JP2019012012A - 力検出装置およびロボット - Google Patents

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昌一 永松
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達 加藤
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Abstract

【課題】力検出装置による外力検出の高精度化を図ることができる力検出装置およびロボットを提供すること。【解決手段】第１部材と、前記第１部材に対向配置されている第２部材と、前記第１部材と前記第２部材との間に配置され、外力に応じて信号を出力する少なくとも１つの圧電素子を有する力検出素子を備えるセンサーデバイスと、前記第１部材と前記第２部材とが重なる方向から見た平面視で前記センサーデバイスの外周部に設けられ、前記センサーデバイスを与圧する複数の与圧部材と、を備え、前記第１部材は、前記センサーデバイスと接する第１部分と、前記平面視で前記第１部分の前記外周部に位置し、前記センサーデバイスに対する前記第１部分の接触圧を調整する調整部を含む第２部分と、を有し、前記調整部の前記与圧部材による与圧方向における長さは、前記第１部分の前記与圧方向における長さよりも短いことを特徴とする。【選択図】図５

Description

本発明は、力検出装置およびロボットに関するものである。
従来から、エンドエフェクターが取り付けられたロボットアームを有する産業用ロボットにおいて、エンドエフェクターに加わる力を検出する力検出装置が用いられている。このような力検出装置の一例として、例えば、複数の圧電体を有し、その圧電体の圧電効果を利用した装置が知られている。
例えば、特許文献１には、複数の圧電体と複数の電極とを有するセンサー素子を備えるセンサーデバイスと、センサーデバイスを挟持する板状の第１基台および第２基台と、第１基台と第２基台とを接続する複数のボルトと、を有する力検出装置が開示されている。この力検出装置では、第１基台と第２基台とが重なる方向から見た平面視で、複数のボルトがセンサーデバイスの外周部に配置されている。そして、これらボルトの締結を適宜調整することで、センサーデバイスに所定の与圧が付加されている。
特開２０１２−２２０４６２号公報
しかし、特許文献１の力検出装置では、第１部材または第２部材の撓みの影響によってセンサーデバイスに対する第１部材または第２部材の接触状態を均一にすることが難しいという問題があった。そのため、力検出装置の検出精度を高めることが困難であった。また、センサーデバイスに対する第１部材または第２部材の接触状態が不均一であることで、センサーデバイスが備える複数の圧電体が破損しやすいという問題があった。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例または形態として実現することが可能である。
本適用例の力検出装置は、第１部材と、前記第１部材に対向配置されている第２部材と、前記第１部材と前記第２部材との間に配置され、外力に応じて信号を出力する少なくとも１つの圧電素子を有する力検出素子を備えるセンサーデバイスと、前記第１部材と前記第２部材とが重なる方向から見た平面視で前記センサーデバイスの外周部に設けられ、前記センサーデバイスを与圧する複数の与圧部材と、を備え、前記第１部材は、前記センサーデバイスと接する第１部分と、前記平面視で前記第１部分の前記外周部に位置し、前記センサーデバイスに対する前記第１部分の接触圧を調整する調整部を含む第２部分と、を有し、前記調整部の前記与圧部材による与圧方向における長さは、前記第１部分の前記与圧方向における長さよりも短いことを特徴とする。
このような力検出装置によれば、調整部を備えることでセンサーデバイスに対する第１部分の接触圧（接触状態）を均等またはそれに近い状態にすることができる。そのため、力検出装置による外力検出の高精度化を図ることができる。また、力検出素子の耐力を向上させることができる。
本適用例の力検出装置では、前記調整部は、前記平面視で、前記与圧部材と前記センサーデバイスとの間に設けられていることが好ましい。
これにより、センサーデバイスに対する第１部分の接触圧をより好適に調整することができる。
本適用例の力検出装置では、前記第２部分には、凹部が設けられており、前記調整部は、前記凹部の底部を含んで構成されていることが好ましい。
これにより、センサーデバイスに対する第１部分の接触圧をより好適に調整することができる。また、凹部を設けるという比較的簡単な構成で調整部を構成することができる。
本適用例の力検出装置では、前記第１部分は、複数の前記与圧部材による前記センサーデバイスへの与圧をしていない状態において前記センサーデバイスに向かって凸状をなす凸部を有することが好ましい。
これにより、センサーデバイスに対する第１部分の接触圧をより均等にすることができる。
本適用例の力検出装置では、前記凸部は、前記センサーデバイスの中央に向かって厚さが漸増していることが好ましい。
これにより、センサーデバイスに対する第１部分の接触圧をより簡単に均等にすることができる。
本適用例の力検出装置では、前記力検出素子の前記与圧方向と直交する方向の長さは、前記力検出素子の前記与圧方向の長さよりも短いことが好ましい。
これにより、力検出素子の中央部と外周部との接触圧の差をさらに低減し、センサーデバイスに対する第１部分の接触圧をさらに均等にすることができる。
本適用例の力検出装置では、前記圧電素子は、圧電効果により電荷を生じる圧電体層と、前記圧電体層に設けられ、前記電荷に応じた信号を出力する電極とを有し、前記電極の前記平面視での外形は、前記圧電体層の前記平面視での外形よりも小さいことが好ましい。
これにより、力検出素子の中央部と外周部との接触圧の差による外力検出の精度の低下をさらに低減することができる。
本適用例の力検出装置では、前記平面視で前記センサーデバイスの中央部に設けられた中央部用与圧部材を備えることが好ましい。
これにより、センサーデバイスに対する第１部分の接触圧をより均等にすることができる。
本適用例の力検出装置では、前記力検出素子の前記平面視での外形は、円形であることが好ましい。
これにより、外周部における応力集中を抑制することができる。そのため、センサーデバイスに対する第１部分の接触圧をより均等にすることができる。
本適用例の力検出装置では、前記力検出素子の前記平面視での外形は角部を有し、前記角部は鈍角形状および丸みを帯びた形状の少なくとも一方の形状であることが好ましい。
これにより、外周部における応力集中を抑制することができる。そのため、センサーデバイスに対する第１部分の接触圧をより均等にすることができる。
本適用例のロボットは、基台と、前記基台に接続されたアームと、前記アームに接続された本適用例の力検出装置と、を備えることを特徴とする。
このようなロボットによれば、本適用例の力検出装置を備えているため、より精密な作業を実行することができる。
ロボットの一例を示す斜視図である。 第１実施形態に係る力検出装置の斜視図である。 図２に示す力検出装置の縦断面図である。 図２に示す力検出装置の内部を示す平面図である。 図２に示す力検出装置が有するセンサーデバイスを示す断面図である。 図５に示すセンサーデバイスが有する力検出素子を示す断面図である。 図５に示す構造体を模式的に示す断面図である。 図７に示す構造体を矢印Ｘ１方向から見た図である。 調整部を有していない構造体を示す断面図である。 図６に示す力検出素子を矢印Ｘ２方向から見た図である。 図８に示す調整部の変形例を示す図である。 図８に示す調整部の変形例を示す図である。 第２実施形態に係る力検出装置が有する構造体の横断面図（与圧を解除した状態）である。 図１３に示す構造体の横断面図（与圧が付与された状態）である。 第３実施形態に係る力検出装置が有する構造体の横断面図である。 図１５に示す構造体の平面図である。 図１６に示す力検出素子を示す斜視図である。
以下、力検出装置およびロボットの好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大または縮小して表示している箇所や、省略して表示している箇所もある。また、本明細書において、「接続」とは、直接的に接続されている場合と、任意の部材を介して間接的に接続されている場合とを含む。
１．ロボット
まず、本適用例のロボットの一例について説明する。
図１は、第１実施形態のロボットを示す斜視図である。なお、図１中の基台１１０側を「基端」、その反対側（エンドエフェクター１７側）を「先端」と言う。
図１に示すロボット１００は、精密機器やこれを構成する部品等の対象物の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うことができる。このロボット１００は、所謂、単腕の６軸垂直多関節ロボットである。
ロボット１００は、基台１１０と、基台１１０に回動自在に連結されたロボットアーム１０とを有する。また、ロボットアーム１０には、力検出装置１が接続されており、力検出装置１には、エンドエフェクター１７が接続されている。
基台１１０は、例えば、床、壁、天井および移動可能な台車上等に固定される部分である。ただし、基台１１０は、ロボットアーム１０が接続されていれば良く、基台１１０自体が移動可能であっても良い。ロボットアーム１０は、アーム１１（第１アーム）、アーム１２（第２アーム）、アーム１３（第３アーム）、アーム１４（第４アーム）、アーム１５（第５アーム）、アーム１６（第６アーム）を有する。これらアーム１１〜１６は、基端側から先端側に向かってこの順に連結されている。各アーム１１〜１６は、隣り合うアームまたは基台１１０に対して回動可能になっている。
アーム１６とエンドエフェクター１７との間には、力検出装置１が設けられている。この力検出装置１は、エンドエフェクター１７に加わる力（モーメントを含む）を検出する。なお、力検出装置１については後で詳述する。
また、アーム１６およびエンドエフェクター１７は、図示はしないが、力検出装置１を取り付けるための取付部材を備えている。当該取付部材の構成は特に限定されないが、例えば、ネジ止め、ボルト止め等でアーム１６またはエンドエフェクター１７に力検出装置１を装着するために用いる貫通孔（雌ネジ孔）を有する構成、あるいは、フック、Ｌ字溝のような係合部を有する構成とすることができる。これにより、力検出装置１を適切な位置に簡単に取り付けることができる。そのため、力検出装置１による外力の検出精度をより高めることができる。
エンドエフェクター１７は、ロボット１００の作業対象である対象物に対して作業を行う器具であり、対象物を把持する機能を有するハンドで構成されている。なお、エンドエフェクター１７としては、ロボット１００の作業内容等に応じた器具を用いればよく、ハンドに限定されない。エンドエフェクター１７は、例えば、ネジ締めを行うネジ締め器具等であってもよい。
また、図示はしないが、ロボット１００は、一方のアームを他方のアーム（または基台１１０）に対して回動させるモーター等を備える駆動部を有する。また、ロボット１００は、図示はしないが、モーターの回転軸の回転角度を検出する角度センサーを有する。駆動部および角度センサーは、例えば各アーム１１〜１６に設けられている。
このようなロボット１００は、基台１１０と、基台１１０に接続されたアーム１６（ロボットアーム１０）と、アーム１６に接続された力検出装置１と、を備える。このようなロボット１００によれば、エンドエフェクター１７が受けた外力を力検出装置１で検出し、その検出結果に基づいてフィードバック制御を行うことにより、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の検出結果に基づいて、ロボット１００は、エンドエフェクター１７の障害物への接触等を検知することができる。そのため、障害物回避動作および対象物損傷回避動作等を容易に行うことができ、ロボット１００は、より安全に作業を実行することができる。
２．力検出装置
次に、本適用例の力検出装置の一例について説明する。
≪第１実施形態≫
図２は、第１実施形態に係る力検出装置の斜視図である。図３は、図２に示す力検出装置の縦断面図である。図４は、図２に示す力検出装置の内部を示す平面図である。図５は、図２に示す力検出装置が有するセンサーデバイスを示す断面図である。図６は、図５に示すセンサーデバイスが有する力検出素子を示す断面図である。なお、図４では、デジタル回路基板６２の図示を省略している。また、図２〜図４には、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸としてｘ軸、ｙ軸およびｚ軸が図示されており、各軸を示す矢印の先端側を「＋」、基端側を「−」とする。また、ｘ軸に平行な方向を「ｘ軸方向」、ｙ軸に平行な方向を「ｙ軸方向」、ｚ軸に平行な方向を「ｚ軸方向」という。また、以下では、＋ｚ軸方向側を「上」、−ｚ軸方向側を「下」ともいう。
図２に示す力検出装置１は、力検出装置１に加えられた外力の６軸成分を検出可能な６軸力覚センサーである。ここで、６軸成分は、互いに直交する３つの軸（図示ではｘ軸、ｙ軸およびｚ軸）のそれぞれの方向の並進力（せん断力）成分、および、当該３つの軸のそれぞれの軸まわりの回転力（モーメント）成分である。
力検出装置１は、ケース２と、ケース２に接続された基板収容部材２６と、基板収容部材２６に接続された接続部材２７と、ケース２内に収容された複数のセンサーデバイス４、複数のアナログ回路基板６１および１つのデジタル回路基板６２と、基板収容部材２６に収容された中継基板６３と、を有する。なお、力検出装置１のｚ軸方向から見た外形は、図２に示すように円形であるが、これに限定されず、例えば、四角形、五角形等の多角形、楕円形等であってもよい。
この力検出装置１では、各センサーデバイス４が受けた外力に応じた信号（検出結果）を出力し、その信号をアナログ回路基板６１およびデジタル回路基板６２で処理する。これにより、力検出装置１に加えられた外力の６軸成分を検出する。また、デジタル回路基板６２で処理された信号は、デジタル回路基板６２に電気的に接続された中継基板６３を介して外部に出力される。
以下、力検出装置１が備える各部について説明する。
［ケース］
図３に示すように、ケース２は、第１ケース部材２１と、第１ケース部材２１に対して間隔を隔てて配置されている第２ケース部材２２と、第１ケース部材２１および第２ケース部材２２の外周部に設けられた側壁部２３（第３ケース部材）と、を有する。
〈第１ケース部材〉
第１ケース部材２１は、円形の平板状をなす第１プレート２１１と、第１プレート２１１の下面の外周部に立設している複数（本実施形態では４つ）の第１固定部２４（第１部材）と、を有する（図３および図４参照）。なお、図示では、第１固定部２４と第１プレート２１１とは、別部材で構成されているが、これらは一体であってもよい。また、第１ケース部材２１の上面は、エンドエフェクター１７が取り付けられる取付面２０１を構成している（図１および図３参照）。
図３に示すように、各第１固定部２４は、第１プレート２１１およびセンサーデバイス４に接続されており、力検出装置１に加えられた外力をセンサーデバイス４に伝達する機能を有している。これら複数の第１固定部２４は、力検出装置１の中心軸Ａ１を中心とする同一円周上に沿って互いに等角度（９０°）間隔に並んでいる（図４参照）。なお、図３に示すように、複数の第１固定部２４は、中心軸Ａ１側に位置する内壁面２４０を有しており、内壁面２４０がセンサーデバイス４に接触している。また、各第１固定部２４には、後述する与圧ボルト７０が挿通可能な複数の貫通孔２４１が形成されている。
〈第２ケース部材〉
第２ケース部材２２は、第１プレート２１１に対して対向して配置された円形の平板状をなす第２プレート２２１と、第２プレート２２１の上面の外周部に立設している複数（本実施形態では４つ）の第２固定部２５（第２部材）と、を有する（図３および図４参照）。なお、図示では、第２固定部２５と第２プレート２２１とは、別部材で構成されているが、これらは一体であってもよい。
図３に示すように、各第２固定部２５は、第２プレート２２１およびセンサーデバイス４に接続されており、力検出装置１に加えられた外力をセンサーデバイス４に伝達する機能を有している。これら複数の第２固定部２５は、中心軸Ａ１を中心とする同一円周上に沿って互いに等角度（９０°）間隔に並んでいる（図４参照）。各第２固定部２５は、前述した第１固定部２４に対して中心軸Ａ１側に配置され、第１固定部２４と対面している。また、図３に示すように、第２固定部２５の第１固定部２４側には、第１固定部２４側に向かって突出した突出部２５１を有する。この突出部２５１の頂面２５０は、前述した第１固定部２４の内壁面２４０に対してセンサーデバイス４を挿入可能な距離を隔てて対面している。また、各第２固定部２５には、与圧ボルト７０の先端部が螺合可能な複数の雌ネジ孔２５２が形成されている。
ここで、複数の与圧ボルト７０（与圧部材）は、前述した第１固定部２４の貫通孔２４１および第２固定部２５の雌ネジ孔２５２に挿通されており、センサーデバイス４の周囲に設けられている。特に本実施形態では、図４に示すように、平面視で、１つのセンサーデバイス４に対してその両側に２つの与圧ボルト７０が設けられている。これにより、センサーデバイス４は、第１固定部２４と第２固定部２５とによって挟んで与圧された状態で挟持されている。また、与圧ボルト７０の締結力を適宜調整することで、センサーデバイス４に対して、所定の大きさの圧力を与圧として加えることができる。なお、各与圧ボルト７０の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、各種金属材料等が挙げられる。
また、図３に示すように、第２プレート２２１には、その厚さ方向に貫通した貫通孔２２２が設けられている。貫通孔２２２には、図示はしないが、後述するデジタル回路基板６２と中継基板６３とを電気的に接続する配線等が挿通している。
〈側壁部〉
図４に示すように、側壁部２３（第３ケース部材）は、円筒状をなしている。この側壁部２３の上端部は、例えばＯリングで構成された図示しないシール部材を介して第１プレート２１１に嵌合されている（図３参照）。また、同様に、側壁部２３の下端部は、図示しないシール部材を介して第２プレート２２１に嵌合されている。これにより、第１ケース部材２１と第２ケース部材２２と側壁部２３とで、複数のセンサーデバイス４を収容している気密的な内部空間Ｓ１が形成されている。
［基板収容部材］
図３に示すように、基板収容部材２６は、ケース２と接続部材２７との間に設けられており、その上面が第２ケース部材２２に接続され、その下面が後述する接続部材２７に接続されている。この基板収容部材２６は、中央部に貫通した孔２６１を有する円筒状をなす。孔２６１内には、後述する中継基板６３が収容されている。この孔２６１の開口面積は、中継基板６３の形状が収容可能であれば、特に限定されない。
［接続部材］
図２に示す接続部材２７は、円形の平板状をなし、その上面が基板収容部材２６に接続されている。これにより、図３に示すように、前述した基板収容部材２６が有する孔２６１の下面側開口が塞がれ、孔２６１に配置された中継基板６３を収容する内部空間Ｓ２が形成されている。また、接続部材２７の下面は、アーム１６が取り付けられる取付面２０２を構成している（図１および図３参照）。
以上説明した第１ケース部材２１、第２ケース部材２２、側壁部２３、基板収容部材２６および接続部材２７の各構成材料としては、特に限定されないが、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材料、セラミックス等が挙げられる。また、これらは全て同一または同種の材料で構成されていてもよいし、互いに異なる材料で構成されていてもよい。
［アナログ回路基板］
図４に示すように、ケース２内には、複数（本実施形態では４つ）のアナログ回路基板６１が設けられている。本実施形態では、１つのセンサーデバイス４に対して１つのアナログ回路基板６１が設けられており、１つのセンサーデバイス４とそれに対応する１つのアナログ回路基板６１とが電気的に接続されている。アナログ回路基板６１は、第１固定部２４と第２固定部２５との間に配置されており、突出部２５１に挿通された状態でセンサーデバイス４に対して中心軸Ａ１側に配置されている（図３および図４参照）。
このようなアナログ回路基板６１は、図示はしないが、後述するセンサーデバイス４から出力された電荷Ｑ（Ｑα、Ｑβ、Ｑγ）をそれぞれ電圧Ｖ（Ｖα、Ｖβ、Ｖγ）に変換するチャージアンプ（変換出力回路）を備えている。このチャージアンプは、例えば、オペアンプと、コンデンサーと、スイッチング素子と、を有して構成することができる。
［デジタル回路基板］
図３に示すように、ケース２内には、デジタル回路基板６２が設けられている。本実施形態では、デジタル回路基板６２は、例えばボルト等で構成された固定部材６２０によって第２ケース部材２２の上方に固定されている。このデジタル回路基板６２は、各アナログ回路基板６１とに電気的に接続されている。
このようなデジタル回路基板６２は、図示しないが、アナログ回路基板６１からの電圧Ｖに基づいて、外力を検出（演算）する外力検出回路を備えている。外力検出回路は、ｘ軸方向の並進力成分Ｆｘ、ｙ軸方向の並進力成分Ｆｙ、ｚ軸方向の並進力成分Ｆｚ、ｘ軸周りの回転力成分Ｍｘ、ｙ軸周りの回転力成分Ｍｙ、ｚ軸周りの回転力成分Ｍｚを演算する。この外力検出回路は、例えば、ＡＤコンバーターと、このＡＤコンバーターに接続されたＣＰＵ等の演算回路と、を有して構成することができる。
［中継基板］
図３に示すように、基板収容部材２６内には、中継基板６３が配置されている。中継基板６３は、例えばボルト等で構成された固定部材６３０によって第２ケース部材２２に対して固定されている。この中継基板６３は、例えばフレキシブル基板で構成された配線（図示せず）によってデジタル回路基板６２に電気的に接続されている。
このような中継基板６３によって、力検出装置１は、ロボット１００のロボットアーム１０の駆動を制御するロボットコントローラー（図示せず）と力検出装置１からの検出結果とからのフィードバック制御を行う経路と、補正パラメーターの入力経路を備えることができる。なお、図示はしないが、中継基板６３は、力検出装置１の外部に設けられた外部配線に接続されており、この外部配線がロボットコントローラー（図示せず）に接続されている。
［センサーデバイス］
図４に示すように、４つのセンサーデバイス４は、ｚ軸方向から見て中心軸Ａ１を通りｙ軸に平行な線分ＣＬに対して対称となるように配置されている。４つのセンサーデバイス４はケース２内での配置が異なること以外、同様の構成である。各センサーデバイス４は、互いに直交するα軸、β軸およびγ軸の３軸に沿って加えられた外力（具体的には、せん断力、および、圧縮または引張力）を検出する機能を有する。
図５に示すように、各センサーデバイス４は、力検出素子８と、力検出素子８を収納するパッケージ４０と、を有する。なお、センサーデバイス４は、前述したアナログ回路基板６１に実装されている。
〈パッケージ〉
図５に示すように、パッケージ４０は、力検出素子８が設置されている凹部を有する基部４１と、凹部の開口を塞ぐようにして基部４１に対してシーリング４３を介して接合されている蓋体４２と、を有する。
基部４１は、平板状の底部材４１１と、底部材４１１に接合（固定）された四角形の枠状をなす側壁部材４１２と、を有する。底部材４１１は、γ軸方向から見て突出部２５１の頂面２５０を包含している。また、底部材４１１は、例えば絶縁性を有する接着剤等で構成された接着部材４７を介して力検出素子８に接続されている。また、蓋体４２は、板状をなし、その縁部側は、基部４１側に向かって折れ曲がっていて、力検出素子８を覆うように設けられている。また、蓋体４２の中央部は、平坦であり、第１固定部２４および力検出素子８に当接している。
このような基部４１および蓋体４２の具体的な構成材料としては、例えば、ステンレス鋼、コバール等の各種金属材料や各種セラミックス等を用いることができる。
〈力検出素子〉
図６に示す力検出素子８（積層体）は、α軸に平行な外力（せん断力）に応じて電荷Ｑαを出力する２つの圧電素子８１と、γ軸に平行な外力（圧縮／引張力）に応じて電荷Ｑγを出力する２つの圧電素子８３と、β軸に平行な外力（せん断力）に応じて電荷Ｑβを出力する２つの圧電素子８５と、２つの支持基板８７０と、複数の接続部８８と、を有し、これらが図示の通り積層されている。
（圧電素子）
図６に示すように、２つの圧電素子８１は、それぞれ、基準電位（例えばグランド電位ＧＮＤ）に電気的に接続されているグランド電極層８１３と、圧電体層８１１と、出力電極層８１２とを有する。また、２つの圧電素子８１は、各出力電極層８１２が互いに接続部８８を介して接続されるように配置されている。同様に、２つの圧電素子８３は、それぞれ、グランド電極層８３３と、圧電体層８３１と、出力電極層８３２とを有する。また、２つの圧電素子８３は、各出力電極層８３２が互いに接続部８８を介して接続されるように配置されている。同様に、２つの圧電素子８５は、それぞれ、グランド電極層８５３と、圧電体層８５１と、出力電極層８５２とを有する。また、２つの圧電素子８５は、各出力電極層８５２が互いに接続部８８を介して接続されるように配置されている。
各圧電体層８１１、８３１、８５１は、水晶で構成されている。これにより、高感度、広いダイナミックレンジ、高い剛性等の優れた特性を有する力検出装置１を実現することができる。また、図８に示すように、圧電体層８１１、８３１、８５１は、水晶の結晶軸であるＸ軸の方向が互いに異なるように配置されている。具体的には、各圧電体層８１１は、Ｙカット水晶板で構成されており、Ｘ軸の向きが互いに１８０°異なるように配置されている。同様に、各圧電体層８５１は、Ｙカット水晶板で構成されており、Ｘ軸の向きが互いに１８０°異なるように配置されている。また、圧電体層８１１と圧電体層８５１とは、Ｘ軸の向きが互いに９０°異なるように配置されている。また、各圧電体層８３１は、Ｘカット水晶板で構成されおり、Ｘ軸の向きが互いに１８０°異なるように配置されている。
なお、本実施形態では、各圧電体層８１１、８３１、８５１は、水晶で構成されているが、これらは、水晶以外の圧電材料を用いた構成であってもよい。水晶以外の圧電材料としては、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）Ｏ３）、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等が挙げられる。
各圧電体層８１１、８３１、８５１の厚さは、それぞれ、特に限定されないが、例えば、０．１〜３０００μｍ程度である。
また、各出力電極層８１２、８３２、８５２および各グランド電極層８１３、８３３、８５３は、力検出素子８の側面に設けられた側面電極４６に電気的に接続されている。そして、これら出力電極層８１２、８３２、８５２は、側面電極４６に接続された例えばＡｇペースト等で構成された導電性接続部４５と、パッケージ４０に設けられた複数の内部端子４４と、図示しない基部４１に形成された内部配線とを介して、アナログ回路基板６１に電気的に接続されている。
各出力電極層８１２、８３２、８５２および各グランド電極層８１３、８３３、８５３を構成する材料は、それぞれ、電極として機能し得る材料であれば特に限定されないが、例えば、ニッケル、金、チタニウム、アルミニウム、銅、鉄、クロムまたはこれらを含む合金等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて（例えば積層して）用いることができる。
各出力電極層８１２、８３２、８５２および各グランド電極層８１３、８３３、８５３の厚さは、それぞれ、特に限定されないが、例えば、０．０５〜１００μｍ程度である。
（支持基板）
各支持基板８７０は、圧電素子８１、８３、８５を支持する機能を有する。これら支持基板８７０の厚さは、それぞれ、各圧電体層８１１、８３１、８５１の厚さよりも厚い。これにより、力検出素子８を後述するパッケージ４０に対して安定して接続することができる。
また、各支持基板８７０は、水晶で構成されている。また、一方の支持基板８７０は、隣り合う圧電素子８１が有する圧電体層８１１と同様の構成の水晶板（Ｙカット水晶板）で構成されており、Ｘ軸の向きもその圧電体層８１１と同様である。また、他方の支持基板８７０は、隣り合う圧電素子８５が有する圧電体層８５１と同様の構成の水晶板（Ｙカット水晶板）で構成されており、Ｘ軸の向きもその圧電体層８５１と同様である。ここで、水晶は異方性を有するため、その結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向で熱膨張係数が異なる。そのため、熱膨張による力を抑えるために各支持基板８７０は隣り合う圧電体層８１１、８５１と同様の構成および配置（Ｘ軸の向き）であることが好ましい。
なお、各支持基板８７０は、それぞれ、各圧電体層８１１、８３１、８５１と同様に水晶以外の材料で構成されていてもよい。
また、各支持基板８７０の厚さは、特に限定されないが、例えば、０．１〜５０００μｍ程度である。
（接続部）
接続部８８は、絶縁性材料で構成されており、各圧電素子８１、８３、８５間での導通を遮断する機能を有する。各接続部８８としては、例えば、シリコーン系、エポキシ系、アクリル系、シアノアクリレート系、ポリウレタン系等の接着剤等を用いることができる。
以上、力検出素子８について説明した。前述したように、力検出素子８は、互いに直交する３軸をα軸、β軸およびγ軸としたとき、Ｘカット水晶板で構成された圧電体層８３１を備え、γ軸方向に沿った外力に応じて電荷Ｑγを出力する圧電素子８３（第１圧電素子）を有する。さらに、力検出素子８は、Ｙカット水晶板で構成された圧電体層８１１を備え、α軸方向の外力に応じて電荷Ｑαを出力する圧電素子８１（第２圧電素子）を有する。そして、力検出素子８は、Ｙカット水晶板で構成された圧電体層８５１を備え、圧電素子８３を圧電素子８１との間に挟むように配置され、β軸方向の外力に応じて電荷Ｑβを出力する圧電素子８５（第３圧電素子）を有する。これにより、水晶の結晶方位による圧電効果の異方性により、加えられた外力を分解して検出することができる。すなわち、互いに直交する３軸の並進力成分を独立して検出することができる。
このように、力検出素子８は、複数（２つ以上）の圧電素子８１、８３、８５を備えることで、検出軸の多軸化を図ることができる。また、力検出素子８は、圧電素子８１、８３、８５（第１〜第３圧電素子）を少なくとも１つずつ有すれば互いに直交する３軸の並進力成分を独立して検出することができるが、本実施形態のように圧電素子８１、８３、８５（第１〜第３圧電素子）をそれぞれ２つ有することで、出力感度を高めることができる。
なお、各圧電素子８１、８３、８５の積層順は、図示のものに限定されない。また、力検出素子８を構成する圧電素子の数は、前述した数に限定されない。例えば、圧電素子の数は１〜５つであってもよいし、７つ以上であってもよい。
以上、力検出装置１の基本的な構成について説明した。
ここで、前述した第１固定部２４と、第２固定部２５と、与圧ボルト７０と、センサーデバイス４と、アナログ回路基板６１とで「構造体２０」を構成している（図５参照）。このような構造体２０では、センサーデバイス４に対する第１固定部２４および第２固定部２５の接触圧（接触状態）を均等またはそれに近い状態にするために各種工夫をしている。以下、この点について、詳細に説明する。
図７は、図５に示す構造体を模式的に示す断面図である。図８は、図７に示す構造体を矢印Ｘ１方向から見た図である。図９は、調整部を有していない構造体を示す断面図である。図１０は、図６に示す力検出素子を矢印Ｘ２方向から見た図である。また、以下では、＋γ軸方向側を「上」、−γ軸方向側を「下」ともいう。
［構造体］
図７および図８に示すように、第１固定部２４は、平板状をなす部材であり、第１固定部２４と第２固定部２５とが重なる方向から見た平面視（以下、単に「平面視」ともいう）で、センサーデバイス４と接触している第１部分２４３と、第１部分２４３の外周部に位置する第２部分２４４とを有する。
第１部分２４３のセンサーデバイス４側の面（内壁面２４０の一部）は、センサーデバイス４の上部に対応した平坦面であり、センサーデバイス４に当接している。
第２部分２４４には、前述した与圧ボルト７０が挿通される貫通孔２４１が設けられている。また、第２部分２４４のセンサーデバイス４側の面には、２つの凹部２４２（溝）が形成されている。
凹部２４２は、平面視で、貫通孔２４１とセンサーデバイス４との間に設けられている。この凹部２４２は、β軸方向に直線状に延びた長手形状をなしている。このような凹部２４２を有することで、第１固定部２４の凹部２４２の直上にある部分の厚さｄ１は、第１部分２４３における厚さｄ２よりも薄くなっている。この凹部２４２の直上にある部分は、センサーデバイス４に対する第１部分２４３の接触圧を均一またはそれに近い状態になるように調整する調整部２４５を構成している。この調整部２４５の厚さｄ１が、第１部分２４３の厚さｄ２よりも薄いことで、調整部２４５は、第１部分２４３よりも変形し易い。そのため、与圧ボルト７０の締結により第１固定部２４に矢印Ｐ１方向の力がかかったときに調整部２４５が第１部分２４３よりも優先的に変形することで、第１部分２４３の変形を低減することができる。これにより、センサーデバイス４に対する第１部分２４３の接触状態を均等またはそれに近い状態にすることができる。
また、第２固定部２５は、第１固定部２４側に向かって突出した突出部２５１と、平面視で突出部２５１の外周部に位置する薄肉部２５３と、を有する。突出部２５１は、前述したように、センサーデバイス４に接触している。また、薄肉部２５３の厚さｄ３は、突出部２５１の厚さｄ４よりも薄い。そのため、薄肉部２５３は、突出部２５１よりも変形し易い。それゆえ、与圧ボルト７０の締結により第２固定部２５に矢印Ｐ２方向の力がかかったときに薄肉部２５３は突出部２５１よりも変形する。特に、薄肉部２５３と突出部２５１との剛性の差により、薄肉部２５３の突出部２５１側の領域に大きな力が加わる。これにより、薄肉部２５３は、前述した調整部２４５と同様の機能を発揮する。よって、センサーデバイス４に対する突出部２５１の接触状態を均等またはそれに近い状態にすることができ、センサーデバイス４に対する突出部２５１の接触状態を均等またはそれに近い状態にすることができる。
このように、力検出装置１は、第１固定部２４（第１部材）と、第１固定部２４に対向配置されている第２固定部２５（第２部材）と、第１固定部２４と第２固定部２５との間に配置され、外力に応じて信号を出力する少なくとも１つ（本実施形態では６つ）の圧電素子８１、８３、８５を有する力検出素子８を備えるセンサーデバイス４と、第１固定部２４と第２固定部２５とが重なる方向から見た平面視でセンサーデバイス４の外周部に設けられ、センサーデバイス４を与圧する複数の与圧ボルト７０（与圧部材）と、を備える（図４および図７参照）。そして、前述したように、第１固定部２４は、センサーデバイス４と接する第１部分２４３と、平面視で第１部分２４３の外周部に位置し、センサーデバイス４に対する第１部分２４３の接触圧を調整する調整部２４５を含む第２部分２４４と、を有し、調整部２４５の厚さｄ１（与圧ボルト７０による与圧方向における長さ）は、第１部分２４３の厚さｄ２（与圧方向における長さ）よりも薄い（短い）。
このような力検出装置１によれば、調整部２４５を備えることでセンサーデバイス４に対する第１部分２４３の接触圧（接触状態）を均等またはそれに近い状態にすることができる。そのため、力検出装置１による外力検出の高精度化を図ることができる。
さらに、前述したように、第２固定部２５は、センサーデバイス４と接する突出部２５１と、平面視で突出部２５１の外周部に位置し、センサーデバイス４に対する突出部２５１の接触圧を調整する機能を有する薄肉部２５３とを有する。これにより、第２固定部２５においても第１固定部２４と同様に、センサーデバイス４に対する突出部２５１の接触圧（接触状態）を均等またはそれに近い状態にすることができる。このように、第１固定部２４と第２固定部２５との双方が、「調整部」として機能する部分（調整部２４５、薄肉部２５３）を有することで、外力の検出精度をより高めることができる。
なお、本実施形態では、第２固定部２５は、突出部２５１と薄肉部２５３とを有して構成されているが、例えば、第２固定部２５は、第１固定部２４と同様の構成であってもよい。すなわち、第２固定部２５は、平板状をなす第１部分とその外周に位置する凹部（調整部）を有する第２部分とを有する構成であってもよい。また、逆に、第１固定部２４が、第２固定部２５と同様の構成であってもよい。
ここで、図９に示す構造体２０Ｘのように、調整部２４５を有していない単なる平板状の第１固定部２４Ｘを用いて、センサーデバイス４に対して与圧を付与すると、第１固定部２４Ｘの平面視でセンサーデバイス４と重なる部分が撓んでしまい、センサーデバイス４に対して第１固定部２４Ｘを均等に接触させることができない。なお、平板状の第２固定部２５Ｘを用いた場合も同様のことが言える。
これに対し、前述したように本実施形態における第１固定部２４は、調整部２４５を有しているため、第１部分２４３の変形を低減することができ、よって、外力検出の高精度化を図ることができる。また、図９に示す構造体２０Ｘでは、与圧が付加されたときに第１固定部２４Ｘにかかる力が、力検出素子８の平面視での中央部よりも外周部の方が大きくなってしまう。そのため、図９に示す構造体２０Ｘでは、センサーデバイス４内に収容された力検出素子８の角部が破損等するおそれが高い。これに対し、本実施形態では、調整部２４５を有するため、センサーデバイス４内に収容された力検出素子８の耐力を向上させることができる。
また、厚さｄ１の厚さｄ２に対する比率（ｄ１／ｄ２）は、特に限定されないが、０．５≦ｄ１／ｄ２≦０．９８であることが好ましく、０．７≦ｄ１／ｄ２≦０．９であることがより好ましい。これにより、第１固定部２４の必要な機械的強度を確保しつつ、第１部分２４３の接触圧を調整する機能を特に好適に発揮することができる。なお、厚さｄ１は、特に限定されないが、構造体２０の小型化および第１固定部２４の機械的強度の観点から、例えば、０．５ｃｍ以上３．０ｃｍ以下とすることができる。また、厚さｄ２は、特に限定されないが、０．２５ｃｍ以上２．５ｃｍ以下とすることができる。また、凹部２４２の幅は、特に限定されないが、第１固定部２４の機械的強度を保ちつつ、第１部分２４３の接触圧を調整する機能を発揮できるよう設定することが好ましい。
また、前述したように、調整部２４５は、平面視で、貫通孔２４１とセンサーデバイス４との間、すなわち与圧ボルト７０（与圧部材）とセンサーデバイス４との間に設けられている（図７および図８参照）。これにより、センサーデバイス４に対する第１部分２４３の接触圧をより好適に調整することができる。
また、本実施形態では、調整部２４５は、平面視で、貫通孔２４１と力検出素子８との間の中央部に設けられているが、調整部２４５は、平面視で、貫通孔２４１寄りに設けられていてもよいし、センサーデバイス４寄りに設けられていてもよい。
また、調整部２４５は、前述したように、凹部２４２の直上の部分で構成されている。別の言い方をすれば、第２部分２４４に、凹部２４２が設けられており、調整部２４５は、凹部２４２の底部を含んで構成されているとも言える。これにより、前述したように、センサーデバイス４に対する第１部分２４３の接触圧をより好適に調整することができる。また、第１固定部２４に凹部２４２を形成することで、比較的簡単に調整部２４５を設けることができる。
また、本実施形態における第２部分２４４は、厚さｄ１を有する調整部２４５と厚さｄ２を有する部分とを有する。このように、第２部分２４４の全部を薄くするよりも、第２部分２４４の一部を薄くすることで、第２部分２４４の機械的強度を高くすることができ、よって、センサーデバイス４をより安定的に支持することができる。
また、凹部２４２は、与圧方向（γ軸方向）と、貫通孔２４１同士を結ぶ線分に平行な方向（α軸方向）との双方に直交する方向（β軸方向）に延出している。これにより、前述したセンサーデバイス４に対する第１部分２４３の接触圧を均等またはそれに近い状態にすることが容易である。なお、凹部２４２は、平面視で、例えばβ軸方向に対して傾斜していてもよい。
また、本実施形態では、凹部２４２のβ方向における長さは、センサーデバイス４の平面視でのβ方向における長さよりも長く形成されている（図８参照）。これにより、前述したセンサーデバイス４に対する第１部分２４３の接触圧をより均等にでき、センサーデバイス４に対する第１部分２４３の接触状態をより均等にすることができる。
また、本実施形態では、凹部２４２は、直線状に延出している。これにより、調整部２４５を所望とする位置に比較的簡単に設けることができる。なお、凹部２４２は、平面視で湾曲状をなしていてもよい。
また、本実施形態では、力検出装置１による外力検出の高精度化を図るよう、前述した力検出素子８の構成を工夫している。具体的には、前述した圧電素子８１は、圧電効果により電荷Ｑαを生じる圧電体層８１１と、圧電体層８１１に設けられ、電荷Ｑαに応じた電圧Ｖα（信号）を出力する出力電極層８１２（電極）とを有し、出力電極層８１２（電極）の平面視での外形は、圧電体層８１１の平面視での外形よりも小さい（図６および図１０参照）。このように出力電極層８１２（図示はしないが図４に示す側面電極４６に接続するための配線を除く）を設けることで、力検出素子８の平面視での中央部と外周部との接触圧の差による外力検出の精度の低下をさらに低減することができる。なお、グランド電極層８１３についても同様である。また、圧電素子８３、８５についても同様である。
また、前述したように、力検出素子８のγ軸方向（与圧方向）と直交する方向であるα軸方向の長さＬ１（およびβ軸方向の長さ）は、力検出素子８のγ軸方向の長さＬ２よりも短い（図６参照）。これにより、力検出素子８の平面視での中央部と外周部との接触圧の差をさらに低減することができ、センサーデバイス４への接触圧の更なる均等化を図ることができる。
図１１は、図８に示す調整部の変形例を示す図である。
図１１に示すように、調整部２４５ａ（凹部２４２ａ）は、与圧ボルト７０とセンサーデバイス４との間の領域に複数あってもよい。図１１では、２つの調整部２４５ａが、α軸方向に並んで設けられている。これにより、センサーデバイス４に対する第１部分２４３の接触圧をより均等にでき、センサーデバイス４に対する第１部分２４３の接触状態をより均等にすることができる。なお、複数の調整部２４５ａは、例えばβ軸方向に並んで設けられていてもよい
図１２は、図８に示す調整部の変形例を示す図である。
図１２に示すように、調整部２４５ｂ（凹部２４２ｂ）は、平面視でセンサーデバイス４を囲むように設けられていてもよい。本実施形態では、調整部２４５ｂ（凹部２４２ｂ）は、平面視で四角形の枠状をなす。これにより、センサーデバイス４に対する第１部分２４３の接触圧をより均等にでき、センサーデバイス４に対する第１部分２４３の接触状態をより均等にすることができる。また、構造体２０を組み立てる際に、調整部２４５ｂに対するセンサーデバイス４の位置を決定する位置決め部として好適に用いることもできる。
以上説明したように、本実施形態の力検出装置１によれば、外力検出の高精度化を図ることができ、また、力検出素子８の耐力を向上させることができる。
また、本実施形態では、与圧ボルト７０（与圧部材）が、１つのセンサーデバイス４に対して２つ設けられている場合を例に説明したが、「与圧部材」の数は、１つでも３つ以上であってもよい。その場合にも、平面視で与圧ボルト７０とセンサーデバイス４との間に凹部２４２（調整部２４５）を設けることで、センサーデバイス４に対する第１部分２４３の接触圧を均等またはそれに近い状態にすることができる。そのため、力検出装置１による外力検出の高精度化を図ることができる。
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。
図１３は、第２実施形態に係る力検出装置が有する構造体の横断面図（与圧を解除した状態）である。図１４は、図１３に示す構造体の横断面図（与圧が付与された状態）である。
本実施形態は、第１固定部および第２固定部の構成が異なること以外は、前述した実施形態と同様である。なお、以下の説明では、第２実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。
図１３に示す構造体２０Ａが有する第１固定部２４Ａの第１部分２４３Ａは、センサーデバイス４側に向かって突出した凸部２４６を有する。
凸部２４６は、図１３に示すように、与圧を解除した状態において、平面視でのセンサーデバイス４の外周から中心に向かって、その厚さが漸増している。このような凸部２４６を有する第１固定部２４Ａでは、第２部分２４４Ａの厚さｄ１が第１部分２４３Ａの厚さｄ２よりも薄い。すなわち、第２部分２４４Ａが調整部２４５Ａを構成している。このような第１固定部２４Ａによれば、図１４に示すように、与圧を付与することで、凸部２４６の表面が平坦なセンサーデバイス４の上面に倣って接触する。
同様に、第２固定部２５Ａも、第１固定部２４Ａと同様の構成である。すなわち、第２固定部２５Ａは、凸部２５６を有し、第２部分２５３Ａの厚さｄ１が第１部分２５１Ａの厚さｄ２よりも薄い。そして、第２部分２５３Ａは、調整部２５５Ａを構成している。
このように、本実施形態では、第１部分２４３Ａは、複数の与圧ボルト７０（与圧部材）によるセンサーデバイス４への与圧をしていない状態においてセンサーデバイス４に向かって凸状をなす凸部２４６を有する。これにより、第２部分２４４Ａの厚さｄ１が第１部分２４３Ａの厚さｄ２よりも薄いことで、第２部分２４４Ａ（特に第２部分２４４Ａの第１部分２４３Ａに近接する部分）が第１部分２４３Ａよりも優先的に変形することに加えて、第１部分２４３Ａが凸部２４６を有することで、第１部分２４３Ａの接触圧をさらに均等またはそれに近い状態にすることができる。
また、凸部２４６は、センサーデバイス４の中央に向かって厚さが漸増している。これにより、前述したように、与圧を付与することで、凸部２４６の表面を平坦なセンサーデバイス４の上面に倣って接触させることができるので、センサーデバイス４に対する第１部分２４３Ａの接触圧をより簡単に均等にすることができる。
なお、凸部２４６は、その厚さが漸増しているが、「凸部」は、センサーデバイス４の中央に向かって段階的にその厚さが増大している構成であってもよい。
以上説明したような第２実施形態によっても、前述した実施形態と同様の効果が得られる。
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態について説明する。
図１５は、第３実施形態に係る力検出装置が有する構造体の横断面図である。図１６は、図１５に示す構造体の平面図である。図１７は、図１６に示す力検出素子を示す斜視図である。
本実施形態は、主に、構造体の構成が異なること以外は、前述した実施形態と同様である。なお、以下の説明では、第３実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。
図１５および図１６に示すように、構造体２０Ｂは、平面視でセンサーデバイス４Ｂの中央部に設けられた与圧ボルト７１（中央部与圧部材）を有する。
第１固定部２４Ｂには、与圧ボルト７１が挿通可能な貫通孔２４９が形成されている。また、第２固定部２５Ｂには、与圧ボルト７１の先端部が螺合可能な雌ネジ孔２５９が形成されている。また、センサーデバイス４Ｂには、貫通孔２４９および雌ネジ孔２５９に連通し、与圧ボルト７１が挿通可能な貫通孔４９が設けられている。なお、詳細な図示はしないが、基部４１Ｂの平面視での中央部に貫通孔が形成され、蓋体４２Ｂの平面視での中央部に貫通孔が形成されている。また、力検出素子８Ｂは、図１７に示すように円筒状をなし、与圧ボルト７１を挿通可能に構成されている。この力検出素子８Ｂの円筒内の空間と基部４１Ｂおよび蓋体４２Ｂの各貫通孔とで、貫通孔４９が構成されている。
このように、本実施形態では、構造体２０Ｂは、平面視でセンサーデバイス４Ｂ（力検出素子８Ｂ）の中央部に設けられた与圧ボルト７１（中央部用与圧部材）を備える。これにより、センサーデバイス４Ｂに対する第１固定部２４Ｂの第１部分２４３の接触圧をより均等にすることができる。
また、力検出素子８Ｂは、円筒状をなす。これにより、力検出素子８Ｂの外周部における応力集中を抑制することができる。このような観点から、力検出素子８Ｂの平面視での外形は、本実施形態のように円形であることが好ましい。ここで、「力検出素子」が例えば角柱形であると外周部（角部）に力が集中し易い。これに対し、力検出素子８Ｂの平面視での外形を上記構成とすることで、力検出素子８Ｂの外周部における応力集中を抑制することができる。そのため、センサーデバイス４Ｂに対する第１部分２４３の接触圧をより均等にすることができる。また、図示はしないが、力検出素子の平面視での外形は角部を有し、角部は鈍角形状および丸みを帯びた形状の少なくとも一方の形状であっても、上記と同様の効果を発揮できるため好ましい。
また、力検出素子８Ｂのように平面視での中央部に貫通孔を有する構成とすることで、力検出素子８Ｂの平面視での中央部と外周部との接触圧の差をさらに低減することができ、センサーデバイス４Ｂへの接触圧の更なる均等化を図ることができる。
以上、本発明の力検出装置およびロボットを、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、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
また、前述した説明では、与圧部材および中央部与圧部材として、与圧ボルトを用いた例を説明したが、与圧可能であれば与圧ボルトに限定されず他の形態であってもよい。
また、前述した説明では、センサーデバイスは、パッケージを備えていたが、少なくとも１つの圧電素子を備えていればよく、パッケージを備えていなくてもよい。また、センサーデバイスは、例えば、パッケージが有する蓋体を備えていなくてもよい。また、センサーデバイスは、シール部材を備えていなくてもよく、基部と蓋体とが直接的に接合されていたり、嵌合等により接続されていてもよい。
また、前述した説明では、第１固定部（第１部分）と第２固定部（第２部分）とは、第１プレートおよび第２プレートに対して直交して設けられていたが、これらに対して平行であってもよいし、傾斜して設けられていてもよい。また、第１固定部および第２固定部を省略してもよい。すなわち、センサーデバイス４は、第１プレートと第２プレートとによって挟持され、与圧されていてもよい。その場合には、第１プレートを第１部材として捉え、第２プレートを第２部材として捉えればよい。
また、本発明のロボットは、６軸の垂直多関節ロボットに限定されない。例えば、本発明のロボットは、水平多関節ロボットであってもよいし、パラレルリンクロボットでもよい。また、本発明のロボットは、単腕ロボットに限定されず、双方ロボットであってもよい。
また、本発明のロボットの１つのロボットアームが有するアームの数は、１〜５つでもよいし、７つ以上でもよい。
また、本発明の力検出装置は、ロボット以外の機器に組み込むことも可能であり、例えば、自動車等の移動体に搭載してもよい。
１…力検出装置、２…ケース、４…センサーデバイス、４Ｂ…センサーデバイス、８…力検出素子、８Ｂ…力検出素子、１０…ロボットアーム、１１…アーム、１２…アーム、１３…アーム、１４…アーム、１５…アーム、１６…アーム、１７…エンドエフェクター、２０…構造体、２０Ａ…構造体、２０Ｂ…構造体、２０Ｘ…構造体、２１…第１ケース部材、２２…第２ケース部材、２３…側壁部、２４…第１固定部、２４Ａ…第１固定部、２４Ｂ…第１固定部、２４Ｘ…第１固定部、２５…第２固定部、２５Ａ…第２固定部、２５Ｂ…第２固定部、２５Ｘ…第２固定部、２６…基板収容部材、２７…接続部材、４０…パッケージ、４１…基部、４１Ｂ…基部、４２…蓋体、４２Ｂ…蓋体、４３…シーリング、４４…内部端子、４５…導電性接続部、４６…側面電極、４７…接着部材、４９…貫通孔、６１…アナログ回路基板、６２…デジタル回路基板、６３…中継基板、７０…与圧ボルト、７１…与圧ボルト、８１…圧電素子、８３…圧電素子、８５…圧電素子、８８…接続部、１００…ロボット、１１０…基台、２０１…取付面、２０２…取付面、２１１…第１プレート、２２１…第２プレート、２２２…貫通孔、２４０…内壁面、２４１…貫通孔、２４２…凹部、２４２ａ…凹部、２４２ｂ…凹部、２４３…第１部分、２４３Ａ…第１部分、２４４…第２部分、２４４Ａ…第２部分、２４５…調整部、２４５Ａ…調整部、２４５ａ…調整部、２４５ｂ…調整部、２４６…凸部、２４９…貫通孔、２５０…頂面、２５１…突出部、２５２…雌ネジ孔、２５３…薄肉部、２５１Ａ…第１部分、２５３Ａ…第２部分、２５５Ａ…調整部、２５６…凸部、２５９…雌ネジ孔、２６１…孔、４１１…底部材、４１２…側壁部材、６２０…固定部材、６３０…固定部材、８１１…圧電体層、８１２…出力電極層、８１３…グランド電極層、８３１…圧電体層、８３２…出力電極層、８３３…グランド電極層、８５１…圧電体層、８５２…出力電極層、８５３…グランド電極層、８７０…支持基板、Ａ１…中心軸、ＣＬ…線分、Ｐ１…矢印、Ｐ２…矢印、Ｑα…電荷、Ｑβ…電荷、Ｑγ…電荷、Ｓ１…内部空間、Ｓ２…内部空間、ｄ１…厚さ、ｄ２…厚さ、ｄ３…厚さ、ｄ４…厚さ、Ｌ１…長さ、Ｌ２…長さ、ＧＮＤ…グランド電位

Claims (11)

  1. 第１部材と、
    前記第１部材に対向配置されている第２部材と、
    前記第１部材と前記第２部材との間に配置され、外力に応じて信号を出力する少なくとも１つの圧電素子を有する力検出素子を備えるセンサーデバイスと、
    前記第１部材と前記第２部材とが重なる方向から見た平面視で前記センサーデバイスの外周部に設けられ、前記センサーデバイスを与圧する複数の与圧部材と、を備え、
    前記第１部材は、前記センサーデバイスと接する第１部分と、前記平面視で前記第１部分の前記外周部に位置し、前記センサーデバイスに対する前記第１部分の接触圧を調整する調整部を含む第２部分と、を有し、
    前記調整部の前記与圧部材による与圧方向における長さは、前記第１部分の前記与圧方向における長さよりも短いことを特徴とする力検出装置。
  2. 前記調整部は、前記平面視で、前記与圧部材と前記センサーデバイスとの間に設けられている請求項１に記載の力検出装置。
  3. 前記第２部分には、凹部が設けられており、
    前記調整部は、前記凹部の底部を含んで構成されている請求項１または２に記載の力検出装置。
  4. 前記第１部分は、複数の前記与圧部材による前記センサーデバイスへの与圧をしていない状態において前記センサーデバイスに向かって凸状をなす凸部を有する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の力検出装置。
  5. 前記凸部は、前記センサーデバイスの中央に向かって厚さが漸増している請求項４に記載の力検出装置。
  6. 前記力検出素子の前記与圧方向と直交する方向の長さは、前記力検出素子の前記与圧方向の長さよりも短い請求項１ないし５のいずれか１項に記載の力検出装置。
  7. 前記圧電素子は、圧電効果により電荷を生じる圧電体層と、前記圧電体層に設けられ、前記電荷に応じた信号を出力する電極とを有し、
    前記電極の前記平面視での外形は、前記圧電体層の前記平面視での外形よりも小さい請求項１ないし６のいずれか１項に記載の力検出装置。
  8. 前記平面視で前記センサーデバイスの中央部に設けられた中央部用与圧部材を備える請求項１ないし７のいずれか１項に記載の力検出装置。
  9. 前記力検出素子の前記平面視での外形は、円形である請求項１ないし８のいずれか１項に記載の力検出装置。
  10. 前記力検出素子の前記平面視での外形は角部を有し、前記角部は鈍角形状および丸みを帯びた形状の少なくとも一方の形状である請求項１ないし８のいずれか１項に記載の力検出装置。
  11. 基台と、前記基台に接続されたアームと、前記アームに接続された請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の力検出装置と、を備えることを特徴とするロボット。
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