(57)【要約】【課題】組立てによる位置誤差を減らし精度を向上させた力検出装置、並びに該力検出装置を用いたロボット、電子部品搬送装置および電子部品検査装置を提供する【解決手段】力検出装置１００は、力を検出し、電荷を出力する素子１０と、前記素子１０が実装され、一面に第１の凹部２１が形成された基板２０と、第２面と、該第２面と表裏関係をなす第３面とを有し、第２面に形成された第１の凸部３１と、第３面に形成された第２の凸部３２とを含み、第１の凸部３１が第１の凹部２１に勘合されている第一プレート３０と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外力に応じて電荷を出力する素子と、
前記素子が実装され、一面に第１の凹部が形成された基板と、
第２面と、前記第２面と表裏関係をなす第３面とを有し、前記第２面に形成された第１の凸部と、前記第３面に形成された第２の凸部とを含み、前記第１の凸部が前記第１の凹部に勘合されている第一プレートと、
を備えていることを特徴とする力検出装置。
【請求項２】
前記第１の凹部、前記第１の凸部、および前記第２の凸部は、それぞれ複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の力検出装置。
【請求項３】
前記第一プレートは、前記第２面に設けられている第２の凹部と、前記第３面に設けられている第３の凹部とを有し、
前記第１の凸部は、前記第1の凹部に勘合されている第１のロッドで形成され、
前記第２の凸部は、前記第３の凹部に勘合されている第２のロッドで形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の力検出装置。
【請求項４】
前記基板は、前記基板を貫通する第１貫通孔を有し、
前記第一のプレートは、前記第一のプレートを貫通する第２貫通孔を有し、
前記第２貫通孔には、第３のロッドが勘合されており、
前記第１の凸部および前記第２の凸部は、前記第２面および前記第３面から突出する前記第３のロッドによって形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の力検出装置。
【請求項５】
前記第１の凸部、および前記第２の凸部は、突出方向に交差する断面が多角形状で形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の力検出素子。
【請求項６】
前記第１の凸部、および前記第２の凸部は、突出方向に交差する断面が円形状で形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の力検出素子。
【請求項７】
前記素子に力を伝達する第二プレートを有し、
前記第二プレートは、前記第１の凸部と空隙を有し、離間して設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の力検出装置。
【請求項８】
前記素子は、複数設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の力検出装置。
【請求項９】
前記第１の凸部、または前記第２の凸部と、前記素子との位置関係を補正する処理装置を有することを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の力検出装置。
【請求項１０】
複数のアームを有し、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と、
前記アーム連結体と前記エンドエフェクタの間に設けられ、前記エンドエフェクタ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、
力を検出し、電荷を出力する素子と、
前記素子が実装され、一面に第１の凹部が形成された基板と、
第２面と、前記第２面と表裏関係をなす第３面とを有し、前記第２面に形成された第１の凸部と、前記第３面に形成された第２の凸部とを含み、前記第１の凸部が前記第１の凹部に勘合されている第一プレートと、を備え、
前記アーム連結体もしくは前記エンドエフェクタに設けられた勘合部と、前記第２の凸部とが勘合されていることを特徴とするロボット。
【請求項１１】
モーターと、
前記モーターにより駆動され、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、
力を検出し、電荷を出力する素子と、
前記素子が実装され、一面に第１の凹部が形成された基板と、
第２面と、前記第２面と表裏関係をなす第３面とを有し、前記第２面に形成された第１の凸部と、前記第３面に形成された第２の凸部とを含み、前記第１の凸部が前記第１の凹部に勘合されている第一プレートと、を備え、
前記把持部に設けられた勘合部と、前記第２の凸部とが勘合されていることを特徴とする電子部品搬送装置。
【請求項１２】
モーターと、
前記モーターにより駆動され、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、
力を検出し、電荷を出力する素子と、
前記素子が実装され、一面に第１の凹部が形成された基板と、
第２面と、前記第２面と表裏関係をなす第３面とを有し、前記第２面に形成された第１の凸部と、前記第３面に形成された第２の凸部とを含み、前記第１の凸部が前記第１の凹部に勘合されている第一プレートと、を備え、
前記把持部に設けられた勘合部と、前記第２の凸部とが勘合されていることを特徴とする電子部品検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、力検出装置、並びに該力検出装置を用いたロボット、電子部品搬送装置、および電子部品検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電材料を用いた力検出装置としては、例えば、特許文献１に示す力センサーなどが知られていた。特許文献１の図６に示されているように、信号を取り出す支持プレート３，４を、圧電素子１及び５で挟み、上記圧電素子を導力プレート６及び１１で挟み、予荷重ねじ１５により締結された測定素子を特許文献１のFig５で示すように導力プレート６を通じ複数配置し多軸を測定できるようにした力センサーが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−１３４９２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の力センサーでは、多軸を測定する複数の素子（圧電素子、測定素子）を組み立てる際に、個別に素子を構造体に接着する必要があるが、個別の接着において位置ずれ、角度ずれなどの組立てバラツキが発生することにより多軸精度が悪化する虞があった。また、組み立てる際に、精度良く組み立てたとしても力センサーを別の構造体に組み付けるときに固定ずれなどが発生して組立て誤差が生じる虞があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］本適用例に係る力検出装置は、外力に応じて電荷を出力する素子と、前記素子が実装され、一面に第１の凹部が形成された基板と、第２面と、前記第２面と表裏関係をなす第３面とを有し、前記第２面に形成された第１の凸部と、前記第３面に形成された第２の凸部とを含み、前記第１の凸部が前記第１の凹部に勘合されている第一プレートと、を備えていることを特徴とする。
【０００７】
本適用例によれば、素子が実装された基板と、第一プレートとに形成された、第１の凸部と第１の凹部が勘合されていることで、基板と第一プレートとを精度よく、簡便に固定することができる。また、第１の凸部と第１の凹部を基準に素子の位置補正を行い、基板に実装することができるため、第一プレートと素子との接着位置精度を向上させることができる。したがって、高精度な測定ができる力検出装置を提供することができる。
【０００８】
［適用例２］上記適用例の力検出装置において、前記第一の凹部、前記第１の凸部、および前記第２の凸部は、それぞれ複数設けられていることが好ましい。
【０００９】
本適用例によれば、第一の凹部、第一の凸部、および第二の凸部は、それぞれ複数設けられることで、勘合位置も複数個所となり位置決めが簡便かつ正確にできる。したがって、基板と第一プレートに対し、より精度良く簡便に固定することができる。
【００１０】
［適用例３］上記適用例の力検出装置において、前記第一プレートは、前記第２面に設けられている第２の凹部と、前記第３面に設けられている第３の凹部とを有し、前記第１の凸部は、前記第1の凹部に勘合されている第１のロッドで形成され、前記第２の凸部は、前記第３の凹部に勘合されている第２のロッドで形成されていることが好ましい。
【００１１】
本適用例によれば、第１の凸部は第１のロッドで、第２の凸部は第２のロッドで形成されていることで、第一のプレートと第１の凸部、および第２の凸部は一体で構成する必要がなくなる。したがって、第一のプレートの加工量が減少し、製造費用を安価とすることができる。また、別体で構成することで個別部品の精度を高めることができ、組立て精度が向上する。
【００１２】
［適用例４］上記適用例の力検出装置において、前記基板は、前記基板を貫通する第１貫通孔を有し、前記第一のプレートは、前記第一のプレートを貫通する第２貫通孔を有し、前記第２貫通孔には第３のロッドが勘合されており、前記第１の凸部および第２の凸部は、前記第２面および前記第３面から突出する前記第３のロッドによって形成されていることが好ましい。
【００１３】
本適用例によれば、基板に第１貫通孔、第一のプレートに第２貫通孔を有していることで、簡便な加工での製造が可能となる。また、第１の凸部および第２の凸部は第３のロッドによって形成されていることから、部品の加工精度バラツキを減らすことができる。
【００１４】
［適用例５］上記適用例の力検出装置において、前記第１の凸部、および前記第２の凸部は、突出方向に交差する断面が多角形状で形成されていることが好ましい。
【００１５】
本適用例によれば、第１の凸部、および第２の凸部が多角形状であることにより、勘合したとき単体でも位置を決めることができる。したがって、必要部品数を削減でき小型化かつ低価格にできる。
【００１６】
［適用例６］上記適用例の力検出装置において、前記第１の凸部、および前記第２の凸部は、突出方向に交差する断面が円形状で形成されていることが好ましい。
【００１７】
本適用例によれば、第１の凸部、および前記第２の凸部を円形状にすることで、形状精度を出すことができる。したがって、正確な組立てができ精度が向上する。
【００１８】
［適用例７］上記適用例の力検出装置において、前記素子に力を伝達する第二プレートを有し、前記第二プレートは、前記第１の凸部と空隙を有し、離間して設けられていることが好ましい。
【００１９】
本適用例によれば、素子に力を伝達する第二プレートにより力検出装置の剛性が増加する。また、第二プレートにより測定可能領域が広がるため大きなものを測定することが可能になる。さらに、第１の凸部が第二プレートと離間しており、接していないことで、力が第１の凸部を通じ第一プレートに伝わることを防ぎ、高精度な測定が可能となる。
【００２０】
［適用例８］上記適用例の力検出装置において、前記素子は、複数設けられていることが好ましい。
【００２１】
本適用例によれば、素子を複数持つことで出力値を大きくすることができる。それによって精度を向上させることができる。また、素子の測定軸を変更したものを複数実装することで複数方向の力を測定することができる。
【００２２】
［適用例９］上記適用例の力検出装置は、前記第１の凸部、または前記第２の凸部と、前記素子との位置関係を補正する処理装置を有することが好ましい。
【００２３】
本適用例によれば、第１の凸部、または第２の凸部を基準として素子との関係を処理装置で計算することで実装ズレがあっても正確な位置を保持することができる。したがって、測定の際に精度が向上する。
【００２４】
［適用例１０］本適用例に係るロボットは、複数のアームを有し、隣り合う前記アーム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と、前記アーム連結体と前記エンドエフェクタの間に設けられ、前記エンドエフェクタ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、力を検出し、電荷を出力する素子と、前記素子が実装され、一面に第１の凹部が形成された基板と、第２面と、前記第２面と表裏関係をなす第３面とを有し、前記第２面に形成された第１の凸部と、前記第３面に形成された第２の凸部とを含み、前記第１の凸部が前記第１の凹部に勘合されている第一プレートと、を備え、前記アーム連結体もしくは前記エンドエフェクタに設けられた勘合部と、前記第２の凸部とが勘合されていることを特徴とする。
【００２５】
本適用例によれば、素子が実装された基板と、第一プレートとに形成された、第１の凸部と第１の凹部が勘合されていることで、基板と、第一プレートとを精度よく、簡便に固定することができる。また、第１の凸部と第１の凹部を基準にして素子を基板に実装することができるため、第一プレートと素子との接着位置精度を向上させることができる。また、第２の凸部が勘合部に勘合されているため、第２の凸部を基準に位置決めを行うことで、よりアーム連結体もしくはエンドエフェクタに対し正確な補正を行うことができる。
【００２６】
［適用例１１］本適用例に係る電子部品搬送装置は、モーターと、前記モーターにより駆動され、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、力を検出し、電荷を出力する素子と、前記素子が実装され、一面に第１の凹部が形成された基板と、第２面と、前記第２面と表裏関係をなす第３面とを有し、前記第２面に形成された第１の凸部と、前記第３面に形成された第２の凸部とを含み、前記第１の凸部が前記第１の凹部に勘合されている第一プレートと、を備え、前記把持部に設けられた勘合部と、前記第２の凸部とが勘合されていることを特徴とする。
【００２７】
本適用例によれば、素子が実装された基板と、第一プレートとに形成された、第１の凸部と第１の凹部が勘合されていることで、基板と、第一プレートとを精度よく、簡便に固定することができる。また、第１の凸部と第１の凹部を基準にして素子を基板に実装することができるため、第一プレートと素子との接着位置精度を向上させることができる。また、第２の凸部が勘合部に勘合されているため、第２の凸部を基準に位置決めを行うことで、より把持部に対し正確な補正を行うことができる。
【００２８】
［適用例１２］本適用例に係る電子部品検査装置は、モーターと、前記モーターにより駆動され、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、力を検出し、電荷を出力する素子と、力を検出し、電荷を出力する素子と、前記素子が実装され、一面に第１の凹部が形成された基板と、第２面と、前記第２面と表裏関係をなす第３面とを有し、前記第２面に形成された第１の凸部と、前記第３面に形成された第２の凸部とを含み、前記第１の凸部が前記第１の凹部に勘合されている第一プレートと、を備え、前記把持部に設けられた勘合部と、前記第２の凸部とが勘合されていることを特徴とする。
【００２９】
本適用例によれば、素子が実装された基板と、第一プレートとに形成された、第１の凸部と第１の凹部が勘合されていることで、基板と、第一プレートとを精度よく、簡便に固定することができる。また、第１の凸部と第１の凹部を基準にして素子を基板に実装することができるため、第一プレートと素子との接着位置精度を向上させることができる。また、第２の凸部が勘合部に勘合されているため、第２の凸部を基準に位置決めを行うことで、より把持部に対し正確な補正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施形態１に係る力検出装置の概略を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正断面図である。
【図２】実施形態１に使われる素子としての受圧素子の概略断面図である。
【図３】実施形態２に係る力検出装置の概略を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正断面図である。
【図４】実施形態２に使われるロッドの概略斜視図である。
【図５】実施形態３に係る力検出装置の概略斜視図である。
【図６】実施形態３に使われる素子としての受圧素子の概略正断面図である。
【図７】変形例１に係る力検出装置の概略を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図８】実施形態４に係る単腕ロボットを示す概略斜視図である。
【図９】実施形態５に係る複腕ロボットを示す正面図である。
【図１０】実施形態６に係る電子部品検査装置を示す概略斜視図である。
【図１１】実施形態７に係る電子部品運搬装置を示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。
【００３２】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る力検出装置の概略を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正断面図である。図２は、実施形態１に係る素子としての受圧素子の概略断面図である。
まず、実施形態１に係る力検出装置１００の概略構成について説明する。
図１に示すように、力検出装置１００は、素子としての受圧素子１０、基板２０、第一のプレート３０から構成されている。
【００３３】
〈受圧素子（素子）〉
図２に示す、外力に応じて電荷を出力する素子としての受圧素子１０は、二つのグランド電極層１１と、二つのグランド電極層１１の間に設けられたセンサー１２を有する。なお、グランド電極層１１、およびセンサー１２の積層方向をγ軸方向とし、γ軸方向に直交し且つ互いに直交する方向をそれぞれα軸方向、β軸方向としている。
図示の構成では、グランド電極層１１と、センサー１２は、等しい幅（図中の左右方向の長さ）を有しているが、本発明はこれに限られない。例えば、グランド電極層１１の幅が、センサー１２の幅より広くてもよいし、その逆に、グランド電極層１１の幅が、センサー１２の幅より狭くてもよい。
【００３４】
グランド電極層１１は、グランド（基準電位点）に接地された電極である。グランド電極層１１を構成する材料は、特に限定されないが、例えば、金、チタニウム、アルミニウム、銅、鉄、クロムまたはこれらを含む合金が好ましい。これらの中でも特に、クロムや金といった材料をスパッタによって構成した鉄合金であるステンレスを用いるのが好ましい。ステンレスにより構成されたグランド電極層１１は、薄くかつ優れた密着性を有すため高い耐久性を有する。
【００３５】
センサー１２は、β軸に平行な外力（せん断力）に応じて電荷Ｑを出力する機能を有する。このセンサー１２は、β軸の正方向に沿った外力に応じて正電荷を出力し、β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。
センサー１２は、第１の結晶軸ＣＡ１を有する第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、第２の結晶軸ＣＡ２を有する第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Ｑを出力する出力電極層１２２と、を有する。
【００３６】
第１の圧電体層１２１はβ軸の負方向に配向した第１の結晶軸ＣＡ１を有する圧電体によって構成されている。第１の圧電体層１２１の表面に対し、β軸の正方向に沿った外力が加えられた場合、圧電効果により、第１の圧電体層１２１内に電荷が誘起される。その結果、第１の圧電体層１２１の出力電極層１２２側表面近傍には正電荷が集まり、第１の圧電体層１２１のグランド電極層１１側表面近傍には負電荷が集まる。同様に、第１の圧電体層１２１の表面に対し、β軸の負方向に沿った外力が加えられた場合、第１の圧電体層１２１の出力電極層１２２側表面近傍には負電荷が集まり、第１の圧電体層１２１のグランド電極層１１側表面近傍には正電荷が集まる。
【００３７】
第２の圧電体層１２３は、β軸の正方向に配向した第２の結晶軸ＣＡ２を有する圧電体によって構成されている。第２の圧電体層１２３の表面に対し、β軸の正方向に沿った外力が加えられた場合、圧電効果により、第２の圧電体層１２３内に電荷が誘起される。その結果、第２の圧電体層１２３の出力電極層１２２側表面近傍には正電荷が集まり、第２の圧電体層１２３のグランド電極層１１側表面近傍には負電荷が集まる。同様に、第２の圧電体層１２３の表面に対し、β軸の負方向に沿った外力が加えられた場合、第２の圧電体層１２３の出力電極層１２２側表面近傍には負電荷が集まり、第２の圧電体層１２３のグランド電極層１１側表面近傍には正電荷が集まる。
【００３８】
このように、第１の圧電体層１２１の第１の結晶軸ＣＡ１は、第２の圧電体層１２３の第２の結晶軸ＣＡ２の方向と反対方向を向いている。これにより、第１の圧電体層１２１または第２の圧電体層１２３のいずれか一方のみと、出力電極層１２２によってセンサー１２を構成する場合と比較して、出力電極層１２２近傍に集まる正電荷または負電荷を増加させることができる。その結果、出力電極層１２２から出力される電荷Ｑを増加させることができる。
【００３９】
なお、第１の圧電体層１２１および第２の圧電体層１２３の構成材料としては、水晶、トパース、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。これらの中でも特に、水晶が好ましい。水晶により構成された圧電体層は、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ためである。また、第１の圧電体層１２１および第２の圧電体層１２３のように、層の面方向に沿った外力（せん断力）に対して電荷を生ずる圧電体層は、Ｙカット水晶により構成することができる。
【００４０】
出力電極層１２２は、第１の圧電体層１２１内および第２の圧電体層１２３内に生じた正電荷または負電荷を電荷Ｑ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β軸の正方向に沿った外力が加えられた場合、出力電極層１２２近傍には、正電荷が集まる。その結果、出力電極層１２２からは、正の電荷Ｑが出力される。一方、第１の圧電体層１２１の表面または第２の圧電体層１２３の表面にβ軸の負方向に沿った外力が加えられた場合、出力電極層１２２近傍には、負電荷が集まる。その結果、出力電極層１２２からは、負の電荷Ｑが出力される。
【００４１】
また、出力電極層１２２の幅（図中の左右方向の長さ）は、第１の圧電体層１２１および第２の圧電体層１２３の幅以上であることが好ましい。出力電極層１２２の幅が、第１の圧電体層１２１または第２の圧電体層１２３よりも狭い場合、第１の圧電体層１２１または第２の圧電体層１２３の一部は出力電極層１２２と接しない。そのため、第１の圧電体層１２１または第２の圧電体層１２３に生じた電荷の一部を出力電極層１２２から出力できない場合がある。その結果、出力電極層１２２から出力される電荷Ｑが減少してしまう。
このように、受圧素子１０は、上述したグランド電極層１１と、センサー１２を有することにより、β軸に平行な外力に応じて電荷Ｑを出力することができる。
【００４２】
なお、受圧素子１０として、β軸に平行な外力（せん断力）に応じて電荷Ｑを出力する機能を有する例を説明したが、本発明はこれに限られない。第１の結晶軸ＣＡ１の配向方向が異なる第１の圧電体層１２１および第２の結晶軸ＣＡ２の配向方向が異なる第２の圧電体層１２３を用いることにより、α軸に平行な外力（せん断力）またはγ軸に平行な外力（圧縮力）に応じて電荷Ｑを出力する受圧素子１０を構成することが可能である。このような場合も、本発明の範囲内である。
【００４３】
〈基板〉
図１に示す基板２０は、上面には導電性接着剤２２により受圧素子１０が実装固定され、下面には第１の凹部としての凹部２１が形成されている。また、基板２０上には図示しない電極パターンが構成されており、受圧素子１０の信号を取り出すことができる。なお、図１において受圧素子１０が２つ設けられている例を示しているが、受圧素子１０の数は限定されず、幾つであってもよい。
【００４４】
導電性接着剤２２は、導電性樹脂、Ａｇペースト、半田を用いることができる。
【００４５】
基板２０に実装されるのは受圧素子１０だけでなく、一般的な回路部品も可能である。例えば、積分回路を構成することで電荷を電圧に変換できるので外部にチャージアンプが不要になり、構成が簡便になる。
【００４６】
基板の材料は、一般的なガラス―エポキシ樹脂でもよいが、表面抵抗が高いテフロン（登録商標）基板だとなおよい。
【００４７】
基板に形成される凹部２１は、ドリル等で加工される。
【００４８】
〈第一のプレート〉
図１に示す第一のプレート３０は、基板２０と向かい合う面（以下、第２面ともいう）の基板２０の凹部２１と勘合する位置に、第一の凸部３１が形成されている。第２面と表裏関係となる面（以下、第３面ともいう）には第一の凸部３１と面対称の位置に第二の凸部３２が構成されている。
【００４９】
第一のプレート３０の構成材料としては、硬い金属材料ならば何でも良い。ＳＵＳ３０３などの鋼材であれば簡便かつ安価に入手できるので好ましい。
【００５０】
第一の凸部３１、及び第二の凸部３２は精度が必要なので削りだしにて加工される。
【００５１】
第一のプレート３０と基板２０は第一の凸部３１と凹部２１との勘合によって位置が決められる。この際、ずれないようにネジ（図示せず）によって基板２０は第一のプレート３０に固定される。
【００５２】
第二の凸部３２は外部構造体（図示せず）との勘合に使われる。外部構造体と勘合することにより、力検出装置内の位置と外部構造体の位置が正確に決定され、組み立て時において精度の高い位置決めができる。また、位置ずれ、角度ずれなどの組立てバラツキが発生しにくく、補正がしやすい。
【００５３】
（実施形態２）
図３は、実施形態２に係る力検出装置の概略を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正断面図である。図４は、実施形態２に使われるロッドの形状を示す概略斜視図である。
本実施形態に係る力検出装置について、これらの図を参照して説明する。なお、実施形態１と同一の構成部位については、同一の番号を使用し、重複する説明は省略する。
【００５４】
実施形態２に係る力検出装置１０１の概略構成について説明する。
図３に示すように、力検出装置１０１は、素子としての受圧素子１０、基板２０、第一のプレート３０、第二のプレート４０、二つのロッド５０で構成されている。受圧素子１０は実施形態１と同じなので説明は省略する。
【００５５】
〈基板〉
図３に示す基板２０は、厚み方向に貫通した二つの第一の穴２２が構成されている。凹部ではなく貫通穴とすることで、有底の凹部と比較し加工の手間が低減している。本実施形態における第一の穴２２が、第１の貫通孔に対応している。
【００５６】
〈第一のプレート〉
図３に示す第一のプレート３０は、厚み方向に貫通した二つの第二の穴３３が構成されている。これは、削りだしによる加工で凸部を形成するのではなく、穴と凸部を別体として形成することで部品の加工量を減らしコストの削減を行っている。本実施形態における第二の穴３３が、第２の貫通孔に対応している。
【００５７】
〈第二のプレート〉
図３に示す第二のプレート４０は受圧素子１０へ力を伝える役割を果たす。第二のプレート４０の一面が受圧素子１０の面と向かい合い面接触するように組み立てられる。
第二のプレート４０の構成材料としては、金属材料であれば良い。なお、第一のプレート３０と同じ材料にしたほうが剛性や熱膨張がそろえられるので好ましい。
【００５８】
〈ロッド〉
図３に示すロッド５０は、位置決めピンであり第一のプレート３０の第二の穴３３に勘合されている。第一のプレート３０の第２面、および第３面より突出しているロッド５０によって第一の凸部３１、および第二の凸部３２が形成される。本実施形態におけるロッド５０が、第３のロッドに対応している。
図４に示すように、ロッド５０は一方向に延在する棒状（ピン状）のものである。その延在方向に交差する断面視は、ロッド５０ａのように円形になっていても、ロッド５０ｂのように多角形になっていてもよい。ロッド５０は第一のプレート３０の第二の穴３３と、基板２０の第一の穴２２と、に勘合するように加工される。
【００５９】
ロッド５０の構成材料としては、金属材料であれば良い。なお、第一のプレート３０と同じ材料にしたほうが剛性や熱膨張がそろえられるので好ましい。
【００６０】
基板２０と第一のプレート３０はロッド５０によって位置決めされ組み立てられる。これによって簡便に力加工装置の位置決め精度を出すことができる。この際、第二のプレート４０に負荷された力が受圧素子１０のみに伝わるように、第二のプレート４０にロッド５０が接触しないように、第二のプレート４０とロッド５０間に空隙を持つようにする。すなわち、第二のプレート４０とロッド５０とは、離間して設けられている。
【００６１】
第一のプレート３０と第二のプレート４０はネジ（図示せず）によって締結され、締結時の圧縮応力により受圧素子１０に予め力が付与されている。これは引張方向の力を計測できるようにする為で、さらにせん断の力は摩擦力で伝達されるので垂直抗力の役割を果たす。
【００６２】
（実施形態３）
図５は、実施形態３に係る力検出装置の概略斜視図である。図６は、実施形態３に使われる外力に応じて電荷を出力する素子としての受圧素子の概略正断面図である。
本実施形態に係る力検出装置について、これらの図を参照して説明する。なお、上記実施形態と同一の構成部位については、同一の番号を使用し、重複する説明は省略する。
【００６３】
実施形態３に係る力検出装置１０３の概要構成について説明する。
図５に示すように、力検出装置１０３は、第一のプレート３０と、４つの受圧素子１０ｂ（外力に応じて電荷を出力する素子）を実装した基板２０と、がロッド５０で位置決めされて組み付けられ、第二のプレート４０で覆われて、４つの受圧素子１０ｂに接続された演算部（図示せず）を有している。
【００６４】
<受圧素子による外圧の検出>
力検出装置１０３は、４つの受圧素子１０ｂにより６軸（ｘ、ｙ、ｚ軸方向の並進力成分およびｘ、ｙ、ｚ軸周りの回転力成分）の力成分を検出する機能を有する。
受圧素子１０ｂは、互いに直交する３軸（α（Ｘ）軸、β（Ｙ）軸、γ（Ｚ）軸）に沿った外力を検出する機能を有する。図５に示すように、受圧素子１０ｂは、第１のプレート３０または第２のプレート４０の周方向に沿って、等角度間隔に配置されていることが好ましく、第１のプレート３０または第２のプレート４０の中心点を中心とした同心円状に、等間隔に配置されていることがさらに好ましい。このように、受圧素子１０ｂを配置することにより、偏りなく外力を検出することができる。
【００６５】
第１のプレート３０および第２のプレート４０の相対位置が互いにＦｘ０方向にずれる外力が加えられた場合、各受圧素子１０ｂは、それぞれ信号Ｆｘ１、Ｆｘ２、Ｆｘ３、Ｆｘ４を出力する。同様に、第１のプレート３０および第２のプレート４０の相対位置が互いにＦｙ０方向にずれる外力が加えられた場合、各受圧素子１０ｂは、それぞれ信号Ｆｙ１、Ｆｙ２、Ｆｙ３、Ｆｙ４を出力する。また、第１のプレート３０および第２のプレート４０の相対位置が互いにＦｚ０方向にずれる外力が加えられた場合、各受圧素子１０ｂは、それぞれ信号Ｆｚ１、Ｆｚ２、Ｆｚ３、Ｆｚ４を出力する。
【００６６】
また、第１のプレート３０および第２のプレート４０は、互いにｘ軸周りに回転する相対変位、ｙ軸周りに回転する相対変位、およびｚ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受圧素子１０ｂに伝達することが可能である。
演算部は、各受圧素子１０ｂから出力された信号に基づき、ｘ軸方向の並進力成分Ｆｘ０、ｙ軸方向の並進力成分Ｆｙ０、ｚ軸方向の並進力成分Ｆｚ０、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を演算する機能を有する。  
【００６７】
各力成分は、以下の式により求めることができる。
Ｆｘ０＝Ｆｘ１＋Ｆｘ２＋Ｆｘ３＋Ｆｘ４
Ｆｙ０＝Ｆｙ１＋Ｆｙ２＋Ｆｙ３＋Ｆｙ４
Ｆｚ０＝Ｆｚ１＋Ｆｚ２＋Ｆｚ３＋Ｆｚ４
Ｍｘ＝ｂ×（Ｆｚ４−Ｆｚ２）
Ｍｙ＝ａ×（Ｆｚ３−Ｆｚ１）
Ｍｚ＝ｂ×（Ｆｘ２−Ｆｘ４）＋ａ×（Ｆｙ１−Ｆｙ３）
ここで、ａ、ｂは定数である。
【００６８】
このように、力検出装置１０３は、第１のプレート３０、第２のプレート４０、４つの受圧素子１０ｂおよび演算部を有することにより、６軸の力成分（６軸力）を検出することができる。
また、４つの受圧素子１０ｂを備えただけで、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、演算部を簡略化することができる。
【００６９】
なお、本実施形態の構成では、受圧素子１０ｂの数は４つであるが、本発明はこれに限られない。力検出装置１０３は、少なくとも３つの受圧素子１０ｂを有していれば、６軸の力成分を検出可能である。３つの受圧素子１０ｂを有している場合、受圧素子１０ｂの数が少ないので、力検出装置１０３を軽量化することができる。また、６つの受圧素子１０ｂを有している場合、より高い精度で６軸力を検出することができる。
【００７０】
〈受圧素子による電荷の出力〉
受圧素子１０ｂは、互いに直交する３軸に沿った外力のそれぞれに応じて３つの電荷Ｑｘ、Ｑｙ、Ｑｚを出力する機能を有する。図６に示すように、受圧素子１０ｂは、グランド（基準電位点）に接地された４つのグランド電極層１１と、β軸に平行な外力（せん断力）に応じて電荷Ｑｙを出力する第１のセンサー１２と、γ軸に平行な外力（圧縮力）に応じて電荷Ｑｚを出力する第２のセンサー１３と、α軸に平行な外力（せん断力）に応じて電荷Ｑｘを出力する第３のセンサー１４とを有し、４つのグランド電極層１１と、第１〜第３のセンサー１２，１３，１４は交互に積層されている。なお、図６において、４つのグランド電極層１１、および第１〜第３のセンサー１２，１３，１４の積層方向をγ軸方向とし、γ軸方向に直交し且つ互いに直交する方向をそれぞれα軸方向、β軸方向としている。
【００７１】
受圧素子１０ｂは、図中下側から、各グランド電極層１１に挟まれるように第１のセンサー１２、第２のセンサー１３、第３のセンサー１４の順で積層されているが、本発明はこれに限られず、第１〜第３のセンサー１２，１３，１４の積層順は任意でもよい。
【００７２】
第１のセンサー１２は、上述したようにβ軸に平行な外力（せん断力）に応じて電荷Ｑｙを出力する機能を有する。第１のセンサー１２は、実施形態１のセンサー１２と同様の構造および機能を有している。
【００７３】
第２のセンサー１３は、上述したようにγ軸に平行な外力（圧縮力）に応じて電荷Ｑｚを出力する機能を有する。第２のセンサー１３は、γ軸の正方向に沿った外力に応じて正電荷を出力し、γ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３の結晶軸ＣＡ３を有する第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、第４の結晶軸ＣＡ４を有する第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Ｑｚを出力する出力電極層１３２を有する。
【００７４】
第３の圧電体層１３１は、γ軸の正方向に配向した第３の結晶軸ＣＡ３を有する圧電体によって構成されている。第３の圧電体層１３１の表面に対し、γ軸の正方向に沿った外力が加えられた場合、圧電効果により、第３の圧電体層１３１内に電荷が誘起される。その結果、第３の圧電体層１３１の出力電極層１３２側表面近傍には正電荷が集まり、第３の圧電体層１３１のグランド電極層１１側表面近傍には負電荷が集まる。同様に、第３の圧電体層１３１の表面に対し、γ軸の負方向に沿った外力が加えられた場合、第３の圧電体層１３１の出力電極層１３２側表面近傍には負電荷が集まり、第３の圧電体層１３１のグランド電極層１１側表面近傍には正電荷が集まる。
【００７５】
第４の圧電体層１３３は、γ軸の負方向に配向した第４の結晶軸ＣＡ４を有する圧電体によって構成されている。第４の圧電体層１３３の表面に対し、γ軸の正方向に沿った外力が加えられた場合、圧電効果により、第４の圧電体層１３３内に電荷が誘起される。その結果、第４の圧電体層１３３の出力電極層１３２側表面近傍には正電荷が集まり、第４の圧電体層１３３のグランド電極層１１側表面近傍には負電荷が集まる。同様に、第４の圧電体層１３３の表面に対し、γ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集まり、第４の圧電体層１３３のグランド電極層１１側表面近傍には正電荷が集まる。
【００７６】
第３の圧電体層１３１および第４の圧電体層１３３の構成材料としては、第１の圧電体層１２１および第２の圧電体層１２３と同様の構成材料を用いることができる。また、第３の圧電体層１３１および第４の圧電体層１３３のように、層の面方向に垂直な外力（圧縮力）に対して電荷を生ずる圧電体層は、Ｘカット水晶により構成することができる。
出力電極層１３２は、第３の圧電体層１３１内および第４の圧電体層１３３内に生じた正電荷または負電荷を電荷Ｑｚとして出力する機能を有する。前述のように、第３の圧電体層１３１の表面または第４の圧電体層１３３の表面にγ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、正電荷が集まる。その結果、出力電極層１３２からは、正の電荷Ｑｚが出力される。一方、第３の圧電体層１３１の表面または第４の圧電体層１３３の表面にγ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、負電荷が集まる。その結果、出力電極層１３２からは、負の電荷Ｑｚが出力される。
【００７７】
第３のセンサー１４は、α軸に平行な外力（せん断力）に応じて電荷Ｑｘを出力する機能を有する。第３のセンサー１４は、α軸の正方向に沿った外力に応じて正電荷を出力し、α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５の結晶軸ＣＡ５を有する第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、第６の結晶軸ＣＡ６を有する第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Ｑｘを出力する出力電極層１４２を有する。
【００７８】
第５の圧電体層１４１は、α軸の負方向に配向した第５の結晶軸ＣＡ５を有する圧電体によって構成されている。第５の圧電体層１４１の表面に対し、α軸の正方向に沿った外力が加えられた場合、圧電効果により、第５の圧電体層１４１内に電荷が誘起される。その結果、第５の圧電体層１４１の出力電極層１４２側表面近傍には正電荷が集まり、第５の圧電体層１４１のグランド電極層１１側表面近傍には負電荷が集まる。同様に、第５の圧電体層１４１の表面に対し、α軸の負方向に沿った外力が加えられた場合、第５の圧電体層１４１の出力電極層１４２側表面近傍には負電荷が集まり、第５の圧電体層１４１のグランド電極層１１側表面近傍には正電荷が集まる。
【００７９】
第６の圧電体層１４３は、α軸の正方向に配向した第６の結晶軸ＣＡ６を有する圧電体によって構成されている。第６の圧電体層１４３の表面に対し、α軸の正方向に沿った外力が加えられた場合、圧電効果により、第６の圧電体層１４３内に電荷が誘起される。その結果、第６の圧電体層１４３の出力電極層１４２側表面近傍には正電荷が集まり、第６の圧電体層１４３のグランド電極層１１側表面近傍には負電荷が集まる。同様に、第６の圧電体層１４３の表面に対し、α軸の負方向に沿った外力が加えられた場合、第６の圧電体層１４３の出力電極層１４２側表面近傍には負電荷が集まり、第６の圧電体層１４３のグランド電極層１１側表面近傍には正電荷が集まる。
【００８０】
第５の圧電体層１４１および第６の圧電体層１４３の構成材料としては、第１の圧電体層１２１および第２の圧電体層１２３と同様の構成材料を用いることができる。また、第５の圧電体層１４１および第６の圧電体層１４３のように、層の面方向に沿った外力（せん断力）に対して電荷を生ずる圧電体層は、第１の圧電体層１２１および第２の圧電体層１２３と同様に、Ｙカット水晶により構成することができる。
【００８１】
出力電極層１４２は、第５の圧電体層１４１内および第６の圧電体層１４３内に生じた正電荷または負電荷を電荷Ｑｘ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α軸の正方向に沿った外力が加えられた場合、出力電極層１４２近傍には、正電荷が集まる。その結果、出力電極層１４２からは、正の電荷Ｑｘが出力される。一方、第５の圧電体層１４１の表面または第６の圧電体層１４３の表面にα軸の負方向に沿った外力が加えられた場合、出力電極層１４２近傍には、負電荷が集まる。その結果、出力電極層１４２からは、負の電荷Ｑｘが出力される。
【００８２】
このように、第１のセンサー１２、第２のセンサー１３、および第３のセンサー１４は、第１のセンサー１２の分極軸Ｐ１と、第２のセンサー１３の分極軸Ｐ２と、第３のセンサー１４の分極軸Ｐ３が互いに直交するように積層されている。これにより、受圧素子１０ｂは、３軸（α（Ｘ）軸、β（Ｙ）軸、γ（Ｚ）軸）に沿った外力のそれぞれに応じて３つの電荷Ｑｘ、Ｑｙ、Ｑｚを出力することができる。
【００８３】
また、第１のセンサー１２および第３のセンサー１４を構成するＹカット水晶の単位力当たりの電荷発生量は、例えば、８ｐＣ／Ｎである。第２のセンサー１３を構成するＸカット水晶の単位力当たりの電荷発生量は、例えば、４ｐＣ／Ｎである。したがって、通常、受圧素子１０ｂのγ軸に平行な外力（圧縮力）に対する感度は、受圧素子１０ｂのα軸またはβ軸に平行な外力（せん断力）に対する感度よりも低い。そのため、通常、第２のセンサー１３から出力される電荷Ｑｚは、第１のセンサー１２から出力される電荷Ｑｙおよび第３のセンサー１４から出力される電荷Ｑｘよりも小さい。
【００８４】
上述した受電素子１０ｂは、基板２０、および第一プレート３０に勘合されたロッド５０を基準に位置補正を行い、基板２０に実装することができるため、第一プレート３０と受圧素子１０ｂとの接着位置精度を向上させることができる。したがって、高精度な６軸の力成分測定ができる力検出装置１０３を提供することができる。
【００８５】
（変形例１）
図７は、変形例１に係る力検出装置の概略を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。上記実施形態１では、図１のように、第一のプレート３０に第一の凸部３１と第二の凸部３２の構成であるものとして説明したが、この構成に限定するものではない。以下、変形例１に係る力検出装置１０４について説明する。なお、実施形態１と同一の構成部位については、同一の番号を附し、重複する説明は省略する。
【００８６】
力検出装置１０４は、基板２０と、受電素子１０と、第１のロッド６１と、第２のロッド６２と、第二の凹部３４と第三の凹部３５が設けられた第一のプレート３０ａと、によって構成されている。
基板２０と第一のプレート３０ａは第１のロッド６１によって位置決めされて、組み立てられる。また、外部構造体（図示せず）は第２のロッド６２によって位置決めされ締結される。
【００８７】
以上述べたように、本変形例に係る力検出装置１０４によれば、実施形態１での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。第一の凸部３１と第二の凸部３２を削り出す工程から、第二の凹部３４と第三の凹部３５の穴を開ける工程に変わるので、作業性が向上する。
【００８８】
（実施形態４）
図８は、実施形態４に係る単腕ロボットを示す概略斜視図である。
本実施形態に係る単腕ロボットについて、図を参照して説明する。なお、実施形態４について、前述した実施形態１〜３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。
【００８９】
実施形態４に係る、前述の力検出装置１００、１０１、１０３を用いた単腕ロボット５００の概要構成について説明する。なお、本実施形態では、力検出装置１０３を用いた例で説明する。
【００９０】
図８に示すように、ロボットとしての単腕ロボット５００は、基台５１０と、アーム連結体５２０と、アーム連結体５２０の先端側に設けられたエンドエフェクタ５３０と、アーム連結体５２０とエンドエフェクタ５３０との間に設けられた実施形態３の力検出装置１０３とを有する。
【００９１】
基台５１０は、アーム連結体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。
アーム連結体５２０は、第１のアーム５２１、第２のアーム５２２、第３のアーム５２３、第４のアーム５２４、および第５のアーム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。アーム連結体５２０は、制御部の制御によって、各アームの連結部を中心に複合的に回転または屈曲することにより駆動する。
エンドエフェクタ５３０は、対象物を把持する機能を有する。エンドエフェクタ５３０は、第１の指５３１および第２の指５３２を有している。アーム連結体５２０の駆動によりエンドエフェクタ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。
【００９２】
力検出装置１０３は、力検出装置１０３に設けられた第２の凸部３２（ロッド５０）と、アーム連結体５２０、もしくはエンドエフェクタ５３０に設けられた図示しない勘合部とが勘合されることによって、単腕ロボット５００に装着されている。受圧素子１０ｂの位置決めの基準としたロッド５０を、アーム連結体５２０、もしくはエンドエフェクタ５３０と共通化させて正確な位置決めを行うことで、アーム連結体５２０、もしくはエンドエフェクタ５３０に対し正確な補正をすることができる。これにより高精度な測定ができる。
力検出装置１０３は、エンドエフェクタ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１０３が検出する６軸力を基台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１０３が検出する高精度な６軸力によって、単腕ロボット５００は、エンドエフェクタ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、アーム連結体５２０は、合計５本のアームによって構成されているが、本発明はこれに限られない。アーム連結体５２０が、１本のアームに構成されている場合、２〜４本のアームによって構成されている場合、６本以上のアームによって構成されている場合も本発明の範囲内である。
【００９３】
〈実施形態５〉
図９は、実施形態５に係る複腕ロボットを示す正面図である。
本実施形態に係る複腕ロボットについて図を参照して説明する。なお、実施形態５について、前述した実施形態１〜４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。
【００９４】
実施形態５に係る、前述の力検出装置１００、１０１、１０３を用いた複腕ロボット６００の概要構成について説明する。なお、本実施形態では、力検出装置１０３を用いた例で説明する。
【００９５】
図９に示すように、ロボットとして複腕ロボット６００は、基台６１０と、第１のアーム連結体６２０と、第２のアーム連結体６３０と、第１のアーム連結体６２０の先端側に設けられたエンドエフェクタ６４０ａと、第２のアーム連結体６３０の先端側に設けられたエンドエフェクタ６４０ｂと、第１のアーム連結体６２０とエンドエフェクタ６４０ａとの間、および第２のアーム連結体６３０とエンドエフェクタ６４０ｂとの間に設けられた実施形態３の力検出装置１０３を有する。
【００９６】
基台６１０は、第１のアーム連結体６２０および第２のアーム連結体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のアーム連結体６２０は、第１のアーム６２１および第２のアーム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のアーム連結体６３０は、第１のアーム６３１および第２のアーム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のアーム連結体６２０および第２のアーム連結体６３０は、制御部の制御によって、各アーム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。
【００９７】
エンドエフェクタ６４０ａ、６４０ｂは、対象物を把持する機能を有する。エンドエフェクタ６４０ａは、第１の指６４１ａおよび第２の指６４２ａを有している。エンドエフェクタ６４０ｂは、第１の指６４１ｂおよび第２の指６４２ｂを有している。第１のアーム連結体６２０の駆動によりエンドエフェクタ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のアーム連結体６３０の駆動によりエンドエフェクタ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。
【００９８】
力検出装置１０３は、力検出装置１０３に設けられた第２の凸部３２（ロッド５０）と、アーム連結体６２０，６３０、もしくはエンドエフェクタ６４０ａ，６４０ｂに設けられた図示しない勘合部とが勘合されることによって、複腕ロボット６００に装着されている。受圧素子１０ｂの位置決めの基準としたロッド５０を、アーム連結体６２０，６３０、もしくはエンドエフェクタ６４０ａ，６４０ｂと共通化させて正確な位置決めを行うことで、アーム連結体６２０，６３０、もしくはエンドエフェクタ６４０ａ，６４０ｂに対し正確な補正をすることができる。これにより高精度な測定ができる。
力検出装置１０３は、エンドエフェクタ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１０３が検出する６軸力を基台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１０３が検出する高精度な６軸力によって、複腕ロボット６００は、エンドエフェクタ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、アーム連結体は合計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本以上のアーム連結体を有している場合も、本発明の範囲内である。
【００９９】
〈実施形態６〉
図１０は、実施形態６に係る電子部品検査装置を示す概略斜視図であり、図１１は、実施形態６に係る電子部品運搬装置を示す概略斜視図である。
本実施形態に係る電子部品検査装置、および電子部品運搬装置について図を参照して説明する。なお、実施形態６について、前述した実施形態１〜５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。
【０１００】
実施形態６に係る、前述の力検出装置１００、１０１、１０３を用いた電子部品検査装置７００の概要構成について説明する。なお、本実施形態では、力検出装置１０３を用いた例で説明する。
【０１０１】
図１０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（Crystal LED Display）やＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）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。
【０１０２】
また、支持台７２０には、基台７１０の上流側ステージ７１２ｕおよび下流側ステージ７１２ｄと平行な方向（Ｙ方向）に移動可能にＹステージ７３１が設けられており、Ｙステージ７３１からは、基台７１０に向かう方向（Ｘ方向）に腕部７３２が延設されている。また、腕部７３２の側面には、Ｘ方向に移動可能にＸステージ７３３が設けられている。また、Ｘステージ７３３には、撮像カメラ７３４と、上下方向（Ｚ方向）に移動可能なＺステージを内蔵した電子部品搬送装置７４０が設けられている。
また、電子部品搬送装置７４０の先端側には、電子部品７１１を把持する把持部７４１が設けられている。また、電子部品搬送装置７４０の先端と、把持部７４１との間には、実施形態３の力検出装置１０３が装着されている。力検出装置１０３は、力検出装置１０３に設けられた第２の凸部３２（ロッド５０）と、図示しない勘合部とが勘合されることによって、電子部品検査装置７００に装着されている。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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
図１１は、力検出装置１０３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に接続された力検出装置１０３と、力検出装置１０３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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
力検出装置１０３は、力検出装置１０３に設けられた第２の凸部３２（ロッド５０）と、把持部７４１に設けられた図示しない勘合部とが勘合されることによって、電子部品搬送装置７４０に装着されている。受圧素子１０ｂの位置決めの基準としたロッド５０を、把持部７４１と共通化させて正確な位置決めを行うことで、把持部７４１に対し正確な補正をすることができる。これにより高精度な測定ができる。
力検出装置１０３は、把持部７４１に加えられる６軸力を検出する機能を有する。力検出装置１０３が検出する６軸力を制御装置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１０３が検出する高精度な６軸力によって、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。
また、本発明の力検出装置は上記の実施形態に限られず、振動計、加速度計、重力計、動力計、地震計または傾斜計等の各種測定機器にも適用可能であり、力検出装置を用いた各種測定機器も本発明の範囲内である。
【０１０７】
以上、本発明の力検出装置、並びに該力検出装置を用いたロボット、電子部品搬送装置および電子部品検査装置を、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。
【符号の説明】
【０１０８】
１０、１０ｂ…素子としての受圧素子、１１…グランド電極層、１２…第１のセンサー、１３…第２のセンサー、１４…第３のセンサー、２０…基板、２１…凹部、２２…第一の穴（第１の貫通孔）、３０…第一のプレート、３１…第一の凸部、３２…第二の凸部、３３…第二の穴（第２の貫通孔）、３４…第二の凹部、３５…第三の凹部、４０…第二のプレート、５０、５０ａ、５０ｂ…ロッド、６１…第１のロッド、６２…第２のロッド、１２１…第１の圧電体層、１２２…出力電極層、１２３…第２の圧電体層、１３１…第３の圧電体層、１３２…出力電極層、１３３…第４の圧電体層、１４１…第５の圧電体層、１４２…出力電極層、１４３…第６の圧電体層５００…単腕ロボット、５１０…基台、５２０…アーム連結体、５２１…第１のアーム、５２２…第２のアーム、５２３…第３のアーム、５２４…第４のアーム、５２５…第５のアーム、５３０…エンドエフェクタ、５３１…第１の指、５３２…第２の指、６００…複腕ロボット、６１０…基台、６２０…第１のアーム連結体、６２１…第１のアーム、６２２…第２のアーム、６３０…第２のアーム連結体、６３１…第１のアーム、６３２…第２のアーム、６４０ａ…第１のエンドエフェクタ、６４１ａ…第１の指、６４２ａ…第２の指、６４０ｂ…第２のエンドエフェクタ、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、ＣＡ１…第１の結晶軸、ＣＡ２…第２の結晶軸、ＣＡ３…第３の結晶軸、ＣＡ４…第４の結晶軸、ＣＡ５…第５の結晶軸、ＣＡ６…第６の結晶軸、Ｆｘ０、Ｆｙ０、Ｆｚ０…並進力成分、Ｆｘ１、Ｆｘ２、Ｆｘ３、Ｆｘ４、Ｆｙ１、Ｆｙ２、Ｆｙ３、Ｆｙ４、Ｆｚ１、Ｆｚ２、Ｆｚ３、Ｆｚ４…信号、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３…分極軸、Ｑ、Ｑｘ、Ｑｙ、Ｑｚ…電荷、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ…回転力成分。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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