JP2021006792A - チャージアンプ、力センサー、及びロボット - Google Patents

Abstract

【課題】温度や経過時間に伴う特性変化の影響により補償電流の大きさが変動することを低減し、ドリフトが生じることによる影響を低減させることが可能なチャージアンプを提供すること。【解決手段】電荷信号を電圧信号に変換するチャージアンプであって、前記電荷信号が伝搬する第１導電部材と、前記第１導電部材の少なくとも一部に沿って設けられている第２導電部材と、前記第１導電部材と前記第２導電部材との間に設けられている絶縁部材と、前記第２導電部材と接続され、前記第２導電部材に電位制御電圧信号を供給する電位制御電圧信号出力回路と、入力端子と出力端子とを含み、前記入力端子と前記第１導電部材とが接続され、前記出力端子から前記電圧信号を出力する積分回路とを備えるチャージアンプ。【選択図】図５

Description

本発明は、チャージアンプ、力センサー、及びロボットに関する。

オペアンプやコンデンサーを使用した積分回路を含み、電荷信号を電圧信号に変換するチャージアンプが知られている。このようなチャージアンプでは、当該積分回路の出力が時間経過に伴い変動する所謂ドリフトが生じる場合がある。このようなドリフトが発生すると、一定時間経過後に積分回路の出力が飽和状態となり、積分回路に電荷信号が入力された場合であっても、積分回路の出力には反映されず、その結果、積分回路として機能しなくなるおそれがある。

このようなドリフトに対して、特許文献１には、ダイオードを介して漏れ電流を打ち消す方向の補償電流を積分回路に供給し、積分回路に生じる漏れ電流を打ち消すことで、ドリフトが発生することによる影響を低減させる技術が開示されている。また、特許文献２には、キャパシターを介して積分回路に補償電流を供給することで、ドリフトが生じたことによる影響を低減させる技術が開示されている。

特開平１１−１４８８７８号公報 特開２００９−０５８２９０号公報

しかしながら特許文献１、及び特許文献２に記載の技術では、ダイオード、及びキャパシターを介してドリフトの影響を低減させるための補償電流を供給しているため、ダイオード、及びキャパシターに発生する製造ばらつきや、温度や経過時間に伴う特性変化の影響により補償電流の大きさが変動する。そのため、ドリフトが生じることによる影響を低減させることに対して、改善の余地があった。

本発明に係るチャージアンプの一態様は、
電荷信号を電圧信号に変換するチャージアンプであって、
前記電荷信号が伝搬する第１導電部材と、
前記第１導電部材の少なくとも一部に沿って設けられている第２導電部材と、
前記第１導電部材と前記第２導電部材との間に設けられている絶縁部材と、
前記第２導電部材と接続され、前記第２導電部材に電位制御電圧信号を供給する電位制御電圧信号出力回路と、
入力端子と出力端子とを含み、前記入力端子と前記第１導電部材とが接続され、前記出力端子から前記電圧信号を出力する積分回路と
を備える。

前記チャージアンプの一態様において、
前記第２導電部材は、金属配線を含んでもよい。

前記チャージアンプの一態様において、
前記第２導電部材は、不純物領域を含んでもよい。

前記チャージアンプの一態様において、
前記絶縁部材は、酸化シリコンを含んでもよい。

前記チャージアンプの一態様において、
前記電位制御電圧信号の電位は、前記第１導電部材の電位と異なる電位に制御されてもよい。

前記チャージアンプの一態様において、
前記電位制御電圧信号の電位は、前記積分回路の電源電圧の電位とグラウンド電位との間の電位に制御されてもよい。

前記チャージアンプの一態様において、
温度を検出する温度検出回路を更に含み、
前記電位制御電圧信号の電位は、前記温度検出回路が検出した温度に基づいて制御されてもよい。

前記チャージアンプの一態様において、
前記第１導電部材、前記第２導電部材、及び前記絶縁部材は、
前記第２導電部材、前記絶縁部材、前記第１導電部材の順に積層されていてもよい。

前記チャージアンプの一態様において、
前記電位制御電圧信号の電位は、前記積分回路の電源電圧の電位とグラウンド電位との間で切り替えられてもよい。

前記チャージアンプの一態様において、
前記第１導電部材の少なくとも一部に沿って設けられている第３導電部材を備え、
前記絶縁部材は、前記第１導電部材と前記第３導電部材との間に設けられ、
前記第３導電部材は、前記電位制御電圧信号出力回路と接続され、
前記電位制御電圧信号出力回路は、前記電位制御電圧信号として第１電位制御電圧信号を前記第２導電部材に供給し、第２電位制御電圧信号を前記第３導電部材に供給してもよい。

前記チャージアンプの一態様において、
前記第１導電部材の少なくとも一部と沿って設けられるシールド配線を備え、
前記シールド配線には、前記積分回路に入力される基準電位が供給され、
前記シールド配線と前記第１導電部材との間には、前記絶縁部材が設けられていてもよい。

本発明に係る力センサーの一態様は、前記チャージアンプの一態様と、
外力を検出し、前記電荷信号を出力する検出素子と、
を備える。

本発明に係るロボットの一態様は、前記チャージアンプの一態様を備える。

第１実施形態の力センサーの構成を示す平面図。 図１に示す力センサーのＡ−Ａ線における断面図。 図１及び図２に示す力センサーが備える力検出モジュールの断面図。 図１及び図２に示す力センサーが備える力検出素子の平面図。 Ｑ−Ｖ変換回路の構成を示すブロック図。 図６は、電圧調整回路の構成の一例を示す図。 Ｑ−Ｖ変換回路に含まれる配線と近接導体部との位置関係を示す模式図。 Ｑ−Ｖ変換回路におけるドリフトの影響低減について説明するための図。 第２実施形態における力センサーにおいて、配線と近接導体部との位置関係を示す模式図。 第３実施形態における力センサーにおいて、電圧調整回路の構成を説明するための図。 第４実施形態における力センサーにおいて、電圧調整回路の構成を説明するための図。 第４実施形態における力センサーにおいて、配線と複数の近接導体部との位置関係を示す模式図。 第５実施形態における力センサーにおいて、配線と近接導体部との位置関係を示す模式図。 第６実施形態におけるＱ−Ｖ変換回路７０の構成を説明するための図。 第６実施形態における力センサーにおいて、配線、近接導体部、及びシールド配線の位置関係を模式的に示す平面図。 第７実施形態における力センサーにおいて、配線と近接導体部との位置関係を示す模式図。 ロボットの一例を示す斜視図。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて説明する。用いる図面は説明の便宜上のものである。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。なお、本実施形態では、電荷信号を電圧信号に変換するチャージアンプ（Ｑ−Ｖ変換回路）を備えた力センサー、及び当該力センサーを備えたロボットを例に説明を行う。

１．力センサー
１．１ 第１実施形態
［力センサーの構成］
まず、図１〜図４を用いて第１実施形態における力センサー１の構成について説明する。図１は、第１実施形態の力センサー１の構成を示す平面図である。図２は、図１に示す力センサー１のＡ−Ａ線における断面図である。図３は、図１及び図２に示す力センサー１が備える力検出モジュール４１の断面図である。図４は、図１及び図２に示す力センサー１が備える力検出素子５の平面図である。なお、図１、図３、及び図４のそれぞれには、互いに直交する３つの軸としてｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸を図示している。そして、以下の説明において、各軸に示す矢印の先端側を「＋」、基端側を「−」と称する場合がある。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」と称する場合がある。さらに、＋ｚ軸方向側を「上」、−ｚ軸方向側を「下」と称し、ｚ軸方向から見たものを「平面視」と称する場合がある。

図１に示す力センサー１は、加えられた外力に対応する６軸成分の信号を出力する６軸力覚センサーである。ここで、６軸成分とは、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸の３軸方向における並進力成分と、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸の３軸の軸まわりの回転力成分と、を含む。

図２に示すように、力センサー１は、第１基部２、第１基部２に対して間隔をあけて位置する第２基部３、第１基部２と第２基部３との間に設けられているセンサーデバイス４、アナログ回路基板７、デジタル回路基板８、及び第１基部２と第２基部３とを互いに固定している与圧ボルト６を備えている。なお、以下の説明において、力センサー１は、４つのセンサーデバイス４と、４つの与圧ボルト６とを備えるとして説明を行うが、力センサー１が備えるセンサーデバイス４、及び与圧ボルトの数は４つに限られるものではない。

このような力センサー１では、加えられた外力を各センサーデバイス４が検出し、検出した外力に応じた信号をアナログ回路基板７、及びデジタル回路基板８で処理することにより、力センサー１に加えられた外力に対応する６軸成分の信号を出力する。

第１基部２は、平面視における外形が円形の略板状の部材である。なお、第１基部２の外形は、円形に限らず、四角形、五角形等の多角形、楕円形等であってもよい。図１及び図２に示すように、第１基部２の第２基部３側の面には、軸線ｚ１から離れた位置に複数の凸部２１が設けられている。複数の凸部２１は、軸線ｚ１を中心とする同一円周上に沿って互いに等間隔に並んで位置している。また、各凸部２１の端面である頂面２１１は、平面視における外形が四角形の平面である。なお、頂面２１１の形状は、四角形に限定されず、例えば、五角形、六角形等の多角形、円形、楕円形等であってもよい。また、第１基部２には、軸線ｚ１から離れた位置に、与圧ボルト６に螺合している複数の雌ネジ２２が設けられている。この複数の雌ネジ２２は、軸線ｚ１を中心とする同一円周上に沿って互いに等間隔に並んで位置している。

このような第１基部２の構成材料としては、例えば、ステンレス等の金属材料や、セラミックス等が用いられる。なお、図２では、凸部２１は、第１基部２と一体に形成されているが、凸部２１は、第１基部２と別部材で形成されていてもよい。この場合、凸部２１と第１基部２とは、互いに同じ材料で構成されてもよく、異なる材料で構成されてもよい。

第２基部３は、平面視における外形が円形の略板状の部材である。なお、第２基部３の外形は、円形に限らず、四角形、五角形等の多角形、楕円形等であってもよい。第２基部３には、前述した第１基部２の複数の雌ネジ２２に対応し、軸線ｚ１から離れた位置に、与圧ボルト６が挿通している複数の貫通孔３２が設けられている。各貫通孔３２の上部には、与圧ボルト６の頭部６１と係合している段差部が形成されている。

このような第２基部３の構成材料としては、前述した第１基部２と同様に、例えば、ステンレス等の金属材料や、セラミックス等が用いられる。なお、第２基部３は、第１基部２と同じ材料で構成されてもよく、また、異なる材料で構成されてもよい。

図２に示すように、４つのセンサーデバイス４のそれぞれは、力検出モジュール４１と、力検出モジュール４１を収納するパッケージ４２と、を有する。

パッケージ４２は、力検出モジュール４１が設置されている設置面４２３を底面とする凹部を有する基部４２１と、基部４２１に接合されている蓋体４２２と、を有し、基部４２１の凹部が蓋体４２２により封止されている。これによりパッケージ４２は、力検出モジュール４１を保護する。

基部４２１は、前述した第１基部２の凸部２１の頂面２１１に設けられている。また、基部４２１の下面には、アナログ回路基板７と電気的に接続されている複数の端子４３が設けられている。複数の端子４３は、基部４２１を貫通する不図示の貫通電極を介して力検出モジュール４１と電気的に接続されている。このような基部４２１の構成材料としては、例えば、セラミックス等の絶縁性材料等が用いられる。

また、蓋体４２２は、蓋体４２２の基部４２１側の面が力検出モジュール４１と接触し、基部４２１とは反対側の面が第２基部３と接触している略板状の部材である。このような蓋体４２２の構成材料としては、例えば、ステンレス鋼等の各種の金属材料等が用いられる。なお、基部４２１と蓋体４２２とは、互いに同じ材料で構成されてもよく、また、異なる材料で構成されてもよい。なお、図１に示すように力検出モジュール４１、及びパッケージ４２の平面視における形状は、四角形として例示しているが、力検出モジュール４１、及びパッケージ４２の平面視における形状は、例えば、五角形、六角形等の他の多角形、円形、楕円形等であってもよい。

力検出モジュール４１は、力検出モジュール４１に加えられた外力に応じたｘ軸方向の成分としての電荷Ｑｘ、Ｑｙ軸方向の成分としての電荷Ｑｙ、及びｚ軸方向の成分としての電荷Ｑｚを出力する。具体的には、図３に示すように、力検出モジュール４１は、ｙ軸に平行な外力に応じた電荷Ｑｙを出力する力検出素子５ａと、ｚ軸に平行な外力に応じた電荷Ｑｚを出力する力検出素子５ｂと、ｘ軸に平行な外力に応じた電荷Ｑｘを出力する力検出素子５ｃと、を有する。このような、力検出素子５ａ、力検出素子５ｂ、力検出素子５ｃは、力検出モジュール４１において、力検出素子５ａ、力検出素子５ｂ、力検出素子５ｃの順に積層されている。

また、力検出モジュール４１において、力検出素子５ａと力検出素子５ｂとの間、及び力検出素子５ｂと力検出素子５ｃとの間のそれぞれには、絶縁性の接着剤５６が介在している。この接着剤５６により、力検出素子５ａ，５ｂ，５ｃが接合されている。なお、以下の説明において、力検出素子５ａ、５ｂ、５ｃのそれぞれを区別する必要が無い場合、単に力検出素子５と称する場合がある。

力検出素子５は、２つの電極５１、圧電体５２、２つの電極５３、圧電体５４、及び２つの電極５５を有する。そして、力検出素子５において、２つの電極５１、圧電体５２、２つの電極５３、圧電体５４、及び２つの電極５５は、２つの電極５１、圧電体５２、２つの電極５３、圧電体５４、２つの電極５５の順に積層されている。

圧電体５２，５４は、それぞれ、板状、又はシート状であって、例えば水晶で構成されている。ここで、圧電体５２，５４を構成する水晶の結晶軸であるＸ軸（電気軸）の方向は、力検出素子５ａ、５ｂ、５ｃ毎に互いに異なるように設けられる。なお、図３には、力検出素子５ａ、５ｂ、５ｃのそれぞれにおけるＸ軸の方向を矢印で示している。

具体的には、図３に示すように力検出素子５ａが有する圧電体５２である圧電体５２ａのＸ軸は、ｙ軸方向に−ｙ側から＋ｙ側を向き、力検出素子５ａが有する圧電体５４である圧電体５４ａのＸ軸は、ｙ軸方向に＋ｙ側から−ｙ側を向いている。また、力検出素子５ｂが有する圧電体５２である圧電体５２ｂのＸ軸は、ｚ軸方向に−ｚ側から＋ｚ側を向き、力検出素子５ｂが有する圧電体５４である圧電体５４ｂのＸ軸は、ｚ軸方向に＋ｚ側から−ｚ側を向いている。また、力検出素子５ｃが有する圧電体５２である圧電体５２ｃのＸ軸は、ｘ軸方向に−ｘ側から＋ｘ側を向き、力検出素子５ｃが有する圧電体５４である圧電体５４ｃのＸ軸は、ｘ軸方向に＋ｘ側から−ｘ側を向いている。

以上のような圧電体５２ａ，５４ａ，５２ｃ，５４ｃのそれぞれは、それぞれＹカット水晶板で構成され、圧電体５２ａ，５２ｃ，５４ａ，５４ｃのそれぞれのＸ軸の向きは、圧電体５２ａ，５２ｃ，５４ａ，５４ｃの順に９０°ずつ異なるように位置している。また、圧電体５２ｂ，５４ｂは、それぞれＸカット水晶板で構成され、Ｘ軸の向きが互いに１８０°異なるように位置している。

２つの電極５１，５３，５５のそれぞれは、ｙ軸方向に並んで設けられている。そして、ｙ軸方向での一方側にある電極５１，５３，５５が、ｚ軸方向において、互いに重なって位置し、ｙ軸方向での他方側にある電極５１，５３，５５が、ｚ軸方向において、互いに重なって位置している。なお、電極５１，５３，５５のそれぞれが並んで設けられているｙ軸方向の一方側が図４における左側に相当し、ｙ軸方向の他方側が図４における右側に相当するとして以下の説明を行う。

そして、図４に示すように、ｙ軸方向の一方側にある電極５１，５３と、当該電極５１，５３の間にある圧電体５２とで圧電素子５０ａが構成され、ｙ軸方向での他方側にある電極５１，５３と、当該電極５１，５３の間にある圧電体５２とで圧電素子５０ｂが構成されている。同様に、ｙ軸方向の一方側にある電極５３，５５と、当該電極５３，５５の間にある圧電体５４とで圧電素子５０ｃが構成され、ｙ軸方向の他方側にある電極５３，５５と、当該電極５３，５５の間にある圧電体５４とで圧電素子５０ｄが構成されている。なお、以下の説明において、圧電素子５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄのそれぞれを区別する必要が無い場合、単に圧電素子５０と称する場合がある。

以上のように、力検出素子５は、圧電素子５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄを含み、圧電素子５０ａ，５０ｂは、同一平面おいて、ｙ軸方向に沿って並んで位置し、圧電素子５０ｃ，５０ｄは、同一平面おいて、ｙ軸方向に沿って並んで位置している。換言すれば、圧電素子５０ａ，５０ｂは、平面視で、互いに重ならないように位置し、圧電素子５０ｃ，５０ｄは、平面視で、互いに重ならないように位置している。

また、２つの電極５１のうちｙ軸方向の他方側にある電極５１と、２つの電極５３のうちｙ軸方向の一方側にある電極５３とは、配線５７を介して電気的に接続されている。これにより、圧電素子５０ａと圧電素子５０ｂとが電気的に直列に接続されている。同様に、２つの電極５３のうちｙ軸方向の一方側にある電極５３と、２つの電極５５のうちｙ軸方向の他方側にある電極５５とは、配線５８を介して電気的に接続されている。これにより、圧電素子５０ｃと圧電素子５０ｄとが電気的に直列に接続されている。

このように、平面視で、互いに重ならないで位置している圧電素子５０ａ，５０ｂを電気的に直列に接続するとともに、平面視で互いに重ならないで配置されている圧電素子５０ｃ，５０ｄを電気的に直列に接続することにより、力検出素子５の増大、耐荷重の低下、及び応答性の低下をまねくことなく、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。

ここで、電極５１、５３、５５を構成する材料としては、それぞれ、電極として機能し得る材料であればよく、例えば、ニッケル、金、チタニウム、アルミニウム、銅、鉄、クロム、又はこれらを含む合金が挙げられ、これらのうちの１種、又は２種以上を組み合わせて用いられる。

以上のように力検出モジュール４１の構成について説明したが、力検出モジュール４１が有する力検出素子５の数、及び力検出素子５を構成する圧電素子５０の数は、前述した数に限定されない。ここで、力検出素子５、又は力検出素子５に含まれる圧電素子５０が検出素子の一例である。

図２に示すように、複数の与圧ボルト６は、センサーデバイス４に含まれる力検出素子５を挟んで与圧した状態で、第１基部２と第２基部３とを互いに固定している。図２に示すように、与圧ボルト６の一端部には頭部６１が設けられ、他端部には雄ネジ６２が設けられている。与圧ボルト６は、頭部６１が貫通孔３２の段差部に係合するとともに、第２基部３の貫通孔３２を挿通し、雄ネジ６２が雌ネジ２２に螺合している。このような与圧ボルト６により、第１基部２と第２基部３とが固定されることで、凸部２１の頂面２１１と下面３１との間で、力検出モジュール４１が与圧される。また、与圧ボルト６の締結力を適宜調整することにより、力検出モジュール４１に対して、所定の大きさのｚ軸方向の圧力を与圧として加えることができる。このような各与圧ボルト６の構成材料としては、例えば、各種金属材料等が用いられる。なお、与圧ボルト６が設けられる位置は、図１に示す位置に限られない。

アナログ回路基板７は、第１基部２と第２基部３との間に位置している。アナログ回路基板７には、凸部２１が挿通されている貫通孔９１と、与圧ボルト６が挿通されている貫通孔９２と、が形成されている。このようなアナログ回路基板７は、センサーデバイス４に対して端子４３を介して力センサー１と固定され支持されている。以上のようにアナログ回路基板７を位置することで、センサーデバイス４とアナログ回路基板７とを電気的に接続する配線の長さを短くすることが可能となる。

また、アナログ回路基板７は、センサーデバイス４が有する複数の端子４３と電気的に接続されている。そして、力検出モジュール４１は、アナログ回路基板７に対して、複数の端子４３を介して、電荷Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚを出力する。アナログ回路基板７に入力された電荷Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚは、アナログ回路基板７に設けられた図５に示すＱ−Ｖ変換回路７０において、電圧Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚに変換された後、出力される。ここで、電荷Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚを、電圧Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚに変換し出力するＱ−Ｖ変換回路７０の詳細については後述する。

デジタル回路基板８は、前述した第１基部２と第２基部３との間であって、第１基部２とアナログ回路基板７との間に位置している。これにより、アナログ回路基板７とデジタル回路基板８とを電気的に接続する配線の長さを短くすることが可能となる。デジタル回路基板８には、アナログ回路基板７と同様に、各凸部２１が挿通されている貫通孔８１と、与圧ボルト６が挿通されている貫通孔８２と、が形成されている。このようなデジタル回路基板８は、第１基部２又は凸部２１と嵌合又は接合されることで力センサー１と固定され支持されている。

また、デジタル回路基板８は、アナログ回路基板７から出力された電圧Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚに基づいて、外力を算出する不図示の外力検出回路を有する。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、を含んで構成される。そして、デジタル回路基板８は、アナログ回路基板７から入力された電圧Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚに基づいて、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸の３軸方向における並進力成分と、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸の３軸の軸まわりの回転力成分と、を含む６軸成分の信号を出力する。さらに、デジタル回路基板８は、アナログ回路基板７に対して、Ｑ−Ｖ変換回路７０をリセットするためのリセット信号ＲＳＴを出力する。

このようなアナログ回路基板７、及びデジタル回路基板８の構成材料としては、例えば、シリコン等が含まれている。

［力センサーの動作の概要］
以上のように構成された力センサー１では、センサーデバイス４から出力された電荷Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚに基づいて、アナログ回路基板７、及びデジタル回路基板８において、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸の３軸方向における並進力成分と、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸の３軸の軸まわりの回転力成分と、を含む６軸成分の信号を出力する。

具体的には、力センサー１に外力が加わると、図１に示す４つのセンサーデバイス４のそれぞれに対応する力検出モジュール４１が有する力検出素子５ａ，５ｂ，５ｃのそれぞれに含まれる圧電素子５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄが変位する。これにより、力検出素子５ａ，５ｂ，５ｃのそれぞれは、圧電素子５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄの変位に応じた電荷Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚを出力する。

アナログ回路基板７は、４つのセンサーデバイス４のそれぞれから出力される電荷Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚのそれぞれに対応するＱ−Ｖ変換回路７０を有する。具体的には、アナログ回路基板７には、図１に示すセンサーデバイス４ａから出力される電荷Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚのそれぞれに対応する３つのＱ−Ｖ変換回路７０と、センサーデバイス４ｂから出力される電荷Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚのそれぞれに対応する３つのＱ−Ｖ変換回路７０と、センサーデバイス４ｃから出力される電荷Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚのそれぞれに対応する３つのＱ−Ｖ変換回路７０と、センサーデバイス４ｄから出力される電荷Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚのそれぞれに対応する３つのＱ−Ｖ変換回路７０とが設けられている。

そして、センサーデバイス４ａから出力される電荷Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚのそれぞれに対応する３つのＱ−Ｖ変換回路７０は、電圧Ｖｘａ，Ｖｙａ，Ｖｚａを生成し、デジタル回路基板８に出力する。同様に、センサーデバイス４ｂから出力される電荷Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚのそれぞれに対応する３つのＱ−Ｖ変換回路７０は、電圧Ｖｘｂ，Ｖｙｂ，Ｖｚｂを生成し、デジタル回路基板８に出力し、センサーデバイス４ｃから出力される電荷Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚのそれぞれに対応する３つのＱ−Ｖ変換回路７０は、電圧Ｖｘｃ，Ｖｙｃ，Ｖｚｃを生成し、デジタル回路基板８に出力し、センサーデバイス４ｄから出力される電荷Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚのそれぞれに対応する３つのＱ−Ｖ変換回路７０は、電圧Ｖｘｄ，Ｖｙｄ，Ｖｚｄを生成し、デジタル回路基板８に出力する。すなわち、本実施形態におけるアナログ回路基板７には、合計１２個のＱ−Ｖ変換回路７０が設けられ、１２個のＱ−Ｖ変換回路７０は、対応するセンサーデバイス４から入力される電荷Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚに基づいて、電圧Ｖｘａ，Ｖｙａ，Ｖｚａ、電圧Ｖｘｂ，Ｖｙｂ，Ｖｚｂ、電圧Ｖｘｃ，Ｖｙｃ，Ｖｚｃ、電圧Ｖｘｄ，Ｖｙｄ，Ｖｚｄをデジタル回路基板８に出力する。

デジタル回路基板８に設けられたＣＰＵ等の演算回路は、アナログ回路基板７から入力される電圧Ｖｘａ，Ｖｙａ，Ｖｚａ、電圧Ｖｘｂ，Ｖｙｂ，Ｖｚｂ、電圧Ｖｘｃ，Ｖｙｃ，Ｖｚｃ、電圧Ｖｘｄ，Ｖｙｄ，Ｖｚｄを用いて、以下の式（１）〜（６）に基づいて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を算出する。

以上のように、力センサー１は、加えられた外力を各センサーデバイス４で検出し、各センサーデバイス４で検出した外力に応じた信号を、アナログ回路基板７、及びデジタル回路基板８で処理することにより、並進力成分Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、及び回転力成分Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚの６軸成分の信号を出力する。なお、デジタル回路基板８は、前述した演算に加えて、例えば、各変換出力回路間の感度の差をなくす補正等を行ってもよい。ここで、式（１）〜（６）に示すＲ１、Ｒ２のそれぞれは、電圧を力に変換する単位変換定数である。

［Ｑ−Ｖ変換回路の構成］
ここで、アナログ回路基板７に設けられるＱ−Ｖ変換回路７０の構成について図５を用いて説明する。なお、アナログ回路基板７に設けられるＱ−Ｖ変換回路７０はいずれも同じ構成である。そのため、以下の説明では、センサーデバイス４から出力されＱ−Ｖ変換回路７０に入力される電荷Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚを、電荷信号Ｑｉｎと称し、電荷信号Ｑｉｎに基づいてＱ−Ｖ変換回路７０から出力される電圧Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚを、電圧信号Ｖｏｕｔと称して説明を行う。

図５は、Ｑ−Ｖ変換回路７０の構成を示すブロック図である。図５に示すようにＱ−Ｖ変換回路７０は、電源回路７１、温度検出回路７２、記憶回路７３、積分回路７４、及び近接導体部７５を有する。そして、Ｑ−Ｖ変換回路７０は、電荷信号Ｑｉｎを電圧信号Ｖｏｕｔに変換する。このＱ−Ｖ変換回路７０がチャージアンプの一例である。

温度検出回路７２は、アナログ回路基板７、Ｑ−Ｖ変換回路７０、及びＱ−Ｖ変換回路７０を含む力センサー１の少なくともいずれかの温度を検出し、検出した温度を含む温度情報を出力する。すなわち、Ｑ−Ｖ変換回路７０は、温度を検出する温度検出回路７２を備える。温度検出回路７２から出力された温度情報は、記憶回路７３に入力される。

記憶回路７３には、入力される温度情報に対応した電圧Ｖｃｎｔの電位を規定する電圧情報が記憶されている。そして、記憶回路７３は、後述する電源回路７１から出力される電圧Ｖｃｎｔの電位が、記憶されている電圧情報により規定される電位となるように、電源回路７１を制御するための電圧制御信号ＳＥＬを出力する。すなわち、電源回路７１が出力する電圧Ｖｃｎｔの電位は、温度検出回路７２が検出した温度に基づいて制御される。ここで、記憶回路７３に記憶されている温度情報に対応する電圧Ｖｃｎｔの電圧情報は、例えば、Ｑ−Ｖ変換回路７０の製造工程、及び検査工程において測定された値が記憶される。すなわち、記憶回路７３には、個々のＱ−Ｖ変換回路７０の特性に応じた個別の温度情報に対応する電圧Ｖｃｎｔの電圧情報が記憶されている。

電源回路７１は、電圧生成回路１１０と電圧調整回路１２０とを含む。電圧生成回路１１０には、電圧ＶＤＤが供給される。そして、電圧生成回路１１０は、電圧ＶＤＤを昇圧、又は降圧することで、所定の電位の電圧Ｖｄｄを生成し電圧調整回路１２０に出力する。ここで、電圧Ｖｄｄは、後述する積分回路７４に含まれるオペアンプ１４３の電源電圧としても用いられる。換言すれば、電圧Ｖｄｄの電位は、オペアンプ１４３の電源電圧の電位と同じである。そのため、Ｑ−Ｖ変換回路７０に入力される電圧ＶＤＤの電位と、オペアンプ１４３の電源電圧の電位とが同じである場合、電源回路７１は、電圧生成回路１１０を含まず、電圧ＶＤＤを電圧Ｖｄｄとして用いてもよい。

電圧調整回路１２０は、記憶回路７３から入力される電圧制御信号ＳＥＬに基づいて、電圧Ｖｄｄの電位を調整し、電圧Ｖｃｎｔとして近接導体部７５に出力する。すなわち、電圧調整回路１２０を含む電源回路７１と近接導体部７５とは、電圧Ｖｃｎｔが伝搬する伝搬経路で接続され、近接導体部７５の電位は、電圧Ｖｃｎｔにより制御される。ここで、近接導体部７５と接続され、近接導体部７５に電圧Ｖｃｎｔを供給する電源回路７１が電位制御電圧信号出力回路の一例であり、電圧Ｖｃｎｔが、近接導体部７５の電位を制御する電位制御電圧信号の一例である。

近接導体部７５は、アナログ回路基板７に形成された配線であって、例えば、アルミニウム、銅等の金属材料が用いられる。換言すれば、近接導体部７５は、金属配線である。

ここで、図６を用いて、近接導体部７５の電位を制御する電圧調整回路１２０の構成の一例について説明する。図６は、電圧調整回路１２０の構成の一例を示す図である。電圧調整回路１２０は、ｎ個の抵抗１２１と、マルチプレクサー１２２と、抵抗１２３とを含む。ｎ個の抵抗１２１は、電圧Ｖｄｄが伝搬される伝搬経路と、０Ｖの接地電位であるデジタルグラウンドＤＧＮＤとの間に、直列に接続されている。なお、以下の説明において、直列に接続されているｎ個の抵抗１２１を、電圧Ｖｄｄが供給される高電位側から順に、抵抗１２１−１，１２１−２，…，１２１−ｎと称する場合がある。ここで、０Ｖの接地電位であって、Ｑ−Ｖ変換回路７０の基準となる電位を示すデジタルグラウンドＤＧＮＤの電位が、グラウンド電位の一例である。

マルチプレクサー１２２の入力端子は、直列に接続されたｎ個の抵抗１２１のそれぞれの高電位側の端子、及びデジタルグラウンドＤＧＮＤと接続されている。マルチプレクサー１２２の出力端子は、近接導体部７５と接続されている。マルチプレクサー１２２の制御端子には、電圧制御信号ＳＥＬが入力される。そして、マルチプレクサー１２２は、ｎ個の抵抗１２１のそれぞれの高電位側の端子の電位、又はデジタルグラウンドＤＧＮＤの電位を電圧制御信号ＳＥＬに基づいて選択し、電圧Ｖｃｎｔとして出力する。

具体的には、マルチプレクサー１２２が、電圧制御信号ＳＥＬに基づいて、ｎ個の抵抗１２１の内のｉ（ｉは１〜ｎのいずれか）番目の抵抗と、ｉ＋１番目の抵抗との接続点を選択している場合、マルチプレクサー１２２は、電圧Ｖｄｄの電位を、抵抗１２１−１〜１２１−ｉの合成抵抗と、抵抗１２１−ｉ〜１２１−ｎの合成抵抗とで分圧した電位の電圧Ｖｃｎｔを出力する。以上のように構成された電圧調整回路１２０は、電圧Ｖｄｄをｎ個の抵抗１２１で分圧し、分圧された電位の信号を電圧Ｖｃｎｔとして出力する。すなわち、電圧調整回路１２０は、電圧制御信号ＳＥＬに基づいて電圧Ｖｃｎｔの電位を、積分回路７４の電源電圧の電位である電圧Ｖｄｄとグラウンドの電位との間で制御する。換言すれば、電圧Ｖｃｎｔの電位は、積分回路７４の電源電圧の電位とデジタルグラウンドＤＧＮＤの電位との間の電位に制御される。

また、マルチプレクサー１２２の出力端子には、抵抗１２３の一端が接続されている。抵抗１２３の他端は、デジタルグラウンドＤＧＮＤと接続されている。この抵抗１２３は、金属配線等で構成されている近接導体部７５に供給される電圧Ｖｃｎｔの電位を安定させる。ここで、抵抗１２３の抵抗値は、ｎ個の抵抗１２１の合成抵抗の抵抗値に対して十分に大きな抵抗値に設定されている。なお、抵抗１２３に変えてコンデンサーなどが用いられてもよく、抵抗１２３とコンデンサー等の回路素子の双方が設けられていてもよい。なお、電圧調整回路１２０は、電圧制御信号ＳＥＬに基づいて電圧Ｖｄｄの電位を調整できる構成であればよく、図６に示す構成に限られるものではない。

図５に戻り、積分回路７４は、オペアンプ１４３、コンデンサー１４４、及びスイッチ１４５を含む。コンデンサー１４４の一端は、オペアンプ１４３の−側入力端子と接続され、他端は、オペアンプ１４３の出力端子と接続されている。また、スイッチ１４５の一端は、オペアンプ１４３の−側入力端子と接続され、他端は、オペアンプ１４３の出力端子と接続されている。すなわち、コンデンサー１４４、及びスイッチ１４５は、オペアンプ１４３の−側入力端子と出力端子との間にで、オペアンプ１４３と並列に接続されている。

また、オペアンプ１４３の−側入力端子は、積分回路７４の入力端子１４１と接続される。そして、積分回路７４の入力端子１４１は、配線７６と接続される。この配線７６には、力検出素子５から出力される電荷信号Ｑｉｎが伝搬する。したがって、積分回路７４が有するオペアンプ１４３の−側入力端子には、入力端子１４１、及び配線７６を介して、電荷信号Ｑｉｎが入力される。そして、オペアンプ１４３は、入力される電荷信号Ｑｉｎに応じた電圧信号Ｖｏｕｔを生成し出力する。オペアンプ１４３から出力された電圧信号Ｖｏｕｔは、出力端子１４２を介して、積分回路７４から出力される。このような配線７６の構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅等の金属材料が用いられる。換言すれば、配線７６は、金属配線である。

また、オペアンプ１４３の＋側入力端子は、アナロググラウンドＡＧＮＤと接続されている。このアナロググラウンドＡＧＮＤとは、Ｑ−Ｖ変換回路７０におけるアナログ信号の基準電位であって、電圧Ｖｄｄの電位とデジタルグラウンドＤＧＮＤの電位との中間の電位に設定される。そして、オペアンプ１４３は、＋側入力端子に入力されるアナロググラウンドＡＧＮＤの電位を基準として、オペアンプ１４３の−側入力端子に入力される電荷信号Ｑｉｎを電圧信号Ｖｏｕｔに変換する。すなわち、アナロググラウンドＡＧＮＤの電位が、積分回路７４に入力される基準電位の一例である。

スイッチ１４５の制御端子には、リセット信号ＲＳＴが入力される。スイッチ１４５は、一端と他端との間を導通とするのか、又は非導通とするのかがリセット信号ＲＳＴに応じて切り替わる。そして、スイッチ１４５の一端と他端との間が導通に制御されている場合に、積分回路７４に生じている各種誤差がリセットされる。すなわち、スイッチ１４５は積分回路７４のリセットスイッチとして機能する。

以上のようにＱ−Ｖ変換回路７０は、積分回路７４において、電荷信号Ｑｉｎを電圧信号Ｖｏｕｔに変換し出力する。しかしながら図５に示すような積分回路７４では、当該積分回路７４の使用環境、温度変化、使用開始若しくは製造からの期間等に起因して、オペアンプ１４３の動作基準点にずれが生じ、その結果、出力される電圧信号Ｖｏｕｔの電位が変動する所謂ドリフトが生じる場合がある。このようなオペアンプ１４３に生じるドリフトは、例えば、積分回路７４を構成するオペアンプ１４３に含まれる入力段トランジスターの特性ばらつきや、オペアンプ１４３の周辺回路を含めた構成部品の特性ばらつき、オペアンプを含む周辺回路に生じる漏れ電流や温度特性等、複数の要因に起因して生じる。

そして、Ｑ−Ｖ変換回路７０に含まれる積分回路７４において、ドリフトが発生すると、積分回路７４の出力が時間の径に伴い上昇、又は低下し、一定時間経過することで、積分回路７４の出力が飽和状態となるおそれがある。そして、積分回路７４の出力が飽和状態となった場合、積分回路７４に電荷信号Ｑｉｎが入力されたとしても、積分回路７４から出力される電圧信号Ｖｏｕｔには、電荷信号Ｑｉｎが反映されない。すなわち、積分回路７４の出力が飽和状態である場合、積分回路７４は、積分回路７４として機能せず、その結果、Ｑ−Ｖ変換回路７０が正常に機能しなくなる。

このようなドリフトは、上述したスイッチ１４５により積分回路７４に生じている各種誤差をリセットすることにより、一時的に解消することも可能である。しかしならが、スイッチ１４５の一端と他端との間を導通に制御するためには、Ｑ−Ｖ変換回路７０、及びＱ−Ｖ変換回路７０を備えた力センサー１の動作を停止させる必要があり、このような力センサー１を、連続運転を伴う装置等に用いて場合、当該装置の利便性を大きく損なうおそれがある。

このようなドリフトに対して、本実施形態におけるＱ−Ｖ変換回路７０では、近接導体部７５を、電荷信号Ｑｉｎが伝搬される配線７６に沿って設け、さらに、近接導体部７５の電位を制御することで、Ｑ−Ｖ変換回路７０におけるドリフトの影響を低減し、積分回路７４及びＱ−Ｖ変換回路７０が正常に機能しなくなるおそれを低減している。

そこで、Ｑ−Ｖ変換回路７０のドリフトによる影響を低減するための動作について図面を用いて説明する。図７は、Ｑ−Ｖ変換回路７０に含まれる配線７６と近接導体部７５との位置関係を示す模式図である。また、図７の（ａ）は、配線７６と近接導体部７５との位置関係を示す断面図であり、図７の（ｂ）は、配線７６と近接導体部７５との位置関係を示す平面図である。なお、図７の（ｂ）には、図７の（ａ）に示す絶縁部材７８の図示を省略している。図７に示すように、本実施形態におけるＱ−Ｖ変換回路７０は、電荷信号Ｑｉｎが伝搬する配線７６の少なくとも一部に沿って設けられている近接導体部７５を備えることで、Ｑ−Ｖ変換回路７０におけるドリフトの影響を低減している。

具体的には、図７の（ａ）に示すように、配線７６と近接導体部７５とは、アナログ回路基板７に形成されている。そして、配線７６と近接導体部７５との間、及び配線７６と近接導体部７５との上部には、絶縁部材７８が設けられている。このような近接導体部７５は、図７の（ｂ）に示すように、配線７６の少なくとも一部に沿って設けられている。

ここで、近接導体部７５が、配線７６の少なくとも一部に沿って設けられているとは、近接導体部７５と配線７６とが、アナログ回路基板７において、並行に設けられていることに限るものではなく、配線７６の少なくとも一部において、近接導体部７５と配線７６との間に、絶縁部材７８のみが介在する部分を有していればよい。なお、この場合における近接導体部７５と配線７６との間の距離は、Ｑ−Ｖ変換回路７０におけるデザインルールの最短距離であることが好ましい。また、絶縁部材７８の構成材料としては、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）が用いられる。換言すれば、絶縁部材７８は酸化シリコンを含む。

以上のようにＱ−Ｖ変換回路７０において、近接導体部７５が、配線７６の少なくとも一部に沿って設けられていることで、近接導体部７５と配線７６との間に電位差が生じている場合、近接導体部７５と配線７６との間に当該電位差と、絶縁部材７８の抵抗率とに応じた数ｆＡ程度の微弱な電流が流れる。具体的には、近接導体部７５の電位が配線７６の電位よりも高い場合、近接導体部７５から配線７６に向かい当該微弱な電流が流れ、近接導体部７５の電位が配線７６の電位よりも低い場合、配線７６から近接導体部７５に向かい当該微弱な電流が流れる。

次に図８を用いて、上述した近接導体部７５と配線７６との間に流れる電流と、ドリフトによる影響の低減との関係について説明する。図８は、Ｑ−Ｖ変換回路７０におけるドリフトの影響低減について説明するための図である。なお、図８に示す疑似抵抗１８０は、近接導体部７５と配線７６との間に位置する絶縁部材７８の抵抗率に応じて生じる電気抵抗を疑似的に示したものであり、近接導体部７５と配線７６との間に抵抗素子が設けられていることを示すものではない。

まず、Ｑ−Ｖ変換回路７０が備える積分回路７４において、出力される電圧信号Ｖｏｕｔの電位が上昇するドリフトが生じている場合について説明する。

Ｑ−Ｖ変換回路７０において、電圧信号Ｖｏｕｔの電位が上昇するドリフトが生じている場合、電圧調整回路１２０は、出力する電圧Ｖｃｎｔの電位を、配線７６の電位よりも大きくなるように調整する。換言すれば、近接導体部７５の電位が、配線７６の電位よりも大きくなるように電圧Ｖｃｎｔの電位を調整する。この場合、近接導体部７５の電位と配線７６の電位との電位差により、疑似抵抗１８０を介して、近接導体部７５から配線７６に向かう方向の電流が流れる。したがって、配線７６で伝搬する信号の電荷量が増加する。その結果、オペアンプ１４３の−側入力端子の電位が上昇し、オペアンプ１４３から出力される電圧信号Ｖｏｕｔの電位が低下する。換言すれば、ドリフトに起因して積分回路７４から出力される電圧信号Ｖｏｕｔの電位が上昇するおそれが低減される。

次にＱ−Ｖ変換回路７０において、積分回路７４から出力される電圧信号Ｖｏｕｔの電位が低下するドリフトが生じている場合について説明する。Ｑ−Ｖ変換回路７０において、電圧信号Ｖｏｕｔの電位が低下するドリフトが生じている場合、電圧調整回路１２０は、出力する電圧Ｖｃｎｔの電位を、配線７６の電位よりも小さくなるように調整する。換言すれば、近接導体部７５の電位が、配線７６の電位よりも小さくなるように電圧Ｖｃｎｔの電位を調整する。この場合、近接導体部７５の電位と配線７６の電位との電位差により、疑似抵抗１８０を介して、配線７６から近接導体部７５に向かう方向の電流が流れる。したがって、配線７６で伝搬する信号の電荷量が低下する。その結果、オペアンプ１４３の−側入力端子の電位が低下し、オペアンプ１４３から出力される電圧信号Ｖｏｕｔの電位が上昇する。換言すれば、ドリフトに起因して積分回路７４から出力される電圧信号Ｖｏｕｔの電位が低下するおそれが低減される。

以上のように、本実施形態におけるＱ−Ｖ変換回路７０は、電圧Ｖｃｎｔの電位を、配線７６の電位とは異なる電位に制御することで、近接導体部７５の電位を調整する。そして、近接導体部７５の電位に基づいて、配線７６の電位が調整されることにより、積分回路７４から出力される電圧信号Ｖｏｕｔが補正される。これにより、積分回路７４に生じるドリフトの影響が低減される。

ここで、近接導体部７５が第２導電部材の一例であり、電荷信号Ｑｉｎが伝搬する配線７６が第１導電部材の一例である。なお、入力端子１４１とオペアンプ１４３の−側入力端子とを接続し、電荷信号Ｑｉｎが伝搬する配線７６が狭義の上での第１導電部の一例であるが、電荷信号Ｑｉｎを伝搬する入力端子１４１とコンデンサー１４４の一端とを接続する配線、及び入力端子１４１とスイッチ１４５の一端とを接続する配線も、広義の上では、第１導電部材の一例である。

次に、上述した温度検出回路７２の役割の１つについて説明する。積分回路７４にドリフトが生じる要因の一つに、積分回路７４を含む各種構成の温度変化が挙げられる。すなわち、積分回路７４に生じるドリフトによる電圧信号Ｖｏｕｔの電位の変動幅は、温度変化に起因して変動する。温度検出回路７２が、アナログ回路基板７、Ｑ−Ｖ変換回路７０、及びＱ−Ｖ変換回路７０を含む力センサー１の少なくともいずれかの温度を検出し、温度検出回路７２により検出された温度に基づいて電源回路７１から出力される電圧Ｖｃｎｔの電位を制御することで、近接導体部７５の電位を、アナログ回路基板７、Ｑ−Ｖ変換回路７０、及びＱ−Ｖ変換回路７０を含む力センサー１の少なくともいずれかの温度に基づいて変化させることが可能となる。したがって、Ｑ−Ｖ変換回路７０が、温度検出回路７２を有し、温度検出回路７２により検出された温度情報を加味して、積分回路７４に生じるドリフトにより電圧信号Ｖｏｕｔの電位が変動するおそれをさらに低減することが可能となる。

［作用効果］
以上のように、本実施形態におけるＱ−Ｖ変換回路７０は、積分回路７４に入力される電荷信号Ｑｉｎが伝搬する配線７６と、配線７６の少なくとも一部に沿って設けられている近接導体部７５とを備える。そして、近接導体部７５の電位を電源回路７１から出力される電圧Ｖｃｎｔにより調整する。これにより近接導体部７５の電位と配線７６の電位との電位差により生じる電流が、絶縁部材７８を介して流れ、積分回路７４の入力端子１４１の電位を調整することが可能となる。これにより、積分回路７４の出力を調整することが可能となり、積分回路７４の出力が時間経過に伴い変動するドリフトによる影響を低減することが可能となる。すなわち、本実施形態におけるＱ−Ｖ変換回路７０は、製造ばらつきや、温度や経過時間に伴う特性変化が小さな金属配線などにより形成された近接導体部７５の電位を調整することで、積分回路７４の出力が時間経過に伴い変動するドリフトによる影響を低減することが可能となる。したがって、本実施形態におけるＱ−Ｖ変換回路７０は、製造ばらつきや、温度や経過時間に伴う特性変化の影響を低減しつつ、積分回路７４の出力が時間経過に伴い変動するドリフトによる影響を低減することが可能となる。

１．２ 第２実施形態
次に第２実施形態におけるＱ−Ｖ変換回路７０について図９を用いて説明する。図９に示すように第２実施形態における力センサー１は、Ｑ−Ｖ変換回路７０が備える配線７６、及び近接導体部７５の配置が第１実施形態における力センサー１と異なる。なお、第２実施形態の力センサー１を説明するにあたり、第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。

図９は、第２実施形態における力センサー１において、Ｑ−Ｖ変換回路７０に含まれる配線７６と近接導体部７５との位置関係を示す模式図である。図９に示すように、第２実施形態におけるＱ−Ｖ変換回路７０において、配線７６、近接導体部７５、及び絶縁部材７８は、近接導体部７５、絶縁部材７８、配線７６の順にアナログ回路基板７に積層されている。

具体的には、近接導体部７５は、アナログ回路基板７に設けられている。また、近接導体部７５の上部には、絶縁部材７８−１を介して配線７６が設けられている。そして、配線７６の上部には、絶縁部材７８−２が設けられている。ここで、絶縁部材７８−１、及び絶縁部材７８−２は、共に第１実施形態における絶縁部材７８に相当する。

以上のように構成されたＱ−Ｖ変換回路７０が有する近接導体部７５には、第１実施形態と同様に、積分回路７４に生じるドリフトの影響を低減させるための電圧Ｖｃｎｔが供給される。そして、近接導体部７５に供給される電圧Ｖｃｎｔの電位が配線７６の電位よりも大きい場合、近接導体部７５から配線７６に向かう方向に、絶縁部材７８−１を介して電流が流れ、近接導体部７５に供給される電圧Ｖｃｎｔの電位が配線７６の電位よりも小さい場合、配線７６から近接導体部７５に向かう方向に、絶縁部材７８−１を介して電流が流れる。これにより、第１実施形態と同様に、配線７６で伝搬される電荷量が調整され、その結果、オペアンプ１４３の−側入力端子の電位が調整される。したがって、積分回路７４から出力される電圧信号Ｖｏｕｔが補正される。

以上のように、配線７６、近接導体部７５、及び絶縁部材７８が、近接導体部７５、絶縁部材７８、配線７６の順に積層されているＱ−Ｖ変換回路７０であっても、近接導体部７５に供給される電圧Ｖｃｎｔの電位を調整することにより、積分回路７４の出力が時間経過に伴い変動するドリフトによる影響を低減することが可能となり、第１実施形態におけるＱ−Ｖ変換回路７０と同様の作用効果を奏することができる。

１．３ 第３実施形態
次に第３実施形態におけるＱ−Ｖ変換回路７０について図１０を用いて説明する。図１０に示すように、第３実施形態における力センサー１は、電圧調整回路１２０の構成が第１実施形態における力センサー１と異なる。なお、第３実施形態の力センサー１を説明するにあたり、第１実施形態、及び第２実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。

図１０は、第３実施形態における力センサー１において、Ｑ−Ｖ変換回路７０に含まれる電圧調整回路１２０の構成を説明するための図である。図１０に示すように第３実施形態における電圧調整回路１２０は、スイッチ１２４を有する。スイッチ１２４は、電圧制御信号ＳＥＬに基づいて、電圧Ｖｃｎｔの電位を電圧Ｖｄｄの電位とするのか、又はデジタルグラウンドＤＧＮＤの電位とするのかを切り替える。換言すれば、第３実施形態における電圧Ｖｃｎｔの電位は、積分回路の電源電圧の電位である電圧Ｖｄｄの電位とグラウンド電位であるデジタルグラウンドＤＧＮＤの電位との間で切り替えられる。

オペアンプ１４３に電荷信号Ｑｉｎが供給されていない場合の配線７６の電位は、オペアンプ１４３のイマジナリーショートによりオペアンプ１４３の＋側入力端に接続されているアナロググラウンドＡＧＮＤの電位と同等となる。また、前述の通り、アナロググラウンドＡＧＮＤの電位は、電圧Ｖｄｄの電位とデジタルグラウンドＤＧＮＤの電位との中間の電位に設定される。したがって、スイッチ１２４が、電圧Ｖｃｎｔとして電圧Ｖｄｄの電位を近接導体部７５に供給している場合、近接導体部７５の電位は、配線７６の電位よりも高くなる。その結果、近接導体部７５から配線７６に向かう方向に絶縁部材７８を介して電流が流れる。一方、スイッチ１２４が、電圧ＶｃｎｔとしてデジタルグラウンドＤＧＮＤの電位を近接導体部７５に供給している場合、近接導体部７５の電位は配線７６の電位よりも低くなる。その結果、配線７６から近接導体部７５に向かう方向に絶縁部材７８を介して電流が流れる。

すなわち、電圧Ｖｃｎｔとして電圧Ｖｄｄの電位が近接導体部７５に供給されているのか、若しくは、電圧ＶｃｎｔとしてデジタルグラウンドＤＧＮＤの電位が近接導体部７５に供給されているのかがスイッチ１２４により切り替えられることで、第１実施形態と同様に、配線７６で伝搬される電荷量が調整される。その結果、オペアンプ１４３の−側入力端子の電位が調整され、積分回路７４から出力される電圧信号Ｖｏｕｔが補正される。

以上のように、電源回路７１が、スイッチ１２４によって電圧Ｖｃｎｔの電位を電圧Ｖｄｄの電位とするのか、又はデジタルグラウンドＤＧＮＤの電位とするのかを切り替える構成であっても、積分回路７４の出力が時間経過に伴い変動するドリフトによる影響を低減することが可能となる。したがって、第１実施形態におけるＱ−Ｖ変換回路７０と同様の作用効果を奏することができる。さらに、第３実施形態におけるＱ−Ｖ変換回路７０では、第１実施形態におけるＱ−Ｖ変換回路７０に対して、電源回路７１の構成をより簡略化することが可能であり、Ｑ−Ｖ変換回路７０の小型化が可能となる。

１．４ 第４実施形態
次に第４実施形態におけるＱ−Ｖ変換回路７０について図１１及び図１２を用いて説明する。図１１及び図１２に示すように、第４実施形態における力センサー１は、電圧調整回路１２０が複数のスイッチ１２４有し、Ｑ−Ｖ変換回路７０が複数のスイッチ１２４のそれぞれに対応する複数の近接導体部７５を有する点で、第３実施形態における力センサー１と異なる。なお、第４実施形態の力センサー１を説明するにあたり、第１実施形態〜第３実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。

図１１は、第４実施形態における力センサー１において、Ｑ−Ｖ変換回路７０に含まれる電圧調整回路１２０の構成を説明するための図である。また、図１２は、第４実施形態における力センサー１において、Ｑ−Ｖ変換回路７０に含まれる配線７６と複数の近接導体部７５との位置関係を示す模式図である。

図１１に示すように第４実施形態における電圧調整回路１２０は、３つのスイッチ１２４−１〜１２４−３を有する。スイッチ１２４−１は、電圧制御信号ＳＥＬ−１に基づいて、近接導体部７５−１に供給される電圧Ｖｃｎｔ−１の電位を電圧Ｖｄｄの電位とするのか、又はデジタルグラウンドＤＧＮＤの電位とするのかを切り替える。同様に、スイッチ１２４−２は、電圧制御信号ＳＥＬ−２に基づいて、近接導体部７５−２に供給される電圧Ｖｃｎｔ−２の電位を電圧Ｖｄｄの電位とするのか、又はデジタルグラウンドＤＧＮＤの電位とするのかを切り替え、スイッチ１２４−３は、電圧制御信号ＳＥＬ−３に基づいて、近接導体部７５−３に供給される電圧Ｖｃｎｔ−３の電位を電圧Ｖｄｄの電位とするのか、又はデジタルグラウンドＤＧＮＤの電位とするのかを切り替える。ここで、近接導体部７５−１，７５−２，７５−３のいずれかが、第４実施形態における第２導電部材の一例であり、第４実施形態における第２導電部材に対応する近接導体部７５−１，７５−２，７５−３に供給される電圧Ｖｃｎｔ−１，Ｖｃｎｔ−２，Ｖｃｎｔ−３のいずれかが、第１電位制御電圧信号の一例である。また、近接導体部７５−１，７５−２，７５−３の内の異なるいずれかが第３導電部材の一例であり、当該第３導電部材に対応する近接導体部７５−１，７５−２，７５−３に供給される電圧Ｖｃｎｔ−１，Ｖｃｎｔ−２，Ｖｃｎｔ−３のいずれかが、第２電位制御電圧信号の一例である。

次に、近接導体部７５−１〜７５−３と配線７６との位置関係について図１２を用いて説明する。図１２は、第４実施形態における力センサー１において、Ｑ−Ｖ変換回路７０に含まれる配線７６と近接導体部７５−１〜７５−３のそれぞれとの位置関係を示す模式図である。また、図１２の（ａ）は、配線７６と近接導体部７５との位置関係を示す断面図であり、図１２の（ｂ）は、配線７６と近接導体部７５との位置関係を示す平面図である。なお、図１２の（ａ）では、近接導体部７５−１〜７５−３を区別せずに単に近接導体部７５として図示し、電圧Ｖｃｎｔ−１〜Ｖｃｎｔ−３を区別せずに単に電圧Ｖｃｎｔとして図示している。また、図１２の（ｂ）には、図１２の（ａ）に示す絶縁部材７８の図示を省略している。

図１２に示すように、第４実施形態におけるＱ−Ｖ変換回路７０は、複数の近接導体部７５として近接導体部７５−１〜７５−３を備え、近接導体部７５−１〜７５−３のそれぞれが、配線７６に沿って設けられている。

具体的には、図１２の（ａ）に示すように、配線７６と近接導体部７５−１〜７５−３とは、アナログ回路基板７に形成されている。そして、配線７６と近接導体部７５−１〜７５−３のそれぞれとの間、及び配線７６と近接導体部７５との上部には、絶縁部材７８が設けられている。そして、図１２の（ｂ）に示すように、近接導体部７５−１〜７５−３のそれぞれは、配線７６の少なくとも一部に沿って設けられている。

以上のように構成されたＱ−Ｖ変換回路７０では、スイッチ１２４−１が、電圧Ｖｃｎｔ−１として電圧Ｖｄｄの電位を近接導体部７５−１に供給している場合、近接導体部７５−１の電位は配線７６の電位よりも高くなる。その結果、近接導体部７５−１から配線７６に向かう方向に絶縁部材７８を介して電流が流れる。一方、スイッチ１２４−１が、電圧Ｖｃｎｔ−１としてデジタルグラウンドＤＧＮＤの電位を近接導体部７５−１に供給している場合、近接導体部７５−１の電位は配線７６の電位よりも低くなる。その結果、配線７６から近接導体部７５−１に向かう方向に絶縁部材７８を介して電流が流れる。

同様に、スイッチ１２４−２，１２４−３のそれぞれが、電圧Ｖｃｎｔ−２，Ｖｃｎｔ−３として電圧Ｖｄｄの電位を近接導体部７５−２，７５−３に供給している場合、近接導体部７５−２，７５−３の電位は配線７６の電位よりも高くなる。その結果、近接導体部７５−２，７５−３から配線７６に向かう方向に絶縁部材７８を介して電流が流れる。一方、スイッチ１２４−２，１２４−３のそれぞれが、電圧Ｖｃｎｔ−２，Ｖｃｎｔ−３としてデジタルグラウンドＤＧＮＤの電位を近接導体部７５−２，７５−３に供給している場合、近接導体部７５−２，７５−３の電位は、配線７６の電位よりも低くなる。その結果、配線７６から近接導体部７５−２，７５−３に向かう方向に絶縁部材７８を介して電流が流れる。

ここで、スイッチ１２４−１〜１２４−３のそれぞれは、電圧制御信号ＳＥＬ−１〜ＳＥＬ−３のそれぞれによって、個別に制御される。例えば、電圧制御信号ＳＥＬ−１に基づいて、スイッチ１２４−１が、電圧Ｖｃｎｔ−１として電圧Ｖｄｄの電位を近接導体部７５−１に供給し、電圧制御信号ＳＥＬ−２に基づいて、スイッチ１２４−２が、電圧Ｖｃｎｔ−２として電圧Ｖｄｄの電位を近接導体部７５−２に供給し、電圧制御信号ＳＥＬ−３に基づいて、スイッチ１２４−３が、電圧Ｖｃｎｔ−３としてデジタルグラウンドＤＧＮＤの電位を近接導体部７５−１に供給している場合、近接導体部７５−１，７５−２のそれぞれの電位と、配線７６の電位との電位差と、絶縁部材７８の抵抗率に応じた電流が近接導体部７５−１，７５−２から配線７６に供給され、近接導体部７５−３の電位と、配線７６の電位との電位差と、絶縁部材７８の抵抗率に応じた電流が配線７６から近接導体部７５−３に供給される。したがって、配線７６には、近接導体部７５−１，７５−２から配線７６に供給され電流と、配線７６から近接導体部７５−３に供給される電流との差に応じた電流に基づく電荷が加えられる。

すなわち、スイッチ１２４−１〜１２４−３のそれぞれを制御することにより、配線７６に加えられる電荷の量を第３実施形態に対して、より細かく制御することが可能となる。その結果、オペアンプ１４３の−側入力端子の電位をより細かく調整することが可能となり、積分回路７４から出力される電圧信号Ｖｏｕｔがより細かく補正することができる。したがって、第４実施形態におけるＱ−Ｖ変換回路７０では、第３実施形態と同様に、Ｑ−Ｖ変換回路７０の小型化を可能としつつ、第３実施形態におけるＱ−Ｖ変換回路７０に対して、積分回路７４から出力される電圧信号Ｖｏｕｔの補正精度を高めることができる。

１．５ 第５実施形態
次に第５実施形態におけるＱ−Ｖ変換回路７０について図１３を用いて説明する。図１３に示すように、第５実施形態における力センサー１は、近接導体部７５−１が配線７６に沿って設けられる長さと、近接導体部７５−２が配線７６に沿って設けられる長さと、近接導体部７５−３が配線７６に沿って設けられる長さとが、それぞれ異なる点で、第４実施形態における力センサー１と異なる。なお、第５実施形態の力センサー１を説明するにあたり、第１実施形態〜第４実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。

図１３は、第５実施形態における力センサー１において、Ｑ−Ｖ変換回路７０に含まれる配線７６と近接導体部７５−１〜７５−３との位置関係を示す模式図である。また、図１３の（ａ）は、配線７６と近接導体部７５との位置関係を示す断面図であり、図１３の（ｂ）は、配線７６と近接導体部７５との位置関係を示す平面図である。なお、図１３の（ａ）では、近接導体部７５−１〜７５−３を区別せずに単に近接導体部７５として図示し、電圧Ｖｃｎｔ−１〜Ｖｃｎｔ−３を区別せずに単に電圧Ｖｃｎｔとして図示している。また、図１３の（ｂ）には、図１３の（ａ）に示す絶縁部材７８の図示を省略している。

図１３の（ａ）に示すように、配線７６と近接導体部７５−１〜７５−３とは、第４実施形態と同様にアナログ回路基板７に形成され、配線７６と近接導体部７５−１〜７５−３のそれぞれとの間、及び配線７６と近接導体部７５との上部には、絶縁部材７８が設けられている。そして、図１３の（ｂ）に示すように、近接導体部７５−１〜７５−３は、配線７６の少なくとも一部に沿って設けられている。具体的には、近接導体部７５−１は、長さＡの区間において配線７６に並行に設けられ、近接導体部７５−２は、長さＢの区間において配線７６に並行に設けられ、近接導体部７５−３は、長さＣの区間において配線７６に並行に設けられている。

Ｑ−Ｖ変換回路７０において、近接導体部７５−１〜７５−３のそれぞれと配線７６との距離が同じである場合、配線７６に沿って設けられている長さが大きいほど近接導体部７５−１〜７５−３と配線７６との間の抵抗値が小さくなり、近接導体部７５−１〜７５−３と配線７６との間に流れる電流が大きくなる。すなわち、図１３に示すように、長さＡと長さＢと長さＣとが、「長さＡ＜長さＢ＜長さＣ」の関係である場合、近接導体部７５−１と配線７６との間で流れる電流は、近接導体部７５−２と配線７６との間で流れる電流よりも小さく、近接導体部７５−２と配線７６との間で流れる電流は、近接導体部７５−３と配線７６との間で流れる電流よりも小さい。

以上のように第５実施形態におけるＱ−Ｖ変換回路７０では、近接導体部７５−１が配線７６に沿って設けられる長さと、近接導体部７５−２が配線７６に沿って設けられる長さと、近接導体部７５−３が配線７６に沿って設けられる長さとが、それぞれ異なることにより、近接導体部７５−１と配線７６との間で流れる電流量と、近接導体部７５−２と配線７６との間で流れる電流量と、近接導体部７５−３と配線７６との間で流れる電流量とを、異なる量とすることが可能となる。そして、第５実施形態におけるＱ−Ｖ変換回路７０では、電圧制御信号ＳＥＬ−１〜ＳＥＬ−３のそれぞれによって、スイッチ１２４−１〜１２４−３のそれぞれを制御することで、第４実施形態におけるＱ−Ｖ変換回路７０に対して、配線７６で伝搬される電荷量をより細かく調整することが可能となる。したがって、第５実施形態におけるＱ−Ｖ変換回路７０では、第４実施形態におけるＱ−Ｖ変換回路７０に対して、積分回路７４から出力される電圧信号Ｖｏｕｔの補正精度をさらに高めることができる。

ここで、近接導体部７５−１，７５−２，７５−３のいずれかが、第５実施形態における第２導電部材の一例であり、第５実施形態における第２導電部材に対応する近接導体部７５−１，７５−２，７５−３に供給される電圧Ｖｃｎｔ−１，Ｖｃｎｔ−２，Ｖｃｎｔ−３のいずれかが、第５実施形態における第１電位制御電圧信号の一例である。また、近接導体部７５−１，７５−２，７５−３の内の異なるいずれかが、第５実施形態における第３導電部材の一例であり、第５実施形態における当該第３導電部材に対応する近接導体部７５−１，７５−２，７５−３に供給される電圧Ｖｃｎｔ−１，Ｖｃｎｔ−２，Ｖｃｎｔ−３のいずれかが、第５実施形態における第２電位制御電圧信号の一例である。

１．６ 第６実施形態
次に第６実施形態におけるＱ−Ｖ変換回路７０について図１４及び図１５を用いて説明する。図１４及び図１５に示すように第６実施形態における力センサー１は、シールド配線７７を備える点で第１実施形態〜第５実施形態と異なる。なお、第６実施形態の力センサー１を説明するにあたり、第１実施形態〜第５実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。

図１４は、第６実施形態におけるＱ−Ｖ変換回路７０の構成を説明するための図である。図１５は、第６実施形態における力センサー１において、Ｑ−Ｖ変換回路７０に含まれる配線７６、近接導体部７５、及びシールド配線７７の位置関係を模式的に示す平面図である。

図１４及び図１５に示すように、第６実施形態におけるＱ−Ｖ変換回路７０は、配線７６の少なくとも一部と沿って設けられるシールド配線７７を備え、シールド配線７７には、積分回路７４に入力されるアナロググラウンドＡＧＮＤの電位が供給される。そして、シールド配線７７と配線７６との間には、絶縁部材７８が設けられている。

前述の通りオペアンプ１４３に電荷信号Ｑｉｎが供給されていない場合、配線７６の電位は、オペアンプ１４３のイマジナリーショートによりオペアンプ１４３の＋側入力端に接続されているアナロググラウンドＡＧＮＤの電位と同等となる。したがって、配線７６の電位とシールド配線７７の電位とは同等となる。その結果、配線７６とシールド配線７７との間で電流は流れない。このようなシールド配線７７を、配線７６に沿って近接導体部７５が設けられていない個所に設けることで、電荷信号Ｑｉｎが伝搬する配線７６に、近接導体部７５を除く他の構成から電流が供給されるおそれを低減することができる。

すなわち、第６実施形態におけるＱ−Ｖ変換回路７０では、シールド配線７７が配線７６に対するシールドとして機能することで、配線７６に、意図しない漏れ電流が供給されるおそれが低減される。したがって、積分回路７４から出力される電圧信号Ｖｏｕｔの補正精度をさらに高めることができる。

１．７ 第７実施形態
次に第７実施形態におけるＱ−Ｖ変換回路７０について図１６を用いて説明する。第７実施形態における力センサー１は、近接導体部７５がアナログ回路基板７の形成された不純物領域（ウェル）である点で第１実施形態〜第６実施形態と異なる。なお、第７実施形態の力センサー１を説明するにあたり、第１実施形態〜第６実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。

図１６は、第７実施形態における力センサー１において、Ｑ−Ｖ変換回路７０に含まれる配線７６と近接導体部７５との位置関係を示す模式図である。図１６に示すように、第２実施形態におけるＱ−Ｖ変換回路７０において、近接導体部７５は、アナログ回路基板７に形成された不純物領域を含む。

この場合において、電圧Ｖｃｎｔが供給されることで近接導体部７５として機能する不純物領域は、アナログ回路基板７とは異なる電源型の不純物領域であって、近接導体部７５として機能する不純物領域に添加される不純物の濃度は、アナログ回路基板７に形成される他の不純物領域の不純物の濃度と同等であってもよい。また、アナログ回路基板７に配線７６が設けられる配線層は、アナログ回路基板７に設けられる他の配線パターンが形成されている配線層と同一であってもよい。すなわち、電圧Ｖｃｎｔが供給されることで近接導体部７５として機能する不純物領域は、アナログ回路基板７に形成される他の不純物領域と、同様の工程でアナログ回路基板７に形成されていてもよく、配線７６と、アナログ回路基板７に設けられる他の配線パターンとは、同様の工程でアナログ回路基板７に形成されていてもよい。

すなわち、第７実施形態におけるＱ−Ｖ変換回路７０に示すように、アナログ回路基板７にされる不純物領域の内、配線７６に沿って設けられる不純物領域に電圧Ｖｃｎｔを供給することで、当該不純物領域を近接導体部７５として用いてもよい。このような場合であっても、第１実施形態に示す力センサー１、及びＱ−Ｖ変換回路７０と同様の作用効果を奏することができる。さらに、第７実施形態におけるＱ−Ｖ変換回路７０では、近接導体部７５を形成するための配線パターンをアナログ回路基板７に設ける必要がなく、そのため、Ｑ−Ｖ変換回路７０の小型化が可能となる。

なお、アナログ回路基板７に電圧Ｖｃｎｔを供給することで近接導体部７５として機能させる場合、当該不純物領域における電圧勾配を考慮し、電圧Ｖｃｎｔは、複数のポイントから、当該不純物領域に供給されてもよい。これにより、近接導体部７５として機能する不純物領域に生じる電圧勾配の影響を低減することが可能となる。

１．８ 変形例
以上に説明した第１実施形態から第７実施形態におけるＱ−Ｖ変換回路７０において、電源回路７１は、電圧Ｖｃｎｔを近接導体部７５に供給するタイミングを制御してもよい。具体的には、電源回路７１は、スイッチ１４５により積分回路７４に生じている各種誤差がリセットされた直後において近接導体部７５への電圧Ｖｃｎｔの供給を停止し、当該リセットの後、所定の期間経過後に近接導体部７５への電圧Ｖｃｎｔの供給を開始してもよく、また、電源回路７１は、所定のデューティーのパルス信号の電圧Ｖｃｎｔを近接導体部７５に供給してもよい。

以上のように、電源回路７１が、電圧Ｖｃｎｔを近接導体部７５に供給するタイミングを制御することにより、近接導体部７５にマイグレーションなどが生じるおそれを低減することが可能となる。これにより、近接導体部７５に生じる温度や経過時間に伴う特性変化の影響をさらに低減することが可能となる。

２．ロボット
次に上述したＱ−Ｖ変換回路７０、及びＱ−Ｖ変換回路７０を含む力センサー１を備えたロボット１０００の一例について図１７を用いて説明する。

図１７は、ロボット１０００の一例を示す斜視図である。図１７に示すようにロボット１０００は、精密機器やこれを構成する部品の給材、除材、搬送、及び組立等の作業を行うことができる。このロボット１０００は、６軸ロボットであり、床や天井に固定されるベース１０１０と、ベース１０１０に回動自在に連結されたアーム１０２０と、アーム１０２０に回動自在に連結されたアーム１０３０と、アーム１０３０に回動自在に連結されたアーム１０４０と、アーム１０４０に回動自在に連結されたアーム１０５０と、アーム１０５０に回動自在に連結されたアーム１０６０と、アーム１０６０に回動自在に連結されたアーム１０７０と、アーム１０２０，１０３０，１０４０，１０５０，１０６０，１０７０の駆動を制御する制御部１０８０と、を有している。また、アーム１０７０にはハンド接続部が設けられており、当該ハンド接続部にはロボット１０００に実行させる作業に応じたエンドエフェクター１０９０が装着されている。

このようなロボット１０００において、上述した力センサー１は、エンドエフェクター１０９０に加えられる外力を検出するために、エンドエフェクター１０９０の近傍に設けられている。そして、力センサー１が検出する力を制御部１０８０にフィードバックすることにより、ロボット１０００は、より精密な作業を実行することが可能となる。また、力センサー１が検出する力によって、ロボット１０００は、エンドエフェクター１０９０の障害物への接触等を検知する。これにより、ロボット１０００は、障害物回避動作、対象物損傷回避動作等を行うことができ、ロボット１０００は、より安全に作業を実行することができる。またロボット１００は、各アーム１０２０，１０３０，１０４０，１０５０，１０６０，１０７０の関節部にトルクセンサーとしての力センサー１を配置してもよい。

以上に述べたロボット１０００が備える力センサー１は、Ｑ−Ｖ変換回路７０が備える積分回路７４の出力が時間経過に伴い変動するドリフトによる影響が低減されている。したがって、当該ロボット１０００では、ドリフトの影響を低減させるためにリセット操作を行う回数を低減することが可能となる。したがって、上述した力センサー１を備えるロボット１０００では、長時間の連続動作が可能となる。

なお、図１７では、ロボット１０００は、５本のアームを有しているが、これに限定されるものではなく、ロボット１０００が備えるアームの数は１〜４本、又は６本以上であってもよい。

以上、実施形態及び変形例について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。例えば、上記の実施形態を適宜組み合わせることも可能である。

本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１…力センサー、２…第１基部、３…第２基部、４…センサーデバイス、５…力検出素子、６…与圧ボルト、７…アナログ回路基板、８…デジタル回路基板、２１…凸部、２２…雌ネジ、３１…下面、３２…貫通孔、４１…力検出モジュール、４２…パッケージ、４３…端子、５０…圧電素子、５１…電極、５２…圧電体、５３…電極、５４…圧電体、５５…電極、５６…接着剤、５７，５８…配線、６１…頭部、６２…雄ネジ、７０…Ｑ−Ｖ変換回路、７１…電源回路、７２…温度検出回路、７３…記憶回路、７４…積分回路、７５…近接導体部、７６…配線、７７…シールド配線、７８…絶縁部材、８１，８２，９１，９２…貫通孔、１００…ロボット、１１０…電圧生成回路、１２０…電圧調整回路、１２１…抵抗、１２２…マルチプレクサー、１２３…抵抗、１２４…スイッチ、１４１…入力端子、１４２…出力端子、１４３…オペアンプ、１４４…コンデンサー、１４５…スイッチ、１８０…疑似抵抗、２１１…頂面、４２１…基部、４２２…蓋体、４２３…設置面、１０００…ロボット、１０１０…ベース、１０２０，１０３０，１０４０，１０５０，１０６０，１０７０…アーム、１０８０…制御部、１０９０…エンドエフェクター

Claims (13)

1. 電荷信号を電圧信号に変換するチャージアンプであって、
   前記電荷信号が伝搬する第１導電部材と、
   前記第１導電部材の少なくとも一部に沿って設けられている第２導電部材と、
   前記第１導電部材と前記第２導電部材との間に設けられている絶縁部材と、
   前記第２導電部材と接続され、前記第２導電部材に電位制御電圧信号を供給する電位制御電圧信号出力回路と、
   入力端子と出力端子とを含み、前記入力端子と前記第１導電部材とが接続され、前記出力端子から前記電圧信号を出力する積分回路と
   を備えるチャージアンプ。
2. 前記第２導電部材は、金属配線を含む、
   請求項１に記載のチャージアンプ。
3. 前記第２導電部材は、不純物領域を含む、
   請求項１に記載のチャージアンプ。
4. 前記絶縁部材は、酸化シリコンを含む、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載のチャージアンプ。
5. 前記電位制御電圧信号の電位は、前記第１導電部材の電位と異なる電位に制御される、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載のチャージアンプ。
6. 前記電位制御電圧信号の電位は、前記積分回路の電源電圧の電位とグラウンド電位との間の電位に制御される、
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載のチャージアンプ。
7. 温度を検出する温度検出回路を更に含み、
   前記電位制御電圧信号の電位は、前記温度検出回路が検出した温度に基づいて制御される、
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載のチャージアンプ。
8. 前記第１導電部材、前記第２導電部材、及び前記絶縁部材は、
   前記第２導電部材、前記絶縁部材、前記第１導電部材の順に積層されている、
   請求項１乃至７のいずれか１項に記載のチャージアンプ。
9. 前記電位制御電圧信号の電位は、前記積分回路の電源電圧の電位とグラウンド電位との間で切り替えられる、
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載のチャージアンプ。
10. 前記第１導電部材の少なくとも一部に沿って設けられている第３導電部材を備え、
    前記絶縁部材は、前記第１導電部材と前記第３導電部材との間に設けられ、
    前記第３導電部材は、前記電位制御電圧信号出力回路と接続され、
    前記電位制御電圧信号出力回路は、前記電位制御電圧信号として第１電位制御電圧信号を前記第２導電部材に供給し、第２電位制御電圧信号を前記第３導電部材に供給する、
    請求項１乃至９のいずれか１項に記載のチャージアンプ。
11. 前記第１導電部材の少なくとも一部と沿って設けられるシールド配線を備え、
    前記シールド配線には、前記積分回路に入力される基準電位が供給され、
    前記シールド配線と前記第１導電部材との間には、前記絶縁部材が設けられている、
    請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のチャージアンプ。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のチャージアンプと、
    外力を検出し、前記電荷信号を出力する検出素子と、
    を備えた力センサー。
13. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のチャージアンプを備えた、ロボット。
    

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