[发明专利]应力检测元件、传感器组件以及电子设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于检测作用于剪切方向的剪切力及作用于与剪切方向正交的方向的按压力这两者的应力检测元件、具备有应力检测元件的传感器组件以及具备有传感器组件的电子设备。

背景技术

目前，已知有通过自动装置(robot)的臂等来把持并举起重量、摩擦系数未知的对象物的把持装置。在这样的把持装置中，为了以不损坏对象物且不滑落对象物的方式来进行把持，需要检测作用于与把持面正交的方向的力(按压力)和作用于把持面的面方向(剪切方向)的力(剪切力)，并公知有检测这些力的传感器(例如，参照专利文献1)。

该专利文献1中记载的触觉传感器具有从开设于传感器基板的开口的边缘部延伸的悬臂构造的构造体，该构造体由平板状的感应部以及连接感应部和传感器基板的铰链部构成。而且，在该构造体的感应部形成有导电性磁体膜，在铰链部形成有压电电阻膜，且导电性磁体膜和压电电阻膜导通。此外，构成为：在铰链部设置有电极，利用压力使铰链部弯曲，从而铰链部的压电电阻所产生的电流从电极流出。此外，该触觉传感器在传感器基板上形成有多个上述那样的构造体，这些构造体中的一部分相对于传感器基板立起，另一部分相对于传感器基板保持平行。而且，在该传感器基板上设置有弹性体，立起的构造体被埋入弹性体。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-208248号公报

然而，在上述专利文献1记载的触觉传感器中，具有使悬臂构造的构造体立起的复杂的立体构造，在其制造过程中，也具有施加磁场使悬臂构造的构造体弯曲等复杂的制造工序，存在生产性差的问题。

与此相对，正在研究如下所述的应力检测元件，即、在具有开口部的基板上，设置有用于封闭开口部的膜片(membrane)，并以跨该膜片内外的方式配置压电元件，用弹性膜覆盖其上部。这样的应力检测元件由于是层积在形成有开口部的基板上形成膜片的膜部件、压电元件以及弹性膜而形成的元件，因此，容易制造，也能够实现小型化。

但是，在这样的应力检测元件中，在施加于弹性膜时，如果膜片的弯曲量小，则会存在从压电元件输出的信号值变小，检测精度降低的问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供生产性良好且应力检测精度高的应力检测元件、传感器组件以及电子设备。

根据本发明的一个方面，提供一种应力检测元件，用于检测剪切力，所述应力检测元件具备：支撑体，具备具有相互平行的第一直线部及第二直线部的开口部；支撑膜，形成在所述支撑体上，用于封闭所述开口部；第一压电元件，在从膜厚方向观察所述支撑膜的俯视图中，以沿所述第一直线部且从所述开口部的内侧区域跨至外侧区域的方式设置在所述支撑膜上，通过发生弯曲来输出电信号；第一弹性部，在所述俯视图中，以沿所述第一直线部且从所述开口部的内侧区域跨至外侧区域的方式设置在所述支撑膜上；以及第二弹性部，在所述俯视图中，以沿所述第二直线部且从所述开口部的内侧区域跨至外侧区域的方式设置在所述支撑膜上，其中，所述第一弹性部被配置为在第一弹性端部与第二弹性端部之间存在间隔，所述第一弹性端部为所述第一弹性部在所述开口部的内侧区域的端部边缘，所述第二弹性端部为所述第二弹性部在所述开口部的内侧区域的端部边缘。

这里，本发明中的“相互平行的第一直线部及第二直线部”是指，允许微小的误差，除第一直线部及第二直线部完全平行的构成之外，也包含例如第二直线部相对于第一直线部稍微倾斜而大致平行的构成。

在本发明中，应力检测元件在设置了具有第一直线部及第二直线部的开口部的支撑体上，以堵塞开口部的状态形成支撑膜，在该支撑膜上，跨开口部的第一直线部的内外而层积第一压电元件。而且，在支撑体上，层积有跨第一直线部的第一弹性部和跨第二直线部的第二弹性部。这里，在以下的说明中，将开口部内的区域的支撑膜称为膜片。

在这样的应力检测元件中，如果对第一弹性部及第二弹性部施加剪切力，则第一弹性部及第二弹性部沿施加了该剪切力的方向(剪切力检测方向)发生弹性变形，并在膜片上发生翘曲。在本发明中，通过第一压电元件检测这样的膜片的弯曲量，从而能够测定剪切力。

这里，为了提高检测精度，需要使膜片正弦波状地弯曲。例如，在剪切力作用于从第一直线部朝向第二直线部的方向的情况下，变形为膜片的第一直线部侧进入开口部侧、膜片的第二直线部侧向离开开口部的方向浮起。另一方面，在剪切力作用于从第二直线部朝向第一直线部的方向的情况下，变形为膜片的第一直线部侧浮起、膜片的第二直线部侧进入开口部。通过检测这样的膜片的变形，除剪切力的大小之外，也能够检测出剪切力的作用方向。