JP5811785B2 - センサー素子、力検出装置およびロボット - Google Patents
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Description
0°<θ<20°
であることを特徴とする。
25°≦λ≦85°
の範囲で形成されていることを特徴とする。
図1は第1実施形態に係るセンサー素子を示す、(a)は断面図、(b)は分解斜視図、(c)は(b)に示すA方向矢視図である。図1に示すセンサー素子100は、圧電基板としての水晶基板10と、第1電極として検出電極20と、第2電極としての接地電極(以下、GND電極という)30と、を備えている。圧電基板の材料としては、三方晶系の単結晶であれば水晶に限定されない。三方晶系の単結晶とは、長さの等しい三本の対称軸が互いに120°の角度で交わり、その交点に一本の垂直な軸が交わる結晶軸を持つものをいう。三方晶系の単結晶としては水晶の他には、ランガサイト(La3Ga5SiO14)、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)単結晶、タンタル酸リチウム(LiTaO3)単結晶、リン酸ガリウム(GaPO4)単結晶、ホウ酸リチウム(Li2B4O7)単結晶などが挙げられる。本実施形態では、わずかなひずみであっても多くの電荷を発生させることができ、さらに容易に単結晶が得られ、加工性、品質安定性に優れる水晶を用いる実施形態として説明する。
0°<θ<20°
の範囲で形成されることが好ましい。このように水晶基板10を形成することにより、力Fαによって生じる電荷の発生量をより多くすることができ、検出力の高いセンサー素子を得ることができる。
図3は第2実施形態に係るセンサー素子を示す、(a)は断面図、(b)は分解斜視図、(c)は(b)に示すB方向矢視図である。なお第2実施形態に係るセンサー素子200は第1実施形態に係るセンサー素子100に対して水晶基板10の形態が異なり、その他の構成は同じであるので、同じ構成には同じ符号を付し、説明は省略する。図3に示すように、第2実施形態に係るセンサー素子200は、水晶基板40を圧縮する方向、すなわちγ方向の力Fγを検出するセンサー素子200である。センサー素子200は、第1電極としての検出電極20と、圧電基板としての水晶基板40と、第2電極としてのGND電極30とをγ方向に積層した構成となっている。圧電基板の材料としては、第1実施形態に係るセンサー素子100と同様、三方晶系の単結晶であれば水晶に限定されないが、本実施形態においても圧電材料として水晶を用いた形態にて説明する。
25°≦λ≦85°
の範囲で形成されることが好ましい。このように水晶基板40を形成することにより、力Fγによって生じる電荷の発生量をより多くすることができ、検出力の高いセンサー素子を得ることができる。
図6は、第3実施形態に係るセンサーデバイスを示す断面図であり、図6に示すように、センサーデバイス1000は、水晶基板10を備えるセンサー素子100、あるいは水晶基板40を備えるセンサー素子200が筒状容器400に収納され、基台301,302によって押圧固定され、検出電極20とGND電極30とは演算装置500に電気的に接続されている。演算装置500には、図示しない検出電極20で得られた電荷を変換するQVアンプを備え、GND電極30が接続されるGND(接地)を備えている。このような構成の形態とすることで、基台301と基台302との間に掛かる力を容易に検出することが可能なセンサーデバイス1000を得ることができる。
図8は、第4実施形態に係る力検出装置を示す、(a)は断面図、(b)はセンサーデバイスの配置を示す概念図、である。図8(a)において、電極、水晶基板の積層方向(図示上方向)をV(+)方向とし、V方向に直交し図示右方向をHx(+)方向、図示面に向かう方向をHy(+)方向とする。図8(a)に示す、力検出装置2000は基台311と基台312の間に、筒状容器420の内部に電極と水晶基板を交互に積層し、基台311と基台312によって押圧されて固定されている。
図10は、第3実施形態に係る力検出装置2000、もしくは6軸力検出装置3000を用いたロボット4000の構成を示す外観図である。ロボット4000は、本体部4100、アーム部4200およびロボットハンド部4300などから構成されている。本体部4100は、例えば床、壁、天井、移動可能な台車の上、などに固定される。アーム部4200は、本体部4100に対して可動に設けられており、本体部4100にはアーム部4200を回転させるための動力を発生させる図示しないアクチュエーターや、アクチュエーターを制御する制御部などが内蔵されている。
0°<θ<20°
の範囲においてθ=0°の場合の電荷量を上回る電荷を得ることができる。
25°≦λ≦85°
の範囲においてλ=0°の場合の電荷量を上回る電荷を得ることができる。
Claims (5)
- 水晶基板と、前記水晶基板の一方の基板面に配置される第1電極と、他方の基板面に配置される第2電極と、を備えるセンサー素子であって、
前記水晶基板の前記基板面は、結晶軸のX軸(電気軸)を含み、
前記基板面と、前記結晶軸の前記X軸(電気軸)とZ軸(光軸)とを含む面と、により成す角度θが、
0°<θ<20°
である、
ことを特徴とするセンサー素子。 - 前記水晶基板の前記基板面と交差する外形面の一部に、前記X軸方向に延在する平面を含む、
ことを特徴とする請求項1に記載のセンサー素子。 - 水晶基板と、前記水晶基板の一方の基板面に配置される第1電極と、他方の基板面に配置される第2電極と、を備えるセンサー素子であって、
前記水晶基板の前記基板面は、結晶軸のY軸(機械軸)とZ軸(光軸)と、を含み、
前記基板面と交差する外形面の一部に平面を含み、
前記外形面の前記平面は、前記結晶軸のX軸と前記Z軸とを含む面と成す角度λが、
25°≦λ≦85°
の範囲で形成されている、
ことを特徴とするセンサー素子。 - 請求項1から3の少なくともいずれか一項に記載のセンサー素子と、
前記第1電極もしくは前記第2電極に誘起される電荷量を検出し、前記センサー素子に掛かる力を演算する演算手段と、を備える、
ことを特徴とする力検出装置。 - 請求項1から4の少なくともいずれか一項に記載のセンサー素子と、
前記第1電極もしくは前記第2電極に誘起される電荷量を検出し、前記センサー素子に掛かる力を演算する演算手段と、を備える
ことを特徴とするロボット。
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