆｙ２、Ｆｙ３、Ｆｙ４の力を検出する。さらに、与圧プレート９２の相対位置が互いにＦｚ方向にずれる力を受けた場合、センサーデバイス１０はそれぞれＦｚ１、Ｆｚ２、Ｆｚ３、Ｆｚ４の力を検出する。また与圧プレート９２は、互いにＸ軸回り（Ｍｘ）に回転する方向にずれる相対変位、互いにＹ軸回り（Ｍｙ）に回転する方向にずれる相対変位、互いにＺ軸回り（Ｍｚ）に回転する方向にずれる相対変位が可能であり、これに伴う力をセンサーデバイス１０に伝達することが可能である。
【００９３】
したがって、力検出装置９０において、互いに直交する力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｆｘに平行な方向を回転軸とする回転力Ｍｘ、Ｆｙに平行な方向を回転軸とする回転力Ｍｙ、Ｆｚに平行な方向を回転軸とする回転力Ｍｚは、以下のように求めることができる。
【数１】
0005880935.tif 000002
【００９４】
ここで、ａ、ｂは定数とする。よって本実施形態の力検出装置９０は、三次元のあらゆる方向からの力（６軸方向の力）を検知することができ、パッケージ１２に収容されたセンサー素子４２の気密封止を長期に亘り安定的に実現可能な力検出装置９０となる。
【００９５】
図１２に、本実施形態の力検出装置を搭載したロボットを示す。図１２に示すように、ロボット１００は、本体部１０２、アーム部１０４、ロボットハンド部１１６などから構成されている。本体部１０２は、例えば床、壁、天井、移動可能な台車の上などに固定される。アーム部１０４は、本体部１０２に対して可動となるように設けられており、本体部１０２にはアーム部１０４を回転させるための動力を発生するアクチュエータ（不図示）や、アクチュエータを制御する制御部等（不図示）が内蔵されている。
【００９６】
アーム部１０４は、第１フレーム１０６、第２フレーム１０８、第３フレーム１１０、第４フレーム１１２、第５フレーム１１４から構成されている。第１フレーム１０６は、回転屈曲軸を介して、本体部１０２に回転可能または屈曲可能となるように接続されている。第２フレーム１０８は、回転屈曲軸を介して、第１フレーム１０６及び第３フレーム１１０に接続されている。第３フレーム１１０は、回転屈曲軸を介して、第２フレーム１０８及び第４フレーム１１２に接続されている。第４フレーム１１２は、回転屈曲軸を介して、第３フレーム１１０及び第５フレーム１１４に接続されている。第５フレーム１１４は、回転屈曲軸を介して、第４フレーム１１２に接続されている。アーム部１０４は、制御部の制御によって、各フレームが各回転屈曲軸を中心に複合的に回転または屈曲することにより駆動する。
【００９７】
第５フレーム１１４の先端には、ロボットハンド部１１６が取り付けられており、対象物を把握することができるロボットハンド１２０が、回転動作させるモーター（不図示）を内蔵するロボットハンド接続部１１８を介して第５フレーム１１４に接続されている。
【００９８】
ロボットハンド接続部１１８には、モーターに加えて前述の力検出装置９０（図１１）が内蔵されており、ロボットハンド部１１６が制御部の制御によって所定の動作位置まで移動させたとき、障害物への接触、あるいは所定位置を越えての動作命令による対象物との接触、などを力検出装置９０によって力として検出し、ロボット１００の制御部へフィードバックし、回避動作を実行することができる。
【００９９】
このようなロボット１００を用いることにより、従来からの位置制御では対処できなかった、障害物回避動作、対象物損傷回避動作などを容易に行い、安全で細やかな作業が可能なロボット１００を得ることができる。さらに、少ない変位量であっても高精度な力の検出を安定的に行うことが可能なロボット１００となる。また本実施形態に限定されず、双腕ロボットにも適用することができる。
【符号の説明】
【０１００】
１………センサーデバイス、２………リッド、２ａ………リッド、３………力伝達部、４………周縁部、５………段差部、５ａ………段差部、６………隙間、７………錘、８………ローラー電極、９………隙間、９ａ………接地電極、９ｂ………側面電極、９ｃ………貫通電極、９ｄ………接続電極、９ｅ………接地電極、９ｆ………ワイヤー、１０………センサーデバイス、１２………パッケージ、１４………パッケージベース、１６………接地電極、１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄ………接続電極、２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ………側面電極、２４………側壁部材、２６………メタライズ、２８………貫通電極、３０………開口部、３２………接合面、３４………リッド、３６………力伝達部、３８………周縁部、４０………段差部、４２………センサー素子、４４………接触面、４６………第１センサー素子、４８Ａ，４８Ｂ………第１水晶板、５０………第１検出電極、５２………第２センサー素子、５４Ａ，５４Ｂ………第２水晶板、５６………第２検出電極、５８………第３センサー素子、６０Ａ，６０Ｂ………第３水晶板、６２………第３検出電極、６４………第１接地電極、６６………第２接地電極、６８Ａ，６８Ｂ，６８Ｃ，６８Ｄ，６８Ｅ………ワイヤー、８０………センサーモジュール、８２………与圧プレート、８２ａ………第１プレート、８２ｂ………第２プレート、８４ａ………締結ボルト、８４ｂ………締結ナット、８６ａ………ボルト孔、８６ｂ………ザグリ、９０………力検出装置、９２………与圧プレート、１００………ロボット、１０２………本体部、１０４………アーム部、１０６………第１フレーム、１０８………第２フレーム、１１０………第３フレーム、１１２………第４フレーム、１１４………第５フレーム、１１６………ロボットハンド部、１１８………ロボットハンド接続部、１２０………ロボットハンド、２００………センサーデバイス、２０２………パッケージ、２０４………リッド、２０６………同軸コネクター、２０８………外周部、２１０………中心導体、２１２………絶縁性樹脂、２１４………センサー素子、２１６………水晶板、２１８………検出電極、２２０………開口部、２２２………接触面、２２４………接合面、２２６，２２８………隙間。
【図１】
0005880935.tif 000003
【図２】
0005880935.tif 000004
【図３】
0005880935.tif 000005
【図４】
0005880935.tif 000006
【図５】
0005880935.tif 000007
【図６】
0005880935.tif 000008
【図７】
0005880935.tif 000009
【図８】
0005880935.tif 000010
【図９】
0005880935.tif 000011
【図１０】
0005880935.tif 000012
【図１１】
0005880935.tif 000013
【図１２】
0005880935.tif 000014
【図１３】
0005880935.tif 000015
【図１４】
0005880935.tif 000016
【図１５】
0005880935.tif 000017