JP2015087333A - Sensor element, force detection device, robot, electronic component conveyance device, electronic component inspection device and component processing device - Google Patents

Sensor element, force detection device, robot, electronic component conveyance device, electronic component inspection device and component processing device Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor element capable of suppressing or preventing trouble caused by a temperature change, a force detection device, a robot, an electronic component conveyance device, an electronic component inspection device and a component processing device.SOLUTION: A sensor element 10 includes a laminate 110 including: first and second piezoelectric layers 121 and 123; third and fourth piezoelectric layers which are disposed in such a manner that a crystal axis (z) and a crystal axis (x) of the first and second piezoelectric layers 121 and 123 are orthogonal; fifth and sixth piezoelectric layers which are disposed in such a manner that a crystal axis (x) and a crystal axis (x) of the third and fourth piezoelectric layers are orthogonal; and a plurality of electrode layers including internal electrode layers provided between the piezoelectric layers. The sensor element 10 also includes a plurality of side surface terminals including side surface terminals 120-150 which are provided on side surfaces 110a-110d of the laminate 110 and connected to the electrode layers. A plurality of side surface terminals are provided on the side surfaces 110b and 110d with the crystal axis (z) of the first and second piezoelectric layers 121 and 123 as a normal.

Description

本発明は、センサー素子、力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置および部品加工装置に関する。   The present invention relates to a sensor element, a force detection device, a robot, an electronic component transport device, an electronic component inspection device, and a component processing device.

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は、1軸または複数軸方向に対して駆動可能なアームと、アームの先端に取り付けられるハンドと、部品検査用器具、部品搬送用器具、部品加工用工具等のエンドエフェクターとを備えており、部品の組み付け作業、部品加工作業、部品検査作業等の部品製造作業、および部品搬送作業等の様々な作業を実行することができる。   In recent years, industrial robots have been introduced into production facilities such as factories for the purpose of improving production efficiency. Such an industrial robot includes an arm that can be driven in the direction of one axis or a plurality of axes, a hand attached to the tip of the arm, an end effector such as a component inspection instrument, a component transport instrument, and a component processing tool. It is possible to perform various operations such as component assembly operations, component processing operations, component inspection operations such as component inspection operations, and component transfer operations.

このような産業用ロボットにおいては、アームとエンドエフェクターとの間に、力検出装置が設けられている。この力検出装置は、加えられた外力に応じて電荷を出力する圧電素子(電荷出力素子)と、前記圧電素子から出力された電荷を電圧に変換する変換回路(コンバーター)を備えており、圧電素子に加えられた外力を検出できる。産業用ロボットは、このような力検出装置を用いて、部品製造作業時または部品搬送作業時に発生する外力を検出し、検出結果に基づき、アームおよびエンドエフェクターを制御している。その結果、産業用ロボットは、部品製造作業または部品搬送作業等を正確に実行することができる。
このような力検出装置として、圧電素子として水晶を用いた水晶式圧電センサーが広く用いられている(例えば、特許文献1参照)。この特許文献1に記載の水晶式圧電センサーは、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ことから、産業用ロボットに広く用いられている。
In such an industrial robot, a force detection device is provided between the arm and the end effector. This force detection device includes a piezoelectric element (charge output element) that outputs electric charge according to an applied external force, and a conversion circuit (converter) that converts electric charge output from the piezoelectric element into a voltage. An external force applied to the element can be detected. An industrial robot uses such a force detection device to detect an external force generated during a component manufacturing operation or a component transfer operation, and controls the arm and the end effector based on the detection result. As a result, the industrial robot can accurately execute the parts manufacturing work or the parts transporting work.
As such a force detection device, a crystal-type piezoelectric sensor using a crystal as a piezoelectric element is widely used (for example, see Patent Document 1). The crystal-type piezoelectric sensor described in Patent Document 1 is widely used in industrial robots because it has excellent characteristics such as a wide dynamic range, high rigidity, high natural frequency, and high load resistance.

特開2013−101020号公報JP 2013-101020 A

しかしながら、このような水晶式圧電素子においては、水晶から出力される電荷が微弱であるため、温度変化に起因する出力ドリフトの影響を無視できない。特に、前記外力が加わっていない場合でも、温度変化による熱膨張または熱収縮で水晶に応力が生じるおそれがある。この応力によって、水晶式圧電素子では、前記外力が加わっていない場合でも、電荷が検出されるおそれがある。   However, in such a crystal type piezoelectric element, since the electric charge output from the crystal is weak, the influence of output drift due to temperature change cannot be ignored. In particular, even when the external force is not applied, there is a possibility that stress is generated in the crystal due to thermal expansion or contraction due to temperature change. Due to this stress, there is a possibility that charges are detected in the quartz piezoelectric element even when the external force is not applied.

このように、従来の水晶式圧電素子では、温度変化の影響により検出精度が低下するという不具合が生じる可能性がある。
本発明の目的は、温度変化による不具合を抑制または防止することができるセンサー素子、力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置および部品加工装置を提供することにある。
As described above, the conventional crystal piezoelectric element may have a problem that the detection accuracy is lowered due to the influence of the temperature change.
An object of the present invention is to provide a sensor element, a force detection device, a robot, an electronic component transport device, an electronic component inspection device, and a component processing device that can suppress or prevent problems due to temperature changes.

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)
本発明のセンサー素子は、Xカット板と、
前記Xカット板の結晶軸zと第1のYカット板の結晶軸xとが直交するように配置された前記第1のYカット板と、
前記第1のYカット板の前記結晶軸xと第2のYカット板の結晶軸xとが直交するように配置された前記第2のYカット板と、
前記カット板の間に設けられた内部電極層を含む複数の電極層とを備える積層体であって、前記積層体の厚さ方向に沿った側面を備える積層体と、
前記積層体の側面に設けられ、各前記内部電極層に接続された側面端子を含む複数の側面端子とを有し、
前記複数の側面端子を、前記Xカット板の前記結晶軸zを法線とする前記側面に設けたことを特徴とする。
これにより、各側面端子が熱変形(熱膨張または熱収縮)した場合でも、Xカット板の圧電効果に影響を与えることがなく、外力として不要な検出を行うのを防止または抑制すること、すなわち、検出精度をより高めることができる。
Such an object is achieved by the following application examples according to the present invention.
(Application example 1)
The sensor element of the present invention includes an X-cut plate,
The first Y-cut plate disposed so that the crystal axis z of the X-cut plate and the crystal axis x of the first Y-cut plate are orthogonal to each other;
The second Y-cut plate disposed so that the crystal axis x of the first Y-cut plate and the crystal axis x of the second Y-cut plate are orthogonal to each other;
A laminate including a plurality of electrode layers including an internal electrode layer provided between the cut plates, and a laminate including a side surface along a thickness direction of the laminate;
A plurality of side terminals including side terminals provided on the side surfaces of the laminate and connected to the internal electrode layers;
The plurality of side surface terminals are provided on the side surface having the crystal axis z of the X-cut plate as a normal line.
This prevents or suppresses unnecessary detection as an external force without affecting the piezoelectric effect of the X-cut plate even when each side terminal is thermally deformed (thermal expansion or contraction). , The detection accuracy can be further increased.

(適用例2)
本発明のセンサー素子では、各前記側面端子は、前記積層体の厚さ方向の複数の内部電極を接続しているのが好ましい。
これにより、複数の内部電極と電気的な接続が一括して可能となる。
(適用例3)
本発明のセンサー素子では、前記積層体の前記側面は、2対の対向する対向面を備え、
一方の前記対向面に設けられた側面端子の数と、他方の前記対向面に設けられた側面端子の数とが等しいのが好ましい。
これにより、センサー素子の側面端子の配設方向における機械的強度のバラつきを低減することができる。その結果、各側面端子が熱変形しても、積層体に捻じり等が生ずるのを効果的に防止または低減することができる。
(Application example 2)
In the sensor element of the present invention, it is preferable that each of the side terminals is connected to a plurality of internal electrodes in the thickness direction of the laminate.
As a result, a plurality of internal electrodes can be electrically connected together.
(Application example 3)
In the sensor element of the present invention, the side surface of the laminate includes two pairs of opposed surfaces,
It is preferable that the number of side terminals provided on one of the opposing surfaces is equal to the number of side terminals provided on the other opposing surface.
Thereby, the dispersion | variation in the mechanical strength in the arrangement | positioning direction of the side surface terminal of a sensor element can be reduced. As a result, even if each side terminal is thermally deformed, it is possible to effectively prevent or reduce the occurrence of twisting or the like in the laminate.

(適用例4)
本発明のセンサー素子では、前記複数の側面端子は、前記Xカット板で生じた電荷を出力する第1の側面端子と、前記第1のYカット板で生じた電荷を出力する第2の側面端子と、前記第2のYカット板で生じた電荷を出力する第3の側面端子と、前記積層体を接地する第4の側面端子とで構成され、2対の対向面のうちの1対の対向面において、2つ側面端子が一方の対向面に設けられ、2つの側面端子が他方の対向面に設けられているのが好ましい。
これにより、センサー素子の側面端子の配設方向における機械的強度のバラつきをより確実に低減することができる。
(Application example 4)
In the sensor element according to the aspect of the invention, the plurality of side surface terminals may include a first side surface terminal that outputs charges generated by the X-cut plate, and a second side surface that outputs charges generated by the first Y-cut plate. A pair of terminals, a third side terminal for outputting charges generated by the second Y-cut plate, and a fourth side terminal for grounding the stacked body. Preferably, two side terminals are provided on one opposing surface and two side terminals are provided on the other opposing surface.
Thereby, the dispersion | variation in the mechanical strength in the arrangement | positioning direction of the side surface terminal of a sensor element can be reduced more reliably.

(適用例5)
本発明のセンサー素子では、前記Xカット板は、前記第1のYカット板と前記第2のYカット板との間に設けられているのが好ましい。
これにより、厚さ方向に沿って加えられた(受けた)外力(圧縮/引張力)をより高感度で検出することができる。
(Application example 5)
In the sensor element of the present invention, it is preferable that the X-cut plate is provided between the first Y-cut plate and the second Y-cut plate.
Thereby, the external force (compression / tensile force) applied (received) along the thickness direction can be detected with higher sensitivity.

(適用例6)
本発明のセンサー素子では、前記積層体は、前記Xカット板、前記第1のYカット板および前記第2のYカット板を、それぞれ複数枚含むのが好ましい。
これにより、出力される電荷をより多くすることで、センサー素子の検出精度の向上を図ることができる。
(Application example 6)
In the sensor element according to the aspect of the invention, it is preferable that the laminate includes a plurality of the X-cut plate, the first Y-cut plate, and the second Y-cut plate.
Thereby, the detection accuracy of the sensor element can be improved by increasing the output charge.

(適用例7)
本発明のセンサー素子は、Xカット板と、前記Xカット板の結晶軸yと結晶軸zが直交するように配置された第1のYカット板と、前記第1のYカット板の前記結晶軸zと結晶軸zが直交するように配置された第2のYカット板と、前記カット板同士の間に設けられた内部電極層を含む複数の電極層とを備える積層体であって、その厚さ方向に沿った側面を備える積層体と、
前記積層体の側面に設けられ、各前記電極層に接続された側面端子を含む複数の側面端子とを有し、
前記複数の側面端子を、前記Xカット板の前記結晶軸yを法線とする面以外の領域に設けたことを特徴とする。
これにより、各側面端子が熱変形(熱膨張または熱収縮)した場合でも、Xカット板の圧電効果に影響を与えることがなく、外力として不要な検出を行うのを防止または抑制すること、すなわち、検出精度をより高めることができる。
(Application example 7)
The sensor element of the present invention includes an X-cut plate, a first Y-cut plate arranged so that a crystal axis y and a crystal axis z of the X-cut plate are orthogonal, and the crystal of the first Y-cut plate. A laminate comprising a second Y-cut plate disposed so that the axis z and the crystal axis z are orthogonal to each other, and a plurality of electrode layers including an internal electrode layer provided between the cut plates, A laminate comprising side surfaces along the thickness direction;
A plurality of side terminals including side terminals provided on the side surfaces of the laminate and connected to the electrode layers;
The plurality of side terminals are provided in a region other than a surface having the crystal axis y of the X-cut plate as a normal line.
This prevents or suppresses unnecessary detection as an external force without affecting the piezoelectric effect of the X-cut plate even when each side terminal is thermally deformed (thermal expansion or contraction). , The detection accuracy can be further increased.

(適用例8)
本発明のセンサー素子は、互いに直交する3軸をA軸、B軸およびC軸としたとき、
前記A軸方向に沿った外力に応じて電荷を出力するXカット板と、前記B軸方向に沿った外力に応じて電荷を出力する第1のYカット板と、前記1のYカット板に対して、その厚さ方向の軸回りに90°回転した状態で配置され、前記C軸方向に沿った外力に応じて電荷を出力する第2のYカット板と、前記カット板同士の間に設けられた内部電極層を含む複数の電極層とを備える積層体であって、前記積層体の厚さ方向に沿った側面を備える積層体と、
前記積層体の側面に設けられ、各前記内部電極層に接続された側面端子を含む複数の側面端子とを有し、
前記複数の側面端子のうちの前記Xカット板に接触する前記側面端子を、その熱変形により前記Xカット板の前記C軸方向に沿って加えられる外力より前記B軸方向に沿って加えられる外力が小さくなるような領域に設けたことを特徴とする。
これにより、各側面端子が熱変形(熱膨張または熱収縮)した場合でも、Xカット板の圧電効果に影響を与えることがなく、外力として不要な検出を行うのを防止または抑制すること、すなわち、検出精度をより高めることができる。
(Application example 8)
The sensor element of the present invention has three axes orthogonal to each other as an A axis, a B axis, and a C axis.
An X-cut plate that outputs charges according to an external force along the A-axis direction, a first Y-cut plate that outputs charges according to an external force along the B-axis direction, and the first Y-cut plate On the other hand, the second Y-cut plate, which is arranged in a state rotated by 90 ° around the axis in the thickness direction, and outputs electric charges according to the external force along the C-axis direction, and the cut plates A laminate comprising a plurality of electrode layers including the provided internal electrode layer, the laminate comprising side surfaces along the thickness direction of the laminate, and
A plurality of side terminals including side terminals provided on the side surfaces of the laminate and connected to the internal electrode layers;
The external force applied along the B-axis direction from the external force applied along the C-axis direction of the X-cut plate due to thermal deformation of the side terminal that contacts the X-cut plate among the plurality of side terminals. It is characterized in that it is provided in a region where becomes small.
This prevents or suppresses unnecessary detection as an external force without affecting the piezoelectric effect of the X-cut plate even when each side terminal is thermally deformed (thermal expansion or contraction). , The detection accuracy can be further increased.

(適用例9)
本発明の力検出装置は、Xカット板と、前記Xカット板の結晶軸zと結晶軸xが直交するように配置された第1のYカット板と、前記第1のYカット板の前記結晶軸xと結晶軸xが直交するように配置された第2のYカット板と、前記カット板同士の間に設けられた内部電極層を含む複数の電極層とを備える積層体であって、前記積層体の厚さ方向に沿った側面を備える積層体と、
前記積層体の側面に設けられ、各前記内部電極層に接続された側面端子を含む複数の側面端子とを有し、
前記複数の側面端子を、前記Xカット板の前記結晶軸zを法線とする前記側面に設けたことを特徴とするセンサー素子と、
前記センサー素子から出力された電圧に基づいて、前記外力を検出する外力検出回路とを備えていることを特徴とする。
これにより、本発明のセンサー素子と同様の効果を得られるとともに、センサー素子から出力された電荷に基づいて外力を検出することができる。
(適用例10)
本発明の力検出装置では、前記センサー素子は、3つ以上設けられているのが好ましい。
これにより、センサー素子が3つ以上設けられている分、力検出装置の検出精度の向上を図ることができる。
(Application example 9)
The force detection device of the present invention includes an X-cut plate, a first Y-cut plate disposed so that a crystal axis z and a crystal axis x of the X-cut plate are orthogonal, and the first Y-cut plate. A laminated body comprising a second Y-cut plate disposed so that the crystal axis x and the crystal axis x are orthogonal to each other, and a plurality of electrode layers including an internal electrode layer provided between the cut plates. , A laminate comprising side surfaces along the thickness direction of the laminate, and
A plurality of side terminals including side terminals provided on the side surfaces of the laminate and connected to the internal electrode layers;
A plurality of side terminals provided on the side surface having the crystal axis z of the X-cut plate as a normal line;
And an external force detection circuit that detects the external force based on the voltage output from the sensor element.
Thereby, the same effect as that of the sensor element of the present invention can be obtained, and an external force can be detected based on the electric charge output from the sensor element.
(Application Example 10)
In the force detection device of the present invention, it is preferable that three or more sensor elements are provided.
Thereby, the detection accuracy of the force detection device can be improved by the amount of three or more sensor elements.

(適用例11)
本発明のロボットは、アームを複数有し、前記複数のアームの隣り合う前記アーム同士を回動自在に連結してなる少なくとも1つのアーム連結体と、
前記アーム連結体の先端側に設けられたエンドエフェクターと、
前記アーム連結体と前記エンドエフェクターとの間に設けられ、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、Xカット板と、
前記Xカット板の結晶軸zと第1のYカット板の結晶軸xとが直交するように配置された前記第1のYカット板と、
前記第1のYカット板の前記結晶軸xと第2のYカット板の結晶軸xとが直交するように配置された前記第2のYカット板と、
前記カット板の間に設けられた内部電極層を含む複数の電極層とを備える積層体であって、前記積層体の厚さ方向に沿った側面を備える積層体と、
前記積層体の側面に設けられ、各前記内部電極層に接続された側面端子を含む複数の側面端子とを有し、
前記複数の側面端子を、前記Xカット板の前記結晶軸zを法線とする前記側面に設けたことを特徴とするセンサー素子と、
前記センサー素子から出力された電圧に基づいて、前記外力を検出する外力検出回路とを備えていることを特徴とする。
(Application Example 11)
The robot of the present invention has a plurality of arms, and at least one arm connection body formed by rotatably connecting the adjacent arms of the plurality of arms;
An end effector provided on the distal end side of the arm coupling body;
A force detection device provided between the arm coupling body and the end effector for detecting an external force applied to the end effector;
The force detection device includes an X-cut plate,
The first Y-cut plate disposed so that the crystal axis z of the X-cut plate and the crystal axis x of the first Y-cut plate are orthogonal to each other;
The second Y-cut plate disposed so that the crystal axis x of the first Y-cut plate and the crystal axis x of the second Y-cut plate are orthogonal to each other;
A laminate including a plurality of electrode layers including an internal electrode layer provided between the cut plates, and a laminate including a side surface along a thickness direction of the laminate;
A plurality of side terminals including side terminals provided on the side surfaces of the laminate and connected to the internal electrode layers;
A plurality of side terminals provided on the side surface having the crystal axis z of the X-cut plate as a normal line;
And an external force detection circuit that detects the external force based on the voltage output from the sensor element.

これにより、前記本発明のセンサー素子と同様の効果が得られる。そして、力検出装置が検出した外力をフィードバックし、より精密に作業を実行することができる。また、力検出装置が検出した外力によって、エンドエフェクター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、より安全に作業を実行することができる。   Thereby, the same effect as the sensor element of the present invention can be obtained. Then, the external force detected by the force detection device can be fed back to perform the operation more precisely. Further, the contact of the end effector with the obstacle can be detected by the external force detected by the force detection device. Therefore, an obstacle avoidance operation, an object damage avoidance operation, and the like, which are difficult with conventional position control, can be easily performed, and the work can be executed more safely.

(適用例12)
本発明の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、Xカット板と、
前記Xカット板の結晶軸zと第1のYカット板の結晶軸xとが直交するように配置された前記第1のYカット板と、
前記第1のYカット板の前記結晶軸xと第2のYカット板の結晶軸xとが直交するように配置された前記第2のYカット板と、
前記カット板の間に設けられた内部電極層を含む複数の電極層とを備える積層体であって、前記積層体の厚さ方向に沿った側面を備える積層体と、
前記積層体の側面に設けられ、各前記内部電極層に接続された側面端子を含む複数の側面端子とを有し、
前記複数の側面端子を、前記Xカット板の前記結晶軸zを法線とする前記側面に設けたことを特徴とするセンサー素子と、
前記センサー素子から出力された電圧に基づいて、前記外力を検出する外力検出回路とを備えていることを特徴とする。
(Application Example 12)
An electronic component transport apparatus according to the present invention includes a gripping unit that grips an electronic component,
A force detection device that detects an external force applied to the gripping portion;
The force detection device includes an X-cut plate,
The first Y-cut plate disposed so that the crystal axis z of the X-cut plate and the crystal axis x of the first Y-cut plate are orthogonal to each other;
The second Y-cut plate disposed so that the crystal axis x of the first Y-cut plate and the crystal axis x of the second Y-cut plate are orthogonal to each other;
A laminate including a plurality of electrode layers including an internal electrode layer provided between the cut plates, and a laminate including a side surface along a thickness direction of the laminate;
A plurality of side terminals including side terminals provided on the side surfaces of the laminate and connected to the internal electrode layers;
A plurality of side terminals provided on the side surface having the crystal axis z of the X-cut plate as a normal line;
And an external force detection circuit that detects the external force based on the voltage output from the sensor element.

これにより、前記本発明のセンサー素子と同様の効果が得られる。そして、力検出装置が検出した外力をフィードバックし、より精密に作業を実行することができる。また、力検出装置が検出した外力によって、把持部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、より安全に電子部品搬送作業を実行することができる。   Thereby, the same effect as the sensor element of the present invention can be obtained. Then, the external force detected by the force detection device can be fed back to perform the operation more precisely. In addition, contact of the grip portion with an obstacle can be detected by the external force detected by the force detection device. Therefore, an obstacle avoidance operation, an object damage avoidance operation, and the like, which are difficult with conventional position control, can be easily performed, and the electronic component transport operation can be executed more safely.

(適用例13)
本発明の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、Xカット板と、
前記Xカット板の結晶軸zと第1のYカット板の結晶軸xとが直交するように配置された前記第1のYカット板と、
前記第1のYカット板の前記結晶軸xと第2のYカット板の結晶軸xとが直交するように配置された前記第2のYカット板と、
前記カット板の間に設けられた内部電極層を含む複数の電極層とを備える積層体であって、前記積層体の厚さ方向に沿った側面を備える積層体と、
前記積層体の側面に設けられ、各前記内部電極層に接続された側面端子を含む複数の側面端子とを有し、
前記複数の側面端子を、前記Xカット板の前記結晶軸zを法線とする前記側面に設けたことを特徴とするセンサー素子と、
前記センサー素子から出力された電圧に基づいて、前記外力を検出する外力検出回路とを備えていることを特徴とする。
(Application Example 13)
The electronic component inspection apparatus of the present invention includes a gripping unit that grips an electronic component,
An inspection unit for inspecting the electronic component;
A force detection device that detects an external force applied to the gripping portion;
The force detection device includes an X-cut plate,
The first Y-cut plate disposed so that the crystal axis z of the X-cut plate and the crystal axis x of the first Y-cut plate are orthogonal to each other;
The second Y-cut plate disposed so that the crystal axis x of the first Y-cut plate and the crystal axis x of the second Y-cut plate are orthogonal to each other;
A laminate including a plurality of electrode layers including an internal electrode layer provided between the cut plates, and a laminate including a side surface along a thickness direction of the laminate;
A plurality of side terminals including side terminals provided on the side surfaces of the laminate and connected to the internal electrode layers;
A plurality of side terminals provided on the side surface having the crystal axis z of the X-cut plate as a normal line;
And an external force detection circuit that detects the external force based on the voltage output from the sensor element.

これにより、前記本発明のセンサー素子と同様の効果が得られる。そして、力検出装置が検出した外力をフィードバックし、より精密に作業を実行することができる。また、力検出装置が検出した外力によって、把持部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、より安全に電子部品検査作業を実行することができる。   Thereby, the same effect as the sensor element of the present invention can be obtained. Then, the external force detected by the force detection device can be fed back to perform the operation more precisely. In addition, contact of the grip portion with an obstacle can be detected by the external force detected by the force detection device. Therefore, an obstacle avoidance operation, an object damage avoidance operation, and the like that are difficult with conventional position control can be easily performed, and an electronic component inspection operation can be performed more safely.

(適用例14)
本発明の部品加工装置は、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、Xカット板と、
前記Xカット板の結晶軸zと第1のYカット板の結晶軸xとが直交するように配置された前記第1のYカット板と、
前記第1のYカット板の前記結晶軸xと第2のYカット板の結晶軸xとが直交するように配置された前記第2のYカット板と、
前記カット板の間に設けられた内部電極層を含む複数の電極層とを備える積層体であって、前記積層体の厚さ方向に沿った側面を備える積層体と、
前記積層体の側面に設けられ、各前記内部電極層に接続された側面端子を含む複数の側面端子とを有し、
前記複数の側面端子を、前記Xカット板の前記結晶軸zを法線とする前記側面に設けたことを特徴とするセンサー素子と、
前記センサー素子から出力された電圧に基づいて、前記外力を検出する外力検出回路とを備えていることを特徴とする。
(Application Example 14)
The component processing apparatus of the present invention is equipped with a tool displacing unit for mounting a tool and displacing the tool,
A force detection device for detecting an external force applied to the tool;
The force detection device includes an X-cut plate,
The first Y-cut plate disposed so that the crystal axis z of the X-cut plate and the crystal axis x of the first Y-cut plate are orthogonal to each other;
The second Y-cut plate disposed so that the crystal axis x of the first Y-cut plate and the crystal axis x of the second Y-cut plate are orthogonal to each other;
A laminate including a plurality of electrode layers including an internal electrode layer provided between the cut plates, and a laminate including a side surface along a thickness direction of the laminate;
A plurality of side terminals including side terminals provided on the side surfaces of the laminate and connected to the internal electrode layers;
A plurality of side terminals provided on the side surface having the crystal axis z of the X-cut plate as a normal line;
And an external force detection circuit that detects the external force based on the voltage output from the sensor element.

これにより、前記本発明のセンサー素子と同様の効果が得られる。そして、力検出装置が検出した外力をフィードバックすることにより、部品加工装置は、より精密に部品加工作業を実行することができる。また、力検出装置が検出する外力によって、工具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、部品加工装置は、より安全な部品加工作業を実行可能である。   Thereby, the same effect as the sensor element of the present invention can be obtained. Then, by feeding back the external force detected by the force detection device, the component processing device can execute the component processing operation more precisely. Further, contact of the tool with an obstacle can be detected by an external force detected by the force detection device. Therefore, an emergency stop can be performed when an obstacle or the like comes into contact with the tool, and the component processing apparatus can execute a safer component processing operation.

本発明に係る力検出装置(センサー素子)の第1実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 1st Embodiment of the force detection apparatus (sensor element) which concerns on this invention. 図1に示す力検出装置(センサー素子)の平面図である。It is a top view of the force detection apparatus (sensor element) shown in FIG. 図1に示す力検出装置を概略的に示す回路図である。It is a circuit diagram which shows roughly the force detection apparatus shown in FIG. 図1に示す電荷出力素子を概略的に示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the charge output element shown in FIG. 1. Xカット板の結晶軸zの負方向から見たときの単位格子の状態を示す概念図((a)外力を付与しない自然状態、(b)A軸方向に圧縮力が加えられた状態、(c)A軸方向に引張力が加えられた状態)である。Conceptual diagram showing the state of the unit cell when viewed from the negative direction of the crystal axis z of the X-cut plate ((a) a natural state where no external force is applied, (b) a state where a compressive force is applied in the A-axis direction, ( c) A state in which a tensile force is applied in the A-axis direction). Yカット板の結晶軸zの正方向から見たときの単位格子の状態を示す概念図((a)自然状態、(b)B軸の正方向に外力が加えられた状態、(c)B軸の負方向に外力が加えられた状態)である。Conceptual diagram showing the state of the unit cell when viewed from the positive direction of the crystal axis z of the Y-cut plate ((a) natural state, (b) state where an external force is applied in the positive direction of the B axis, (c) B The external force is applied in the negative direction of the shaft). 側面端子の配置状態を示す電荷出力素子の展開図である。It is an expanded view of the electric charge output element which shows the arrangement | positioning state of a side terminal. 電極層の形状をおよび側面端子との関係を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the shape of an electrode layer, and the relationship with a side terminal. Yカット板の結晶軸zの正方向から見たときの単位格子の状態を示す概念図((a)自然状態、(b)B軸方向に圧縮力が加えられた状態)である。It is the conceptual diagram which shows the state of a unit cell when it sees from the positive direction of the crystal axis z of a Y cut board ((a) natural state, (b) state where compressive force was applied to B-axis direction). 側面端子の他の配置状態を示す電荷出力素子の展開図である。It is an expanded view of the electric charge output element which shows the other arrangement | positioning state of a side terminal. 側面端子の他の配置状態を示す電荷出力素子の展開図である。It is an expanded view of the electric charge output element which shows the other arrangement | positioning state of a side terminal. 本発明に係る力検出装置(センサー素子)の第2実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows 2nd Embodiment of the force detection apparatus (sensor element) which concerns on this invention. 図12中のA−A線での断面図である。It is sectional drawing in the AA line in FIG. 図12に示す力検出装置を概略的に示す回路図である。FIG. 13 is a circuit diagram schematically showing the force detection device shown in FIG. 12. 本発明に係る力検出装置(センサー素子)を用いた単腕ロボットの1例を示す図である。It is a figure which shows an example of the single arm robot using the force detection apparatus (sensor element) which concerns on this invention. 本発明に係る力検出装置(センサー素子)を用いた複腕ロボットの1例を示す図である。It is a figure which shows an example of the multi-arm robot using the force detection apparatus (sensor element) which concerns on this invention. 本発明に係る力検出装置(センサー素子)を用いた電子部品検査装置および電子部品搬送装置の1例を示す図である。It is a figure which shows an example of the electronic component inspection apparatus and electronic component conveyance apparatus using the force detection apparatus (sensor element) which concern on this invention. 本発明に係る力検出装置(センサー素子)を用いた電子部品搬送装置の1例を示す図である。It is a figure which shows one example of the electronic component conveying apparatus using the force detection apparatus (sensor element) which concerns on this invention. 本発明に係る力検出装置(センサー素子)を用いた部品加工装置の1例を示す図である。It is a figure which shows one example of the component processing apparatus using the force detection apparatus (sensor element) which concerns on this invention. 本発明に係る力検出装置(センサー素子)を用いた移動体の1例を示す図である。It is a figure which shows one example of the moving body using the force detection apparatus (sensor element) which concerns on this invention.

以下、本発明に係るセンサー素子、力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置および部品加工装置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。
<第1実施形態>
図1は、本発明に係る力検出装置(センサー素子)の第1実施形態を示す断面図、図2は、図1に示す力検出装置(センサー素子)の平面図、図3は、図1に示す力検出装置を概略的に示す回路図、図4は、図1に示す電荷出力素子を概略的に示す断面図、図5は、Xカット板の結晶軸zの負方向から見たときの単位格子の状態を示す概念図((a)外力を付与しない自然状態、(b)A軸方向に圧縮力が加えられた状態、(c)A軸方向に引張力が加えられた状態)、図6は、Yカット板の結晶軸zの正方向から見たときの単位格子の状態を示す概念図((a)自然状態、(b)B軸の正方向に外力が加えられた状態、(c)B軸の負方向に外力が加えられた状態)、図7は、側面端子の配置状態を示す電荷出力素子の展開図、図8は、電極層の形状をおよび側面端子との関係を示す概念図、図9は、Yカット板の結晶軸zの正方向から見たときの単位格子の状態を示す概念図((a)自然状態、(b)B軸方向に圧縮力が加えられた状態)、図10および図11は、側面端子の他の配置状態を示す電荷出力素子の展開図である。なお、図1、図4の上側を「上(上方)」、下側を「下(下方)」とも言う。
Hereinafter, a sensor element, a force detection device, a robot, an electronic component conveying device, an electronic component inspection device, and a component processing device according to the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
<First Embodiment>
1 is a sectional view showing a first embodiment of a force detection device (sensor element) according to the present invention, FIG. 2 is a plan view of the force detection device (sensor element) shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a circuit diagram schematically showing the force detection device shown in FIG. 4, FIG. 4 is a sectional view schematically showing the charge output element shown in FIG. 1, and FIG. 5 is a view from the negative direction of the crystal axis z of the X-cut plate. Schematic diagram showing the state of the unit cell ((a) a natural state where no external force is applied, (b) a state where a compressive force is applied in the A-axis direction, (c) a state where a tensile force is applied in the A-axis direction) FIG. 6 is a conceptual diagram showing the state of the unit cell when viewed from the positive direction of the crystal axis z of the Y-cut plate ((a) natural state, (b) state where an external force is applied in the positive direction of the B axis. (C) State in which an external force is applied in the negative direction of the B-axis), FIG. FIG. 9 is a conceptual diagram showing the state of the unit cell when viewed from the positive direction of the crystal axis z of the Y-cut plate ((a) natural state, ( b) State in which compressive force is applied in the B-axis direction), FIG. 10 and FIG. 11 are development views of the charge output element showing other arrangement states of the side terminals. The upper side of FIGS. 1 and 4 is also referred to as “upper (upper)” and the lower side is also referred to as “lower (lower)”.

図1に示すように、力検出装置1は、第1の基板2と、第1の基板2から所定の間隔を隔てて配置され、第1の基板2に対向する第2の基板3と、第1の基板2と第2の基板3との間に設けられたアナログ回路基板(回路基板)4と、第1の基板2と第2の基板3との間に設けられ、アナログ回路基板4と電気的に接続されたデジタル回路基板5と、アナログ回路基板に搭載され、加えられた外力に応じて信号を出力する電荷出力素子(センサー素子)10および電荷出力素子10を収納するパッケージ60を有するセンサーデバイス6と、2つの与圧ボルト(固定部材)71とを備えている。   As shown in FIG. 1, the force detection device 1 includes a first substrate 2, a second substrate 3 that is disposed at a predetermined interval from the first substrate 2 and faces the first substrate 2, An analog circuit board (circuit board) 4 provided between the first board 2 and the second board 3, and an analog circuit board 4 provided between the first board 2 and the second board 3 A digital circuit board 5 electrically connected to the circuit board, a charge output element (sensor element) 10 that is mounted on the analog circuit board and outputs a signal according to an applied external force, and a package 60 that houses the charge output element 10 The sensor device 6 has two pressurizing bolts (fixing members) 71.

図3に示すように、アナログ回路基板4は、搭載されたセンサーデバイス6の電荷出力素子10から出力された電荷Qaを電圧Va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Qbを電圧Vb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Qcを電圧Vcに変換する変換出力回路90cとを備えている。また、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、アナログ回路基板4よりも第1の基板2側、すなわち、アナログ回路基板4と第1の基板2との間に配置されている。   As shown in FIG. 3, the analog circuit board 4 includes a conversion output circuit 90 a that converts the charge Qa output from the charge output element 10 of the mounted sensor device 6 into a voltage Va, and the output from the charge output element 10. A conversion output circuit 90b for converting the charge Qb into the voltage Vb and a conversion output circuit 90c for converting the charge Qc output from the charge output element 10 into the voltage Vc are provided. The digital circuit board 5 includes an external force detection circuit 40 that detects the applied external force. The digital circuit board 5 is disposed on the first board 2 side of the analog circuit board 4, that is, between the analog circuit board 4 and the first board 2.

図1に示すように、センサーデバイス6は、アナログ回路基板4の第2の基板3側の面に配置され、第1の基板2に設けられた後述する凸部21と第2の基板3とで挟持されている。すなわち、電荷出力素子10は、パッケージ60を介して凸部21と第2の基板3とで挟持され、与圧されている。なお、第1の基板2と、第2の基板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の基板3を力が加わる側の基板として説明する。また、電荷出力素子10は、アナログ回路基板4の第1の基板2側の面に配置されていてもよい。   As shown in FIG. 1, the sensor device 6 is disposed on the surface of the analog circuit board 4 on the second board 3 side, and a convex portion 21 and a second board 3 described later provided on the first board 2. Is sandwiched between. That is, the charge output element 10 is sandwiched between the convex portion 21 and the second substrate 3 via the package 60 and is pressurized. Note that either the first substrate 2 or the second substrate 3 may be a substrate on which a force is applied, but in the present embodiment, the second substrate 3 is described as a substrate on which a force is applied. The charge output element 10 may be disposed on the surface of the analog circuit board 4 on the first substrate 2 side.

第1の基板2、第2の基板3、アナログ回路基板4、デジタル回路基板5の形状は、それぞれ、特に限定されないが、本実施形態では、図2に示すように、第1の基板2、第2の基板3、アナログ回路基板4、デジタル回路基板5の平面視で、その外形形状は、円形をなしている。なお、第1の基板2、第2の基板3、アナログ回路基板4、デジタル回路基板5の平面視での前記の他の外形形状としては、例えば、四角形、五角形等の多角形、楕円形等が挙げられる。また、第1の基板2、第2の基板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。   The shapes of the first substrate 2, the second substrate 3, the analog circuit substrate 4, and the digital circuit substrate 5 are not particularly limited, but in the present embodiment, as shown in FIG. The outer shape of the second substrate 3, the analog circuit substrate 4, and the digital circuit substrate 5 is circular. In addition, as said other external shape in planar view of the 1st board | substrate 2, the 2nd board | substrate 3, the analog circuit board 4, and the digital circuit board 5, for example, polygons, such as a rectangle and a pentagon, an ellipse, etc. Is mentioned. Further, as the constituent materials of the first substrate 2, the second substrate 3, and the parts other than the respective elements and wirings of the analog circuit board 4, and the constituent elements of the respective parts of the digital circuit board 5 and other than the respective wirings, For example, various resin materials, various metal materials, and the like can be used.

<センサーデバイス>
センサーデバイス6は、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。
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の上面は、蓋体62に接触している。また、パッケージ60の蓋体62は、上側、すなわち、第2の基板3側に配置され、基部61は、下側、すなわち、第1の基板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、凸部21と第2の基板3とで挟持されて与圧され、その基部61と蓋体62とにより、電荷出力素子10が挟持されて与圧される。
<Sensor device>
The sensor device 6 includes a charge output element 10 and a package 60 that houses the charge output element 10.
The package 60 includes a base (first member) 61 having a recess 611 and a lid (second member) 62 joined to the base 61. The charge output element 10 is installed in the recess 611 of the base 61, and the recess 611 of the base 61 is sealed with a lid 62. Thereby, the charge output element 10 can be protected and the highly reliable force detection apparatus 1 can be provided. Note that the upper surface of the charge output element 10 is in contact with the lid 62. The lid 62 of the package 60 is disposed on the upper side, that is, the second substrate 3 side, and the base 61 is disposed on the lower side, that is, the first substrate 2 side, and the base 61 is the analog circuit board. 4 is fixed. With this configuration, the base 61 and the lid 62 are sandwiched between the convex portion 21 and the second substrate 3 and pressurized, and the charge output element 10 is sandwiched and applied by the base 61 and the lid 62. Pressed.

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の形状は、特に限定されないが、本実施形態では、図2に示すように、第1の基板2の平面視で、四角形をなしている。なお、パッケージ60の平面視での前記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。
Moreover, it does not specifically limit as a constituent material of the base 61, For example, insulating materials, such as ceramics, etc. can be used. Moreover, it does not specifically limit as a constituent material of the cover body 62, For example, various metal materials, such as stainless steel, can be used. In addition, the constituent material of the base 61 and the constituent material of the lid 62 may be the same or different.
In addition, the shape of the package 60 is not particularly limited, but in the present embodiment, as illustrated in FIG. 2, the package 60 has a quadrangular shape in a plan view of the first substrate 2. Examples of the other shape in the plan view of the package 60 include other polygons such as a pentagon, a circle, and an ellipse. Moreover, when the shape of the package 60 is a polygon, the corner | angular part may be roundish, for example, and may be notched diagonally.

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の基板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、第1の基板2の平面視で、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。   Further, in this embodiment, the lid 62 has a plate shape, and the central portion 625 protrudes toward the second substrate 3 by bending a portion between the central portion 625 and the outer peripheral portion 626. Yes. The shape of the central portion 625 is not particularly limited, but in the present embodiment, the shape is the same as that of the charge output element 10 in a plan view of the first substrate 2, that is, a quadrangle. Note that the upper surface and the lower surface of the central portion 625 of the lid 62 are both flat.

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63が設けられている。各端子63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。なお、端子63の数は、特に限定されないが、本実施形態では、4つであり、すなわち、端子63は、基部61の4つの角部にそれぞれ設けられている。
このようなパッケージ60内には、電荷出力素子10が収納されている。この電荷出力素子10については後に詳述する。
A plurality of terminals 63 that are electrically connected to the charge output element 10 are provided at the end of the lower surface of the base 61 of the package 60. Each terminal 63 is electrically connected to the analog circuit board 4, whereby the charge output element 10 and the analog circuit board 4 are electrically connected. The number of terminals 63 is not particularly limited, but is four in the present embodiment, that is, the terminals 63 are respectively provided at four corners of the base 61.
The charge output element 10 is accommodated in such a package 60. The charge output element 10 will be described in detail later.

<変換出力回路>
図3に示すように、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Qaを電圧Va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Qbを電圧Vb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Qcを電圧Vc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。
<Conversion output circuit>
As shown in FIG. 3, conversion output circuits 90 a, 90 b and 90 c are connected to the charge output element 10. The conversion output circuit 90a has a function of converting the charge Qa output from the charge output element 10 into a voltage Va. The conversion output circuit 90b has a function of converting the charge Qb output from the charge output element 10 into a voltage Vb. The conversion output circuit 90c has a function of converting the charge Qc output from the charge output element 10 into a voltage Vc. Since the conversion output circuits 90a, 90b, and 90c are the same, the conversion output circuit 90c will be typically described below.

変換出力回路90cは、電荷出力素子10から出力された電荷Qcを電圧Vcに変換して電圧Vc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。   The conversion output circuit 90c has a function of converting the charge Qc output from the charge output element 10 into a voltage Vc and outputting the voltage Vc. The conversion output circuit 90 c includes an operational amplifier 91, a capacitor 92, and a switching element 93. The first input terminal (minus input) of the operational amplifier 91 is connected to the output electrode layer 122 of the charge output element 10, and the second input terminal (plus input) of the operational amplifier 91 is grounded to the ground (reference potential point). ing. The output terminal of the operational amplifier 91 is connected to the external force detection circuit 40. The capacitor 92 is connected between the first input terminal and the output terminal of the operational amplifier 91. The switching element 93 is connected between the first input terminal and the output terminal of the operational amplifier 91, and is connected in parallel with the capacitor 92. The switching element 93 is connected to a drive circuit (not shown), and the switching element 93 performs a switching operation in accordance with an on / off signal from the drive circuit.

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Qcは、静電容量C1を有するコンデンサー92に蓄えられ、電圧Vc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Qc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Vcは、電荷出力素子10から出力される電荷Qcの蓄積量に比例する。   When the switching element 93 is off, the charge Qc output from the charge output element 10 is stored in the capacitor 92 having the capacitance C1, and is output to the external force detection circuit 40 as the voltage Vc. Next, when the switching element 93 is turned on, both terminals of the capacitor 92 are short-circuited. As a result, the electric charge Qc stored in the capacitor 92 is discharged to 0 coulomb, and the voltage V output to the external force detection circuit 40 is 0 volt. When the switching element 93 is turned on, the conversion output circuit 90c is reset. The voltage Vc output from the ideal conversion output circuit 90c is proportional to the amount of charge Qc output from the charge output element 10.

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。   The switching element 93 is a semiconductor switching element such as a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), for example. Since the semiconductor switching element is smaller and lighter than the mechanical switch, it is advantageous for reducing the size and weight of the force detection device 1. Hereinafter, a case where a MOSFET is used as the switching element 93 will be described as a representative example.

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。   The switching element 93 has a drain electrode, a source electrode, and a gate electrode. One of the drain electrode and the source electrode of the switching element 93 is connected to the first input terminal of the operational amplifier 91, and the other of the drain electrode and the source electrode is connected to the output terminal of the operational amplifier 91. The gate electrode of the switching element 93 is connected to a drive circuit (not shown).

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。   The same drive circuit may be connected to the switching element 93 of each of the conversion output circuits 90a, 90b, and 90c, or different drive circuits may be connected to each other. Each of the switching elements 93 receives an on / off signal that is all synchronized from the drive circuit. As a result, the operations of the switching elements 93 of the conversion output circuits 90a, 90b, and 90c are synchronized. That is, the on / off timings of the switching elements 93 of the conversion output circuits 90a, 90b, and 90c coincide with each other.

<外力検出回路>
外力検出回路40は、変換出力回路90aから出力される電圧Vaと、変換出力回路90bから出力される電圧Vbと、変換出力回路90cから出力される電圧Vcとに基づき、加えられた外力を検出する機能を有する。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。
<External force detection circuit>
The external force detection circuit 40 detects the applied external force based on the voltage Va output from the conversion output circuit 90a, the voltage Vb output from the conversion output circuit 90b, and the voltage Vc output from the conversion output circuit 90c. It has the function to do. The external force detection circuit 40 includes an AD converter 401 connected to the conversion output circuits 90a, 90b, and 90c, and an arithmetic unit 402 connected to the AD converter 401.

ADコンバーター401は、電圧Va、Vc、Vb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Va、Vc、Vbは、演算部402に入力される。
すなわち、第1の基板2および第2の基板3の相対位置が互いにB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Vbを出力する。同様に、第1の基板2および第2の基板3の相対位置が互いにC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Vcを出力する。また、第1の基板2および第2の基板3の相対位置が互いにA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Vaを出力する。
The AD converter 401 has a function of converting the voltages Va, Vc, and Vb from analog signals to digital signals. The voltages Va, Vc, and Vb digitally converted by the AD converter 401 are input to the calculation unit 402.
That is, when an external force is applied in which the relative positions of the first substrate 2 and the second substrate 3 are shifted in the B-axis direction, the AD converter 401 outputs the voltage Vb. Similarly, when an external force is applied in which the relative positions of the first substrate 2 and the second substrate 3 are shifted in the C-axis direction, the AD converter 401 outputs the voltage Vc. Further, when an external force is applied in which the relative positions of the first substrate 2 and the second substrate 3 are shifted in the A-axis direction, the AD converter 401 outputs a voltage Va.

演算部402は、デジタル変換された電圧Va、Vc、Vbに対して、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Qa、Qc、Qbの蓄積量に比例する3つの信号を出力する。この3つの信号は、電荷出力素子10に加えられた3軸力(せん断力および圧縮/引張力)に対応するので、力検出装置1は、電荷出力素子10に加えられた3軸力を検出することができる。   The arithmetic unit 402 performs, for example, each process such as correction for eliminating the difference in sensitivity between the conversion output circuits 90a, 90b, and 90c on the digitally converted voltages Va, Vc, and Vb. The arithmetic unit 402 outputs three signals proportional to the accumulated amounts of the charges Qa, Qc, and Qb output from the charge output element 10. Since these three signals correspond to the triaxial force (shearing force and compression / tensile force) applied to the charge output element 10, the force detection device 1 detects the triaxial force applied to the charge output element 10. can do.

図1および図2に示すように、この力検出装置1では、第1の基板2に、凸部(第1の凸部)21が設けられている。この第1の基板2と第2の基板3とは、凸部21が内側になり、第1の基板2の面と第2の基板3の面とが間隔を隔て対向している。なお、凸部21の上面(第2の基板3と対向する面)211は、平面である。この凸部21は、第1の基板2と一体的に形成されていてもよく、また、別部材で形成されていてもよい。なお、凸部21の構成材料は、特に限定されず、例えば、第1の基板2と同様のものとすることができる。   As shown in FIGS. 1 and 2, in the force detection device 1, a convex portion (first convex portion) 21 is provided on the first substrate 2. The first substrate 2 and the second substrate 3 have the convex portion 21 on the inside, and the surface of the first substrate 2 and the surface of the second substrate 3 are opposed to each other with a space therebetween. The upper surface (surface facing the second substrate 3) 211 of the convex portion 21 is a flat surface. The convex portion 21 may be formed integrally with the first substrate 2 or may be formed by a separate member. In addition, the constituent material of the convex part 21 is not specifically limited, For example, it can be the same as that of the 1st board | substrate 2. As shown in FIG.

また、凸部21の位置は、特に限定されないが、本実施形態では、凸部21は、第1の基板2の中央部に配置されている。
また、凸部21部の形状は、特に限定されないが、本実施形態では、第1の基板2の平面視で、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、凸部21の平面視での前記の他の形状としては、例えば、四角形、五角形等の多角形、楕円形等が挙げられる。
Further, the position of the convex portion 21 is not particularly limited, but in the present embodiment, the convex portion 21 is disposed at the central portion of the first substrate 2.
In addition, the shape of the convex portion 21 is not particularly limited, but in the present embodiment, the shape is the same as that of the charge output element 10 in the plan view of the first substrate 2, that is, a quadrangle. In addition, as said other shape in planar view of the convex part 21, polygons, such as a square and a pentagon, an ellipse etc. are mentioned, for example.

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、すなわち、中央部には、凸部21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。孔41の形状は、特に限定されないが、本実施形態では、第1の基板2の平面視で、凸部21と同じ形状、すなわち、四角形をなしている。なお、アナログ回路基板4は、凸部21に支持されている。   In addition, a hole 41 into which the convex portion 21 is inserted is formed in a portion of the analog circuit board 4 where the charge output element 10 is disposed, that is, in the central portion. The hole 41 is a through hole that penetrates the analog circuit board 4. The shape of the hole 41 is not particularly limited, but in the present embodiment, the shape is the same as that of the convex portion 21 in the plan view of the first substrate 2, that is, a quadrangle. The analog circuit board 4 is supported by the convex portion 21.

同様に、デジタル回路基板5の電荷出力素子10が配置されている部位、すなわち、中央部には、凸部21が挿入される孔51が形成されている。孔51の形状は、特に限定されないが、本実施形態では、第1の基板2の平面視で、凸部21と同じ形状、すなわち、四角形をなしている。なお、デジタル回路基板5は、凸部21に支持されている。
なお、アナログ回路基板4には、2つの与圧ボルト71が挿通する2つの孔42が形成され、同様に、デジタル回路基板5には、2つの与圧ボルト71が挿通する2つの孔52が形成されている。
Similarly, a hole 51 into which the convex portion 21 is inserted is formed in a portion of the digital circuit board 5 where the charge output element 10 is disposed, that is, in the central portion. The shape of the hole 51 is not particularly limited, but in the present embodiment, the shape is the same as that of the convex portion 21 in the plan view of the first substrate 2, that is, a quadrangle. The digital circuit board 5 is supported by the convex portion 21.
The analog circuit board 4 has two holes 42 through which the two pressurizing bolts 71 are inserted. Similarly, the digital circuit board 5 has two holes 52 through which the two pressurizing bolts 71 are inserted. Is formed.

凸部21は、アナログ回路基板4の孔41およびデジタル回路基板5の51に挿入され、電荷出力素子10に向って突出している。そして、センサーデバイス6は、凸部21と第2の基板3とで挟持され、これにより、電荷出力素子10は、パッケージ60を介して凸部21と第2の基板3とで挟持されている。なお、第2の基板3の下面(第1の基板2と対向する面)36は、平面であり、その下面36がセンサーデバイス6の蓋体62の中央部に当接し、凸部21の上面211が基部61に当接している。   The protrusion 21 is inserted into the hole 41 of the analog circuit board 4 and 51 of the digital circuit board 5 and protrudes toward the charge output element 10. The sensor device 6 is sandwiched between the convex portion 21 and the second substrate 3, whereby the charge output element 10 is sandwiched between the convex portion 21 and the second substrate 3 via the package 60. . Note that the lower surface (surface facing the first substrate 2) 36 of the second substrate 3 is a flat surface, and the lower surface 36 abuts against the central portion of the lid 62 of the sensor device 6 and the upper surface of the convex portion 21. 211 abuts the base 61.

また、凸部21の寸法は、特に限定されないが、第1の基板2の平面視で、凸部21の面積は、電荷出力素子10の面積以上であることが好ましく、電荷出力素子10の面積よりも大きいことがより好ましい。なお、図示の構成では、凸部21の面積は、電荷出力素子10の面積よりも大きい。そして、電荷出力素子10は、第1の基板2の平面視で(第1の基板2に対して垂直な方向から見て)、凸部21内に配置され、また、電荷出力素子10の中心線と凸部21の中心線とが一致している。この場合、電荷出力素子10は、第1の基板2の平面視で、凸部21からはみ出していなければよい。これにより、電荷出力素子10全体に与圧を加えることができ、また、力検出の際、電荷出力素子10全体に外力が加わり、より精度の高い力検出を行うことができる。   Further, the dimension of the convex portion 21 is not particularly limited, but the area of the convex portion 21 is preferably equal to or larger than the area of the charge output element 10 in a plan view of the first substrate 2. It is more preferable that it is larger than the above. In the configuration shown in the figure, the area of the convex portion 21 is larger than the area of the charge output element 10. The charge output element 10 is disposed in the convex portion 21 in a plan view of the first substrate 2 (viewed from a direction perpendicular to the first substrate 2), and the center of the charge output element 10 The line and the center line of the convex portion 21 coincide with each other. In this case, the charge output element 10 does not have to protrude from the convex portion 21 in the plan view of the first substrate 2. As a result, a pressure can be applied to the entire charge output element 10, and an external force is applied to the entire charge output element 10 during force detection, so that more accurate force detection can be performed.

また、第1の基板2と、第2の基板3とは、2つの与圧ボルト71により、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の基板2と、第2の基板3とは、2つの与圧ボルト71により、互いの所定量の第2の基板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。   The first substrate 2 and the second substrate 3 are fixed by two pressurizing bolts 71. The “fixing” by the pressurizing bolt 71 is performed while allowing a predetermined amount of movement of the two fixed objects. Specifically, the first substrate 2 and the second substrate 3 are fixed by two pressurizing bolts 71 while allowing a predetermined amount of movement in the surface direction of the second substrate 3 to be allowed. . This also applies to other embodiments.

各与圧ボルト71は、それぞれ、その頭部715が第2の基板3側となるように配置され、第2の基板3に形成された孔35から挿入され、アナログ回路基板4の孔42、デジタル回路基板5の孔52を挿通し、その雄ネジ716が第1の基板2に形成された雌ネジ25に螺合している。そして、各与圧ボルト71により、電荷出力素子10に、所定の大きさのA軸方向(図4参照)の圧力、すなわち、与圧が加えられる。なお、前記与圧の大きさは、特に限定されず、適宜設定される。   Each pressurizing bolt 71 is arranged so that its head 715 is on the second substrate 3 side, and is inserted from the hole 35 formed in the second substrate 3, and the hole 42 of the analog circuit board 4. The male screw 716 is inserted into the hole 52 of the digital circuit board 5 and screwed into the female screw 25 formed on the first board 2. Each pressurizing bolt 71 applies a predetermined amount of pressure in the A-axis direction (see FIG. 4), that is, pressurization, to the charge output element 10. In addition, the magnitude | size of the said pressurization is not specifically limited, It sets suitably.

また、各与圧ボルト71の位置は、特に限定されないが、本実施形態では、各与圧ボルト71は、第1の基板2、第2の基板3、アナログ回路基板4、デジタル回路基板5の周方向に沿って、等角度間隔(180°間隔)、すなわち、第2の基板3の平面視で、電荷出力素子10を介して対向するように配置されている。これにより、第1の基板2と第2の基板3とをバランス良く固定することができ、また、各電荷出力素子10にバランス良く与圧を加えることができる。なお、与圧ボルト71の数は、2つに限定されず、例えば、3つ以上であってもよい。   Further, the position of each pressurizing bolt 71 is not particularly limited, but in the present embodiment, each pressurizing bolt 71 is located on the first board 2, the second board 3, the analog circuit board 4, or the digital circuit board 5. Along the circumferential direction, they are arranged so as to face each other through the charge output element 10 in equiangular intervals (180 ° intervals), that is, in a plan view of the second substrate 3. As a result, the first substrate 2 and the second substrate 3 can be fixed with good balance, and pressure can be applied to each charge output element 10 with good balance. The number of pressurizing bolts 71 is not limited to two, and may be three or more, for example.

なお、各与圧ボルト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。
以上説明したように、この力検出装置1によれば、アナログ回路基板4およびデジタル回路基板5が第1の基板2と第2の基板3との間に設けられているので、装置を小型化することができる。
In addition, it does not specifically limit as a constituent material of each pressurization volt | bolt 71, For example, various resin materials, various metal materials, etc. can be used.
As described above, according to the force detection device 1, the analog circuit board 4 and the digital circuit board 5 are provided between the first board 2 and the second board 3. can do.

また、凸部21と第2の基板3とで、アナログ回路基板4およびデジタル回路基板5を介することなく、センサーデバイス6を挟持すること、すなわち、パッケージ60を介して電荷出力素子10を挟持することができる。これにより、電荷出力素子10に対して十分に与圧を加えることができ、また、力検出の精度を向上させることができる。
また、パッケージ60の蓋体62の中央部625は、第2の基板3に向って突出しているので、第2の基板3の下面36が平面であっても電荷出力素子10に対して十分に与圧を加えることができ、また、力検出の際、外力が加わり難くなることを防止することができる。そして、第2の基板3の下面36が平面であるので、製造時に第2の基板3と電荷出力素子10との位置合わせが不要となり、容易に力検出装置1を製造することができる。
Further, the sensor device 6 is sandwiched between the convex portion 21 and the second substrate 3 without the analog circuit substrate 4 and the digital circuit substrate 5, that is, the charge output element 10 is sandwiched via the package 60. be able to. Thereby, a sufficient pressure can be applied to the charge output element 10, and the accuracy of force detection can be improved.
Further, since the central portion 625 of the lid 62 of the package 60 protrudes toward the second substrate 3, it is sufficient for the charge output element 10 even if the lower surface 36 of the second substrate 3 is flat. Pressurization can be applied, and it is possible to prevent external force from becoming difficult to be applied during force detection. And since the lower surface 36 of the 2nd board | substrate 3 is a plane, alignment with the 2nd board | substrate 3 and the charge output element 10 becomes unnecessary at the time of manufacture, and the force detection apparatus 1 can be manufactured easily.

次に電荷出力素子10について説明する。
電荷出力素子10は、互いに直交する3軸(A軸、B軸、C軸)に沿って加えられた(受けた)外力のそれぞれに応じて3つの電荷Qa、Qb、Qcを出力する機能を有する。図7に示すように、この電荷出力素子10は、電荷Qa、Qb、Qcを出力する積層体110と、積層体110から電荷Qaを取り出すための第1の側面端子120と、積層体110から電荷Qbを取り出すための第2の側面端子130と、積層体110から電荷Qcを取り出すための第3の側面端子140と、積層体110を接地するための第4の側面端子150とを有している。
積層体110の形状は、特に限定されないが、本実施形態では、第1の基板2の平面視、すなわち、第1の基板2に対して垂直な方向から見て、四角形をなしている。なお、積層体110の平面視での前記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。
Next, the charge output element 10 will be described.
The charge output element 10 has a function of outputting three charges Qa, Qb, and Qc according to external forces applied (received) along three axes (A axis, B axis, and C axis) orthogonal to each other. Have. As shown in FIG. 7, the charge output element 10 includes a stacked body 110 that outputs charges Qa, Qb, and Qc, a first side terminal 120 for taking out the charge Qa from the stacked body 110, and the stacked body 110. It has a second side terminal 130 for taking out the charge Qb, a third side terminal 140 for taking out the charge Qc from the laminate 110, and a fourth side terminal 150 for grounding the laminate 110. ing.
The shape of the stacked body 110 is not particularly limited, but in the present embodiment, the stacked body 110 has a quadrangular shape when viewed from the top of the first substrate 2, that is, from a direction perpendicular to the first substrate 2. In addition, as said other external shape in planar view of the laminated body 110, other polygons, such as a pentagon, circular, an ellipse, etc. are mentioned, for example.

図4に示すように、積層体110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、15、16、17と、A軸に平行な外力(圧縮/引張力)に応じて電荷Qaを出力する第1のセンサー12と、B軸に平行な外力(せん断力)に応じて電荷Qbを出力する第2のセンサー13と、C軸に平行な外力(せん断力)に応じて電荷Qcを出力する第3のセンサー14とを有している。また、電荷出力素子10では、グランド電極層11、第3のセンサー14、グランド電極層15、第1のセンサー12、グランド電極層16、第2のセンサー13およびグランド電極層17の順に、A軸方向負側から積層されている。なお、図4において、センサー12、13、14の積層方向をA軸方向とし、A軸方向に直交し且つ互いに直交する方向をそれぞれB軸方向、C軸方向としている。   As shown in FIG. 4, the laminate 110 responds to four ground electrode layers 11, 15, 16, and 17 grounded to the ground (reference potential point) and an external force (compression / tensile force) parallel to the A axis. The first sensor 12 that outputs the charge Qa, the second sensor 13 that outputs the charge Qb according to the external force (shearing force) parallel to the B axis, and the external force (shearing force) parallel to the C axis. And a third sensor 14 that outputs a charge Qc. In the charge output element 10, the ground electrode layer 11, the third sensor 14, the ground electrode layer 15, the first sensor 12, the ground electrode layer 16, the second sensor 13, and the ground electrode layer 17 are sequentially arranged in the A axis. Stacked from the negative direction. In FIG. 4, the stacking direction of the sensors 12, 13, and 14 is the A-axis direction, and the directions orthogonal to the A-axis direction and orthogonal to each other are the B-axis direction and C-axis direction, respectively.

第1のセンサー12は、A軸に沿って加えられた(受けた)外力(圧縮/引張力)に応じて電荷Qaを出力する機能を有する。第1のセンサー12は、A軸に平行な圧縮力に応じて正電荷を出力し、A軸に平行な引張力に応じて負電荷を出力するよう構成されている。
図4、図7に示すように、第1のセンサー12は、第1の圧電体層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、電荷Qaを出力する出力電極層(内部電極層)122を有する。
The first sensor 12 has a function of outputting a charge Qa in accordance with an external force (compression / tensile force) applied (received) along the A axis. The first sensor 12 is configured to output a positive charge according to a compressive force parallel to the A axis and to output a negative charge according to a tensile force parallel to the A axis.
As shown in FIGS. 4 and 7, the first sensor 12 includes a first piezoelectric layer 121, a second piezoelectric layer 123 provided to face the first piezoelectric layer 121, It has an output electrode layer (internal electrode layer) 122 that is provided between the first piezoelectric layer 121 and the second piezoelectric layer 123 and outputs a charge Qa.

なお、本明細書中では、第1および第2の圧電体層121、123、後述する第3および第4の圧電体層131、133、および、後述する第5および第6の圧電体層141、143が、それぞれ、水晶で構成される場合、すなわち、これらの圧電体層として水晶板を用いる場合を代表に説明する。
第1の圧電体層121は、互いに直交する3つの結晶軸であるx軸(結晶軸x)、y軸(結晶軸y)およびz軸(結晶軸z)を有するXカット水晶板で構成されている。その結果、x軸方向とA軸方向とが一致しており、y軸方向とB軸方向とが一致しており、z軸方向とC軸方向とが一致している。
かかる第1の圧電体層121は、C軸の正方向からみたとき、6つの頂点にSi原子とO原子とが交互に配置されたような六角形の単位格子を有している(図5(a)参照)。この単位格子は、Si原子とO原子とを結ぶ3つの対角線のうちの1つの対角線が第1の圧電体層121の厚さ方向とほほ平行となるような状態となっている。
In the present specification, first and second piezoelectric layers 121 and 123, third and fourth piezoelectric layers 131 and 133 described later, and fifth and sixth piezoelectric layers 141 described later are described. , 143 are each composed of quartz, that is, a case where a quartz plate is used as these piezoelectric layers will be described as a representative.
The first piezoelectric layer 121 is composed of an X-cut quartz plate having three crystal axes orthogonal to each other, that is, an x axis (crystal axis x), a y axis (crystal axis y), and a z axis (crystal axis z). ing. As a result, the x-axis direction and the A-axis direction match, the y-axis direction and the B-axis direction match, and the z-axis direction and the C-axis direction match.
The first piezoelectric layer 121 has a hexagonal unit cell in which Si atoms and O atoms are alternately arranged at six apexes when viewed from the positive direction of the C axis (FIG. 5). (See (a)). This unit cell is in a state in which one of the three diagonal lines connecting Si atoms and O atoms is substantially parallel to the thickness direction of the first piezoelectric layer 121.

第1の圧電体層121の表面に対し、A軸に平行な圧縮力が加えられた場合、単位格子が、図5(b)に示すように、A軸方向に押し潰されるように変形する。このため、出力電極層122に近接するO原子に隣り合う2つのSi原子が、図5(a)より出力電極層122に近づいた状態となるとともに、グランド電極層16に近接するSi原子に隣り合う2つのO原子が、図5(a)よりグランド電極層16に近づいた状態となる。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偏り、第1の圧電体層121のグランド電極層16側表面近傍には負電荷が偏った状態となる。   When a compressive force parallel to the A axis is applied to the surface of the first piezoelectric layer 121, the unit cell is deformed so as to be crushed in the A axis direction as shown in FIG. . For this reason, two Si atoms adjacent to the O atom adjacent to the output electrode layer 122 are brought closer to the output electrode layer 122 as shown in FIG. 5A and adjacent to the Si atom adjacent to the ground electrode layer 16. The matching two O atoms are brought closer to the ground electrode layer 16 as shown in FIG. As a result, the positive charge is biased near the surface of the first piezoelectric layer 121 on the output electrode layer 122 side, and the negative charge is biased near the surface of the first piezoelectric layer 121 on the ground electrode layer 16 side. .

これとは逆に、第1の圧電体層121の表面に対し、A軸に平行な引張力が加えられた場合、単位格子が、図5(c)に示すように、A軸方向に引き伸ばされるように変形する。このため、出力電極層122に近接するO原子に隣り合う2つのSi原子が、図5(a)より出力電極層122から離れた状態となるとともに、グランド電極層16に近接するSi原子に隣り合う2つのO原子が、図5(a)よりグランド電極層16から離れた状態となる。その結果、第1の圧電体層121の出力電極層122側表面近傍には負電荷が偏り、第1の圧電体層121のグランド電極層16側表面近傍には正電荷が偏った状態となる。   On the contrary, when a tensile force parallel to the A axis is applied to the surface of the first piezoelectric layer 121, the unit cell is stretched in the A axis direction as shown in FIG. To be deformed. For this reason, two Si atoms adjacent to the O atom adjacent to the output electrode layer 122 are separated from the output electrode layer 122 as shown in FIG. 5A and adjacent to the Si atom adjacent to the ground electrode layer 16. The matching two O atoms are separated from the ground electrode layer 16 as shown in FIG. As a result, negative charge is biased near the surface of the first piezoelectric layer 121 on the output electrode layer 122 side, and positive charge is biased near the surface of the first piezoelectric layer 121 on the ground electrode layer 16 side. .

また、第2の圧電体層123は、第1の圧電体層121と同様の結晶軸を有しており、第1の圧電体層121をC軸回りに180°回転させた状態で配置されている。すなわち、第2の圧電体層123では、C軸の正方向からみたとき、単位格子が第1の圧電体層121に対して上下反転した状態となっている。
したがって、第2の圧電体層123の表面に対し、A軸に平行な圧縮力が加えられた場合、第2の圧電体層123の出力電極層122側表面近傍には正電荷が偏り、第2の圧電体層123のグランド電極層15側表面近傍には負電荷が偏った状態となる。これとは逆に、第2の圧電体層123の表面に対し、A軸に平行な引張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偏り、第2の圧電体層123のグランド電極層15側表面近傍には正電荷が偏った状態となる。
The second piezoelectric layer 123 has the same crystal axis as that of the first piezoelectric layer 121, and is arranged in a state where the first piezoelectric layer 121 is rotated 180 ° around the C axis. ing. That is, in the second piezoelectric layer 123, the unit cell is vertically inverted with respect to the first piezoelectric layer 121 when viewed from the positive direction of the C axis.
Therefore, when a compressive force parallel to the A axis is applied to the surface of the second piezoelectric layer 123, positive charges are biased near the surface of the second piezoelectric layer 123 on the output electrode layer 122 side, In the vicinity of the surface of the second piezoelectric layer 123 on the ground electrode layer 15 side, negative charges are biased. On the contrary, when a tensile force parallel to the A axis is applied to the surface of the second piezoelectric layer 123, a negative charge is present in the vicinity of the surface of the second piezoelectric layer 123 on the output electrode layer 122 side. In the vicinity of the surface of the second piezoelectric layer 123 on the ground electrode layer 15 side, the positive charge is biased.

出力電極層122は、第1の圧電体層121および第2の圧電体層123で生じた正電荷または負電荷を電荷Qa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A軸に平行な圧縮力が加えられた場合、出力電極層122近傍には、正電荷が偏った状態となる。その結果、出力電極層122では、静電誘導により、第1および第2の圧電体層121、123側に負電荷が集まり、第1および2の圧電体層121、123と反対側に正電荷が集まる。よって、出力電極層122からは、正の電荷Qaが出力される。
The output electrode layer 122 has a function of outputting positive charges or negative charges generated in the first piezoelectric layer 121 and the second piezoelectric layer 123 as charges Qa.
As described above, when a compressive force parallel to the A axis is applied to the surface of the first piezoelectric layer 121 or the surface of the second piezoelectric layer 123, a positive charge is biased near the output electrode layer 122. It becomes the state. As a result, in the output electrode layer 122, negative charges are collected on the first and second piezoelectric layers 121 and 123 side by electrostatic induction, and positive charges are on the opposite side to the first and second piezoelectric layers 121 and 123. Gather. Therefore, positive charge Qa is output from the output electrode layer 122.

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A軸に平行な引張力が加えられた場合、出力電極層122近傍には、負電荷が偏った状態となる。その結果、出力電極層122では、静電誘導により、第1および第2の圧電体層121、123側に正電荷が集まり、第1および2の圧電体層121、123と反対側に負電荷が集まる。よって、出力電極層122からは、負の電荷Qaが出力される。   On the other hand, when a tensile force parallel to the A axis is applied to the surface of the first piezoelectric layer 121 or the surface of the second piezoelectric layer 123, the negative charge is biased near the output electrode layer 122. Become. As a result, in the output electrode layer 122, positive charges are collected on the first and second piezoelectric layers 121 and 123 side due to electrostatic induction, and negative charges are on the opposite side to the first and second piezoelectric layers 121 and 123. Gather. Therefore, the negative charge Qa is output from the output electrode layer 122.

第2のセンサー13は、B軸に沿って加えられた(受けた)外力(せん断力)に応じて電荷Qbを出力する機能を有する。第2のセンサー13は、B軸の正方向に沿って加えられた外力に応じて正電荷を出力し、B軸の負方向に沿って加えられた外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1のセンサー12のA軸正側に、第1のセンサー12と対向して配置されている。この第2のセンサーは、第3の圧電体層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、電荷Qbを出力する出力電極層(内部電極層)132を有する。
The second sensor 13 has a function of outputting a charge Qb according to an external force (shearing force) applied (received) along the B axis. The second sensor 13 is configured to output a positive charge according to an external force applied along the positive direction of the B axis and to output a negative charge according to an external force applied along the negative direction of the B axis. Has been.
The second sensor 13 is arranged on the positive side of the first axis of the first sensor 12 so as to face the first sensor 12. The second sensor includes a third piezoelectric layer 131, a fourth piezoelectric layer 133 provided to face the third piezoelectric layer 131, the third piezoelectric layer 131, and the fourth piezoelectric layer 131. It has an output electrode layer (internal electrode layer) 132 that is provided between the piezoelectric layer 133 and outputs a charge Qb.

第3の圧電体層131は、互いに直交する3つの結晶軸であるx軸(結晶軸x)、y軸(結晶軸y)およびz軸(結晶軸z)を有するYカット水晶板で構成されている。その結果、第3の圧電体層131では、x軸方向とB軸方向とが一致しており、y軸方向とA軸方向とが一致しており、z軸方向とC軸方向とが一致している。
かかる第3の圧電体層131は、C軸の負方向からみたとき、6つの頂点にSi原子とO原子とが交互に配置されたような六角形の単位格子を有している(図6(a)参照)。この単位格子は、Si原子とO原子とを結ぶ3つの対角線のうちの1つの対角線が第3の圧電体層131の厚さ方向とほほ垂直となるような状態となっている。
The third piezoelectric layer 131 is composed of a Y-cut quartz plate having three crystal axes that are orthogonal to each other, that is, an x axis (crystal axis x), a y axis (crystal axis y), and a z axis (crystal axis z). ing. As a result, in the third piezoelectric layer 131, the x-axis direction and the B-axis direction coincide with each other, the y-axis direction and the A-axis direction coincide with each other, and the z-axis direction and the C-axis direction coincide with each other. I'm doing it.
The third piezoelectric layer 131 has a hexagonal unit cell in which Si atoms and O atoms are alternately arranged at six vertices when viewed from the negative direction of the C axis (FIG. 6). (See (a)). This unit cell is in a state in which one of the three diagonal lines connecting Si atoms and O atoms is almost perpendicular to the thickness direction of the third piezoelectric layer 131.

第3の圧電体層131の表面に対し、B軸の正方向に沿った外力が加えられた場合、単位格子が、図6(b)に示すように、B軸の正方向に傾斜する(歪む)ように変形する。このため、出力電極層132側で第3の圧電体層131の厚さ方向とほぼ垂直な方向(面方向)に並ぶO原子とSi原子とのうちのO原子が、図6(a)より出力電極層132から離れた状態となるとともに、グランド電極層17側で第3の圧電体層131の面方向に並ぶO原子とSi原子とのうちのSi原子が、図6(a)よりグランド電極層16から離れた状態となる。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偏り、第3の圧電体層131のグランド電極層17側表面近傍には負電荷が偏った状態となる。   When an external force along the positive direction of the B-axis is applied to the surface of the third piezoelectric layer 131, the unit cell is inclined in the positive direction of the B-axis as shown in FIG. Deformed). Therefore, O atoms out of O atoms and Si atoms arranged in the direction (plane direction) substantially perpendicular to the thickness direction of the third piezoelectric layer 131 on the output electrode layer 132 side are shown in FIG. The Si atoms out of the O atoms and the Si atoms that are separated from the output electrode layer 132 and arranged in the plane direction of the third piezoelectric layer 131 on the ground electrode layer 17 side are grounded as shown in FIG. The state is separated from the electrode layer 16. As a result, the positive charge is biased near the surface of the third piezoelectric layer 131 on the output electrode layer 132 side, and the negative charge is biased near the surface of the third piezoelectric layer 131 on the ground electrode layer 17 side. .

これとは逆に、第3の圧電体層131の表面に対し、B軸の負方向に沿った外力が加えられた場合、単位格子が、図6(c)に示すように、B軸の負方向に傾斜する(歪む)ように変形する。このため、出力電極層132側で第3の圧電体層131の面方向に並ぶO原子とSi原子とのうちのSi原子が、図6(a)より出力電極層132から離れた状態となるとともに、グランド電極層17側で第3の圧電体層131の面方向に並ぶO原子とSi原子とのうちのO原子が、図6(a)よりグランド電極層17から離れた状態となる。その結果、第3の圧電体層131の出力電極層132側表面近傍には負電荷が偏り、第3の圧電体層131のグランド電極層17側表面近傍には正電荷が偏った状態となる。   On the contrary, when an external force along the negative direction of the B axis is applied to the surface of the third piezoelectric layer 131, the unit cell has the B axis as shown in FIG. It deforms so as to incline (distort) in the negative direction. Therefore, Si atoms out of the O atoms and Si atoms arranged in the plane direction of the third piezoelectric layer 131 on the output electrode layer 132 side are in a state separated from the output electrode layer 132 from FIG. At the same time, O atoms among O atoms and Si atoms arranged in the plane direction of the third piezoelectric layer 131 on the ground electrode layer 17 side are in a state of being separated from the ground electrode layer 17 as shown in FIG. As a result, negative charges are biased near the surface of the third piezoelectric layer 131 on the output electrode layer 132 side, and positive charges are biased near the surface of the third piezoelectric layer 131 on the ground electrode layer 17 side. .

また、第4の圧電体層133は、第3の圧電体層131と同様の結晶軸を有しており、第3の圧電体層131をB軸回りに180°回転させた状態で配置されている。すなわち、第4の圧電体層133では、C軸の負方向からみたとき、単位格子が第3の圧電体層131と上下反転した状態となっている。
したがって、第4の圧電体層133の表面に対し、B軸の正方向に沿った外力が加えられた場合、第4の圧電体層133の出力電極層132側表面近傍には正電荷が偏り、第4の圧電体層133のグランド電極層16側表面近傍には負電荷が偏った状態となる。これとは逆に、第4の圧電体層133の表面に対し、B軸の負方向に沿った外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偏り、第4の圧電体層133のグランド電極層16側表面近傍には正電荷が偏った状態となる。
The fourth piezoelectric layer 133 has the same crystal axis as that of the third piezoelectric layer 131, and is arranged in a state where the third piezoelectric layer 131 is rotated by 180 ° around the B axis. ing. That is, in the fourth piezoelectric layer 133, the unit cell is vertically inverted with respect to the third piezoelectric layer 131 when viewed from the negative direction of the C axis.
Therefore, when an external force along the positive direction of the B axis is applied to the surface of the fourth piezoelectric layer 133, positive charges are biased near the surface of the fourth piezoelectric layer 133 on the output electrode layer 132 side. In the vicinity of the surface of the fourth piezoelectric layer 133 on the ground electrode layer 16 side, negative charges are biased. Conversely, when an external force along the negative direction of the B-axis is applied to the surface of the fourth piezoelectric layer 133, the surface of the fourth piezoelectric layer 133 near the output electrode layer 132 side is not present. Negative charge is biased, and the positive charge is biased near the surface of the fourth piezoelectric layer 133 on the ground electrode layer 16 side.

出力電極層132は、第3の圧電体層131および第4の圧電体層133で生じた正電荷または負電荷を電荷Qb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B軸の正方向に沿った外力が加えられた場合、出力電極層132近傍には、正電荷が偏った状態となる。その結果、出力電極層132では、静電誘導により、第3および第4の圧電体層131、133側に負電荷が集まり、第3および4の圧電体層131、133と反対側に正電荷が集まる。よって、出力電極層132からは、正の電荷Qbが出力される。
The output electrode layer 132 has a function of outputting positive charges or negative charges generated in the third piezoelectric layer 131 and the fourth piezoelectric layer 133 as charges Qb.
As described above, when an external force along the positive direction of the B axis is applied to the surface of the third piezoelectric layer 131 or the surface of the fourth piezoelectric layer 133, a positive charge is present in the vicinity of the output electrode layer 132. Becomes a biased state. As a result, in the output electrode layer 132, negative charges are collected on the third and fourth piezoelectric layers 131 and 133 by electrostatic induction, and positive charges are on the opposite side of the third and fourth piezoelectric layers 131 and 133. Gather. Therefore, positive charge Qb is output from the output electrode layer 132.

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B軸の負方向に沿った外力が加えられた場合、出力電極層132近傍には、負電荷が偏った状態となる。その結果、出力電極層132では、静電誘導により、第3および第4の圧電体層131、133側に正電荷が集まり、第3および4の圧電体層131、133と反対側に負電荷が集まる。よって、出力電極層132からは、負の電荷Qbが出力される。   On the other hand, when an external force along the negative direction of the B axis is applied to the surface of the third piezoelectric layer 131 or the surface of the fourth piezoelectric layer 133, negative charges are biased in the vicinity of the output electrode layer 132. It becomes a state. As a result, in the output electrode layer 132, positive charges are collected on the third and fourth piezoelectric layers 131 and 133 due to electrostatic induction, and negative charges are on the opposite side of the third and fourth piezoelectric layers 131 and 133. Gather. Therefore, the negative charge Qb is output from the output electrode layer 132.

第3のセンサー14は、C軸に沿って加えられた(受けた)外力(せん断力)に応じて電荷Qcを出力する機能を有する。第3のセンサー14は、C軸の正方向に沿って加えられた外力に応じて正電荷を出力し、C軸の負方向に沿って加えられた外力に応じて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1のセンサー12と対向して、第1のセンサー12の第2のセンサー13と反対側、すなわち、A軸負側に設けられている。この第3のセンサー14は、第5の圧電体層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、電荷Qcを出力する出力電極層(内部電極層)142を有する。
The third sensor 14 has a function of outputting a charge Qc according to an external force (shearing force) applied (received) along the C axis. The third sensor 14 is configured to output a positive charge according to an external force applied along the positive direction of the C axis and to output a negative charge according to an external force applied along the negative direction of the C axis. Has been.
The third sensor 14 is provided on the opposite side of the first sensor 12 from the second sensor 13, that is, on the negative side of the A axis, facing the first sensor 12. The third sensor 14 includes a fifth piezoelectric layer 141, a sixth piezoelectric layer 143 provided to face the fifth piezoelectric layer 141, a fifth piezoelectric layer 141, and a sixth piezoelectric layer 141. And an output electrode layer (internal electrode layer) 142 that outputs a charge Qc.

第5の圧電体層141は互いに直交する3つの結晶軸であるx軸(結晶軸x)、y軸(結晶軸y)およびz軸(結晶軸z)を有るYカット水晶板で構成されている。その結果、第5の圧電体層141では、x軸方向とC軸方向とが一致しており、y軸方向とA軸方向とが一致しており、z軸方向とB軸方向とが一致している。
かかる第5の圧電体層141は、B軸の正方向からみたとき、第3の圧電体層131で説明したのと同一の状態の単位格子を有している。
The fifth piezoelectric layer 141 is composed of a Y-cut quartz plate having three crystal axes orthogonal to each other, that is, an x axis (crystal axis x), a y axis (crystal axis y), and a z axis (crystal axis z). Yes. As a result, in the fifth piezoelectric layer 141, the x-axis direction and the C-axis direction coincide with each other, the y-axis direction and the A-axis direction coincide with each other, and the z-axis direction and the B-axis direction coincide with each other. I'm doing it.
The fifth piezoelectric layer 141 has a unit lattice in the same state as described in the third piezoelectric layer 131 when viewed from the positive direction of the B axis.

第5の圧電体層141の表面に対し、C軸の正方向に沿った外力が加えられた場合、第3の圧電体層131と同様に、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偏り、第5の圧電体層141のグランド電極層15側表面近傍には負電荷が偏った状態となる。これとは逆に、第5の圧電体層141の表面に対し、C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偏り、第5の圧電体層141のグランド電極層15側表面近傍には正電荷が偏った状態となる。
また、第6の圧電体層143は、第5の圧電体層141と同様の結晶軸を有しており、第5の圧電体層141をB軸回りに180°回転させた状態で配置されている。すなわち、第6の圧電体層143では、B軸の正方向からみたとき、単位格子が第5の圧電体層141と上下反転した状態となっている。
When an external force along the positive direction of the C-axis is applied to the surface of the fifth piezoelectric layer 141, the output electrode layer 142 of the fifth piezoelectric layer 141 is the same as the third piezoelectric layer 131. The positive charge is biased near the side surface, and the negative charge is biased near the ground electrode layer 15 surface of the fifth piezoelectric layer 141. Conversely, when an external force along the negative direction of the C-axis is applied to the surface of the fifth piezoelectric layer 141, the surface of the fifth piezoelectric layer 141 near the output electrode layer 142 side is not The negative charge is biased, and the positive charge is biased near the surface of the fifth piezoelectric layer 141 on the ground electrode layer 15 side.
The sixth piezoelectric layer 143 has the same crystal axis as that of the fifth piezoelectric layer 141, and is arranged in a state in which the fifth piezoelectric layer 141 is rotated by 180 ° around the B axis. ing. That is, in the sixth piezoelectric layer 143, the unit cell is vertically inverted with respect to the fifth piezoelectric layer 141 when viewed from the positive direction of the B axis.

第6の圧電体層143の表面に対し、C軸の正方向に沿った外力が加えられた場合、第4の圧電体層133と同様に、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偏り、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偏った状態となる。これとは逆に、第6の圧電体層143の表面に対し、C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偏り、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偏った状態となる。   When an external force along the positive direction of the C axis is applied to the surface of the sixth piezoelectric layer 143, the output electrode layer 142 of the sixth piezoelectric layer 143 is the same as the fourth piezoelectric layer 133. The positive charge is biased near the side surface, and the negative charge is biased near the ground electrode layer 11 side surface of the sixth piezoelectric layer 143. On the other hand, when an external force along the negative direction of the C axis is applied to the surface of the sixth piezoelectric layer 143, the surface of the sixth piezoelectric layer 143 is not near the output electrode layer 142 side surface. Negative charge is biased, and the positive charge is biased near the surface of the sixth piezoelectric layer 143 on the ground electrode layer 11 side.

出力電極層142は、第5の圧電体層141および第6の圧電体層143で生じた正電荷または負電荷を電荷Qc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C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、正電荷が偏った状態となる。その結果、出力電極層142では、静電誘導により、第5および第6の圧電体層141、143側に負電荷が集まり、第5および第6の圧電体層141、143と反対側に正電荷が集まる。よって、出力電極層142からは、正の電荷Qcが出力される。
The output electrode layer 142 has a function of outputting positive charges or negative charges generated in the fifth piezoelectric layer 141 and the sixth piezoelectric layer 143 as charges Qc.
As described above, when an external force along the positive direction of the C-axis is applied to the surface of the fifth piezoelectric layer 141 or the surface of the sixth piezoelectric layer 143, a positive charge is present in the vicinity of the output electrode layer 142. Becomes a biased state. As a result, in the output electrode layer 142, due to electrostatic induction, negative charges are collected on the fifth and sixth piezoelectric layers 141 and 143, and on the opposite side to the fifth and sixth piezoelectric layers 141 and 143, Charge collects. Therefore, positive charge Qc is output from the output electrode layer 142.

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C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、負電荷が偏った状態となる。出力電極層142では、静電誘導により、第5および第6の圧電体層141、143側に正電荷が集まり、第5および第6の圧電体層141、143と反対側に負電荷が集まる。その結果、出力電極層142からは、負の電荷Qcが出力される。   On the other hand, when an external force along the negative direction of the C axis is applied to the surface of the fifth piezoelectric layer 141 or the surface of the sixth piezoelectric layer 143, negative charges are biased in the vicinity of the output electrode layer 142. It becomes a state. In the output electrode layer 142, positive charges gather on the fifth and sixth piezoelectric layers 141 and 143 side due to electrostatic induction, and negative charges gather on the opposite side to the fifth and sixth piezoelectric layers 141 and 143. . As a result, a negative charge Qc is output from the output electrode layer 142.

このように、第3のセンサー14、第2のセンサー13および第1のセンサー12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、3軸(A軸、B軸、C軸)に沿った外力(ひずみ)のそれぞれに応じて3つの電荷Qa、Qb、Qcを出力することができる。   Thus, the third sensor 14, the second sensor 13, and the first sensor 12 are stacked so that the force detection directions of the sensors are orthogonal to each other. Thereby, each sensor can induce an electric charge according to force components orthogonal to each other. Therefore, the charge output element 10 can output three charges Qa, Qb, and Qc according to external forces (strains) along the three axes (A axis, B axis, and C axis).

特に、本実施形態では、第1のセンサー12(Xカット板)が、第2のセンサー13(第1のYカット板)と第3のセンサー14(第2のYカット板)との間に設けられている。かかる構成の電荷出力素子10では、A軸方向に沿って加えられた(受けた)外力(圧縮/引張力)をより高感度で検出することができる。
また、各センサー12、13、14では、圧電体層が2枚ずつ、互いにB軸またはC軸回りに180°回転させた状態で配置されている。これにより、2枚の圧電体層のいずれか一方のみと、出力電極層によって各センサーを構成する場合と比較して、出力電極層近傍に偏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、出力電極層から出力される電荷Qa〜Qcを増加させることができる。
In particular, in the present embodiment, the first sensor 12 (X-cut plate) is between the second sensor 13 (first Y-cut plate) and the third sensor 14 (second Y-cut plate). Is provided. In the charge output element 10 having such a configuration, an external force (compression / tensile force) applied (received) along the A-axis direction can be detected with higher sensitivity.
In each of the sensors 12, 13, and 14, two piezoelectric layers are disposed in a state where the piezoelectric layers are rotated by 180 ° around the B axis or the C axis. Thereby, as compared with the case where each sensor is constituted by only one of the two piezoelectric layers and the output electrode layer, it is possible to increase the positive charge or the negative charge biased near the output electrode layer. As a result, the charges Qa to Qc output from the output electrode layer can be increased.

なお、各圧電体層は、水晶と同様の結晶構造を有する材料(圧電材料)で構成することができる。かかる材料としては、例えば、トパーズ、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT:Pb(Zr,Ti)O)、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。ただし、水晶は、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点から好ましい。 Each piezoelectric layer can be made of a material (piezoelectric material) having a crystal structure similar to that of quartz. Examples of such materials include topaz, barium titanate, lead titanate, lead zirconate titanate (PZT: Pb (Zr, Ti) O 3 ), lithium niobate, lithium tantalate, and the like. These can be used alone or in combination of two or more. However, quartz is preferable because it has excellent characteristics such as a wide dynamic range, high rigidity, high natural frequency, and high load resistance.

また、第1のセンサー12の圧電体層に用いる材料と、第2のセンサー13の圧電体層に用いる材料と、第3のセンサー14の圧電体層に用いる材料とは、同一であってもよく、異なっていてもよい。
図7に示すように、このような積層体110は、4つの側面110a〜110dを備えている。これらの側面のうち、2つの側面110a、110cは、B軸(第1および第2の圧電体層121、123の結晶軸y)を法線とする側面であり、2つの側面110b、110dは、C軸(第1および第2の圧電体層121、123の結晶軸z)を法線とする側面である。
The material used for the piezoelectric layer of the first sensor 12, the material used for the piezoelectric layer of the second sensor 13, and the material used for the piezoelectric layer of the third sensor 14 may be the same. Well, it can be different.
As illustrated in FIG. 7, the stacked body 110 includes four side surfaces 110 a to 110 d. Of these side surfaces, the two side surfaces 110a and 110c are side surfaces having the B axis (the crystal axis y of the first and second piezoelectric layers 121 and 123) as a normal line, and the two side surfaces 110b and 110d are , And the C axis (the crystal axes z of the first and second piezoelectric layers 121 and 123) are normal sides.

図7および図8に示すように、本実施形態では、出力電極層122に接続され、電荷Qaを取り出すための第1の側面端子120と、出力電極層132に接続され、電荷Qbを取り出すための第2の側面端子130とが、第2の側面110bに設けられている。また、出力電極層142に接続され、電荷Qcを取り出すための第3の側面端子140と、グランド電極層11、15、16、17に接続され、積層体110を接地するための第4の側面端子150とが、第4の側面110dに設けられている。   As shown in FIGS. 7 and 8, in the present embodiment, the first side terminal 120 connected to the output electrode layer 122 for extracting the charge Qa and the output electrode layer 132 connected to extract the charge Qb. The second side surface terminal 130 is provided on the second side surface 110b. The fourth side surface is connected to the output electrode layer 142 and connected to the third side surface terminal 140 for taking out the charge Qc, and the ground electrode layers 11, 15, 16, and 17, and the laminated body 110 is grounded. A terminal 150 is provided on the fourth side surface 110d.

また、各側面端子120〜150は、積層体110の厚さ方向に沿って長尺状(側面視で帯状)をなしており、同じ厚さ方向に配置された出力電極層122、132、142等と電気的に接続されている。かかる構成とすることにより、複数の出力電極層と電気的な接続が一括して可能となる。
各電極層は、図8に示すように、電極本体191と、電極本体191から側方に突出して、電極本体191と一体的に形成された接続部192とを備えている。各電極層は、接続部192の位置を異ならせることにより、対応する側面端子120〜150と選択的に接続されている。かかる構成とすることにより、側面端子120〜150同士の間で短絡するようなことはない。
Further, each of the side terminals 120 to 150 has a long shape (a belt shape in a side view) along the thickness direction of the stacked body 110, and the output electrode layers 122, 132, 142 arranged in the same thickness direction. Etc. are electrically connected. With this configuration, electrical connection with a plurality of output electrode layers is possible at once.
As shown in FIG. 8, each electrode layer includes an electrode main body 191 and a connection portion 192 that protrudes laterally from the electrode main body 191 and is integrally formed with the electrode main body 191. Each electrode layer is selectively connected to the corresponding side terminals 120 to 150 by changing the position of the connecting portion 192. By setting it as this structure, it does not short-circuit between the side terminals 120-150.

ここで、従来、側面端子120〜150を積層体110に設ける場合、特許文献1に開示されるように、1つの側面110a〜110dに、1つの側面端子120〜150を設けるのが一般的である。かかる構成とすると、側面端子120〜150のうちの2つが、必然的に、第1の圧電体層121および/または第2の圧電体層123(以下、これらを総称して、「Xカット板」と言う。)のB軸(結晶軸y)を法線とする面に接触することになる。   Here, conventionally, when the side terminals 120 to 150 are provided in the laminated body 110, as disclosed in Patent Document 1, it is common to provide one side terminal 120 to 150 on one side 110a to 110d. is there. In such a configuration, two of the side terminals 120 to 150 inevitably have the first piezoelectric layer 121 and / or the second piezoelectric layer 123 (hereinafter collectively referred to as “X-cut plate”). ”) Is in contact with the surface having the B axis (crystal axis y) as a normal line.

この場合、かかる側面端子が熱変形(熱膨張または熱収縮)すると、Xカット板にB軸方向への圧縮力または引張力が加えられる。Xカット板にB軸方向の圧縮力が加えられると、図5(c)に示すように、Xカット板内の単位格子がB軸方向に押し潰されるように(A軸方向に引き伸ばされるように)変形し、出力電極層122からは、正の電荷が出力されるようになる。一方、Xカット板にB軸方向の引張力が付与されると、図5(b)に示すように、Xカット板内の単位格子がB軸方向に引き伸ばされるように(A軸方向に押し潰されるように)変形し、出力電極層122からは、負の電荷が出力されるようになる。このような電荷は、不要な信号として検出され、電荷出力素子10に何ら外力が付与されていないにもかかわらず、力検出装置1は、電荷出力素子10に外力が付与されたものと判断してしまう。   In this case, when the side terminal is thermally deformed (thermal expansion or contraction), a compressive force or a tensile force in the B-axis direction is applied to the X-cut plate. When a compressive force in the B-axis direction is applied to the X-cut plate, as shown in FIG. 5C, the unit lattice in the X-cut plate is crushed in the B-axis direction (so as to be stretched in the A-axis direction). ) And positive charges are output from the output electrode layer 122. On the other hand, when a tensile force in the B-axis direction is applied to the X-cut plate, as shown in FIG. 5B, the unit lattice in the X-cut plate is stretched in the B-axis direction (pressed in the A-axis direction). As a result, the output electrode layer 122 outputs negative charges. Such a charge is detected as an unnecessary signal, and the force detection device 1 determines that an external force is applied to the charge output element 10 even though no external force is applied to the charge output element 10. End up.

そこで、本発明では、各側面端子120〜150を、Xカット板のB軸(結晶軸y)を法線とする側面110a、110cに設けず、Xカット板のA軸(結晶軸z)を法線とする側面110b、110dに設けることとした。かかる構成により、各側面端子120〜150が、例え熱変形したとしても、力検出装置1が、電荷出力素子10に外力が付与されたものと判断してしまうことを防止または低減することができる。   Therefore, in the present invention, the side terminals 120 to 150 are not provided on the side surfaces 110a and 110c whose normal is the B axis (crystal axis y) of the X cut plate, and the A axis (crystal axis z) of the X cut plate is used. They are provided on the side surfaces 110b and 110d that are normal lines. With this configuration, even if each of the side terminals 120 to 150 is thermally deformed, it can be prevented or reduced that the force detection device 1 determines that an external force has been applied to the charge output element 10. .

なお、Xカット板および第3および第4の圧電体層131、133を構成するYカット板において、C軸方向(z軸方向)には、O原子およびSi原子が螺旋状をなすように配置されている(図示せず)。したがって、これらのカット板にC軸方向の圧縮力が加えられた場合、この螺旋がC軸方向に押し潰されるだけであり、前述したような六角形の単位格子は、その形状を維持する。このため、厚さ方向における電荷の偏り(圧電効果)は生じないか、生じたとしても極めて小さい。   In the Y cut plate constituting the X cut plate and the third and fourth piezoelectric layers 131 and 133, the O atom and the Si atom are arranged in a spiral shape in the C axis direction (z axis direction). (Not shown). Therefore, when a compressive force in the C-axis direction is applied to these cut plates, this spiral is only crushed in the C-axis direction, and the hexagonal unit cell as described above maintains its shape. For this reason, there is no or very small charge bias (piezoelectric effect) in the thickness direction.

また、第5および第6の圧電体層141、143を構成するYカット板では、図9に示すように、C軸方向の圧縮力が加えられると、前述した六角形の単位格子は、Yカット板の厚さ方向とほぼ垂直な方向に押し潰されるように変形するものの、出力電極層142およびグランド電極層11、15側において面方向に並ぶO原子とSi原子と、出力電極層142およびグランド電極層11、15との距離は殆ど変化しない。このため、厚さ方向における電荷の偏り(圧電効果)は生じないか、生じたとしても極めて小さい。   In addition, in the Y-cut plates constituting the fifth and sixth piezoelectric layers 141 and 143, as shown in FIG. 9, when a compressive force in the C-axis direction is applied, the above-described hexagonal unit cell becomes Y Although deformed so as to be crushed in a direction substantially perpendicular to the thickness direction of the cut plate, the O and Si atoms aligned in the plane direction on the output electrode layer 142 and ground electrode layers 11 and 15 side, the output electrode layer 142 and The distance to the ground electrode layers 11 and 15 hardly changes. For this reason, there is no or very small charge bias (piezoelectric effect) in the thickness direction.

このように、本発明では、各側面端子120〜150を、Xカット板のz軸を法線とする側面110b、110dに設けたこと、換言すれば、Xカット板のy軸を法線とする面以外の領域に設けたことにより、これらが熱変形(熱膨張または熱収縮)した場合でも、電荷出力素子10が不要な外力として検出することがない。すなわち、本発明によれば、電荷出力素子10の検出精度をより高めることができる。   Thus, in the present invention, the side terminals 120 to 150 are provided on the side surfaces 110b and 110d having the z-axis of the X-cut plate as a normal line, in other words, the y-axis of the X-cut plate is defined as a normal line. By providing them in a region other than the surface to be charged, even if they are thermally deformed (thermal expansion or thermal contraction), the charge output element 10 is not detected as an unnecessary external force. That is, according to the present invention, the detection accuracy of the charge output element 10 can be further increased.

各側面端子120〜150は、例えば、Agペースト、Cuペースト、Auペースト等で形成することができるが、特に、Agペーストを用いるのが好ましい。Agペーストは、入手が容易であり、取扱性にも優れる。また、Agペーストの熱膨張係数は、Xカット板のy軸方向(B軸方向)の熱膨張係数に比べて極めて大きい。したがって、本発明の効果は、各側面端子120〜150をAgペーストで形成する場合に特に顕著に発揮される。   Each of the side terminals 120 to 150 can be formed of, for example, Ag paste, Cu paste, Au paste, or the like, but it is particularly preferable to use Ag paste. Ag paste is easily available and has excellent handling properties. Moreover, the thermal expansion coefficient of Ag paste is extremely larger than the thermal expansion coefficient in the y-axis direction (B-axis direction) of the X-cut plate. Therefore, the effect of the present invention is particularly prominent when the side terminals 120 to 150 are formed of Ag paste.

また、本実施形態では、最も長い第4の側面端子150と、最も短い第3の側面端子140とを、同一の側面110dに設け、2番目に長い第2の側面端子130と、3番目に長い第1の側面端子120とを、同一の側面110bに設けている。さらに、最も長い第4の側面端子150と、2番目に長い第2の側面端子130とを、積層体110の平面視で対角の位置に設け、最も短い第3の側面端子140と、3番目に長い第1の側面端子120とを、積層体110の平面視で対角の位置に設けている。かかる構成により、電荷出力素子10のB軸方向における機械的強度のバラつきを低減することができる。その結果、各側面端子120〜150が熱変形しても、積層体110に捻じり等が生ずるのを効果的に防止または低減することができる。   Further, in the present embodiment, the longest fourth side terminal 150 and the shortest third side terminal 140 are provided on the same side 110d, the second longest second side terminal 130, and the third The long first side surface terminal 120 is provided on the same side surface 110b. Further, the longest fourth side terminal 150 and the second longest second side terminal 130 are provided at diagonal positions in plan view of the laminate 110, and the shortest third side terminal 140, 3 The first long side surface terminal 120 is provided at a diagonal position in plan view of the laminate 110. With this configuration, the mechanical strength variation in the B-axis direction of the charge output element 10 can be reduced. As a result, even if the side terminals 120 to 150 are thermally deformed, it is possible to effectively prevent or reduce the occurrence of twisting or the like in the laminate 110.

なお、電荷出力素子10のB軸方向における機械的強度のバラつきを特に少なくする観点からは、第1〜第3の側面端子120〜140を、第4の側面端子150と同一の長さに形成してもよい。かかる構成としても、各電極層は、前述したように、電極本体191から側方に突出した接続部192を備える形状に形成されているため、第1〜第4の側面端子120〜150同士の間で短絡するようなことはない。   The first to third side terminals 120 to 140 are formed to have the same length as the fourth side terminal 150 from the viewpoint of particularly reducing variation in mechanical strength in the B-axis direction of the charge output element 10. May be. Even in such a configuration, as described above, each electrode layer is formed in a shape including the connection portion 192 that protrudes laterally from the electrode main body 191, and therefore, the first to fourth side terminals 120 to 150 are connected to each other. There is no short circuit between them.

なお、本実施形態では、2対の対向する対向面である第2の側面110bおよび第4の側面110dに、2つずつ側面端子が設けられているが、第2の側面110bおよび第4の側面110dの一方に4つの側面端子を設けてもよく、一方の側面に1つの側面端子と他方の側面に3つの側面端子を設けるようにしてもよい。
また、第2の側面110bおよび/または第4の側面110dには、各側面端子120〜150に加えて、電気的な接続を目的としないダミー側面端子を1つ以上設けるようにしてもよい。これにより、電荷出力素子10の機械的強度の増大を図ることができる。
In the present embodiment, two side terminals are provided on each of the second side face 110b and the fourth side face 110d, which are two opposing faces, but the second side face 110b and the fourth side face are provided. Four side terminals may be provided on one of the side surfaces 110d, and one side terminal may be provided on one side and three side terminals may be provided on the other side.
In addition to the side terminals 120 to 150, the second side face 110b and / or the fourth side face 110d may be provided with one or more dummy side terminals that are not intended for electrical connection. As a result, the mechanical strength of the charge output element 10 can be increased.

なお、各側面端子120〜150は、Xカット板のy軸を法線とする面以外の領域、すなわち、Xカット板に接触する側面端子(本実施形態では、第1、第2および第4の側面端子120、130、150)を、その熱変形によりXカット板のz軸方向(C軸方向)に沿って加えられる外力よりy軸方向(B軸方向)に沿って加えられる外力が小さくなるような領域に設けられていればよく、例えば、次のような構成とすることもできる。   Each of the side terminals 120 to 150 is a region other than the surface having the y-axis of the X-cut plate as a normal line, that is, the side terminals in contact with the X-cut plate (in this embodiment, the first, second, and fourth). The external force applied along the y-axis direction (B-axis direction) is smaller than the external force applied along the z-axis direction (C-axis direction) of the X-cut plate due to thermal deformation of the side terminals 120, 130, 150). For example, the following configuration may be employed.

図10に示す電荷出力素子10では、第2の側面110bの第1のセンサー12に対応する位置に、側面視で円形の第1の側面端子120が設けられ、第3の側面110cの第2のセンサー14に対応する位置に、側面視で円形の第2の側面端子130が設けられ、第1の側面110aの第3のセンサー14に対応する位置に、側面視で円形の第3の側面端子140が設けられ、第4の側面110dに、側面視で帯状の第4の側面端子150が設けられている。かかる構成によれば、各電極層に矩形の金属箔(金属シート)を用いることができるため、電荷出力素子10の製造コストの低減を図ることができる。   In the charge output element 10 shown in FIG. 10, a first side terminal 120 that is circular in a side view is provided at a position corresponding to the first sensor 12 on the second side surface 110b, and the second side of the third side surface 110c. A second side terminal 130 that is circular in a side view is provided at a position corresponding to the sensor 14, and a third side surface that is circular in a side view at a position corresponding to the third sensor 14 on the first side 110a. A terminal 140 is provided, and a belt-like fourth side terminal 150 is provided on the fourth side face 110d in a side view. According to such a configuration, since a rectangular metal foil (metal sheet) can be used for each electrode layer, the manufacturing cost of the charge output element 10 can be reduced.

また、図11に示す電荷出力素子10では、積層体110の平面視での形状がほぼ円形(または楕円形)をなし、各側面端子120〜150が、図中上側と下側とに偏って設けられている。かかる構成によれば、Xカット板(第1のセンサー12)に接触する第1、第2および第4の側面端子120、130、150が熱変形した場合、Xカット板のy軸方向(B軸方向)に沿って外力が加えられたとしも、その大きさは、Xカット板のz軸方向(C軸方向)に沿って加えられる外力より遥かに小さい。   Further, in the charge output element 10 shown in FIG. 11, the shape of the laminate 110 in plan view is substantially circular (or elliptical), and the side terminals 120 to 150 are biased toward the upper side and the lower side in the figure. Is provided. According to this configuration, when the first, second, and fourth side terminals 120, 130, and 150 that contact the X-cut plate (first sensor 12) are thermally deformed, the y-axis direction (B Even if an external force is applied along the axial direction), the magnitude is much smaller than the external force applied along the z-axis direction (C-axis direction) of the X-cut plate.

さらに、少なくともXカット板に接触して設けられた出力電極層122およびグランド電極層15、16は、その熱膨張係数がXカット板のB軸方向(y軸方向)の熱膨張係数とできる限り近いことが好ましい。これにより、電荷出力素子10が熱変形する場合、Xカット板と出力電極層122およびグランド電極層15、16とが近似の収縮率または伸長率で変形する。このため、B軸方における不要な圧縮応力または収縮応力がXカット板に付与されるのを防止または抑制することができる。その結果、電荷出力素子10の検出精度をさらに高めることができる。
この熱膨張係数の差は、Xカット板のy軸方向に沿った熱膨張係数の10%以下であるのが好ましく、8%以下であるのがより好ましく、5%以下であるのがさらに好ましい。これにより、Xカット板と出力電極層122およびグランド電極層15、16とがほぼ等しい収縮率または伸長率で変形するようになる。
Furthermore, at least the output electrode layer 122 and the ground electrode layers 15 and 16 provided in contact with the X-cut plate have a thermal expansion coefficient that is as large as possible in the B-axis direction (y-axis direction) of the X-cut plate. It is preferable to be close. As a result, when the charge output element 10 is thermally deformed, the X-cut plate, the output electrode layer 122, and the ground electrode layers 15 and 16 are deformed at an approximate contraction rate or elongation rate. For this reason, unnecessary compressive stress or shrinkage stress in the B-axis direction can be prevented or suppressed from being applied to the X-cut plate. As a result, the detection accuracy of the charge output element 10 can be further increased.
This difference in thermal expansion coefficient is preferably 10% or less of the thermal expansion coefficient along the y-axis direction of the X-cut plate, more preferably 8% or less, and even more preferably 5% or less. . As a result, the X-cut plate, the output electrode layer 122, and the ground electrode layers 15 and 16 are deformed at substantially the same shrinkage rate or elongation rate.

かかる条件を満足し得る電極層の構成材料としては、例えば、Ni、Co、Bi等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。これらの材料は、前述したような圧電材料(特に、SiO)の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有することから好ましい。
なお、全ての電極層を同一の材料で構成するのが好ましい。これにより、B軸方における不要な圧縮応力または収縮応力がXカット板に付与されるのをより確実に防止または抑制することができる。
Examples of the constituent material of the electrode layer that can satisfy such conditions include Ni, Co, Bi, etc., and one or more of these can be used in combination. These materials are preferable because they have a thermal expansion coefficient close to that of the piezoelectric material (particularly, SiO 2 ) as described above.
In addition, it is preferable to comprise all the electrode layers with the same material. Thereby, it can prevent or suppress more reliably that unnecessary compressive stress or shrinkage stress in the B-axis direction is applied to the X-cut plate.

<第2実施形態>
図12は、本発明に係る力検出装置(センサー素子)の第2実施形態を示す平面図、図13は、図12中のA−A線での断面図、図14は、図12に示す力検出装置を概略的に示す回路図である。
以下、第2実施形態について、前述した第1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。
Second Embodiment
12 is a plan view showing a second embodiment of the force detection device (sensor element) according to the present invention, FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 12, and FIG. 14 is shown in FIG. It is a circuit diagram which shows a force detection apparatus roughly.
Hereinafter, the second embodiment will be described with a focus on the differences from the first embodiment described above, and the description of the same matters will be omitted.

図12および図13に示す第2実施形態の力検出装置1は、外力(モーメントを含む)を検出する機能、すなわち、6軸力(A、B、C軸方向の並進力成分(せん断力)およびA、B、C軸周りの回転力成分(モーメント))を検出する機能を有する。
図12および図13に示すように、力検出装置1は、センサーデバイス6を4つ、与圧ボルト71を4つ有している。各センサーデバイス6の位置は、特に限定されないが、本実施形態では、各センサーデバイス6、すなわち、各電荷出力素子10は、第1の基板2、第2の基板3、アナログ回路基板4の周方向に沿って、等角度間隔(90°間隔)に配置されている。これにより、偏りなく外力を検出することができる。そして、6軸力を検出することができる。また、本実施形態では、各電荷出力素子10は、全て同じ方向を向いているが、これに限定されるものではない。
また、第1の基板2には、各センサーデバイス6に対応するように、4つの凸部21が設けられている。なお、この凸部21については、第1実施形態で説明済みであるので、その説明は省略する。
The force detection device 1 of the second embodiment shown in FIGS. 12 and 13 has a function of detecting an external force (including moment), that is, a six-axis force (translation force component (shearing force) in the A, B, and C axis directions). And a function of detecting a rotational force component (moment) around the A, B, and C axes.
As shown in FIGS. 12 and 13, the force detection device 1 has four sensor devices 6 and four pressurizing bolts 71. Although the position of each sensor device 6 is not particularly limited, in this embodiment, each sensor device 6, that is, each charge output element 10, is arranged around the first substrate 2, the second substrate 3, and the analog circuit substrate 4. Along the direction, they are arranged at equiangular intervals (90 ° intervals). Thereby, an external force can be detected without deviation. And a six-axis force can be detected. In the present embodiment, all the charge output elements 10 face the same direction, but the present invention is not limited to this.
The first substrate 2 is provided with four convex portions 21 so as to correspond to the sensor devices 6. Since the convex portion 21 has been described in the first embodiment, the description thereof is omitted.

なお、センサーデバイス6の数は、前記4つに限定されるものではなく、例えば、2つ、3つ、または5つ以上でもよい。但し、センサーデバイス6の数は、複数であることが好ましく、3つ以上であることがより好ましい。なお、力検出装置1は、少なくとも3つのセンサーデバイス6を有していれば、6軸力を検出可能である。センサーデバイス6が3つの場合、センサーデバイス6の数が少ないので、力検出装置1を軽量化することができる。また、センサーデバイス6が図示のように4つの場合、後述する非常に単純な演算によって6軸力を求めることができるので、演算部402を簡略化することができる。   The number of sensor devices 6 is not limited to the above four, and may be two, three, five, or more, for example. However, the number of sensor devices 6 is preferably plural, and more preferably three or more. In addition, if the force detection apparatus 1 has at least three sensor devices 6, it can detect a six-axis force. When there are three sensor devices 6, since the number of sensor devices 6 is small, the force detection apparatus 1 can be reduced in weight. Further, when there are four sensor devices 6 as shown in the figure, the 6-axis force can be obtained by a very simple calculation to be described later, so that the calculation unit 402 can be simplified.

<変換出力回路>
図14に示すように、各電荷出力素子10には、それぞれ、変換出力回路90a、90b、90cが接続されている。各変換出力回路90a、90b、90cは、前述した第1実施形態の変換出力回路90と同様であるので、その説明は省略する。
<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Va1、Va2、Va3、Va4と、各変換出力回路90bから出力される電圧Vb1、Vb2、Vb3、Vb4と、各変換出力回路90cから出力される電圧Vc1、Vc2、Vc3、Vc4とに基づき、加えられた外力を検出する機能を有する。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。
<Conversion output circuit>
As shown in FIG. 14, conversion output circuits 90a, 90b, and 90c are connected to each charge output element 10 respectively. Since each of the conversion output circuits 90a, 90b, and 90c is the same as the conversion output circuit 90 of the first embodiment described above, description thereof is omitted.
<External force detection circuit>
The external force detection circuit 40 includes voltages Va1, Va2, Va3, Va4 output from each conversion output circuit 90a, voltages Vb1, Vb2, Vb3, Vb4 output from each conversion output circuit 90b, and each conversion output circuit 90c. Based on the output voltages Vc1, Vc2, Vc3, and Vc4, it has a function of detecting the applied external force. The external force detection circuit 40 includes an AD converter 401 connected to the conversion output circuits 90a, 90b, and 90c, and an arithmetic unit 402 connected to the AD converter 401.

ADコンバーター401は、電圧Va1、Vc1、Vb1、Va2、Vc2、Vb2、Va3、Vc3、Vb3、Va4、Vc4、Vb4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Va1、Vc1、Vb1、Va2、Vc2、Vb2、Va3、Vc3、Vb3、Va4、Vc4、Vb4は、演算部402に入力される。   The AD converter 401 has a function of converting the voltages Va1, Vc1, Vb1, Va2, Vc2, Vb2, Va3, Vc3, Vb3, Va4, Vc4, and Vb4 from analog signals to digital signals. Voltages Va 1, Vc 1, Vb 1, Va 2, Vc 2, Vb 2, Va 3, Vc 3, Vb 3, Va 4, Vc 4, Vb 4 digitally converted by the AD converter 401 are input to the arithmetic unit 402.

すなわち、第1の基板2および第2の基板3の相対位置が互いにA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Va1、Va2、Va3、Va4を出力する。同様に、第1の基板2および第2の基板3の相対位置が互いにC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Vc1、Vc2、Vc3、Vc4を出力する。また、第1の基板2および第2の基板3の相対位置が互いにB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Vb1、Vb2、Vb3、Vb4を出力する。   That is, when an external force is applied in which the relative positions of the first substrate 2 and the second substrate 3 are shifted in the A-axis direction, the AD converter 401 outputs the voltages Va1, Va2, Va3, and Va4. Similarly, when an external force is applied in which the relative positions of the first substrate 2 and the second substrate 3 are shifted in the C-axis direction, the AD converter 401 outputs voltages Vc1, Vc2, Vc3, and Vc4. Further, when an external force is applied in which the relative positions of the first substrate 2 and the second substrate 3 are shifted in the B-axis direction, the AD converter 401 outputs voltages Vb1, Vb2, Vb3, and Vb4.

また、第1の基板2および第2の基板3は、互いにA軸周りに回転する相対変位、B軸周りに回転する相対変位、およびC軸周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、デジタル変換された電圧Va1、Vc1、Vb1、Va2、Vc2、Vb2、Va3、Vc3、Vb3、Va4、Vc4、Vb4に基づき、A軸方向の並進力成分Fa、C軸方向の並進力成分Fc、B軸方向の並進力成分Fb、A軸周りの回転力成分Ma、C軸周りの回転力成分Mc、B軸周りの回転力成分Mbを演算する機能を有する。各力成分は、以下の式により求めることができる。
Further, the first substrate 2 and the second substrate 3 are capable of relative displacement rotating around the A axis, relative displacement rotating around the B axis, and relative displacement rotating around the C axis. It is possible to transmit the external force accompanying to the charge output element 10.
The calculation unit 402 translates the translational force component Fa in the A-axis direction and the translation in the C-axis direction based on the digitally converted voltages Va1, Vc1, Vb1, Va2, Vc2, Vb2, Va3, Vc3, Vb3, Va4, Vc4, and Vb4. It has a function of calculating a force component Fc, a translational force component Fb in the B-axis direction, a rotational force component Ma around the A axis, a rotational force component Mc around the C axis, and a rotational force component Mb around the B axis. Each force component can be obtained by the following equation.

Fa=Va1+Va2+Va3+Va4
Fc=Vc1+Vc2+Vc3+Vc4
Fb=Vb1+Vb2+Vb3+Vb4
Ma=k×(Vb4−Vb2)
Mc=j×(Vb3−Vb1)
Mb=k×(Va2−Va4)+a×(Vc1−Vc3)
ここで、j、kは定数である。
このように、力検出装置1は、6軸力を検出することができる。
Fa = Va1 + Va2 + Va3 + Va4
Fc = Vc1 + Vc2 + Vc3 + Vc4
Fb = Vb1 + Vb2 + Vb3 + Vb4
Ma = k × (Vb4-Vb2)
Mc = j × (Vb3−Vb1)
Mb = k × (Va2−Va4) + a × (Vc1−Vc3)
Here, j and k are constants.
Thus, the force detection device 1 can detect six-axis forces.

なお、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を行うようになっていてもよい。
また、図12および図13に示すように、第1の基板2と、第2の基板3とは、4つの与圧ボルト71により、固定されている。なお、与圧ボルト71の数は、4つに限定されず、例えば、2つ、3つ、または、5つ以上であってもよい。
Note that the arithmetic unit 402 may perform, for example, correction that eliminates the difference in sensitivity between the conversion output circuits 90a, 90b, and 90c.
As shown in FIGS. 12 and 13, the first substrate 2 and the second substrate 3 are fixed by four pressurizing bolts 71. The number of pressurizing bolts 71 is not limited to four, and may be two, three, five, or more, for example.

また、各与圧ボルト71の位置は、特に限定されないが、本実施形態では、各与圧ボルト71は、第1の基板2、第2の基板3、アナログ回路基板4、デジタル回路基板5の周方向に沿って、等角度間隔(90°間隔)に配置されている。これにより、第1の基板2と第2の基板3とをバランス良く固定することができ、また、各電荷出力素子10にバランス良く与圧を加えることができる。
この力検出装置1によれば、前述した第1実施形態と同様の効果が得られる。
Further, the position of each pressurizing bolt 71 is not particularly limited, but in the present embodiment, each pressurizing bolt 71 is located on the first board 2, the second board 3, the analog circuit board 4, or the digital circuit board 5. They are arranged at equiangular intervals (90 ° intervals) along the circumferential direction. As a result, the first substrate 2 and the second substrate 3 can be fixed with good balance, and pressure can be applied to each charge output element 10 with good balance.
According to the force detection device 1, the same effect as that of the first embodiment described above can be obtained.

<単腕ロボットの実施形態>
次に、図15に基づき、本発明の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、前述した第1および第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15は、本発明の力検出装置(センサー素子)を用いた単腕ロボットの1例を示す図である。図15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。
<Embodiment of single arm robot>
Next, based on FIG. 15, a single-arm robot which is an embodiment of the robot of the present invention will be described. Hereinafter, the present embodiment will be described with a focus on differences from the first and second embodiments described above, and descriptions of similar matters will be omitted.
FIG. 15 is a diagram showing an example of a single-arm robot using the force detection device (sensor element) of the present invention. 15 includes a base 510, an arm 520, an end effector 530 provided on the distal end side of the arm 520, and a force detection device 1 provided between the arm 520 and the end effector 530. Have In addition, as the force detection apparatus 1, the thing similar to each embodiment mentioned above is used.

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。
The base 510 has a function of accommodating an actuator (not shown) that generates power for rotating the arm 520, a control unit (not shown) that controls the actuator, and the like. The base 510 is fixed on, for example, a floor, a wall, a ceiling, or a movable carriage.
The arm 520 includes a first arm element 521, a second arm element 522, a third arm element 523, a fourth arm element 524, and a fifth arm element 525, and rotates adjacent arms. It is configured by linking freely. The arm 520 is driven by being rotated or bent in a compound manner around the connecting portion of each arm element under the control of the control unit.

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。
The end effector 530 has a function of gripping an object. The end effector 530 has a first finger 531 and a second finger 532. After the end effector 530 reaches a predetermined operating position by driving the arm 520, the object can be gripped by adjusting the distance between the first finger 531 and the second finger 532.
The end effector 530 is a hand here, but the present invention is not limited to this. Other examples of the end effector include, for example, a component inspection device, a component transport device, a component processing device, a component assembly device, and a measuring instrument. The same applies to the end effectors in other embodiments.

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。
The force detection device 1 has a function of detecting an external force applied to the end effector 530. By feeding back the force detected by the force detection device 1 to the control unit of the base 510, the single-arm robot 500 can perform more precise work. Further, the single arm robot 500 can detect contact of the end effector 530 with an obstacle or the like by the force detected by the force detection device 1. Therefore, an obstacle avoidance operation, an object damage avoidance operation, and the like, which are difficult with conventional position control, can be easily performed, and the single-arm robot 500 can perform work more safely.
In the illustrated configuration, the arm 520 includes a total of five arm elements, but the present invention is not limited to this. When the arm 520 is constituted by one arm element, when constituted by 2 to 4 arm elements, and when constituted by 6 or more arm elements, it is within the scope of the present invention. .

<複腕ロボットの実施形態>
次に、図16に基づき、本発明の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、前述した第1および第2実施形態、および、単腕ロボットの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16は、本発明の力検出装置(センサー素子)を用いた複腕ロボットの1例を示す図である。図16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。
<Embodiment of double-arm robot>
Next, a multi-arm robot which is an embodiment of the robot of the present invention will be described with reference to FIG. Hereinafter, the present embodiment will be described focusing on the differences from the first and second embodiments described above and the single-arm robot embodiment, and description of similar matters will be omitted.
FIG. 16 is a diagram showing an example of a multi-arm robot using the force detection device (sensor element) of the present invention. The multi-arm robot 600 of FIG. 16 includes a base 610, a first arm 620, a second arm 630, a first end effector 640a provided on the distal end side of the first arm 620, and a second A second end effector 640b provided on the distal end side of the arm 630, and between the first arm 620 and the first end effector 640a and between the second arm 630 and the second end effector 640b. A force detection device 1 is provided. In addition, as the force detection apparatus 1, the thing similar to each embodiment mentioned above is used.

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。
The base 610 has a function of accommodating an actuator (not shown) that generates power for rotating the first arm 620 and the second arm 630, a control unit (not shown) that controls the actuator, and the like. Have. The base 610 is fixed on, for example, a floor, a wall, a ceiling, or a movable carriage.
The 1st arm 620 is comprised by connecting the 1st arm element 621 and the 2nd arm element 622 so that rotation is possible. The second arm 630 is configured by rotatably connecting the first arm element 631 and the second arm element 632. The first arm 620 and the second arm 630 are driven by being complexly rotated or bent around the connecting portion of each arm element under the control of the control unit.

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。   The first and second end effectors 640a and 640b have a function of gripping an object. The first end effector 640a has a first finger 641a and a second finger 642a. The second end effector 640b has a first finger 641b and a second finger 642b. After the first end effector 640a reaches a predetermined operating position by driving the first arm 620, the object is grasped by adjusting the distance between the first finger 641a and the second finger 642a. Can do. Similarly, after the second end effector 640b reaches a predetermined operating position by driving the second arm 630, the distance between the first finger 641b and the second finger 642b is adjusted to thereby adjust the object. It can be gripped.

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。
The force detection device 1 has a function of detecting an external force applied to the first and second end effectors 640a and 640b. By feeding back the force detected by the force detection device 1 to the control unit of the base 610, the multi-arm robot 600 can perform the operation more precisely. The multi-arm robot 600 can detect contact of the first and second end effectors 640a and 640b with an obstacle by the force detected by the force detection device 1. Therefore, an obstacle avoidance operation, an object damage avoidance operation, and the like that have been difficult with conventional position control can be easily performed, and the multi-arm robot 600 can perform the operation more safely.
In the illustrated configuration, there are a total of two arms, but the present invention is not limited to this. The case where the multi-arm robot 600 has three or more arms is also within the scope of the present invention.

<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17、図18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、前述した第1および第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17は、本発明の力検出装置(センサー素子)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18は、本発明の力検出装置(センサー素子)を用いた電子部品搬送装置の1例を示す図である。
<Embodiments of Electronic Component Inspection Device and Electronic Component Transfer Device>
Next, based on FIG. 17, FIG. 18, the electronic component inspection apparatus and electronic component conveyance apparatus which are embodiment of this invention are demonstrated. Hereinafter, the present embodiment will be described with a focus on differences from the first and second embodiments described above, and descriptions of similar matters will be omitted.
FIG. 17 is a diagram illustrating an example of an electronic component inspection device and a component transport device that use the force detection device (sensor element) of the present invention. FIG. 18 is a diagram showing an example of an electronic component transport apparatus using the force detection device (sensor element) of the present invention.

図17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。   The electronic component inspection apparatus 700 of FIG. 17 includes a base 710 and a support base 720 provided upright on the side surface of the base 710. On the upper surface of the base 710, an upstream stage 712u on which the electronic component 711 to be inspected is placed and transported, and a downstream stage 712d on which the inspected electronic component 711 is placed and transported are provided. ing. Further, between the upstream stage 712u and the downstream stage 712d, an imaging device 713 for confirming the posture of the electronic component 711, and an inspection table 714 on which the electronic component 711 is set for inspecting electrical characteristics. And are provided. Examples of the electronic component 711 include semiconductors, semiconductor wafers, display devices such as CLD and OLED, crystal devices, various sensors, inkjet heads, various MEMS devices, and the like.

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(B)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(C)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(A)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。   Further, the support stage 720 is provided with a Y stage 731 that can move in a direction (Y (B) direction) parallel to the upstream stage 712u and the downstream stage 712d of the base 710. The arm portion 732 extends in the direction toward the base 710 (X (C) direction). An X stage 733 is provided on the side surface of the arm 732 so as to be movable in the X direction. The X stage 733 is provided with an imaging camera 734 and an electronic component transfer device 740 incorporating a Z stage movable in the vertical direction (Z (A) direction). In addition, a gripping portion 741 that grips the electronic component 711 is provided on the front end side of the electronic component transport apparatus 740. Further, the force detection device 1 is provided between the tip of the electronic component transport device 740 and the grip portion 741. Further, on the front side of the base 710, a control device 750 for controlling the overall operation of the electronic component inspection device 700 is provided. In addition, as the force detection apparatus 1, the thing similar to each embodiment mentioned above is used.

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。   The electronic component inspection apparatus 700 inspects the electronic component 711 as follows. First, the electronic component 711 to be inspected is placed on the upstream stage 712u and moved to the vicinity of the inspection table 714. Next, the Y stage 731 and the X stage 733 are moved to move the electronic component transport device 740 to a position immediately above the electronic component 711 placed on the upstream stage 712u. At this time, the position of the electronic component 711 can be confirmed using the imaging camera 734. Then, when the electronic component transport device 740 is lowered using the Z stage built in the electronic component transport device 740 and the electronic component 711 is gripped by the gripping portion 741, the electronic component transport device 740 is directly placed on the imaging device 713. The position of the electronic component 711 is confirmed using the imaging device 713. Next, the attitude of the electronic component 711 is adjusted using a fine adjustment mechanism built in the electronic component transport apparatus 740. Then, after moving the electronic component transport device 740 to above the inspection table 714, the Z stage built in the electronic component transport device 740 is moved to set the electronic component 711 on the inspection table 714. Since the attitude of the electronic component 711 is adjusted using the fine adjustment mechanism in the electronic component conveying apparatus 740, the electronic component 711 can be set at the correct position on the inspection table 714. Next, after the electrical characteristic inspection of the electronic component 711 is completed using the inspection table 714, the electronic component 711 is picked up from the inspection table 714, the Y stage 731 and the X stage 733 are moved, and the upper stage 712d is moved. The electronic component conveying device 740 is moved to the position, and the electronic component 711 is placed on the downstream stage 712d. Finally, the downstream stage 712d is moved to transport the electronic component 711 that has been inspected to a predetermined position.

図18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。   FIG. 18 is a diagram illustrating an electronic component transport device 740 including the force detection device 1. The electronic component transport device 740 includes a gripping portion 741, a six-axis force detection device 1 connected to the gripping portion 741, a rotating shaft 742 connected to the gripping portion 741 via the six-axis force detection device 1, A fine adjustment plate 743 is rotatably attached to the rotation shaft 742. The fine adjustment plate 743 is movable in the X direction and the Y direction while being guided by a guide mechanism (not shown).

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。   Further, a piezoelectric motor 744θ for rotation direction is mounted toward the end surface of the rotation shaft 742, and a driving convex portion (not shown) of the piezoelectric motor 744θ is pressed against the end surface of the rotation shaft 742. Therefore, by operating the piezoelectric motor 744θ, the rotation shaft 742 (and the gripping portion 741) can be rotated by an arbitrary angle in the θ direction. Further, a piezoelectric motor 744 x for X direction and a piezoelectric motor 744 y for Y direction are provided toward the fine adjustment plate 743, and each drive convex portion (not shown) is a surface of the fine adjustment plate 743. It is pressed against. For this reason, by operating the piezoelectric motor 744x, the fine adjustment plate 743 (and the gripper 741) can be moved by an arbitrary distance in the X direction. Similarly, the fine adjustment can be performed by operating the piezoelectric motor 744y. The plate 743 (and the gripping portion 741) can be moved by an arbitrary distance in the Y direction.

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。   Further, the force detection device 1 has a function of detecting an external force applied to the grip portion 741. By feeding back the force detected by the force detection device 1 to the control device 750, the electronic component transport device 740 and the electronic component inspection device 700 can perform work more precisely. Further, the contact of the gripping portion 741 with an obstacle can be detected by the force detected by the force detection device 1. Therefore, an obstacle avoidance operation, an object damage avoidance operation, and the like that were difficult with conventional position control can be easily performed, and the electronic component transport device 740 and the electronic component inspection device 700 can perform safer work. is there.

<部品加工装置の実施形態>
次に、図19に基づき、本発明の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、前述した第1および第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19は、本発明の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19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。
<Embodiment of component processing apparatus>
Next, an embodiment of the component processing apparatus of the present invention will be described based on FIG. Hereinafter, the present embodiment will be described with a focus on differences from the first and second embodiments described above, and descriptions of similar matters will be omitted.
FIG. 19 is a diagram showing an example of a component processing apparatus using the force detection device of the present invention. A component processing apparatus 800 of FIG. 19 is attached to a base 810, a support column 820 standing upright on the upper surface of the base 810, a feed mechanism 830 provided on a side surface of the support column 820, and a lift mechanism 830 that can be moved up and down. A tool displacement unit 840, a force detection device 1 connected to the tool displacement unit 840, and a tool 850 attached to the tool displacement unit 840 via the force detection device 1. In addition, as the force detection apparatus 1, the thing similar to each embodiment mentioned above is used.

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、錐、ドリル、フライス等である。   The base 810 is a base for mounting and fixing the workpiece 860. The column 820 is a column for fixing the feed mechanism 830. The feed mechanism 830 has a function of moving the tool displacement portion 840 up and down. The feed mechanism 830 includes a feed motor 831 and a guide 832 that raises and lowers the tool displacement portion 840 based on an output from the feed motor 831. The tool displacement unit 840 has a function of imparting displacement such as rotation and vibration to the tool 850. The tool displacement portion 840 includes a displacement motor 841, a tool attachment portion 843 provided at the tip of a main shaft (not shown) connected to the displacement motor 841, and a holder attached to the tool displacement portion 840 and holding the main shaft. Part 842. The tool 850 is attached to the tool attachment portion 843 of the tool displacement portion 840 via the force detection device 1 and is used for machining the workpiece 860 in accordance with the displacement given from the tool displacement portion 840. The tool 850 is not particularly limited, and is, for example, a wrench, a Phillips screwdriver, a flat-blade screwdriver, a cutter, a circular saw, a nipper, a cone, a drill, or a milling cutter.

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。   The force detection device 1 has a function of detecting an external force applied to the tool 850. By feeding back the external force detected by the force detection device 1 to the feed motor 831 and the displacement motor 841, the component processing device 800 can execute the component processing operation more precisely. Further, the contact of the tool 850 with an obstacle or the like can be detected by the external force detected by the force detection device 1. Therefore, an emergency stop can be performed when an obstacle or the like comes in contact with the tool 850, and the component processing apparatus 800 can execute a safer component processing operation.

<移動体の実施形態>
次に、図20に基づき、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1および第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。
<Embodiment of moving body>
Next, based on FIG. 20, embodiment of a moving body is described. Hereinafter, the present embodiment will be described with a focus on differences from the first and second embodiments described above, and descriptions of similar matters will be omitted.

図20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20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。
FIG. 20 is a diagram showing an example of a moving object using the force detection device according to the present invention. The moving body 900 of FIG. 20 can move by the applied power. The moving body 900 is not particularly limited, and is, for example, a vehicle such as an automobile, a motorcycle, an airplane, a ship, or a train, a robot such as a bipedal walking robot, or a wheeled robot.
The moving body 900 detects a main body 910 (e.g., a vehicle casing, a robot main body, etc.), a power unit 920 that supplies power for moving the main body 910, and an external force generated by the movement of the main body 910. The force detection device 1 of the present invention and a control unit 930 are provided. In addition, as the force detection apparatus 1, the thing similar to each embodiment mentioned above is used.

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。   When the main body 910 is moved by the power supplied from the power unit 920, vibration, acceleration, and the like are generated with the movement. The force detection device 1 detects an external force caused by vibration, acceleration, or the like that occurs with movement. The external force detected by the force detection device 1 is transmitted to the control unit 930. The control unit 930 can execute control such as posture control, vibration control, and acceleration control by controlling the power unit 920 and the like according to the external force transmitted from the force detection device 1.

以上、本発明のセンサー素子、力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置および部品加工装置を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
また、本発明は、前記実施形態のうちの、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。
The sensor element, the force detection device, the robot, the electronic component transport device, the electronic component inspection device, and the component processing device of the present invention have been described based on the illustrated embodiments. However, the present invention is not limited to this. Instead, the configuration of each part can be replaced with any configuration having the same function. In addition, any other component may be added to the present invention.
In addition, the present invention may be a combination of any two or more configurations (features) of the embodiment.

また、本発明では、パッケージ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(センサー素子)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。
In the present invention, the package may be omitted.
Further, in the present invention, instead of the pressurizing bolt, for example, one having no function of applying pressurization to the element may be used, or a fixing method other than the bolt may be adopted.
In addition, the robot of the present invention is not limited to an arm type robot (robot arm) as long as it has an arm, but is another type of robot such as a scalar robot, a legged walking (running) robot, or the like. Also good.
In addition, the force detection device (sensor element) of the present invention is not limited to a robot, an electronic component transport device, an electronic component inspection device, a component processing device, and a moving body, but other devices such as other transport devices and other inspections. It can also be applied to measuring devices such as devices, vibrometers, accelerometers, gravimeters, dynamometers, seismometers, inclinometers, and input devices.

1…力検出装置 2…第1の基板 21…凸部 211…上面 25…雌ネジ 3…第2の基板 35…孔 36…下面 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、42…孔 5…デジタル回路基板 51、52…孔 6…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 63…端子 71…与圧ボルト 715…頭部 716…雄ネジ 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、15、16、17…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 110…積層体 110a、110b、110c、110d…側面 120…第1の側面端子 130…第2の側面端子
140…第3の側面端子 150…第4の側面端子 191…電極本体 192…接続部 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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Force detection apparatus 2 ... 1st board | substrate 21 ... Protruding part 211 ... Upper surface 25 ... Female screw 3 ... 2nd board | substrate 35 ... Hole 36 ... Lower surface 4 ... Analog circuit board 40 ... External force detection circuit 401 ... AD converter 402 ... Arithmetic unit 41, 42 ... hole 5 ... digital circuit board 51, 52 ... hole 6 ... sensor device 60 ... package 61 ... base 611 ... concave part 62 ... lid body 625 ... central part 626 ... outer peripheral part 63 ... terminal 71 ... pressure bolt 715: Head 716: Male screw 90a, 90b, 90c ... Conversion output circuit 91 ... Operational amplifier 92 ... Capacitor 93 ... Switching element 10 ... Charge output element 11, 15, 16, 17 ... Ground electrode layer 12 ... First sensor 121 ... first piezoelectric layer 122 ... output electrode layer 123 ... second piezoelectric layer 13 ... second sensor 131 ... third piezoelectric layer 1 DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Output electrode layer 133 ... 4th piezoelectric material layer 14 ... 3rd sensor 141 ... 5th piezoelectric material layer 142 ... Output electrode layer 143 ... 6th piezoelectric material layer 110 ... Laminated body 110a, 110b, 110c, 110d: Side surface 120 ... First side terminal 130 ... Second side terminal 140 ... Third side terminal 150 ... Fourth side terminal 191 ... Electrode body 192 ... Connection portion 500 ... Single-arm robot 510 ... Base 520 ... Arm 521: First arm element 522: Second arm element 523: Third arm element 524: Fourth arm element 525: Fifth arm element 530: End effector 531: First finger 532: Second Finger 600 ... double-arm robot 610 ... base 620 ... first arm 621 ... first arm element 622 ... second arm element 630 ... second arm 631 1st arm element 632 ... 2nd arm element 640a ... 1st end effector 641a ... 1st finger 642a ... 2nd finger 640b ... 2nd end effector 641b ... 1st finger 642b ... 2nd finger DESCRIPTION OF SYMBOLS 700 ... Electronic component inspection apparatus 710 ... Base 711 ... Electronic component 712u ... Upstream stage 712d ... Downstream stage 713 ... Imaging apparatus 714 ... Inspection table 720 ... Support stand 731 ... Y stage 732 ... Arm part 733 ... X stage 734 ... Imaging camera 740 ... Electronic component conveying device 741 ... Grip part 742 ... Rotating shaft 743 ... Fine adjustment plate 744x, 744y, 744θ ... Piezoelectric motor 750 ... Control device 800 ... Component processing device 810 ... Base 820 ... Post 830 ... Feed mechanism 831 ... Feeding motor 832 ... Guide 840 ... Tool displacement part 841 ... Position motor 842 ... holding portion 843 ... the tool mounting portions 850 ... tool 860 ... the processed part 900 ... mobile 910 ... body 920 ... power unit 930 ... control unit

Claims (14)

Xカット板と、
前記Xカット板の結晶軸zと第1のYカット板の結晶軸xとが直交するように配置された前記第1のYカット板と、
前記第1のYカット板の前記結晶軸xと第2のYカット板の結晶軸xとが直交するように配置された前記第2のYカット板と、
前記カット板の間に設けられた内部電極層を含む複数の電極層とを備える積層体であって、前記積層体の厚さ方向に沿った側面を備える積層体と、
前記積層体の側面に設けられ、各前記内部電極層に接続された側面端子を含む複数の側面端子とを有し、
前記複数の側面端子を、前記Xカット板の前記結晶軸zを法線とする前記側面に設けたことを特徴とするセンサー素子。
X-cut board,
The first Y-cut plate disposed so that the crystal axis z of the X-cut plate and the crystal axis x of the first Y-cut plate are orthogonal to each other;
The second Y-cut plate disposed so that the crystal axis x of the first Y-cut plate and the crystal axis x of the second Y-cut plate are orthogonal to each other;
A laminate including a plurality of electrode layers including an internal electrode layer provided between the cut plates, and a laminate including a side surface along a thickness direction of the laminate;
A plurality of side terminals including side terminals provided on the side surfaces of the laminate and connected to the internal electrode layers;
The sensor element, wherein the plurality of side terminals are provided on the side surface having the crystal axis z of the X-cut plate as a normal line.
各前記側面端子は、前記積層体の厚さ方向の複数の内部電極を接続している請求項1に記載のセンサー素子。   The sensor element according to claim 1, wherein each of the side terminals is connected to a plurality of internal electrodes in the thickness direction of the laminate. 前記積層体の前記側面は、2対の対向する対向面を備え、
一方の前記対向面に設けられた側面端子の数と、他方の前記対向面に設けられた側面端子の数とが等しい請求項1または2に記載のセンサー素子。
The side surface of the laminate includes two pairs of opposed surfaces.
The sensor element according to claim 1, wherein the number of side terminals provided on one of the opposing surfaces is equal to the number of side terminals provided on the other opposing surface.
前記複数の側面端子は、前記Xカット板で生じた電荷を出力する第1の側面端子と、前記第1のYカット板で生じた電荷を出力する第2の側面端子と、前記第2のYカット板で生じた電荷を出力する第3の側面端子と、前記積層体を接地する第4の側面端子とで構成され、2対の対向面のうちの1対の対向面において、2つ側面端子が一方の対向面に設けられ、2つの側面端子が他方の対向面に設けられている請求項3に記載のセンサー素子。   The plurality of side terminals include a first side terminal that outputs charges generated by the X cut plate, a second side terminal that outputs charges generated by the first Y cut plate, and the second side terminals. A third side terminal for outputting the electric charge generated in the Y-cut plate and a fourth side terminal for grounding the laminate, two of the two opposing faces, The sensor element according to claim 3, wherein the side terminal is provided on one opposing surface, and the two side terminals are provided on the other opposing surface. 前記Xカット板は、前記第1のYカット板と前記第2のYカット板との間に設けられている請求項1ないし4のいずれか1項に記載のセンサー素子。   The sensor element according to any one of claims 1 to 4, wherein the X-cut plate is provided between the first Y-cut plate and the second Y-cut plate. 前記積層体は、前記Xカット板、前記第1のYカット板および前記第2のYカット板を、それぞれ複数枚含む請求項1ないし5のいずれか1項に記載のセンサー素子。   The sensor element according to any one of claims 1 to 5, wherein the laminated body includes a plurality of the X-cut plate, the first Y-cut plate, and the second Y-cut plate, respectively. Xカット板と、前記Xカット板の結晶軸yと結晶軸zが直交するように配置された第1のYカット板と、前記第1のYカット板の前記結晶軸zと結晶軸zが直交するように配置された第2のYカット板と、前記カット板同士の間に設けられた内部電極層を含む複数の電極層とを備える積層体であって、その厚さ方向に沿った側面を備える積層体と、
前記積層体の側面に設けられ、各前記電極層に接続された側面端子を含む複数の側面端子とを有し、
前記複数の側面端子を、前記Xカット板の前記結晶軸yを法線とする面以外の領域に設けたことを特徴とするセンサー素子。
An X-cut plate, a first Y-cut plate arranged so that the crystal axis y and the crystal axis z of the X-cut plate are orthogonal, and the crystal axis z and the crystal axis z of the first Y-cut plate are A laminated body comprising a second Y-cut plate arranged so as to be orthogonal to each other and a plurality of electrode layers including an internal electrode layer provided between the cut plates, along the thickness direction thereof A laminate having a side surface;
A plurality of side terminals including side terminals provided on the side surfaces of the laminate and connected to the electrode layers;
The sensor element, wherein the plurality of side terminals are provided in a region other than a surface having the crystal axis y of the X-cut plate as a normal line.
互いに直交する3軸をA軸、B軸およびC軸としたとき、
前記A軸方向に沿った外力に応じて電荷を出力するXカット板と、前記B軸方向に沿った外力に応じて電荷を出力する第1のYカット板と、前記1のYカット板に対して、その厚さ方向の軸回りに90°回転した状態で配置され、前記C軸方向に沿った外力に応じて電荷を出力する第2のYカット板と、前記カット板同士の間に設けられた内部電極層を含む複数の電極層とを備える積層体であって、前記積層体の厚さ方向に沿った側面を備える積層体と、
前記積層体の側面に設けられ、各前記内部電極層に接続された側面端子を含む複数の側面端子とを有し、
前記複数の側面端子のうちの前記Xカット板に接触する前記側面端子を、その熱変形により前記Xカット板の前記C軸方向に沿って加えられる外力より前記B軸方向に沿って加えられる外力が小さくなるような領域に設けたことを特徴とするセンサー素子。
When the three axes orthogonal to each other are the A axis, B axis and C axis,
An X-cut plate that outputs charges according to an external force along the A-axis direction, a first Y-cut plate that outputs charges according to an external force along the B-axis direction, and the first Y-cut plate On the other hand, the second Y-cut plate, which is arranged in a state rotated by 90 ° around the axis in the thickness direction, and outputs electric charges according to the external force along the C-axis direction, and the cut plates A laminate comprising a plurality of electrode layers including the provided internal electrode layer, the laminate comprising side surfaces along the thickness direction of the laminate, and
A plurality of side terminals including side terminals provided on the side surfaces of the laminate and connected to the internal electrode layers;
The external force applied along the B-axis direction from the external force applied along the C-axis direction of the X-cut plate due to thermal deformation of the side terminal that contacts the X-cut plate among the plurality of side terminals. A sensor element characterized in that it is provided in a region where the size of the sensor becomes small.
Xカット板と、前記Xカット板の結晶軸zと結晶軸xが直交するように配置された第1のYカット板と、前記第1のYカット板の前記結晶軸xと結晶軸xが直交するように配置された第2のYカット板と、前記カット板同士の間に設けられた内部電極層を含む複数の電極層とを備える積層体であって、前記積層体の厚さ方向に沿った側面を備える積層体と、
前記積層体の側面に設けられ、各前記内部電極層に接続された側面端子を含む複数の側面端子とを有し、
前記複数の側面端子を、前記Xカット板の前記結晶軸zを法線とする前記側面に設けたことを特徴とするセンサー素子と、
前記センサー素子から出力された電圧に基づいて、前記外力を検出する外力検出回路とを備えていることを特徴とする力検出装置。
An X-cut plate, a first Y-cut plate arranged so that the crystal axis z and the crystal axis x of the X-cut plate are orthogonal, and the crystal axis x and the crystal axis x of the first Y-cut plate are A laminate including a second Y-cut plate arranged to be orthogonal to each other and a plurality of electrode layers including an internal electrode layer provided between the cut plates, the thickness direction of the laminate A laminate comprising side surfaces along
A plurality of side terminals including side terminals provided on the side surfaces of the laminate and connected to the internal electrode layers;
A plurality of side terminals provided on the side surface having the crystal axis z of the X-cut plate as a normal line;
An external force detection circuit that detects the external force based on a voltage output from the sensor element.
前記センサー素子は、3つ以上設けられている請求項9に記載の力検出装置。   The force detection device according to claim 9, wherein three or more sensor elements are provided. アームを複数有し、前記複数のアームの隣り合う前記アーム同士を回動自在に連結してなる少なくとも1つのアーム連結体と、
前記アーム連結体の先端側に設けられたエンドエフェクターと、
前記アーム連結体と前記エンドエフェクターとの間に設けられ、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、Xカット板と、
前記Xカット板の結晶軸zと第1のYカット板の結晶軸xとが直交するように配置された前記第1のYカット板と、
前記第1のYカット板の前記結晶軸xと第2のYカット板の結晶軸xとが直交するように配置された前記第2のYカット板と、
前記カット板の間に設けられた内部電極層を含む複数の電極層とを備える積層体であって、前記積層体の厚さ方向に沿った側面を備える積層体と、
前記積層体の側面に設けられ、各前記内部電極層に接続された側面端子を含む複数の側面端子とを有し、
前記複数の側面端子を、前記Xカット板の前記結晶軸zを法線とする前記側面に設けたことを特徴とするセンサー素子と、
前記センサー素子から出力された電圧に基づいて、前記外力を検出する外力検出回路とを備えていることを特徴とするロボット。
A plurality of arms, and at least one arm connecting body formed by rotatably connecting the adjacent arms of the plurality of arms;
An end effector provided on the distal end side of the arm coupling body;
A force detection device provided between the arm coupling body and the end effector for detecting an external force applied to the end effector;
The force detection device includes an X-cut plate,
The first Y-cut plate disposed so that the crystal axis z of the X-cut plate and the crystal axis x of the first Y-cut plate are orthogonal to each other;
The second Y-cut plate disposed so that the crystal axis x of the first Y-cut plate and the crystal axis x of the second Y-cut plate are orthogonal to each other;
A laminate including a plurality of electrode layers including an internal electrode layer provided between the cut plates, and a laminate including a side surface along a thickness direction of the laminate;
A plurality of side terminals including side terminals provided on the side surfaces of the laminate and connected to the internal electrode layers;
A plurality of side terminals provided on the side surface having the crystal axis z of the X-cut plate as a normal line;
A robot comprising: an external force detection circuit configured to detect the external force based on a voltage output from the sensor element.
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、Xカット板と、
前記Xカット板の結晶軸zと第1のYカット板の結晶軸xとが直交するように配置された前記第1のYカット板と、
前記第1のYカット板の前記結晶軸xと第2のYカット板の結晶軸xとが直交するように配置された前記第2のYカット板と、
前記カット板の間に設けられた内部電極層を含む複数の電極層とを備える積層体であって、前記積層体の厚さ方向に沿った側面を備える積層体と、
前記積層体の側面に設けられ、各前記内部電極層に接続された側面端子を含む複数の側面端子とを有し、
前記複数の側面端子を、前記Xカット板の前記結晶軸zを法線とする前記側面に設けたことを特徴とするセンサー素子と、
前記センサー素子から出力された電圧に基づいて、前記外力を検出する外力検出回路とを備えていることを特徴とする電子部品搬送装置。
A gripper for gripping electronic components;
A force detection device that detects an external force applied to the gripping portion;
The force detection device includes an X-cut plate,
The first Y-cut plate disposed so that the crystal axis z of the X-cut plate and the crystal axis x of the first Y-cut plate are orthogonal to each other;
The second Y-cut plate disposed so that the crystal axis x of the first Y-cut plate and the crystal axis x of the second Y-cut plate are orthogonal to each other;
A laminate including a plurality of electrode layers including an internal electrode layer provided between the cut plates, and a laminate including a side surface along a thickness direction of the laminate;
A plurality of side terminals including side terminals provided on the side surfaces of the laminate and connected to the internal electrode layers;
A plurality of side terminals provided on the side surface having the crystal axis z of the X-cut plate as a normal line;
An electronic component transport apparatus comprising: an external force detection circuit configured to detect the external force based on a voltage output from the sensor element.
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、Xカット板と、
前記Xカット板の結晶軸zと第1のYカット板の結晶軸xとが直交するように配置された前記第1のYカット板と、
前記第1のYカット板の前記結晶軸xと第2のYカット板の結晶軸xとが直交するように配置された前記第2のYカット板と、
前記カット板の間に設けられた内部電極層を含む複数の電極層とを備える積層体であって、前記積層体の厚さ方向に沿った側面を備える積層体と、
前記積層体の側面に設けられ、各前記内部電極層に接続された側面端子を含む複数の側面端子とを有し、
前記複数の側面端子を、前記Xカット板の前記結晶軸zを法線とする前記側面に設けたことを特徴とするセンサー素子と、
前記センサー素子から出力された電圧に基づいて、前記外力を検出する外力検出回路とを備えていることを特徴とする電子部品検査装置。
A gripper for gripping electronic components;
An inspection unit for inspecting the electronic component;
A force detection device that detects an external force applied to the gripping portion;
The force detection device includes an X-cut plate,
The first Y-cut plate disposed so that the crystal axis z of the X-cut plate and the crystal axis x of the first Y-cut plate are orthogonal to each other;
The second Y-cut plate disposed so that the crystal axis x of the first Y-cut plate and the crystal axis x of the second Y-cut plate are orthogonal to each other;
A laminate including a plurality of electrode layers including an internal electrode layer provided between the cut plates, and a laminate including a side surface along a thickness direction of the laminate;
A plurality of side terminals including side terminals provided on the side surfaces of the laminate and connected to the internal electrode layers;
A plurality of side terminals provided on the side surface having the crystal axis z of the X-cut plate as a normal line;
An electronic component inspection apparatus comprising: an external force detection circuit that detects the external force based on a voltage output from the sensor element.
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、Xカット板と、
前記Xカット板の結晶軸zと第1のYカット板の結晶軸xとが直交するように配置された前記第1のYカット板と、
前記第1のYカット板の前記結晶軸xと第2のYカット板の結晶軸xとが直交するように配置された前記第2のYカット板と、
前記カット板の間に設けられた内部電極層を含む複数の電極層とを備える積層体であって、前記積層体の厚さ方向に沿った側面を備える積層体と、
前記積層体の側面に設けられ、各前記内部電極層に接続された側面端子を含む複数の側面端子とを有し、
前記複数の側面端子を、前記Xカット板の前記結晶軸zを法線とする前記側面に設けたことを特徴とするセンサー素子と、
前記センサー素子から出力された電圧に基づいて、前記外力を検出する外力検出回路とを備えていることを特徴とする部品加工装置。
A tool displacing part for mounting the tool and displacing the tool;
A force detection device for detecting an external force applied to the tool;
The force detection device includes an X-cut plate,
The first Y-cut plate disposed so that the crystal axis z of the X-cut plate and the crystal axis x of the first Y-cut plate are orthogonal to each other;
The second Y-cut plate disposed so that the crystal axis x of the first Y-cut plate and the crystal axis x of the second Y-cut plate are orthogonal to each other;
A laminate including a plurality of electrode layers including an internal electrode layer provided between the cut plates, and a laminate including a side surface along a thickness direction of the laminate;
A plurality of side terminals including side terminals provided on the side surfaces of the laminate and connected to the internal electrode layers;
A plurality of side terminals provided on the side surface having the crystal axis z of the X-cut plate as a normal line;
A component processing apparatus comprising: an external force detection circuit configured to detect the external force based on a voltage output from the sensor element.
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