JP2015087291A - 力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置、部品加工装置および温度補償方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】温度が変動してもその温度変動に対する補償を行なって、正確な力検出を行なうことができる力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置、部品加工装置および温度補償方法を提供すること。【解決手段】力検出装置１は、第１基部２と、第２基部３と、第１基部２と第２基部３との間で挟持される第１センサーデバイス６Ａ〜６Ｄと、第２基部３に接して且つ第１基部２から離間した第２センサーデバイス６Ｅとを備える。第１センサーデバイス６Ａ〜６Ｄと第２センサーデバイス６Ｅとは、複数の水晶板が互いに同じ構成と積層方向に積層されており、第１センサーデバイス６Ａ〜６Ｄは、積層方向ＬＤに対する第２基部３との角度が第２基部３と同じ角度で接している。【選択図】図１
Description
本発明は、力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置、部品加工装置および温度補償方法に関する。
近年、生産効率向上を目的として、工場等の生産施設への産業用ロボットの導入が進められている。このような産業ロボットとしては、アルミニウム板等の母材に対して機械加工を施す工作機械が代表的である。工作機械には、機械加工を施す際に、母材に対する力を検出する力検出装置が内蔵されたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の力測定装置は、圧電素子としての水晶を２つ用いて、せん断、引張力、圧縮力等を検出することができる。そして、２つの水晶は、互いに対向して配置されており、温度変化等による検出値の誤差を相殺するができるよう構成されている。
特許文献１に記載の力測定装置は、圧電素子としての水晶を２つ用いて、せん断、引張力、圧縮力等を検出することができる。そして、２つの水晶は、互いに対向して配置されており、温度変化等による検出値の誤差を相殺するができるよう構成されている。
しかしながら、特許文献１には、各水晶の熱膨張の異方性等については、開示されておらず、当該水晶を用いた力測定装置では、機械加工中に生じた熱により水晶が思わぬ方向に変形してしまう。その結果、圧電素子の出力における真値に対するノイズ成分となってしまう。
そこで、本発明の目的は、温度が変動してもその温度変動に対する補償を行なって、正確な力検出を行なうことができる力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置、部品加工装置および温度補償方法を提供することにある。
そこで、本発明の目的は、温度が変動してもその温度変動に対する補償を行なって、正確な力検出を行なうことができる力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置、部品加工装置および温度補償方法を提供することにある。
このような目的は、下記の本発明に係わる適用例により達成される。
（適用例１）
本発明に係わる力検出装置は、第１基部と、第２基部と、前記第１基部と前記第２基部とによって挟持される第１センサ素子と、前記第１基部および前記第２基部のうちの一方の基部に接して且つ他方の基部から離間した第２センサ素子と、を備え、前記第１基部と前記第２基部とに加わる外力を検出する力検出装置であって、
前記第１センサ素子と前記第２センサ素子とは、複数の水晶板が互いに同じ構成と積層方向に積層され、
前記第１センサ素子は、前記積層方向に対する前記一方の基部との角度を前記第２センサ素子と同じ角度で接することを特徴とする。
（適用例１）
本発明に係わる力検出装置は、第１基部と、第２基部と、前記第１基部と前記第２基部とによって挟持される第１センサ素子と、前記第１基部および前記第２基部のうちの一方の基部に接して且つ他方の基部から離間した第２センサ素子と、を備え、前記第１基部と前記第２基部とに加わる外力を検出する力検出装置であって、
前記第１センサ素子と前記第２センサ素子とは、複数の水晶板が互いに同じ構成と積層方向に積層され、
前記第１センサ素子は、前記積層方向に対する前記一方の基部との角度を前記第２センサ素子と同じ角度で接することを特徴とする。
これにより、第１センサ素子から出力される信号に基づいて外力を検出するにあたり、温度が変動しても、第１センサ素子から出力される信号を第２センサ素子から出力される信号に基づいて補正をして、温度変動に対する補償を行なうことができる。よって、第１センサ素子から出力される信号に含まれる熱膨張により生じたノイズ成分を除去または減少させることができ、すなわち、検出する外力以外の第１の素子に加わる力により生じるノイズ成分を除去または減少させることができ、正確な力検出を行なうことができる。
（適用例２）
本発明に係わる力検出装置では、前記第１センサ素子は、前記一方の基部において前記第２センサ素子を囲むように複数配置されているのが好ましい。
これにより、第１センサ素子で検出された検出値に対して補正を行なう際に、当該補正による誤差を抑えることができる。
本発明に係わる力検出装置では、前記第１センサ素子は、前記一方の基部において前記第２センサ素子を囲むように複数配置されているのが好ましい。
これにより、第１センサ素子で検出された検出値に対して補正を行なう際に、当該補正による誤差を抑えることができる。
（適用例３）
本発明に係わる力検出装置では、前記第１センサ素子は、４つ以上設置されているのが好ましい。
これにより、外力を安定して検出することができる。
（適用例４）
本発明に係わる力検出装置では、前記外力は、前記第１センサ素子で出力される出力値と、前記第２センサ素子で出力される出力値とに基づいて求められるのが好ましい。
これにより、温度が変動してもその温度変動に対する補償を行なって、正確な力検出を簡単な演算で行なうことができる。
本発明に係わる力検出装置では、前記第１センサ素子は、４つ以上設置されているのが好ましい。
これにより、外力を安定して検出することができる。
（適用例４）
本発明に係わる力検出装置では、前記外力は、前記第１センサ素子で出力される出力値と、前記第２センサ素子で出力される出力値とに基づいて求められるのが好ましい。
これにより、温度が変動してもその温度変動に対する補償を行なって、正確な力検出を簡単な演算で行なうことができる。
（適用例５）
本発明に係わる力検出装置では、記外力は、前記第２センサ素子で出力された出力値に係数を乗じた値を、前記第１センサ素子で出力された出力値から減じた値であるのが好ましい。
これにより、温度が変動してもその温度変動に対する補償を行なって、正確な力検出を簡単な演算で行なうことができる。
本発明に係わる力検出装置では、記外力は、前記第２センサ素子で出力された出力値に係数を乗じた値を、前記第１センサ素子で出力された出力値から減じた値であるのが好ましい。
これにより、温度が変動してもその温度変動に対する補償を行なって、正確な力検出を簡単な演算で行なうことができる。
（適用例６）
本発明に係わる力検出装置では、前記第１基部は、ベースプレートであり、前記第２基部は、カバープレートであり、
前記第２センサ素子は、前記カバープレートに接し、前記ベースプレートから離間しているのが好ましい。
これにより、第２センサ素子に外力が伝達されるのが防止される。
本発明に係わる力検出装置では、前記第１基部は、ベースプレートであり、前記第２基部は、カバープレートであり、
前記第２センサ素子は、前記カバープレートに接し、前記ベースプレートから離間しているのが好ましい。
これにより、第２センサ素子に外力が伝達されるのが防止される。
（適用例７）
本発明に係わる力検出装置では、前記第１センサ素子と前記第２センサ素子とは、Ｘカット水晶板で構成された第３基板を有するのが好ましい。
これにより、水晶板を用いるという簡単な構成で、３次元での外力を確実に検出することができる。
本発明に係わる力検出装置では、前記第１センサ素子と前記第２センサ素子とは、Ｘカット水晶板で構成された第３基板を有するのが好ましい。
これにより、水晶板を用いるという簡単な構成で、３次元での外力を確実に検出することができる。
（適用例８）
本発明に係わる力検出装置は、第１基部と、
第２基部と、
前記第１基部と前記第２基部とによって挟持方向に挟持されたセンサー素子と、
記第１基部および前記第２基部のうちの一方の基部に接して且つ他方の基部から離間して設置された補償用素子と、
を備える力検出装置であって、
前記センサー素子は、圧電体層を有し、外力の変動に伴う圧電効果により第１の出力を出力し、
前記補償用素子は、第２の圧電体層を有し、温度の変動に伴う圧電効果により第２の出力を出力し、
前記第１の出力と前記第２の出力とに基づいて前記第１基部と前記第２基部とに加わる外力を検出することを特徴とする。
本発明に係わる力検出装置は、第１基部と、
第２基部と、
前記第１基部と前記第２基部とによって挟持方向に挟持されたセンサー素子と、
記第１基部および前記第２基部のうちの一方の基部に接して且つ他方の基部から離間して設置された補償用素子と、
を備える力検出装置であって、
前記センサー素子は、圧電体層を有し、外力の変動に伴う圧電効果により第１の出力を出力し、
前記補償用素子は、第２の圧電体層を有し、温度の変動に伴う圧電効果により第２の出力を出力し、
前記第１の出力と前記第２の出力とに基づいて前記第１基部と前記第２基部とに加わる外力を検出することを特徴とする。
これにより、センサー素子から出力される信号に基づいて外力を検出するにあたり、温度が変動しても、センサー素子から出力される信号を補償用素子から出力される信号に基づいて補正をして、温度変動に対する補償を行なうことができる。よって、センサ素子から出力される信号に含まれる熱膨張により生じたノイズ成分を除去または減少させることができ、すなわち、検出する外力以外の第１の素子に加わる力により生じるノイズ成分を除去または減少させることができ、正確な力検出を行なうことができる。
（適用例１０）
本発明に係わる力検出装置では、前記センサー素子は、前記補償用素子を囲むように複数配置されているのが好ましい。
これにより、センサ素子で検出された検出値に対して補正を行なう際に、当該補正による誤差を抑えることができる。
本発明に係わる力検出装置では、前記センサー素子は、前記補償用素子を囲むように複数配置されているのが好ましい。
これにより、センサ素子で検出された検出値に対して補正を行なう際に、当該補正による誤差を抑えることができる。
（適用例１０）
本発明に係わる力検出装置では、前記一方の基部は、前記センサー素子が挟持されている外周領域より、中心側に凹部を有し、
前記補償用素子は、前記凹部の底面に接触して配置されているのが好ましい。
これにより、力検出装置の薄型化に寄与する。
（適用例１１）
本発明に係わる力検出装置では、前記センサー素子は、４つ以上設置されているのが好ましい。
これにより、外力を安定して検出することができる。
本発明に係わる力検出装置では、前記一方の基部は、前記センサー素子が挟持されている外周領域より、中心側に凹部を有し、
前記補償用素子は、前記凹部の底面に接触して配置されているのが好ましい。
これにより、力検出装置の薄型化に寄与する。
（適用例１１）
本発明に係わる力検出装置では、前記センサー素子は、４つ以上設置されているのが好ましい。
これにより、外力を安定して検出することができる。
（適用例１２）
本発明に係わるロボットは、アームと、
前記アームに設けられたエンドエフェクターと、
前記アームと前記エンドエフェクターの間に設けられ、前記エンドエフェクターに加えられる外力を検出する力検出装置とを備え、
前記力検出装置は、第１基部と、第２基部と、前記第１基部と前記第２基部とによって挟持される第１センサ素子と、前記第１基部および前記第２基部のうちの一方の基部に接して且つ他方の基部から離間した第２センサ素子と、を備え、前記第１基部と前記第２基部とに加わる外力を検出する力検出装置であって、
前記第１センサ素子と前記第２センサ素子とは、複数の水晶板が互いに同じ構成と積層方向に積層され、
前記第１センサ素子は、前記積層方向に対する前記第１基部および前記第２基部のうちの一方の基部との角度を前記第２センサ素子と同じ角度で接することを特徴とする。
本発明に係わるロボットは、アームと、
前記アームに設けられたエンドエフェクターと、
前記アームと前記エンドエフェクターの間に設けられ、前記エンドエフェクターに加えられる外力を検出する力検出装置とを備え、
前記力検出装置は、第１基部と、第２基部と、前記第１基部と前記第２基部とによって挟持される第１センサ素子と、前記第１基部および前記第２基部のうちの一方の基部に接して且つ他方の基部から離間した第２センサ素子と、を備え、前記第１基部と前記第２基部とに加わる外力を検出する力検出装置であって、
前記第１センサ素子と前記第２センサ素子とは、複数の水晶板が互いに同じ構成と積層方向に積層され、
前記第１センサ素子は、前記積層方向に対する前記第１基部および前記第２基部のうちの一方の基部との角度を前記第２センサ素子と同じ角度で接することを特徴とする。
これにより、第１センサ素子から出力される信号に基づいて外力を検出するにあたり、温度が変動しても、第１センサ素子から出力される信号を第２センサ素子から出力される信号に基づいて補正をして、温度変動に対する補償を行なうことができる。よって、第１センサ素子から出力される信号に含まれる熱膨張により生じたノイズ成分を除去または減少させることができ、すなわち、検出する外力以外の第１の素子に加わる力により生じるノイズ成分を除去または減少させることができ、正確な力検出を行なうことができる。
（適用例１３）
本発明に係わる電子部品搬送装置は、電子部品を把持する把持部と、
前記把持部に加えられる外力を検出する力検出装置とを備え、
前記力検出装置は、第１基部と、第２基部と、前記第１基部と前記第２基部とによって挟持される第１センサ素子と、前記第１基部および前記第２基部のうちの一方の基部に接して且つ他方の基部から離間した第２センサ素子と、を備え、前記第１基部と前記第２基部とに加わる外力を検出する力検出装置であって、
前記第１センサ素子と前記第２センサ素子とは、複数の水晶板が互いに同じ構成と積層方向に積層され、
前記第１センサ素子は、前記積層方向に対する前記第１基部および前記第２基部のうちの一方の基部との角度を前記第２センサ素子と同じ角度で接することを特徴とする。
本発明に係わる電子部品搬送装置は、電子部品を把持する把持部と、
前記把持部に加えられる外力を検出する力検出装置とを備え、
前記力検出装置は、第１基部と、第２基部と、前記第１基部と前記第２基部とによって挟持される第１センサ素子と、前記第１基部および前記第２基部のうちの一方の基部に接して且つ他方の基部から離間した第２センサ素子と、を備え、前記第１基部と前記第２基部とに加わる外力を検出する力検出装置であって、
前記第１センサ素子と前記第２センサ素子とは、複数の水晶板が互いに同じ構成と積層方向に積層され、
前記第１センサ素子は、前記積層方向に対する前記第１基部および前記第２基部のうちの一方の基部との角度を前記第２センサ素子と同じ角度で接することを特徴とする。
これにより、第１センサ素子から出力される信号に基づいて外力を検出するにあたり、温度が変動しても、第１センサ素子から出力される信号を第２センサ素子から出力される信号に基づいて補正をして、温度変動に対する補償を行なうことができる。よって、第１センサ素子から出力される信号に含まれる熱膨張により生じたノイズ成分を除去または減少させることができ、すなわち、検出する外力以外の第１の素子に加わる力により生じるノイズ成分を除去または減少させることができ、正確な力検出を行なうことができる。
（適用例１４）
本発明に係わる電子部品検査装置は、電子部品を把持する把持部と、
前記電子部品を検査する検査部と、
前記把持部に加えられる外力を検出する力検出装置とを備え、
前記力検出装置は、第１基部と、第２基部と、前記第１基部と前記第２基部とによって挟持される第１センサ素子と、前記第１基部および前記第２基部のうちの一方の基部に接して且つ他方の基部から離間した第２センサ素子と、を備え、前記第１基部と前記第２基部とに加わる外力を検出する力検出装置であって、
前記第１センサ素子と前記第２センサ素子とは、複数の水晶板が互いに同じ構成と積層方向に積層され、
前記第１センサ素子は、前記積層方向に対する前記第１基部および前記第２基部のうちの一方の基部との角度を前記第２センサ素子と同じ角度で接することを特徴とする。
本発明に係わる電子部品検査装置は、電子部品を把持する把持部と、
前記電子部品を検査する検査部と、
前記把持部に加えられる外力を検出する力検出装置とを備え、
前記力検出装置は、第１基部と、第２基部と、前記第１基部と前記第２基部とによって挟持される第１センサ素子と、前記第１基部および前記第２基部のうちの一方の基部に接して且つ他方の基部から離間した第２センサ素子と、を備え、前記第１基部と前記第２基部とに加わる外力を検出する力検出装置であって、
前記第１センサ素子と前記第２センサ素子とは、複数の水晶板が互いに同じ構成と積層方向に積層され、
前記第１センサ素子は、前記積層方向に対する前記第１基部および前記第２基部のうちの一方の基部との角度を前記第２センサ素子と同じ角度で接することを特徴とする。
これにより、第１センサ素子から出力される信号に基づいて外力を検出するにあたり、温度が変動しても、第１センサ素子から出力される信号を第２センサ素子から出力される信号に基づいて補正をして、温度変動に対する補償を行なうことができる。よって、第１センサ素子から出力される信号に含まれる熱膨張により生じたノイズ成分を除去または減少させることができ、すなわち、検出する外力以外の第１の素子に加わる力により生じるノイズ成分を除去または減少させることができ、正確な力検出を行なうことができる。
（適用例１５）
本発明に係わる部品加工装置は、工具を装着し、前記工具を変位させる工具変位部と、
前記工具に加えられる外力を検出する力検出装置とを備え、
前記力検出装置は、第１基部と、第２基部と、前記第１基部と前記第２基部とによって挟持される第１センサ素子と、前記第１基部および前記第２基部のうちの一方の基部に接して且つ他方の基部から離間した第２センサ素子と、を備え、前記第１基部と前記第２基部とに加わる外力を検出する力検出装置であって、
前記第１センサ素子と前記第２センサ素子とは、複数の水晶板が互いに同じ構成と積層方向に積層され、
前記第１センサ素子は、前記積層方向に対する前記第１基部および前記第２基部のうちの一方の基部との角度を前記第２センサ素子と同じ角度で接することを特徴とする。
本発明に係わる部品加工装置は、工具を装着し、前記工具を変位させる工具変位部と、
前記工具に加えられる外力を検出する力検出装置とを備え、
前記力検出装置は、第１基部と、第２基部と、前記第１基部と前記第２基部とによって挟持される第１センサ素子と、前記第１基部および前記第２基部のうちの一方の基部に接して且つ他方の基部から離間した第２センサ素子と、を備え、前記第１基部と前記第２基部とに加わる外力を検出する力検出装置であって、
前記第１センサ素子と前記第２センサ素子とは、複数の水晶板が互いに同じ構成と積層方向に積層され、
前記第１センサ素子は、前記積層方向に対する前記第１基部および前記第２基部のうちの一方の基部との角度を前記第２センサ素子と同じ角度で接することを特徴とする。
これにより、第１センサ素子から出力される信号に基づいて外力を検出するにあたり、温度が変動しても、第１センサ素子から出力される信号を第２センサ素子から出力される信号に基づいて補正をして、温度変動に対する補償を行なうことができる。よって、第１センサ素子から出力される信号に含まれる熱膨張により生じたノイズ成分を除去または減少させることができ、すなわち、検出する外力以外の第１の素子に加わる力により生じるノイズ成分を除去または減少させることができ、正確な力検出を行なうことができる。
（適用例１６）
本発明に係わる温度補償方法は、本発明に係わる力検出装置を用いて前記外力を検出し、前記外力は、温度変化による影響を受けていないか、または、無視することができることを補償することを特徴とする。
これにより、第１センサ素子から出力される信号に基づいて外力を検出するにあたり、温度が変動しても、第１センサ素子から出力される信号を第２センサ素子から出力される信号に基づいて補正をして、温度変動に対する補償を行なうことができる。よって、第１センサ素子から出力される信号に含まれる熱膨張により生じたノイズ成分を除去または減少させることができ、すなわち、検出する外力以外の第１の素子に加わる力により生じるノイズ成分を除去または減少させることができ、正確な力検出を行なうことができる。
本発明に係わる温度補償方法は、本発明に係わる力検出装置を用いて前記外力を検出し、前記外力は、温度変化による影響を受けていないか、または、無視することができることを補償することを特徴とする。
これにより、第１センサ素子から出力される信号に基づいて外力を検出するにあたり、温度が変動しても、第１センサ素子から出力される信号を第２センサ素子から出力される信号に基づいて補正をして、温度変動に対する補償を行なうことができる。よって、第１センサ素子から出力される信号に含まれる熱膨張により生じたノイズ成分を除去または減少させることができ、すなわち、検出する外力以外の第１の素子に加わる力により生じるノイズ成分を除去または減少させることができ、正確な力検出を行なうことができる。
以下、本発明の力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置、部品加工装置および温度補償方法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。
＜力検出装置の実施形態＞
図１は、本発明に係る力検出装置の実施形態を示す断面図である。図２は、図１に示す力検出装置の平面図である。図３は、図１に示す力検出装置の電荷出力素子を概略的に示す断面図である。図４は、図１に示す力検出装置を概略的に示す回路図である。
＜力検出装置の実施形態＞
図１は、本発明に係る力検出装置の実施形態を示す断面図である。図２は、図１に示す力検出装置の平面図である。図３は、図１に示す力検出装置の電荷出力素子を概略的に示す断面図である。図４は、図１に示す力検出装置を概略的に示す回路図である。
なお、以下では、説明の都合上、図１、図３中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う。
図１、図２に示す力検出装置１は、外力（モーメントを含む）を検出する機能、すなわち、互いに直交する３軸（α（Ａ）軸、β（Ｂ）軸、γ（Ｃ）軸）に沿って加えられた外力を検出する機能を有する。
図１、図２に示す力検出装置１は、外力（モーメントを含む）を検出する機能、すなわち、互いに直交する３軸（α（Ａ）軸、β（Ｂ）軸、γ（Ｃ）軸）に沿って加えられた外力を検出する機能を有する。
力検出装置１は、ベースプレートとして機能する第１基部２と、第１基部２から所定の間隔を隔てて配置され、第１基部２に対向するカバープレートして機能する第２基部３と、第１基部２と第２基部３との間に設けられた５枚のアナログ回路基板４と、第１基部２と第２基部３との間に設けられ、各アナログ回路基板４と電気的に接続された１枚のデジタル回路基板５と、各アナログ回路基板４に搭載され、加えられた外力に応じて信号を出力するセンサ素子としての電荷出力素子１０および電荷出力素子１０を収納するパッケージ６０を有する５つのセンサーデバイス６と、固定部材としての８本の与圧ボルト（与圧ネジ）７１とを備えている。
本実施形態では、５つのセンサーデバイス６のうち、図２中の右側に位置するセンサーデバイス６を「第１センサーデバイス６Ａ」と言い、以降時計回りに順に「第１センサーデバイス６Ｂ」、「第１センサーデバイス６Ｃ」、「第１センサーデバイス６Ｄ」と言う。そして、残りの１つのセンサーデバイス６を「第２センサーデバイス６Ｅ」と言う。第１センサーデバイス６Ａ〜６Ｄは、外力を検出するために用いられる力検出用素子である。第２センサーデバイス６Ｅは、第１センサーデバイス６Ａ〜６Ｄで外力を検出する際に、第１センサーデバイス６Ａ〜６Ｄに対する温度変化による影響を実質的に無視することができるように補正のために用いられる温度補償用素子である。
第１基部２は、外形が板状をなし、その平面形状は、円形である。この第１基部２には、上面２１から突出した４つの凸部２２が形成されている。これらの凸部２２は、第１基部２の上面２１の中心から所定距離離間し、当該中心回りに等角度間隔に配置されている。また、各凸部２２の頂面２２１は、それぞれ、上面２１と平行な平面となっている。
第２基部３も、外形が板状をなし、その平面形状は、第１基部２の平面形状と同じであるのが好ましい。
第２基部３も、外形が板状をなし、その平面形状は、第１基部２の平面形状と同じであるのが好ましい。
本実施形態では、第２基部３の上面は、力検出装置１が例えばロボットに取り付けられて使用されるときに、当該ロボットに対する取付面３２となる。なお、この取付面３２と第１基部２の下面とは、外力が付与していない自然状態では平行となっている。
この第２基部３の下面３１には、凹部３１１が形成されている。凹部３１１は、平面視で円形をなし、下面３１の中心と同心的に形成されている。
この第２基部３の下面３１には、凹部３１１が形成されている。凹部３１１は、平面視で円形をなし、下面３１の中心と同心的に形成されている。
そして、第１基部２の４つの凸部２２のうちの１つの凸部２２の頂面２２１と第２基部３の下面３１との間で、第１センサーデバイス６Ａが挟持されている。すなわち、第１センサーデバイス６Ａの電荷出力素子１０（第１センサ素子）は、パッケージ６０を介して、１つの凸部２２の頂面２２１と第２基部３の下面３１との間で挟持され、与圧されている。以下、この挟持されている方向を「挟持方向ＳＤ」と言う。
第１センサーデバイス６Ａと同様に、前記と異なる１つの凸部２２の頂面２２１と第２基部３の下面３１との間で、第１センサーデバイス６Ｂが挟持されている。すなわち、第１センサーデバイス６Ｂの電荷出力素子１０（第１センサ素子）も、パッケージ６０を介して、１つの凸部２２の頂面２２１と第２基部３の下面３１との間で挟持方向ＳＤに挟持され、与圧されている。
また、前記と異なる１つの凸部２２の頂面２２１と第２基部３の下面３１との間で、第１センサーデバイス６Ｃが挟持されている。すなわち、第１センサーデバイス６Ｃの電荷出力素子１０（第１センサ素子）も、パッケージ６０を介して、１つの凸部２２の頂面２２１と第２基部３の下面３１との間で挟持方向ＳＤに挟持され、与圧されている。
さらに、前記と異なる１つの凸部２２の頂面２２１と第２基部３の下面３１との間で、第１センサーデバイス６Ｄが挟持されている。すなわち、第１センサーデバイス６Ｄの電荷出力素子１０（第１センサ素子）も、パッケージ６０を介して、１つの凸部２２の頂面２２１と第２基部３の下面３１との間で挟持方向ＳＤに挟持され、与圧されている。
さらに、前記と異なる１つの凸部２２の頂面２２１と第２基部３の下面３１との間で、第１センサーデバイス６Ｄが挟持されている。すなわち、第１センサーデバイス６Ｄの電荷出力素子１０（第１センサ素子）も、パッケージ６０を介して、１つの凸部２２の頂面２２１と第２基部３の下面３１との間で挟持方向ＳＤに挟持され、与圧されている。
このように力検出装置１では、４つの第１センサーデバイス６Ａ〜６Ｄが、第１基部２の平面視で当該第１基部２の中心からできる限り離間した位置に配置されている。これにより、第１基部２と第２基部３とに加わる外力を安定して検出することができる。
なお、第１基部２と第２基部３とのいずれを力が加わる側の基板としてもよいが、本実施形態では、第２基部３を力が加わる側の基板として説明する。
なお、第１基部２と第２基部３とのいずれを力が加わる側の基板としてもよいが、本実施形態では、第２基部３を力が加わる側の基板として説明する。
図１、図２に示すように、第２基部３には、第１センサーデバイス６Ａ〜６Ｄが挟持されている外周領域より中心側に、前述した凹部３１１が設けられている。この凹部３１１の底面に接触して第２センサーデバイス６Ｅが配置されている。この第２センサーデバイス６Ｅは、第２基部３に接し、第１基部２から離間している。これにより、第１センサーデバイス６Ａ〜６Ｄと異なり、第２センサーデバイス６Ｅの電荷出力素子１０（第２センサ素子）に外力が伝達されるのが防止され、よって、温度補償用素子としての機能を正確に発揮することができる。
また、凹部３１１では、第２基部３の厚さが薄くなっている分、第２センサーデバイス６Ｅは、温度変化の影響を受け易くなる、すなわち、加温（加熱）や冷却がされ易くなる。これにより、第２センサーデバイス６Ｅの温度変化に対する応答性が向上する。
そして、図２に示すように、第１センサーデバイス６Ａ〜６Ｄは、平面視で第２センサーデバイス６Ｅを囲むように配置された状態となる。これにより、第１センサーデバイス６Ａ〜６Ｄで検出された検出値に対して補正を行なう際に、当該補正による誤差を抑えることができる。
そして、図２に示すように、第１センサーデバイス６Ａ〜６Ｄは、平面視で第２センサーデバイス６Ｅを囲むように配置された状態となる。これにより、第１センサーデバイス６Ａ〜６Ｄで検出された検出値に対して補正を行なう際に、当該補正による誤差を抑えることができる。
図４に示すように、第１センサーデバイス６Ａに接続されたアナログ回路基板４は、第１センサーデバイス６Ａの電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｙ１を電圧Ｖｙ１に変換する変換出力回路９０ａと、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｚ１を電圧Ｖｚ１に変換する変換出力回路９０ｂと、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｘ１を電圧Ｖｘ１に変換する変換出力回路９０ｃとを備えている。
第１センサーデバイス６Ｂに接続されたアナログ回路基板４は、第１センサーデバイス６Ｂの電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｙ２を電圧Ｖｙ２に変換する変換出力回路９０ａと、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｚ２を電圧Ｖｚ２に変換する変換出力回路９０ｂと、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｘ２を電圧Ｖｘ２に変換する変換出力回路９０ｃとを備えている。
第１センサーデバイス６Ｃに接続されたアナログ回路基板４は、第１センサーデバイス６Ｃの電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｙ３を電圧Ｖｙ３に変換する変換出力回路９０ａと、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｚ３を電圧Ｖｚ３に変換する変換出力回路９０ｂと、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｘ３を電圧Ｖｘ３に変換する変換出力回路９０ｃとを備えている。
第１センサーデバイス６Ｄに接続されたアナログ回路基板４は、第１センサーデバイス６Ｄの電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｙ４を電圧Ｖｙ４に変換する変換出力回路９０ａと、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｚ４を電圧Ｖｚ４に変換する変換出力回路９０ｂと、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｘ４を電圧Ｖｘ４に変換する変換出力回路９０ｃとを備えている。
第２センサーデバイス６Ｅに接続されたアナログ回路基板４は、第２センサーデバイス６Ｅの電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｙ５を電圧Ｖｙ５に変換する変換出力回路９０ａと、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｚ５を電圧Ｖｚ５に変換する変換出力回路９０ｂと、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｘ５を電圧Ｖｘ５に変換する変換出力回路９０ｃとを備えている。
第１センサーデバイス６Ａ〜６Ｄに接続されたアナログ回路基板４は、それぞれ、その下側からスペーサー２８を介して第１基部２の上面２１に支持されている。第２センサーデバイス６Ｅに接続されたアナログ回路基板４は、その上側からスペーサー３４を介して第２基部３の凹部３１１に支持されている。
デジタル回路基板５は、加えられた外力を検出する外力検出回路４０を備えている。このデジタル回路基板５は、第１センサーデバイス６Ａ〜６Ｄに接続されたアナログ回路基板４と、第１基部２との間に配置され、第１基部２の上面２１に支持されている。
なお、第１基部２、第２基部３、アナログ回路基板４の各素子および各配線以外の部位、デジタル回路基板５の各素子および各配線以外の部位の構成材料としては、それぞれ、特に限定されず、例えば、各種の樹脂材料、各種の金属材料等を用いることができる。
また、第１基部２、第２基部３は、それぞれ、外形が板状をなす部材で構成されているが、これに限定されず、例えば、一方の基部が板状をなす部材で構成され、他方の基部がブロック状をなす部材で構成されていてもよい。
なお、第１基部２、第２基部３、アナログ回路基板４の各素子および各配線以外の部位、デジタル回路基板５の各素子および各配線以外の部位の構成材料としては、それぞれ、特に限定されず、例えば、各種の樹脂材料、各種の金属材料等を用いることができる。
また、第１基部２、第２基部３は、それぞれ、外形が板状をなす部材で構成されているが、これに限定されず、例えば、一方の基部が板状をなす部材で構成され、他方の基部がブロック状をなす部材で構成されていてもよい。
＜電荷出力素子＞
前述したように、力検出装置１は、互いに直交するα軸、β軸、γ軸に沿って加えられた外力を検出する機能を有する。α軸とβ軸とは、第１基部２および第２基部３の平面内の直交する２方向に沿った軸であり、γ軸は、α軸とβ軸と直交する１方向に沿った軸、すなわち、第１基部２および第２基部３の厚さ方向に沿った軸である。そして、力検出装置１には、この外力を検出する際に用いられる第１センサーデバイス６Ａ〜６Ｄと、第２センサーデバイス６Ｅとが内蔵されている。第１センサーデバイス６Ａ〜６Ｄ、第２センサーデバイス６Ｅがそれぞれ有する各電荷出力素子１０は、同じ構成であり、その他同じ温度特性を有するため、第１センサーデバイス６Ａの電荷出力素子１０について代表的に説明する。
前述したように、力検出装置１は、互いに直交するα軸、β軸、γ軸に沿って加えられた外力を検出する機能を有する。α軸とβ軸とは、第１基部２および第２基部３の平面内の直交する２方向に沿った軸であり、γ軸は、α軸とβ軸と直交する１方向に沿った軸、すなわち、第１基部２および第２基部３の厚さ方向に沿った軸である。そして、力検出装置１には、この外力を検出する際に用いられる第１センサーデバイス６Ａ〜６Ｄと、第２センサーデバイス６Ｅとが内蔵されている。第１センサーデバイス６Ａ〜６Ｄ、第２センサーデバイス６Ｅがそれぞれ有する各電荷出力素子１０は、同じ構成であり、その他同じ温度特性を有するため、第１センサーデバイス６Ａの電荷出力素子１０について代表的に説明する。
図３に示すように、電荷出力素子１０は、電荷Ｑｘ１〜Ｑｘ５のいずれか（代表的に「電荷Ｑｘ」と言う）と、電荷Ｑｙ１〜Ｑｙ５のいずれか（代表的に「電荷Ｑｙ」と言う）と、電荷Ｑｚ１〜Ｑｚ５のいずれか（代表的に「電荷Ｑｚ」と言う）とを出力することができる。そして、出力された電荷に基づいて、α軸、β軸、γ軸に沿って加えられた（受けた）外力が検出される。
図３に示すように、電荷出力素子１０は、グランド（基準電位点）に接地された４つのグランド電極層１１と、外力（せん断力）に応じて電荷Ｑｘを出力する第１のセンサー１２と、外力（圧縮／引張力）に応じて電荷Ｑｚを出力する第２のセンサー１３と、外力（せん断力）に応じて電荷Ｑｙを出力する第３のセンサー１４とを有し、グランド電極層１１と各センサー１２、１３、１４は交互に平行に積層されている。以下、この積層された方向を「積層方向ＬＤ」と言い、取付面３２１の法線と同じ方向となっている。
図示の構成では、図３中の下側から、第１のセンサー１２、第２のセンサー１３、第３のセンサー１４の順で積層されているが、本発明はこれに限られない。センサー１２、１３、１４の積層順は任意である。
なお、電荷出力素子１０の形状は、特に限定されないが、本実施形態では、積層方向ＬＤから見て、四角形をなしている。なお、電荷出力素子１０の他の外形形状としては、例えば、五角形等の他の多角形、円形、楕円形等が挙げられる。
なお、電荷出力素子１０の形状は、特に限定されないが、本実施形態では、積層方向ＬＤから見て、四角形をなしている。なお、電荷出力素子１０の他の外形形状としては、例えば、五角形等の他の多角形、円形、楕円形等が挙げられる。
グランド電極層１１は、グランド（基準電位点）に接地された電極である。グランド電極層１１を構成する材料は、特に限定されないが、例えば、金、チタニウム、アルミニウム、銅、鉄またはこれらを含む合金が好ましい。これらの中でも特に、鉄合金であるステンレスを用いるのが好ましい。ステンレスにより構成されたグランド電極層１１は、優れた耐久性および耐食性を有する。
第１のセンサー１２は、外力（せん断力）に応じて電荷Ｑｘを出力する機能を有する。すなわち、第１のセンサー１２は、外力に応じて正電荷または負電荷を出力するよう構成されている。
第１のセンサー１２は、第１の圧電体層（第１基板）１２１と、第１の圧電体層１２１と対向して設けられた第２の圧電体層（第１基板）１２３と、第１の圧電体層１２１と第２の圧電体層１２３との間に設けられた出力電極層１２２を有する。
第１のセンサー１２は、第１の圧電体層（第１基板）１２１と、第１の圧電体層１２１と対向して設けられた第２の圧電体層（第１基板）１２３と、第１の圧電体層１２１と第２の圧電体層１２３との間に設けられた出力電極層１２２を有する。
第１の圧電体層１２１は、Ｙカット水晶板で構成され、互いに直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を有する。ｙ軸は、第１の圧電体層１２１の厚さ方向に沿った軸であり、ｘ軸は、図３中の紙面奥行き方向に沿った軸であり、ｚ軸は、図３中の左右方向に沿った軸である。図３に示す構成では、ｘ軸については、図３中の紙面奥側を正方向とし、その反対側を負方向として説明する。ｙ軸については、図３中の下側を正方向とし、その反対側を負方向として説明する。ｚ軸については、図３中の左側を正方向とし、その反対側を負方向として説明する。
水晶により構成された第１の圧電体層１２１は、広いダイナミックレンジ、高い剛性、高い固有振動数、高い対荷重性等の優れた特性を有する。また、Ｙカット水晶板は、その面方向に沿った外力（せん断力）に対して電荷を生ずる。
水晶により構成された第１の圧電体層１２１は、広いダイナミックレンジ、高い剛性、高い固有振動数、高い対荷重性等の優れた特性を有する。また、Ｙカット水晶板は、その面方向に沿った外力（せん断力）に対して電荷を生ずる。
そして、第１の圧電体層１２１の表面に対し、ｘ軸の正方向に沿った外（せん断力）力が加えられた場合、圧電効果により、第１の圧電体層１２１内に電荷が誘起される。その結果、第１の圧電体層１２１の出力電極層１２２側表面近傍には正電荷が集まり、第１の圧電体層１２１のグランド電極層１１側表面近傍には負電荷が集まる。同様に、第１の圧電体層１２１の表面に対し、ｘ軸の負方向に沿った外力が加えられた場合、第１の圧電体層１２１の出力電極層１２２側表面近傍には負電荷が集まり、第１の圧電体層１２１のグランド電極層１１側表面近傍には正電荷が集まる。
第２の圧電体層１２３も、Ｙカット水晶板で構成され、互いに直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を有する。ｙ軸は、第２の圧電体層１２３の厚さ方向に沿った軸であり、ｘ軸は、図３中の紙面奥行き方向に沿った軸であり、ｚ軸は、図３中の左右方向に沿った軸である。図３に示す構成では、ｘ軸については、図３中の紙面手前側を正方向とし、その反対側を負方向として説明する。ｙ軸については、図３中の上側を正方向とし、その反対側を負方向とする。ｚ軸については、図３中の左側を正方向とし、その反対側を負方向とする。
水晶により構成された第２の圧電体層１２３も第１の圧電体層１２１と同様に、広いダイナミックレンジ、高い剛性、高い固有振動数、高い対荷重性等の優れた特性を有し、Ｙカット水晶板であることにより、その面方向に沿った外力（せん断力）に対して電荷を生ずる。
水晶により構成された第２の圧電体層１２３も第１の圧電体層１２１と同様に、広いダイナミックレンジ、高い剛性、高い固有振動数、高い対荷重性等の優れた特性を有し、Ｙカット水晶板であることにより、その面方向に沿った外力（せん断力）に対して電荷を生ずる。
そして、第２の圧電体層１２３の表面に対し、ｘ軸の正方向に沿った外（せん断力）力が加えられた場合、圧電効果により、第２の圧電体層１２３内に電荷が誘起される。その結果、第２の圧電体層１２３の出力電極層１２２側表面近傍には正電荷が集まり、第２の圧電体層１２３のグランド電極層１１側表面近傍には負電荷が集まる。同様に、第２の圧電体層１２３の表面に対し、ｘ軸の負方向に沿った外力が加えられた場合、第２の圧電体層１２３の出力電極層１２２側表面近傍には負電荷が集まり、第２の圧電体層１２３のグランド電極層１１側表面近傍には正電荷が集まる。
また、第１のセンサー１２が第１の圧電体層１２１と第２の圧電体層１２３とを有する構成となっていることは、第１の圧電体層１２１および第２の圧電体層１２３のうちの一方のみと出力電極層１２２とで構成されている場合と比較して、出力電極層１２２近傍に集まる正電荷または負電荷を増加させることができる。その結果、出力電極層１２２から出力される電荷Ｑｘを増加させることができる。
出力電極層１２２は、第１の圧電体層１２１内および第２の圧電体層１２３内に生じた正電荷または負電荷を電荷Ｑｘとして出力する機能を有する。前述のように、第１の圧電体層１２１の表面または第２の圧電体層１２３の表面にｘ軸の正方向に沿った外力が加えられた場合、出力電極層１２２近傍には、正電荷が集まる。その結果、出力電極層１２２からは、正の電荷Ｑｘが出力される。一方、第１の圧電体層１２１の表面または第２の圧電体層１２３の表面にｘ軸の負方向に沿った外力が加えられた場合、出力電極層１２２近傍には、負電荷が集まる。その結果、出力電極層１２２からは、負の電荷Ｑｘが出力される。
また、出力電極層１２２の大きさは、第１の圧電体層１２１および第２の圧電体層１２３の大きさ以上であることが好ましい。出力電極層１２２が、第１の圧電体層１２１または第２の圧電体層１２３よりも小さい場合、第１の圧電体層１２１または第２の圧電体層１２３の一部は出力電極層１２２と接しない。そのため、第１の圧電体層１２１または第２の圧電体層１２３に生じた電荷の一部を出力電極層１２２から出力できない場合がある。その結果、出力電極層１２２から出力される電荷Ｑｘが減少してしまう。なお、後述する出力電極層１３２、１４２についても同様である。
第２のセンサー１３は、外力（圧縮／引張力）に応じて電荷Ｑｚを出力する機能を有する。すなわち、第２のセンサー１３は、圧縮力に応じて正電荷を出力し、引張力に応じて負電荷を出力するよう構成されている。
第２のセンサー１３は、第３の圧電体層（第３基板）１３１と、第３の圧電体層１３１と対向して設けられた第４の圧電体層（第３基板）１３３と、第３の圧電体層１３１と第４の圧電体層１３３との間に設けられた出力電極層１３２を有する。
第２のセンサー１３は、第３の圧電体層（第３基板）１３１と、第３の圧電体層１３１と対向して設けられた第４の圧電体層（第３基板）１３３と、第３の圧電体層１３１と第４の圧電体層１３３との間に設けられた出力電極層１３２を有する。
第３の圧電体層１３１は、Ｘカット水晶板で構成され、互いに直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を有する。ｘ軸は、第３の圧電体層１３１の厚さ方向に沿った軸であり、ｙ軸は、図３中の左右方向に沿った軸であり、ｚ軸は、図３中の紙面奥行き方向に沿った軸である。図３に示す構成では、ｘ軸については、図３中の下側を正方向とし、その反対側を負方向として説明する。ｙ軸については、図３中の左側を正方向とし、その反対側を負方向として説明する。ｚ軸については、図３中の紙面奥側を正方向とし、その反対側を負方向として説明する。
そして、第３の圧電体層１３１の表面に対し、ｘ軸に平行な圧縮力が加えられた場合、圧電効果により、第３の圧電体層１３１内に電荷が誘起される。その結果、第３の圧電体層１３１の出力電極層１３２側表面近傍には正電荷が集まり、第３の圧電体層１３１のグランド電極層１１側表面近傍には負電荷が集まる。同様に、第３の圧電体層１３１の表面に対し、ｘ軸に平行な引張力が加えられた場合、第３の圧電体層１３１の出力電極層１３２側表面近傍には負電荷が集まり、第３の圧電体層１３１のグランド電極層１１側表面近傍には正電荷が集まる。
第４の圧電体層１３３も、Ｘカット水晶板で構成され、互いに直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を有する。ｘ軸は、第４の圧電体層１３３の厚さ方向に沿った軸であり、ｙ軸は、図３中の左右方向に沿った軸であり、ｚ軸は、図３中の紙面奥行き方向に沿った軸である。図３に示す構成では、ｘ軸については、図３中の上側を正方向とし、その反対側を負方向として説明する。ｙ軸については、図３中の右側を正方向とし、その反対側を負方向として説明する。ｚ軸については、図３中の紙面奥側を正方向とし、その反対側を負方向として説明する。
そして、第４の圧電体層１３３の表面に対し、ｘ軸に平行な圧縮力が加えられた場合、圧電効果により、第４の圧電体層１３３内に電荷が誘起される。その結果、第４の圧電体層１３３の出力電極層１３２側表面近傍には正電荷が集まり、第４の圧電体層１３３のグランド電極層１１側表面近傍には負電荷が集まる。同様に、第４の圧電体層１３３の表面に対し、ｘ軸に平行な引張力が加えられた場合、第４の圧電体層１３３の出力電極層１３２側表面近傍には負電荷が集まり、第４の圧電体層１３３のグランド電極層１１側表面近傍には正電荷が集まる。
出力電極層１３２は、第３の圧電体層１３１内および第４の圧電体層１３３内に生じた正電荷または負電荷を電荷Ｑｚとして出力する機能を有する。前述のように、第３の圧電体層１３１の表面または第４の圧電体層１３３の表面にｘ軸に平行な圧縮力が加えられた場合、出力電極層１３２近傍には、正電荷が集まる。その結果、出力電極層１３２からは、正の電荷Ｑｚが出力される。一方、第３の圧電体層１３１の表面または第４の圧電体層１３３の表面にｘ軸に平行な引張力が加えられた場合、出力電極層１３２近傍には、負電荷が集まる。その結果、出力電極層１３２からは、負の電荷Ｑｚが出力される。
第３のセンサー１４は、外力（せん断力）に応じて電荷Ｑｘを出力する機能を有する。すなわち、第３のセンサー１４は、外力に応じて正電荷または負電荷を出力するよう構成されている。
第３のセンサー１４は、第５の圧電体層（第２基板）１４１と、第５の圧電体層１４１と対向して設けられた第６の圧電体層（第２基板）１４３と、第５の圧電体層１４１と第６の圧電体層１４３との間に設けられた出力電極層１４２を有する。
第３のセンサー１４は、第５の圧電体層（第２基板）１４１と、第５の圧電体層１４１と対向して設けられた第６の圧電体層（第２基板）１４３と、第５の圧電体層１４１と第６の圧電体層１４３との間に設けられた出力電極層１４２を有する。
第５の圧電体層１４１は、Ｙカット水晶板で構成され、互いに直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を有する。ｙ軸は、第５の圧電体層１４１の厚さ方向に沿った軸であり、ｘ軸は、図３中の左右方向に沿った軸であり、ｚ軸は、図３中の紙面奥行き方向に沿った軸である。図３に示す構成では、ｘ軸については、図３中の左側を正方向とし、その反対側を負方向として説明する。ｙ軸については、図３中の下側を正方向とし、その反対側を負方向として説明する。ｚ軸については、図３中の紙面手前側を正方向とし、その反対側を負方向として説明する。
水晶により構成された第５の圧電体層１４１は、広いダイナミックレンジ、高い剛性、高い固有振動数、高い対荷重性等の優れた特性を有する。また、Ｙカット水晶板は、その面方向に沿った外力（せん断力）に対して電荷を生ずる。
水晶により構成された第５の圧電体層１４１は、広いダイナミックレンジ、高い剛性、高い固有振動数、高い対荷重性等の優れた特性を有する。また、Ｙカット水晶板は、その面方向に沿った外力（せん断力）に対して電荷を生ずる。
そして、第５の圧電体層１４１の表面に対し、ｘ軸の正方向に沿った外力が加えられた場合、圧電効果により、第５の圧電体層１４１内に電荷が誘起される。その結果、第５の圧電体層１４１の出力電極層１４２側表面近傍には正電荷が集まり、第５の圧電体層１４１のグランド電極層１１側表面近傍には負電荷が集まる。同様に、第５の圧電体層１４１の表面に対し、α軸の負方向に沿った外力が加えられた場合、第５の圧電体層１４１の出力電極層１４２側表面近傍には負電荷が集まり、第５の圧電体層１４１のグランド電極層１１側表面近傍には正電荷が集まる。
第６の圧電体層１４３も、Ｙカット水晶板で構成され、互いに直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を有する。ｙ軸は、第２の圧電体層１２３の厚さ方向に沿った軸であり、ｘ軸は、図３中の左右方向に沿った軸であり、ｚ軸は、図３中の紙面奥行き方向に沿った軸である。図３に示す構成では、ｘ軸については、図３中の右側を正方向とし、その反対側を負方向として説明する。ｙ軸については、図３中の上側を正方向とし、その反対側を負方向として説明する。ｚ軸については、図３中の紙面手前側を正方向とし、その反対側を負方向として説明する。
水晶により構成された第６の圧電体層１４３も第５の圧電体層１４１と同様に、広いダイナミックレンジ、高い剛性、高い固有振動数、高い対荷重性等の優れた特性を有し、Ｙカット水晶板であることにより、その面方向に沿った外力（せん断力）に対して電荷を生ずる。
そして、第６の圧電体層１４３の表面に対し、ｘ軸の正方向に沿った外力が加えられた場合、圧電効果により、第６の圧電体層１４３内に電荷が誘起される。その結果、第６の圧電体層１４３の出力電極層１４２側表面近傍には正電荷が集まり、第６の圧電体層１４３のグランド電極層１１側表面近傍には負電荷が集まる。同様に、第６の圧電体層１４３の表面に対し、α軸の負方向に沿った外力が加えられた場合、第６の圧電体層１４３の出力電極層１４２側表面近傍には負電荷が集まり、第６の圧電体層１４３のグランド電極層１１側表面近傍には正電荷が集まる。
そして、第６の圧電体層１４３の表面に対し、ｘ軸の正方向に沿った外力が加えられた場合、圧電効果により、第６の圧電体層１４３内に電荷が誘起される。その結果、第６の圧電体層１４３の出力電極層１４２側表面近傍には正電荷が集まり、第６の圧電体層１４３のグランド電極層１１側表面近傍には負電荷が集まる。同様に、第６の圧電体層１４３の表面に対し、α軸の負方向に沿った外力が加えられた場合、第６の圧電体層１４３の出力電極層１４２側表面近傍には負電荷が集まり、第６の圧電体層１４３のグランド電極層１１側表面近傍には正電荷が集まる。
電荷出力素子１０では、積層方向ＬＤから見たとき、第１の圧電体層１２１および第２の圧電体層１２３の各ｘ軸と、第５の圧電体層１４１および第６の圧電体層１４３の各ｘ軸とが交差している。また、積層方向ＬＤから見たとき、第１の圧電体層１２１および第２の圧電体層１２３の各ｚ軸と、第５の圧電体層１４１および第６の圧電体層１４３の各ｚ軸とが交差している。
出力電極層１４２は、第５の圧電体層１４１内および第６の圧電体層１４３内に生じた正電荷または負電荷を電荷Ｑｙとして出力する機能を有する。前述のように、第５の圧電体層１４１の表面または第６の圧電体層１４３の表面にｘ軸の正方向に沿った外力が加えられた場合、出力電極層１４２近傍には、正電荷が集まる。その結果、出力電極層１４２からは、正の電荷Ｑｙが出力される。一方、第５の圧電体層１４１の表面または第６の圧電体層１４３の表面にｘ軸の負方向に沿った外力が加えられた場合、出力電極層１４２近傍には、負電荷が集まる。その結果、出力電極層１４２からは、負の電荷Ｑｙが出力される。
このように、電荷出力素子１０では、第１のセンサー１２、第２のセンサー１３、および第３のセンサー１４は、各センサーの力検出方向が互いに直交するように積層されている。これにより、各センサーは、それぞれ、互いに直交する力成分に応じて電荷を誘起することができる。そのため、電荷出力素子１０は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸に沿った各外力のそれぞれに応じて３つの電荷Ｑｘ、Ｑｙ、Ｑｚを出力することができる。
また、図１、図２に示すように、第１基部２と第２基部３とは、与圧ボルト７１により、接続、固定されている。なお、与圧ボルト７１による「固定」は、２つの固定対象物の互いの所定量の移動を許容しつつ行われる。具体的には、第１基部２と第２基部３とは、与圧ボルト７１により、互いの所定量の第２基部３の面方向の移動が許容されつつ固定される。なお、これは、他の実施形態においても同様である。
また、与圧ボルト７１は、８本あり、そのうちの２本が第１センサーデバイス６Ａを介してその両側に配置され、当該第１センサーデバイス６Ａに対して与圧を付与している。これと同様に、第１センサーデバイス６Ｂ〜６Ｄに対して、２本の与圧ボルト７１が与圧を付与している。
また、与圧ボルト７１は、８本あり、そのうちの２本が第１センサーデバイス６Ａを介してその両側に配置され、当該第１センサーデバイス６Ａに対して与圧を付与している。これと同様に、第１センサーデバイス６Ｂ〜６Ｄに対して、２本の与圧ボルト７１が与圧を付与している。
各与圧ボルト７１と螺合する雌ネジは、第１基部２に設けられている。そして、第１基部２と第２基部３との間に第１センサーデバイス６Ｂ〜６Ｄを挟持した状態で、与圧ボルト７１を第２基部３側から第１基部２の雌ネジに螺合させることができる。これにより、第１センサーデバイス６Ｂ〜６Ｄの各電荷出力素子１０は、当該電荷出力素子１０を収納するパッケージ６０ごと、挟持方向ＳＤに所定の大きさの圧力、すなわち、与圧が加えられる。そして、電荷出力素子１０に剪断力が作用したとき、電荷出力素子１０を構成する層同士の間での摩擦力が確実に生じ、よって、電荷を確実に検出することができる。
なお、与圧ボルト７１の構成材料としては、特に限定されず、例えば、各種の樹脂材料、各種の金属材料等を用いることができる。
なお、与圧ボルト７１の構成材料としては、特に限定されず、例えば、各種の樹脂材料、各種の金属材料等を用いることができる。
＜センサーデバイス＞
各センサーデバイス６（第１センサーデバイス６Ｂ〜６Ｄ、第２センサーデバイス６Ｅ）は、前記電荷出力素子１０と、電荷出力素子１０を収納するパッケージ６０とを有している。
図１に示すように、パッケージ６０は、凹部６１１を有する基部（第１の部材）６１と、その基部６１に接合された蓋体（第２の部材）６２とを有している。電荷出力素子１０は、基部６１の凹部６１１に設置されており、その基部６１の凹部６１１は、蓋体６２により封止されている。これにより、電荷出力素子１０を保護することができ、信頼性の高い力検出装置１を提供することができる。なお、電荷出力素子１０の頂面は、蓋体６２に接触している。また、パッケージ６０の蓋体６２は、第２基部３側に配置され、基部６１は、第１基部２側に配置され、その基部６１がアナログ回路基板４に固定されている。この構成により、基部６１と蓋体６２とが、第１基部２と第２基部３とで挟持方向ＳＤに挟持されて与圧され、さらに、その基部６１と蓋体６２とにより、電荷出力素子１０も挟持方向ＳＤに挟持されて与圧される。
各センサーデバイス６（第１センサーデバイス６Ｂ〜６Ｄ、第２センサーデバイス６Ｅ）は、前記電荷出力素子１０と、電荷出力素子１０を収納するパッケージ６０とを有している。
図１に示すように、パッケージ６０は、凹部６１１を有する基部（第１の部材）６１と、その基部６１に接合された蓋体（第２の部材）６２とを有している。電荷出力素子１０は、基部６１の凹部６１１に設置されており、その基部６１の凹部６１１は、蓋体６２により封止されている。これにより、電荷出力素子１０を保護することができ、信頼性の高い力検出装置１を提供することができる。なお、電荷出力素子１０の頂面は、蓋体６２に接触している。また、パッケージ６０の蓋体６２は、第２基部３側に配置され、基部６１は、第１基部２側に配置され、その基部６１がアナログ回路基板４に固定されている。この構成により、基部６１と蓋体６２とが、第１基部２と第２基部３とで挟持方向ＳＤに挟持されて与圧され、さらに、その基部６１と蓋体６２とにより、電荷出力素子１０も挟持方向ＳＤに挟持されて与圧される。
また、基部６１の構成材料としては、特に限定されず、例えば、セラミックス等の絶縁性材料等を用いることができる。また、蓋体６２の構成材料としては、特に限定されず、例えば、ステンレス鋼等の各種の金属材料等を用いることができる。なお、基部６１の構成材料と蓋体６２の構成材料は、同一でもよく、また、異なっていてもよい。
また、パッケージ６０の平面形状は、特に限定されないが、本実施形態では、四角形をなしている。なお、パッケージ６０の他の形状としては、例えば、五角形等の他の多角形、円形、楕円形等が挙げられる。また、パッケージ６０の形状が多角形の場合、例えば、その角部が、丸みを帯びていてもよく、また、斜めに切り欠かれていてもよい。
また、パッケージ６０の平面形状は、特に限定されないが、本実施形態では、四角形をなしている。なお、パッケージ６０の他の形状としては、例えば、五角形等の他の多角形、円形、楕円形等が挙げられる。また、パッケージ６０の形状が多角形の場合、例えば、その角部が、丸みを帯びていてもよく、また、斜めに切り欠かれていてもよい。
また、蓋体６２は、本実施形態では、板状をなし、その中央部６２５と外周部６２６との間の部位が屈曲することで、中央部６２５が第２基部３に向って突出している。中央部６２５の形状は、特に限定されないが、本実施形態では、電荷出力素子１０と同じ形状、すなわち、四角形をなしている。なお、蓋体６２の中央部６２５の上面および下面は、いずれも平面である。
また、パッケージ６０の基部６１の下面の端部には、電荷出力素子１０と電気的に接続された複数の端子（図示せず）が設けられている。当該各端子は、それぞれ、アナログ回路基板４と電気的に接続されており、これにより、電荷出力素子１０とアナログ回路基板４とが電気的に接続される。
このように、各センサーデバイス６は、同じ構造をなすものであるため、１つのセンサーデバイス６を第１センサーデバイス６Ｂ〜６Ｄ、第２センサーデバイス６Ｅとして用いたい部分のいずれにも設置することができる。第１センサーデバイス６Ｂ〜６Ｄ、第２センサーデバイス６Ｅ間でセンサーデバイス６の置換が可能である。
なお、また、アナログ回路基板４の電荷出力素子１０が配置されている部位には、凸部２２が挿入される孔４１が形成されている。この孔４１は、アナログ回路基板４を貫通する貫通孔である。
このように、各センサーデバイス６は、同じ構造をなすものであるため、１つのセンサーデバイス６を第１センサーデバイス６Ｂ〜６Ｄ、第２センサーデバイス６Ｅとして用いたい部分のいずれにも設置することができる。第１センサーデバイス６Ｂ〜６Ｄ、第２センサーデバイス６Ｅ間でセンサーデバイス６の置換が可能である。
なお、また、アナログ回路基板４の電荷出力素子１０が配置されている部位には、凸部２２が挿入される孔４１が形成されている。この孔４１は、アナログ回路基板４を貫通する貫通孔である。
＜変換出力回路＞
図４に示すように、各電荷出力素子１０には、変換出力回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃが接続されている。変換出力回路９０ａは、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｙを電圧Ｖｙに変換する機能を有する。変換出力回路９０ｂは、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｚを電圧Ｖｚに変換する機能を有する。変換出力回路９０ｃは、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｘを電圧Ｖｘに変換する機能を有する。変換出力回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃは、同様であるので、以下では、代表的に、変換出力回路９０ｃについて説明する。
図４に示すように、各電荷出力素子１０には、変換出力回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃが接続されている。変換出力回路９０ａは、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｙを電圧Ｖｙに変換する機能を有する。変換出力回路９０ｂは、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｚを電圧Ｖｚに変換する機能を有する。変換出力回路９０ｃは、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｘを電圧Ｖｘに変換する機能を有する。変換出力回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃは、同様であるので、以下では、代表的に、変換出力回路９０ｃについて説明する。
変換出力回路９０ｃは、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｘを電圧Ｖｘに変換して電圧Ｖｘを出力する機能を有する。変換出力回路９０ｃは、オペアンプ９１と、コンデンサー９２と、スイッチング素子９３とを有する。オペアンプ９１の第１の入力端子（マイナス入力）は、電荷出力素子１０の出力電極層１２２に接続され、オペアンプ９１の第２の入力端子（プラス入力）は、グランド（基準電位点）に接地されている。また、オペアンプ９１の出力端子は、外力検出回路４０に接続されている。コンデンサー９２は、オペアンプ９１の第１の入力端子と出力端子との間に接続されている。スイッチング素子９３は、オペアンプ９１の第１の入力端子と出力端子との間に接続され、コンデンサー９２と並列接続されている。また、スイッチング素子９３は、駆動回路（図示せず）に接続されており、駆動回路からのオン／オフ信号に従い、スイッチング素子９３はスイッチング動作を実行する。
スイッチング素子９３がオフの場合、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｘは、静電容量Ｃ１を有するコンデンサー９２に蓄えられ、電圧Ｖｘとして外力検出回路４０に出力される。次に、スイッチング素子９３がオンになった場合、コンデンサー９２の両端子間が短絡される。その結果、コンデンサー９２に蓄えられた電荷Ｑｘは、放電されて０クーロンとなり、外力検出回路４０に出力される電圧Ｖは、０ボルトとなる。スイッチング素子９３がオンとなることを、変換出力回路９０ｃをリセットするという。なお、理想的な変換出力回路９０ｃから出力される電圧Ｖｘは、電荷出力素子１０から出力される電荷Ｑｘの蓄積量に比例する。
スイッチング素子９３は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の半導体スイッチング素子である。半導体スイッチング素子は、機械式スイッチと比べて小型および軽量であるので、力検出装置１の小型化および軽量化に有利である。以下、代表例として、スイッチング素子９３としてＭＯＳＦＥＴを用いた場合を説明する。
スイッチング素子９３は、ドレイン電極、ソース電極、およびゲート電極を有している。スイッチング素子９３のドレイン電極またはソース電極の一方がオペアンプ９１の第１の入力端子に接続され、ドレイン電極またはソース電極の他方がオペアンプ９１の出力端子に接続されている。また、スイッチング素子９３のゲート電極は、駆動回路（図示せず）に接続されている。
各変換出力回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃのスイッチング素子９３には、同一の駆動回路が接続されていてもよいし、それぞれ異なる駆動回路が接続されていてもよい。各スイッチング素子９３には、駆動回路から、全て同期したオン／オフ信号が入力される。これにより、各変換出力回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃのスイッチング素子９３の動作が同期する。すなわち、各変換出力回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃのスイッチング素子９３のオン／オフタイミングは一致する。
＜外力検出回路＞
外力検出回路４０は、各変換出力回路９０ａから出力される電圧Ｖｙ１、Ｖｙ２、Ｖｙ３、Ｖｙ４と、各変換出力回路９０ｂから出力される電圧Ｖｚ１、Ｖｚ２、Ｖｚ３、Ｖｚ４と、各変換出力回路９０ｃから出力される電圧Ｖｘ１、Ｖｘ２、Ｖｘ３、Ｖｘ４とに基づき、加えられた外力を検出する機能を有する。また、外力検出回路４０は、電圧Ｖｙ５と、電圧Ｖｚ５と、電圧Ｖｘ５とに基づき、補正値を算出する機能も有する。
この外力検出回路４０は、変換出力回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃに接続されたＡＤコンバーター４０１と、ＡＤコンバーター４０１に接続された演算部４０２とを有する。
外力検出回路４０は、各変換出力回路９０ａから出力される電圧Ｖｙ１、Ｖｙ２、Ｖｙ３、Ｖｙ４と、各変換出力回路９０ｂから出力される電圧Ｖｚ１、Ｖｚ２、Ｖｚ３、Ｖｚ４と、各変換出力回路９０ｃから出力される電圧Ｖｘ１、Ｖｘ２、Ｖｘ３、Ｖｘ４とに基づき、加えられた外力を検出する機能を有する。また、外力検出回路４０は、電圧Ｖｙ５と、電圧Ｖｚ５と、電圧Ｖｘ５とに基づき、補正値を算出する機能も有する。
この外力検出回路４０は、変換出力回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃに接続されたＡＤコンバーター４０１と、ＡＤコンバーター４０１に接続された演算部４０２とを有する。
ＡＤコンバーター４０１は、電圧Ｖｘ１、Ｖｙ１、Ｖｚ１、Ｖｘ２、Ｖｙ２、Ｖｚ２、Ｖｘ３、Ｖｙ３、Ｖｚ３、Ｖｘ４、Ｖｙ４、Ｖｚ４、Ｖｘ５、Ｖｙ５、Ｖｚ５をアナログ信号からデジタル信号へ変換する機能を有する。ＡＤコンバーター４０１によってデジタル変換された電圧Ｖｘ１、Ｖｙ１、Ｖｚ１、Ｖｘ２、Ｖｙ２、Ｖｚ２、Ｖｘ３、Ｖｙ３、Ｖｚ３、Ｖｘ４、Ｖｙ４、Ｖｚ４、Ｖｘ５、Ｖｙ５、Ｖｚ５は、演算部４０２に入力される。
すなわち、第１基部２および第２基部３の相対位置が互いにα軸方向にずれる外力が加えられた場合、ＡＤコンバーター４０１は、電圧Ｖｘ１、Ｖｘ２、Ｖｘ３、Ｖｘ４を出力する。同様に、第１基部２および第２基部３の相対位置が互いにβ軸方向にずれる外力が加えられた場合、ＡＤコンバーター４０１は、電圧Ｖｙ１、Ｖｙ２、Ｖｙ３、Ｖｙ４を出力する。また、第１基部２および第２基部３の相対位置が互いにγ軸方向にずれる外力が加えられた場合、ＡＤコンバーター４０１は、電圧Ｖｚ１、Ｖｚ２、Ｖｚ３、Ｖｚ４を出力する。
また、第１基部２および第２基部３は、互いにα軸回りに回転する相対変位、β軸回りに回転する相対変位、およびγ軸回りに回転する相対変位が可能であり、各回転に伴う外力を電荷出力素子１０に伝達することが可能である。
演算部４０２は、例えば、各変換出力回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃ間の感度の差をなくす補正等の各処理を行う。そして、演算部４０２は、電荷出力素子１０から出力される電荷Ｑｘ１、Ｑｙ１、Ｑｚ１、Ｑｘ２、Ｑｙ２、Ｑｚ２、Ｑｘ３、Ｑｙ３、Ｑｚ３、Ｑｘ４、Ｑｙ４、Ｑｚ４、Ｑｘ５、Ｑｙ５、Ｑｚ５の蓄積量に比例する３つの信号を出力する。
演算部４０２は、例えば、各変換出力回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃ間の感度の差をなくす補正等の各処理を行う。そして、演算部４０２は、電荷出力素子１０から出力される電荷Ｑｘ１、Ｑｙ１、Ｑｚ１、Ｑｘ２、Ｑｙ２、Ｑｚ２、Ｑｘ３、Ｑｙ３、Ｑｚ３、Ｑｘ４、Ｑｙ４、Ｑｚ４、Ｑｘ５、Ｑｙ５、Ｑｚ５の蓄積量に比例する３つの信号を出力する。
＜α軸、β軸およびγ軸方向の力検出（温度補償方法を用いた力検出）＞
図１に示すように、力検出用の第１センサーデバイス６Ａ〜６Ｄの積層方向ＬＤは、挟持方向ＳＤと平行となるように設けられている。
同様に、補正用の第２センサーデバイス６Ｅの積層方向ＬＤも、挟持方向ＳＤと平行となるように設けられている。この第２センサーデバイス６Ｅは、第１センサーデバイス６Ａ〜６Ｄとともに第２基部３に接している。そして、第１センサーデバイス６Ａ〜６Ｄの積層方向ＬＤに対する第２基部３に接する角度と、第２センサーデバイス６Ｅの積層方向ＬＤに対する第２基部３に接する角度とは、同じである。
図１に示すように、力検出用の第１センサーデバイス６Ａ〜６Ｄの積層方向ＬＤは、挟持方向ＳＤと平行となるように設けられている。
同様に、補正用の第２センサーデバイス６Ｅの積層方向ＬＤも、挟持方向ＳＤと平行となるように設けられている。この第２センサーデバイス６Ｅは、第１センサーデバイス６Ａ〜６Ｄとともに第２基部３に接している。そして、第１センサーデバイス６Ａ〜６Ｄの積層方向ＬＤに対する第２基部３に接する角度と、第２センサーデバイス６Ｅの積層方向ＬＤに対する第２基部３に接する角度とは、同じである。
このような配置により、第２センサーデバイス６Ｅでの温度変化は、第１センサーデバイス６Ａ〜６Ｄでの温度変化と等しくなる。また、第２センサーデバイス６Ｅは、第１センサーデバイス６Ａ〜６Ｄと異なり、第１基部２と非接触であり、外力による引張力、圧縮力、せん断力を受けるのが防止されている。
そして、このような力検出装置１では、演算部４０２が、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を演算する機能を有する。補正前の各力成分は、以下の式により求めることができる。なお、ａ、ｂは定数である。
そして、このような力検出装置１では、演算部４０２が、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を演算する機能を有する。補正前の各力成分は、以下の式により求めることができる。なお、ａ、ｂは定数である。
Ｆα＝Ｖｘ１＋Ｖｘ２＋Ｖｘ３＋Ｖｘ４
Ｆβ＝Ｖｙ１＋Ｖｙ２＋Ｖｙ３＋Ｖｙ４
Ｆγ＝Ｖｚ１＋Ｖｚ２＋Ｖｚ３＋Ｖｚ４
Ｍα＝ｂ×（Ｖｚ４−Ｖｚ２）
Ｍβ＝ａ×（Ｖｚ３−Ｖｚ１）
Ｍγ＝ｂ×（Ｖｘ２−Ｖｘ４）＋ａ×（Ｖｙ１−Ｖｙ３）
Ｆβ＝Ｖｙ１＋Ｖｙ２＋Ｖｙ３＋Ｖｙ４
Ｆγ＝Ｖｚ１＋Ｖｚ２＋Ｖｚ３＋Ｖｚ４
Ｍα＝ｂ×（Ｖｚ４−Ｖｚ２）
Ｍβ＝ａ×（Ｖｚ３−Ｖｚ１）
Ｍγ＝ｂ×（Ｖｘ２−Ｖｘ４）＋ａ×（Ｖｙ１−Ｖｙ３）
ここで、力検出装置１を、エンドエフェクターが装着されたアームを有する産業用ロボットに用いた場合の一例を考えてみる。この場合、アームやエンドエフェクターに設けられたモーター等の発熱源からの熱伝達により、第１基部２または第２基部３が加熱されて熱膨張し、変形する。この変形により、第１センサーデバイス６Ａ〜６Ｄの電荷出力素子１０に対する与圧が所定の値から変化してしまう。この電荷出力素子１０に対する与圧変化が、力検出装置１の温度変化に起因するノイズ成分として、電荷Ｑｚに著しい影響を及ぼす程度に含まれてしまう。
そこで、補正前の並進力成分Ｆγに対して補正することで、正確な並進力成分Ｆγを求める。補正後の並進力成分Ｆγは、以下の式により求めることができる。なお、ｋは係数である。
そこで、補正前の並進力成分Ｆγに対して補正することで、正確な並進力成分Ｆγを求める。補正後の並進力成分Ｆγは、以下の式により求めることができる。なお、ｋは係数である。
Ｆγ＝（Ｖｚ１＋Ｖｚ２＋Ｖｚ３＋Ｖｚ４）−（ｋ×Ｖｚ５）
このように力検出装置１では、並進力成分Ｆγは、第１センサーデバイス６Ａ〜６Ｄで出力される出力値と、第２センサーデバイス６Ｅで出力される出力値とに基づいて求められる、すなわち、「第１センサーデバイス６Ａ〜６Ｄで出力された出力値」から「第２センサーデバイス６Ｅで出力された出力値に係数を乗じた値」を減じた値として求められる。
このように力検出装置１では、並進力成分Ｆγは、第１センサーデバイス６Ａ〜６Ｄで出力される出力値と、第２センサーデバイス６Ｅで出力される出力値とに基づいて求められる、すなわち、「第１センサーデバイス６Ａ〜６Ｄで出力された出力値」から「第２センサーデバイス６Ｅで出力された出力値に係数を乗じた値」を減じた値として求められる。
なお、本実施形態では、並進力成分Ｆγに対する補正を代表的に説明したが、力検出装置１は、その他方向の外力についても同様に補正して出力することができる。
以上、力検出装置１を用いて各外力を検出することにより、当該各外力は、温度変化による影響を受けていないか、または、無視することができることが補償された値となる。換言すれば、力検出装置１は、温度が変動してもその温度変動に対する補償を行なって、正確な外力検出を安定して行なうことができる装置である。
以上、力検出装置１を用いて各外力を検出することにより、当該各外力は、温度変化による影響を受けていないか、または、無視することができることが補償された値となる。換言すれば、力検出装置１は、温度が変動してもその温度変動に対する補償を行なって、正確な外力検出を安定して行なうことができる装置である。
この力検出装置１は、温度変動による影響が、例えば従来の力検出装置の１／２０以下に低減された装置となっている。次に、図５、図６を参照して、力検出装置１と従来の力検出装置との出力荷重の違い（並進力成分Ｆγの比較）について説明する。なお、従来の力検出装置は、第１センサーデバイス６Ａ〜６Ｄを有し、第２センサーデバイス６Ｅがない、すなわち、補正を行なわない装置である。
図５は、図１に示す力検出装置に対する外力は０のまま、３００秒間で温度を３０℃から３６℃まで上昇させたときの、当該力検出装置で出力される出力値の経時的変化を示すグラフである。この図５に示すように、力検出装置１は、温度変化が生じても、並進力成分Ｆγは、ほぼ「０ｇｆ」のままである。
図６は、従来の力検出装置に対する外力は０のまま、３００秒間で温度を３０℃から３６℃まで上昇させたときの、当該力検出装置で出力される出力値の経時的変化を示すグラフである。この図６に示すように、従来の力検出装置は、温度変化に伴って、当該温度変化に起因するノイズ成分が生じてしまい、結果、並進力成分Ｆγも比例的に増加していく。
図６は、従来の力検出装置に対する外力は０のまま、３００秒間で温度を３０℃から３６℃まで上昇させたときの、当該力検出装置で出力される出力値の経時的変化を示すグラフである。この図６に示すように、従来の力検出装置は、温度変化に伴って、当該温度変化に起因するノイズ成分が生じてしまい、結果、並進力成分Ｆγも比例的に増加していく。
＜単腕ロボットの実施形態＞
次に、図７に基づき、本発明に係るロボットの実施形態である単腕ロボットを説明する。以下、本実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図７は、本発明に係る力検出装置を用いた単腕ロボットの１例を示す図である。図７の単腕ロボット５００は、基台５１０と、アーム５２０と、アーム５２０の先端側に設けられたエンドエフェクター５３０と、アーム５２０とエンドエフェクター５３０との間に設けられた力検出装置１とを有する。なお、力検出装置１としては、前述した各実施形態と同様のものを用いる。
次に、図７に基づき、本発明に係るロボットの実施形態である単腕ロボットを説明する。以下、本実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図７は、本発明に係る力検出装置を用いた単腕ロボットの１例を示す図である。図７の単腕ロボット５００は、基台５１０と、アーム５２０と、アーム５２０の先端側に設けられたエンドエフェクター５３０と、アーム５２０とエンドエフェクター５３０との間に設けられた力検出装置１とを有する。なお、力検出装置１としては、前述した各実施形態と同様のものを用いる。
基台５１０は、アーム５２０を回動させるための動力を発生させるアクチュエーター（図示せず）およびアクチュエーターを制御する制御部（図示せず）等を収納する機能を有する。また、基台５１０は、例えば、床、壁、天井、移動可能な台車上などに固定される。
アーム５２０は、第１のアーム要素５２１、第２のアーム要素５２２、第３のアーム要素５２３、第４のアーム要素５２４および第５のアーム要素５２５を有しており、隣り合うアーム同士を回動自在に連結することにより構成されている。アーム５２０は、制御部の制御によって、各アーム要素の連結部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。
アーム５２０は、第１のアーム要素５２１、第２のアーム要素５２２、第３のアーム要素５２３、第４のアーム要素５２４および第５のアーム要素５２５を有しており、隣り合うアーム同士を回動自在に連結することにより構成されている。アーム５２０は、制御部の制御によって、各アーム要素の連結部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。
エンドエフェクター５３０は、対象物を把持する機能を有する。エンドエフェクター５３０は、第１の指５３１および第２の指５３２を有している。アーム５２０の駆動によりエンドエフェクター５３０が所定の動作位置まで到達した後、第１の指５３１および第２の指５３２の離間距離を調整することにより、対象物を把持することができる。
なお、エンドエフェクター５３０は、ここでは、ハンドであるが、本発明では、これに限定されるものではない。エンドエフェクターの他の例としては、例えば、部品検査用器具、部品搬送用器具、部品加工用器具、部品組立用器具、測定器等が挙げられる。これは、他の実施形態におけるエンドエフェクターについても同様である。
なお、エンドエフェクター５３０は、ここでは、ハンドであるが、本発明では、これに限定されるものではない。エンドエフェクターの他の例としては、例えば、部品検査用器具、部品搬送用器具、部品加工用器具、部品組立用器具、測定器等が挙げられる。これは、他の実施形態におけるエンドエフェクターについても同様である。
力検出装置１は、エンドエフェクター５３０に加えられる外力を検出する機能を有する。力検出装置１が検出する力を基台５１０の制御部にフィードバックすることにより、単腕ロボット５００は、より精密な作業を実行することができる。また、力検出装置１が検出する力によって、単腕ロボット５００は、エンドエフェクター５３０の障害物への接触等を検知することができる。そのため、従来の位置制御では困難だった障害物回避動作、対象物損傷回避動作等を容易に行うことができ、単腕ロボット５００は、より安全に作業を実行することができる。
なお、図示の構成では、アーム５２０は、合計５本のアーム要素によって構成されているが、本発明はこれに限られない。アーム５２０が、１本のアーム要素に構成されている場合、２〜４本のアーム要素によって構成されている場合、６本以上のアーム要素によって構成されている場合も本発明の範囲内である。
なお、図示の構成では、アーム５２０は、合計５本のアーム要素によって構成されているが、本発明はこれに限られない。アーム５２０が、１本のアーム要素に構成されている場合、２〜４本のアーム要素によって構成されている場合、６本以上のアーム要素によって構成されている場合も本発明の範囲内である。
＜複腕ロボットの実施形態＞
次に、図８に基づき、本発明に係るロボットの実施形態である複腕ロボットを説明する。以下、本実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図８は、本発明に係る力検出装置を用いた複腕ロボットの１例を示す図である。図８の複腕ロボット６００は、基台６１０と、第１のアーム６２０と、第２のアーム６３０と、第１のアーム６２０の先端側に設けられた第１のエンドエフェクター６４０ａと、第２のアーム６３０の先端側に設けられた第２のエンドエフェクター６４０ｂと、第１のアーム６２０と第１のエンドエフェクター６４０ａ間および第２のアーム６３０と第２のエンドエフェクター６４０ｂとの間に設けられた力検出装置１を有する。なお、力検出装置１としては、前述した各実施形態と同様のものを用いる。
次に、図８に基づき、本発明に係るロボットの実施形態である複腕ロボットを説明する。以下、本実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図８は、本発明に係る力検出装置を用いた複腕ロボットの１例を示す図である。図８の複腕ロボット６００は、基台６１０と、第１のアーム６２０と、第２のアーム６３０と、第１のアーム６２０の先端側に設けられた第１のエンドエフェクター６４０ａと、第２のアーム６３０の先端側に設けられた第２のエンドエフェクター６４０ｂと、第１のアーム６２０と第１のエンドエフェクター６４０ａ間および第２のアーム６３０と第２のエンドエフェクター６４０ｂとの間に設けられた力検出装置１を有する。なお、力検出装置１としては、前述した各実施形態と同様のものを用いる。
基台６１０は、第１のアーム６２０および第２のアーム６３０を回動させるための動力を発生させるアクチュエーター（図示せず）およびアクチュエーターを制御する制御部（図示せず）等を収納する機能を有する。また、基台６１０は、例えば、床、壁、天井、移動可能な台車上などに固定される。
第１のアーム６２０は、第１のアーム要素６２１および第２のアーム要素６２２を回動自在に連結することにより構成されている。第２のアーム６３０は、第１のアーム要素６３１および第２のアーム要素６３２を回動自在に連結することにより構成されている。第１のアーム６２０および第２のアーム６３０は、制御部の制御によって、各アーム要素の連結部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。
第１のアーム６２０は、第１のアーム要素６２１および第２のアーム要素６２２を回動自在に連結することにより構成されている。第２のアーム６３０は、第１のアーム要素６３１および第２のアーム要素６３２を回動自在に連結することにより構成されている。第１のアーム６２０および第２のアーム６３０は、制御部の制御によって、各アーム要素の連結部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。
第１、第２のエンドエフェクター６４０ａ、６４０ｂは、対象物を把持する機能を有する。第１のエンドエフェクター６４０ａは、第１の指６４１ａおよび第２の指６４２ａを有している。第２のエンドエフェクター６４０ｂは、第１の指６４１ｂおよび第２の指６４２ｂを有している。第１のアーム６２０の駆動により第１のエンドエフェクター６４０ａが所定の動作位置まで到達した後、第１の指６４１ａおよび第２の指６４２ａの離間距離を調整することにより、対象物を把持することができる。同様に、第２のアーム６３０の駆動により第２のエンドエフェクター６４０ｂが所定の動作位置まで到達した後、第１の指６４１ｂおよび第２の指６４２ｂの離間距離を調整することにより、対象物を把持することができる。
力検出装置１は第１、第２のエンドエフェクター６４０ａ、６４０ｂに加えられる外力を検出する機能を有する。力検出装置１が検出する力を基台６１０の制御部にフィードバックすることにより、複腕ロボット６００は、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１が検出する力によって、複腕ロボット６００は、第１、第２のエンドエフェクター６４０ａ、６４０ｂの障害物への接触等を検知することができる。そのため、従来の位置制御では困難だった障害物回避動作、対象物損傷回避動作等を容易に行うことができ、複腕ロボット６００は、より安全に作業を実行することができる。
なお、図示の構成では、アームは合計２本であるが、本発明はこれに限られない。複腕ロボット６００が３本以上のアームを有している場合も、本発明の範囲内である。
なお、図示の構成では、アームは合計２本であるが、本発明はこれに限られない。複腕ロボット６００が３本以上のアームを有している場合も、本発明の範囲内である。
＜電子部品検査装置および電子部品搬送装置の実施形態＞
次に、図９、図１０に基づき、本発明の実施形態である電子部品検査装置および電子部品搬送装置を説明する。以下、本実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図９は、本発明に係る力検出装置を用いた電子部品検査装置および部品搬送装置の１例を示す図である。図１０は、本発明に係る力検出装置を用いた電子部品搬送装置の１例を示す図である。
次に、図９、図１０に基づき、本発明の実施形態である電子部品検査装置および電子部品搬送装置を説明する。以下、本実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図９は、本発明に係る力検出装置を用いた電子部品検査装置および部品搬送装置の１例を示す図である。図１０は、本発明に係る力検出装置を用いた電子部品搬送装置の１例を示す図である。
図９の電子部品検査装置７００は、基台７１０と、基台７１０の側面に立設された支持台７２０とを有する。基台７１０の上面には、検査対象の電子部品７１１が載置されて搬送される上流側ステージ７１２ｕと、検査済みの電子部品７１１が載置されて搬送される下流側ステージ７１２ｄとが設けられている。また、上流側ステージ７１２ｕと下流側ステージ７１２ｄとの間には、電子部品７１１の姿勢を確認するための撮像装置７１３と、電気的特性を検査するために電子部品７１１がセットされる検査台７１４とが設けられている。なお、電子部品７１１の例として、半導体、半導体ウェハー、ＣＬＤやＯＬＥＤ等の表示デバイス、水晶デバイス、各種センサー、インクジェットヘッド、各種ＭＥＭＳデバイス等などが挙げられる。
また、支持台７２０には、基台７１０の上流側ステージ７１２ｕおよび下流側ステージ７１２ｄと平行な方向（Ｙ方向）に移動可能にＹステージ７３１が設けられており、Ｙステージ７３１からは、基台７１０に向かう方向（Ｘ方向）に腕部７３２が延設されている。また、腕部７３２の側面には、Ｘ方向に移動可能にＸステージ７３３が設けられている。また、Ｘステージ７３３には、撮像カメラ７３４と、上下方向（Ｚ方向）に移動可能なＺステージを内蔵した電子部品搬送装置７４０が設けられている。また、電子部品搬送装置７４０の先端側には、電子部品７１１を把持する把持部７４１が設けられている。また、電子部品搬送装置７４０の先端と、把持部７４１との間には、力検出装置１が設けられている。更に、基台７１０の前面側には、電子部品検査装置７００の全体の動作を制御する制御装置７５０が設けられている。なお、力検出装置１としては、前述した各実施形態と同様のものを用いる。
電子部品検査装置７００は、以下のようにして電子部品７１１の検査を行う。最初に、検査対象の電子部品７１１は、上流側ステージ７１２ｕに載せられて、検査台７１４の近くまで移動する。次に、Ｙステージ７３１およびＸステージ７３３を動かして、上流側ステージ７１２ｕに載置された電子部品７１１の真上の位置まで電子部品搬送装置７４０を移動させる。このとき、撮像カメラ７３４を用いて電子部品７１１の位置を確認することができる。そして、電子部品搬送装置７４０内に内蔵されたＺステージを用いて電子部品搬送装置７４０を降下させ、把持部７４１で電子部品７１１を把持すると、そのまま電子部品搬送装置７４０を撮像装置７１３の上に移動させて、撮像装置７１３を用いて電子部品７１１の姿勢を確認する。次に、電子部品搬送装置７４０に内蔵されている微調整機構を用いて電子部品７１１の姿勢を調整する。そして、電子部品搬送装置７４０を検査台７１４の上まで移動させた後、電子部品搬送装置７４０に内蔵されたＺステージを動かして電子部品７１１を検査台７１４の上にセットする。電子部品搬送装置７４０内の微調整機構を用いて電子部品７１１の姿勢が調整されているので、検査台７１４の正しい位置に電子部品７１１をセットすることができる。次に、検査台７１４を用いて電子部品７１１の電気的特性検査が終了した後、今度は検査台７１４から電子部品７１１を取り上げ、Ｙステージ７３１およびＸステージ７３３を動かして、下流側ステージ７１２ｄ上まで電子部品搬送装置７４０を移動させ、下流側ステージ７１２ｄに電子部品７１１を置く。最後に、下流側ステージ７１２ｄを動かして、検査が終了した電子部品７１１を所定位置まで搬送する。
図１０は、力検出装置１を含む電子部品搬送装置７４０を示す図である。電子部品搬送装置７４０は、把持部７４１と、把持部７４１に接続された６軸の力検出装置１と、６軸の力検出装置１を介して把持部７４１に接続された回転軸７４２と、回転軸７４２に回転可能に取り付けられた微調整プレート７４３を有する。また、微調整プレート７４３は、ガイド機構（図示せず）によってガイドされながら、Ｘ方向およびＹ方向に移動可能である。
また、回転軸７４２の端面に向けて、回転方向用の圧電モーター７４４θが搭載されており、圧電モーター７４４θの駆動凸部（図示せず）が回転軸７４２の端面に押しつけられている。このため、圧電モーター７４４θを動作させることによって、回転軸７４２（および把持部７４１）をθ方向に任意の角度だけ回転させることが可能である。また、微調整プレート７４３に向けて、Ｘ方向用の圧電モーター７４４ｘと、Ｙ方向用の圧電モーター７４４ｙとが設けられており、それぞれの駆動凸部（図示せず）が微調整プレート７４３の表面に押しつけられている。このため、圧電モーター７４４ｘを動作させることによって、微調整プレート７４３（および把持部７４１）をＸ方向に任意の距離だけ移動させることができ、同様に、圧電モーター７４４ｙを動作させることによって、微調整プレート７４３（および把持部７４１）をＹ方向に任意の距離だけ移動させることが可能である。
また、力検出装置１は、把持部７４１に加えられる外力を検出する機能を有する。力検出装置１が検出する力を制御装置７５０にフィードバックすることにより、電子部品搬送装置７４０および電子部品検査装置７００は、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１が検出する力によって、把持部７４１の障害物への接触等を検知することができる。そのため、従来の位置制御では困難だった障害物回避動作、対象物損傷回避動作等を容易に行うことができ、電子部品搬送装置７４０および電子部品検査装置７００は、より安全な作業を実行可能である。
＜部品加工装置の実施形態＞
次に、図１１に基づき、本発明に係る部品加工装置の実施形態を説明する。以下、本実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図１１は、本発明に係る力検出装置を用いた部品加工装置の１例を示す図である。図１１の部品加工装置８００は、基台８１０と、基台８１０の上面に起立形成された支柱８２０と、支柱８２０の側面に設けられた送り機構８３０と、送り機構８３０に昇降可能に取り付けられた工具変位部８４０と、工具変位部８４０に接続された力検出装置１と、力検出装置１を介して工具変位部８４０に装着された工具８５０を有する。なお、力検出装置１としては、前述した各実施形態と同様のものを用いる。
次に、図１１に基づき、本発明に係る部品加工装置の実施形態を説明する。以下、本実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図１１は、本発明に係る力検出装置を用いた部品加工装置の１例を示す図である。図１１の部品加工装置８００は、基台８１０と、基台８１０の上面に起立形成された支柱８２０と、支柱８２０の側面に設けられた送り機構８３０と、送り機構８３０に昇降可能に取り付けられた工具変位部８４０と、工具変位部８４０に接続された力検出装置１と、力検出装置１を介して工具変位部８４０に装着された工具８５０を有する。なお、力検出装置１としては、前述した各実施形態と同様のものを用いる。
基台８１０は、被加工部品８６０を載置し、固定するための台である。支柱８２０は、送り機構８３０を固定するための柱である。送り機構８３０は、工具変位部８４０を昇降させる機能を有する。送り機構８３０は、送り用モーター８３１と、送り用モーター８３１からの出力に基づいて工具変位部８４０を昇降させるガイド８３２を有する。工具変位部８４０は、工具８５０に回転、振動等の変位を与える機能を有する。工具変位部８４０は、変位用モーター８４１と、変位用モーター８４１に連結された主軸（図示せず）の先端に設けられた工具取付け部８４３と、工具変位部８４０に取り付けられ主軸を保持する保持部８４２とを有する。工具８５０は、工具変位部８４０の工具取付け部８４３に、力検出装置１を介して取り付けられ、工具変位部８４０から与えられる変位に応じて被加工部品８６０を加工するために用いられる。工具８５０は、特に限定されないが、例えば、レンチ、プラスドライバー、マイナスドライバー、カッター、丸のこ、ニッパー、錐、ドリル、フライス等である。
力検出装置１は、工具８５０に加えられる外力を検出する機能を有する。力検出装置１が検出する外力を送り用モーター８３１や変位用モーター８４１にフィードバックすることにより、部品加工装置８００は、より精密に部品加工作業を実行することができる。また、力検出装置１が検出する外力によって、工具８５０の障害物への接触等を検知することができる。そのため、工具８５０に障害物等が接触した場合に緊急停止することができ、部品加工装置８００は、より安全な部品加工作業を実行可能である。
＜移動体の実施形態＞
次に、図１２に基づき、本発明に係る移動体の実施形態を説明する。以下、本実施形態について、前述した第２実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図１２は、本発明に係る力検出装置を用いた移動体の１例を示す図である。図１２の移動体９００は、与えられた動力により移動することができる。移動体９００は、特に限定されないが、例えば、自動車、バイク、飛行機、船、電車等の乗り物、２足歩行ロボット、車輪移動ロボット等のロボット等である。
次に、図１２に基づき、本発明に係る移動体の実施形態を説明する。以下、本実施形態について、前述した第２実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図１２は、本発明に係る力検出装置を用いた移動体の１例を示す図である。図１２の移動体９００は、与えられた動力により移動することができる。移動体９００は、特に限定されないが、例えば、自動車、バイク、飛行機、船、電車等の乗り物、２足歩行ロボット、車輪移動ロボット等のロボット等である。
移動体９００は、本体９１０（例えば、乗り物の筐体、ロボットのメインボデー等）と、本体９１０を移動させるための動力を供給する動力部９２０と、本体９１０の移動により発生する外力を検出する本発明の力検出装置１と、制御部９３０を有する。なお、力検出装置１としては、前述した各実施形態と同様のものを用いる。
動力部９２０から供給された動力によって本体９１０が移動すると、移動に伴い振動や加速度等が生じる。力検出装置１は、移動に伴い生じた振動や加速度等による外力を検出する。力検出装置１によって検出された外力は、制御部９３０に伝達される。制御部９３０は、力検出装置１から伝達された外力に応じて動力部９２０等を制御することにより、姿勢制御、振動制御および加速制御等の制御を実行することができる。
動力部９２０から供給された動力によって本体９１０が移動すると、移動に伴い振動や加速度等が生じる。力検出装置１は、移動に伴い生じた振動や加速度等による外力を検出する。力検出装置１によって検出された外力は、制御部９３０に伝達される。制御部９３０は、力検出装置１から伝達された外力に応じて動力部９２０等を制御することにより、姿勢制御、振動制御および加速制御等の制御を実行することができる。
本発明に係わる力検出装置１では、最大検出荷重は２５０Ｎ、最大検出モーメントは１８Ｎｍ、最小検出モーメントは０．０００１６Ｎｍ、破壊荷重は１０００Ｎ以上、ヒステリシス特性は２％以下である高性能を有する。
以上、本発明の力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置、部品加工装置および温度補償方法を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置、部品加工装置および温度補償方法を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。
以上、本発明の力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置、部品加工装置および温度補償方法を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置、部品加工装置および温度補償方法を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。
また、本発明の力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置、部品加工装置および温度補償方法は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
また、本発明では、パッケージ、すなわち、基部および蓋体が省略されていてもよい。
また、本発明では、与圧ボルトに替えて、例えば、素子に与圧を加える機能を有してないものを用いてもよく、また、ボルト以外の固定方法を採用してもよい。
また、本発明では、パッケージ、すなわち、基部および蓋体が省略されていてもよい。
また、本発明では、与圧ボルトに替えて、例えば、素子に与圧を加える機能を有してないものを用いてもよく、また、ボルト以外の固定方法を採用してもよい。
また、本発明のロボットは、アームを有していれば、アーム型ロボット（ロボットアーム）に限定されず、他の形式のロボット、例えば、スカラーロボット、脚式歩行（走行）ロボット等であってもよい。
また、本発明の力検出装置は、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置、部品加工装置および移動体に限らず、他の装置、例えば、他の搬送装置、他の検査装置、振動計、加速度計、重力計、動力計、地震計、傾斜計等の測定装置、入力装置等にも適用することができる。
また、本発明の力検出装置は、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置、部品加工装置および移動体に限らず、他の装置、例えば、他の搬送装置、他の検査装置、振動計、加速度計、重力計、動力計、地震計、傾斜計等の測定装置、入力装置等にも適用することができる。
また、力検出装置での第１のセンサーデバイスの設置数は、前記実施形態では４つであったが、これに限定されず、例えば、１つ、２つ、３つまたは５つ以上であってもよい。
また、第２のセンサーデバイスは、前記実施形態では第２基部に接して且つ第１基部から離間しているが、これに限定されず、第１基部に接して且つ第２基部から離間していてもよい。
また、第２のセンサーデバイスは、前記実施形態では第２基部に接して且つ第１基部から離間しているが、これに限定されず、第１基部に接して且つ第２基部から離間していてもよい。
１…力検出装置 ２…第１基部 ２１…上面 ２２…凸部 ２２１…頂面 ２８…スペーサー ３…第２基部 ３１…下面 ３１１…凹部 ３２…取付面 ３４…スペーサー ４…アナログ回路基板 ４０…外力検出回路 ４０１…ＡＤコンバーター ４０２…演算部 ４１…孔 ５…デジタル回路基板 ６…センサーデバイス ６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ…第１センサーデバイス ６Ｅ…第２センサーデバイス ６０…パッケージ ６１…基部 ６１１…凹部 ６２…蓋体 ６２５…中央部 ６２６…外周部 ７１…与圧ボルト ９０ａ、９０ｂ、９０ｃ…変換出力回路 ９１…オペアンプ ９２…コンデンサー ９３…スイッチング素子 １０…電荷出力素子 １１…グランド電極層 １２…第１のセンサー １２１…第１の圧電体層 １２２…出力電極層 １２３…第２の圧電体層 １３…第２のセンサー １３１…第３の圧電体層 １３２…出力電極層 １３３…第４の圧電体層 １４…第３のセンサー １４１…第５の圧電体層 １４２…出力電極層 １４３…第６の圧電体層 ５００…単腕ロボット ５１０…基台 ５２０…アーム ５２１…第１のアーム要素 ５２２…第２のアーム要素 ５２３…第３のアーム要素 ５２４…第４のアーム要素 ５２５…第５のアーム要素 ５３０…エンドエフェクター ５３１…第１の指 ５３２…第２の指 ６００…複腕ロボット ６１０…基台 ６２０…第１のアーム ６２１…第１のアーム要素 ６２２…第２のアーム要素 ６３０…第２のアーム ６３１…第１のアーム要素 ６３２…第２のアーム要素 ６４０ａ…第１のエンドエフェクター ６４１ａ…第１の指 ６４２ａ…第２の指 ６４０ｂ…第２のエンドエフェクター ６４１ｂ…第１の指 ６４２ｂ…第２の指 ７００…電子部品検査装置 ７１０…基台 ７１１…電子部品 ７１２ｕ…上流側ステージ ７１２ｄ…下流側ステージ ７１３…撮像装置 ７１４…検査台 ７２０…支持台 ７３１…Ｙステージ ７３２…腕部 ７３３…Ｘステージ ７３４…撮像カメラ ７４０…電子部品搬送装置 ７４１…把持部 ７４２…回転軸 ７４３…微調整プレート ７４４ｘ、７４４ｙ、７４４θ…圧電モーター ７５０…制御装置 ８００…部品加工装置 ８１０…基台 ８２０…支柱 ８３０…送り機構 ８３１…送り用モーター ８３２…ガイド ８４０…工具変位部 ８４１…変位用モーター ８４２…保持部 ８４３…工具取付け部 ８５０…工具 ８６０…被加工部品 ９００…移動体 ９１０…本体 ９２０…動力部 ９３０…制御部 ＬＤ…積層方向 ＳＤ…挟持方向 Ｑｘ、Ｑｙ、Ｑｚ、Ｑｘ１、Ｑｙ１、Ｑｚ１、Ｑｘ２、Ｑｙ２、Ｑｚ２、Ｑｘ３、Ｑｙ３、Ｑｚ３、Ｑｘ４、Ｑｙ４、Ｑｚ４、Ｑｘ５、Ｑｙ５、Ｑｚ５…電荷 Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚ、Ｖｘ１、Ｖｙ１、Ｖｚ１、Ｖｘ２、Ｖｙ２、Ｖｚ２、Ｖｘ３、Ｖｙ３、Ｖｚ３、Ｖｘ４、Ｖｙ４、Ｖｚ４、Ｖｘ５、Ｖｙ５、Ｖｚ５…電圧
Claims (16)
- 第１基部と、第２基部と、前記第１基部と前記第２基部とによって挟持される第１センサ素子と、前記第１基部および前記第２基部のうちの一方の基部に接して且つ他方の基部から離間した第２センサ素子と、を備え、前記第１基部と前記第２基部とに加わる外力を検出する力検出装置であって、
前記第１センサ素子と前記第２センサ素子とは、複数の水晶板が互いに同じ構成と積層方向に積層され、
前記第１センサ素子は、前記積層方向に対する前記一方の基部との角度を前記第２センサ素子と同じ角度で接することを特徴とする力検出装置。 - 前記第１センサ素子は、前記一方の基部において前記第２センサ素子を囲むように複数配置されている請求項１に記載の力検出装置。
- 前記第１センサ素子は、４つ以上設置されている請求項１または２に記載の力検出装置。
- 前記外力は、前記第１センサ素子で出力される出力値と、前記第２センサ素子で出力される出力値とに基づいて求められる請求項１ないし３のいずれか１項に記載の力検出装置。
- 前記外力は、前記第２センサ素子で出力された出力値に係数を乗じた値を、前記第１センサ素子で出力された出力値から減じた値である請求項４に記載の力検出装置。
- 前記第１基部は、ベースプレートであり、前記第２基部は、カバープレートであり、
前記第２センサ素子は、前記カバープレートに接し、前記ベースプレートから離間している請求項１ないし５のいずれか１項に記載の力検出装置。 - 前記第１センサ素子と前記第２センサ素子とは、Ｘカット水晶板で構成された第３基板を有する請求項１ないし６のいずれか１項に記載の力検出装置。
- 第１基部と、
第２基部と、
前記第１基部と前記第２基部とによって挟持方向に挟持されたセンサー素子と、
記第１基部および前記第２基部のうちの一方の基部に接して且つ他方の基部から離間して設置された補償用素子と、
を備える力検出装置であって、
前記センサー素子は、圧電体層を有し、外力の変動に伴う圧電効果により第１の出力を出力し、
前記補償用素子は、第２の圧電体層を有し、温度の変動に伴う圧電効果により第２の出力を出力し、
前記第１の出力と前記第２の出力とに基づいて前記第１基部と前記第２基部とに加わる外力を検出することを特徴とする力検出装置。 - 前記センサー素子は、前記補償用素子を囲むように複数配置されている請求項８に記載の力検出装置。
- 前記一方の基部は、前記センサー素子が挟持されている外周領域より、中心側に凹部を有し、
前記補償用素子は、前記凹部の底面に接触して配置されている請求項８または９に記載の力検出装置。 - 前記センサー素子は、４つ以上設置されている請求項８ないし１０のいずれかに記載の力検出装置。
- アームと、
前記アームに設けられたエンドエフェクターと、
前記アームと前記エンドエフェクターの間に設けられ、前記エンドエフェクターに加えられる外力を検出する力検出装置とを備え、
前記力検出装置は、第１基部と、第２基部と、前記第１基部と前記第２基部とによって挟持される第１センサ素子と、前記第１基部および前記第２基部のうちの一方の基部に接して且つ他方の基部から離間した第２センサ素子と、を備え、前記第１基部と前記第２基部とに加わる外力を検出する力検出装置であって、
前記第１センサ素子と前記第２センサ素子とは、複数の水晶板が互いに同じ構成と積層方向に積層され、
前記第１センサ素子は、前記積層方向に対する前記第１基部および前記第２基部のうちの一方の基部との角度を前記第２センサ素子と同じ角度で接することを特徴とするロボット。 - 電子部品を把持する把持部と、
前記把持部に加えられる外力を検出する力検出装置とを備え、
前記力検出装置は、第１基部と、第２基部と、前記第１基部と前記第２基部とによって挟持される第１センサ素子と、前記第１基部および前記第２基部のうちの一方の基部に接して且つ他方の基部から離間した第２センサ素子と、を備え、前記第１基部と前記第２基部とに加わる外力を検出する力検出装置であって、
前記第１センサ素子と前記第２センサ素子とは、複数の水晶板が互いに同じ構成と積層方向に積層され、
前記第１センサ素子は、前記積層方向に対する前記第１基部および前記第２基部のうちの一方の基部との角度を前記第２センサ素子と同じ角度で接することを特徴とする電子部品搬送装置。 - 電子部品を把持する把持部と、
前記電子部品を検査する検査部と、
前記把持部に加えられる外力を検出する力検出装置とを備え、
前記力検出装置は、第１基部と、第２基部と、前記第１基部と前記第２基部とによって挟持される第１センサ素子と、前記第１基部および前記第２基部のうちの一方の基部に接して且つ他方の基部から離間した第２センサ素子と、を備え、前記第１基部と前記第２基部とに加わる外力を検出する力検出装置であって、
前記第１センサ素子と前記第２センサ素子とは、複数の水晶板が互いに同じ構成と積層方向に積層され、
前記第１センサ素子は、前記積層方向に対する前記第１基部および前記第２基部のうちの一方の基部との角度を前記第２センサ素子と同じ角度で接することを特徴とする電子部品検査装置。 - 工具を装着し、前記工具を変位させる工具変位部と、
前記工具に加えられる外力を検出する力検出装置とを備え、
前記力検出装置は、第１基部と、第２基部と、前記第１基部と前記第２基部とによって挟持される第１センサ素子と、前記第１基部および前記第２基部のうちの一方の基部に接して且つ他方の基部から離間した第２センサ素子と、を備え、前記第１基部と前記第２基部とに加わる外力を検出する力検出装置であって、
前記第１センサ素子と前記第２センサ素子とは、複数の水晶板が互いに同じ構成と積層方向に積層され、
前記第１センサ素子は、前記積層方向に対する前記第１基部および前記第２基部のうちの一方の基部との角度を前記第２センサ素子と同じ角度で接することを特徴とする部品加工装置。 - 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の力検出装置を用いて前記外力を検出し、前記外力は、温度変化による影響を受けていないか、または、無視することができることを補償することを特徴とする温度補償方法。
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| JP2013226539A JP2015087291A (ja) | 2013-10-31 | 2013-10-31 | 力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置、部品加工装置および温度補償方法 |
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| JP2013226539A JP2015087291A (ja) | 2013-10-31 | 2013-10-31 | 力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置、部品加工装置および温度補償方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019215273A (ja) * | 2018-06-13 | 2019-12-19 | 株式会社Ｓｏｋｅｎ | 荷重センサ |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007078570A (ja) * | 2005-09-15 | 2007-03-29 | Fanuc Ltd | 力センサ |
| US20070283769A1 (en) * | 2004-10-07 | 2007-12-13 | Josef Glaser | Sensor Element Having at least One Measurement Element with Piezoelectric and Pyroelectric Properties |
| JP2012220462A (ja) * | 2011-04-14 | 2012-11-12 | Seiko Epson Corp | センサーデバイス、力検出装置およびロボット |
-
2013
- 2013-10-31 JP JP2013226539A patent/JP2015087291A/ja not_active Withdrawn
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070283769A1 (en) * | 2004-10-07 | 2007-12-13 | Josef Glaser | Sensor Element Having at least One Measurement Element with Piezoelectric and Pyroelectric Properties |
| JP2008516202A (ja) * | 2004-10-07 | 2008-05-15 | ピエツォクリスト・アドヴァンスト・ゼンゾリクス・ゲー・エム・ベー・ハー | 圧電特性とパイロ電気特性とを有する少なくとも１つの測定素子を有するセンサ素子 |
| JP2007078570A (ja) * | 2005-09-15 | 2007-03-29 | Fanuc Ltd | 力センサ |
| JP2012220462A (ja) * | 2011-04-14 | 2012-11-12 | Seiko Epson Corp | センサーデバイス、力検出装置およびロボット |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019215273A (ja) * | 2018-06-13 | 2019-12-19 | 株式会社Ｓｏｋｅｎ | 荷重センサ |
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