【手続補正書】
【提出日】平成27年5月13日(2015.5.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基部と、
第２基部と、
前記第１基部と前記第２基部とによって挟持され、前記第１基部と前記第２基部とに加わる外力を検出する複数の圧電素子と、を備える力検出装置であって、
前記第１基部は測定対象に固定される第１取付面を含み、前記第２基部は測定対象に固定される第２取付面を含み、
前記各圧電素子は、Ｙカット水晶板で構成された第１基板と、Ｙカット水晶板で構成された第２基板とを有し、前記第１基板と前記第２基板とが平行に積層され、前記第１基板と前記第２基板との積層方向において、前記第１基板のｘ軸と前記第２基板のｘ軸とが交差し、前記第１基板のｚ軸と前記第２基板のｚ軸とが交差しており、
前記圧電素子は、前記第１取付面または前記第２取付面の法線と前記積層方向とが異なるように設置されていることを特徴とする力検出装置。
【請求項２】
前記圧電素子は、前記第１基板および前記第２基板の面内の直交する２方向と、前記２方向と直交する１方向の計３方向の外力を検出する請求項１に記載の力検出装置。
【請求項３】
前記第１基部および前記第２基部のうちの少なくとも一方の基部は、板状をなす部材で構成され、前記部材の面内の直交する２方向をＡ軸、Ｂ軸とし、前記Ａ軸および前記Ｂ軸と直交する方向をＣ軸とし、
前記圧電素子の前記部材に対する傾斜角度をθとし、
前記第１基板のｘ軸と前記Ａ軸とのなす角度をφとし、
前記第１基板のｘ軸方向に加わる力をｆｘ１、前記第２基板のｘ軸方向に加わる力をｆｘ２、としたとき、
前記Ａ軸方向の力ＦＡ、前記Ｂ軸方向の力ＦＢおよび前記Ｃ軸方向の力ＦＣは、それぞれ、下記式（１）、（２）および（３）で表される請求項１または２に記載の力検出装置。
ＦＡ＝ｆｘ１・cosφ−ｆｘ２・sinφ・・・（１）
ＦＢ＝ｆｘ１・sinφ・sinθ＋ｆｘ２・cosφ・sinθ・・・（２）
ＦＣ＝−ｆｘ１・sinφ・cosθ−ｆｘ２・cosφ・cosθ・・・（３）
【請求項４】
前記圧電素子の周りに設けられて前記圧電素子に与圧を加える与圧ネジを複数備え、
前記与圧ネジの与圧方向が、前記第１基板および前記第２基板の積層方向に平行な方向である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の力検出装置。
【請求項５】
前記第１基部および前記第２基部のうちの少なくとも一方の基部は、板状をなし、
前記各圧電素子は、前記第１基板と前記第２基板とが前記一方の基部に対して傾斜して配置されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の力検出装置。
【請求項６】
前記第１基部および前記第２基部のうちの少なくとも一方の基部は、板状をなし、
前記圧電素子は、複数設置されており、
前記複数の圧電素子には、前記一方の基部の中心軸に関して対称的に配置された前記圧電素子が含まれる請求項１ないし５のいずれか１項に記載の力検出装置。
【請求項７】
前記第１基部および前記第２基部のうちの少なくとも一方の基部は、板状をなし、
４つ以上の前記圧電素子が、前記取付面からみて前記一方の基部の中心部から離間した位置にそれぞれ配置されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の力検出装置。
【請求項８】
前記圧電素子は、Ｘカット水晶板で構成された第３基板を有する請求項１ないし７のいずれか１項に記載の力検出装置。
【請求項９】
アームと、
前記アームに設けられたエンドエフェクタと、
前記アーム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、測定対象に固定される第１取付面を含む第１基部と、測定対象に固定される第２取付面を含む第２基部と、前記第１基部と前記第２基部とによって挟持されて前記第１基部と前記第２基部とに加わる外力を検出する圧電素子と、を備え、
前記圧電素子は、Ｙカット水晶板で構成された第１基板と、Ｙカット水晶板で構成された第２基板とを有し、前記第１基板と前記第２基板とが平行に積層され、前記第１基板と前記第２基板との積層方向において、前記第１基板のｘ軸と前記第２基板のｘ軸とが交差し、前記第１基板のｚ軸と前記第２基板のｚ軸とが交差しており、
前記圧電素子は、前記第１取付面または前記第２取付面の法線方向と前記積層方向とが異なるように設置されていることを特徴とするロボット。
【請求項１０】
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、測定対象に固定できる第１取付面を有する第１基部と、測定対象に固定できる第２取付面を有する第２基部と、前記第１基部と前記第２基部とによって挟持方向に挟持され、前記第１基部と前記第２基部とに加わる外力を検出する圧電素子と、を備え、
前記圧電素子は、Ｙカット水晶板で構成された第１基板と、Ｙカット水晶板で構成された第２基板とを有し、前記第１基板と前記第２基板とが平行に積層され、前記第１基板と前記第２基板との積層方向において、前記第１基板のｘ軸と前記第２基板のｘ軸とが交差し、前記第１基板のｚ軸と前記第２基板のｚ軸とが交差しており、
前記圧電素子は、前記第１取付面または前記第２取付面の法線方向と前記積層方向とが異なるように設置されていることを特徴とする電子部品搬送装置。
【請求項１１】
第１基部と、
第２基部と、
前記第１基部と前記第２基部とによって挟持され、前記第１基部と前記第２基部とに加わる外力の成分を検出する圧電素子と、を備える力検出装置であって、
前記第１基部は測定対象に固定される第１取付面を含み、前記第２基部は測定対象に固定される第２取付面を含み、
前記圧電素子は、前記第１取付面または前記第２取付面の法線方向と異なる積層方向を有する第１基板と、第２基板とを有し、
前記第１基板による、前記法線方向と同じ第１検出方向のせん断力の検出と、前記第２基板による、前記第１検出方向と交差する第２検出方向のせん断力の検出と、から前記第１基部と前記第２基部に加わる外力を検出することを特徴とする力検出装置。
【請求項１２】
前記第１基板、前記第２基板は、Ｙカット水晶板であり、
前記第１基板の水晶結晶のｘ軸と前記第２基板の水晶結晶のｘ軸は、直交している請求項１１の力検出装置。
【請求項１３】
前記第１の挟持方向に直交する第１平面と、
前記第２の挟持方向に直交する第２平面との交線に平行な方向をＣ軸とした直交座標軸Ａ軸、Ｂ軸、Ｃ軸を座標軸とし、
前記第１基部と前記第２基部とに加わる外力を、３軸方向の外力の成分として検出する請求項１１または１２に記載の力検出装置。
【請求項１４】
前記圧電素子が２つ設置され、前記２つの圧電素子のうちの一方の圧電素子の検出方向を第１検出方向、他方の圧電素子の検出方向を第２検出方向とし、前記第１検出方向と前記第２検出方向を含む平面と前記Ａ軸と前記Ｂ軸を含む平面とのなす角度をθとし、
前記第１検出方向と前記Ａ軸とのなす角度をφとし、
前記一方の圧電素子の第１の出力をｆｘ１、前記他方の圧電素子の第２の出力をｆｘ２、とたとき、
前記Ａ軸方向の力ＦＡ、前記Ｂ軸方向の力ＦＢおよび前記Ｃ軸方向の力ＦＣは、それぞれ、下記式（１）、（２）および（３）で表される請求項１３に記載の力検出装置。
ＦＡ＝ｆｘ１・cosφ−ｆｘ２・sinφ・・・（１）
ＦＢ＝ｆｘ１・sinφ・sinθ＋ｆｘ２・cosφ・sinθ・・・（２）
ＦＣ＝−ｆｘ１・sinφ・cosθ−ｆｘ２・cosφ・cosθ・・・（３）
【請求項１５】
前記圧電素子の周りに設けられて前記圧電素子に与圧を加える与圧ネジを複数備え、
前記与圧ネジの与圧方向が、前記第１基板および前記第２基板の積層方向に平行な方向である請求項１２ないし１４のいずれか１項に記載の力検出装置。
【請求項１６】
第１基部と、
第２基部と、
前記第１基部と前記第２基部とによって挟持され、前記第１基部と前記第２基部とに加わる外力を検出する複数の圧電素子と、を備える力検出装置であって、
前記第１基部は測定対象に固定される第１取付面を含み、前記第２基部は測定対象に固定される第２取付面を含み、
前記圧電素子は、前記第１取付面または前記第２取付面の法線と、前記圧電素子の第１基板と第２基板との積層方向と、が異なるように設置され、
総重量が１ｋｇよりも軽いことを特徴とする力検出装置。
【請求項１７】
第１基部と、
第２基部と、
前記第１基部と前記第２基部とによって挟持され、前記第１基部と前記第２基部とに加わる外力を検出する複数の圧電素子と、を備える力検出装置であって、
前記第１基部は測定対象に固定される第１取付面を含み、前記第２基部は測定対象に固定される第２取付面を含み、
前記圧電素子は、前記第１取付面または前記第２取付面の法線と、前記圧電素子の第１基板と第２基板との積層方向と、が異なるように設置され、
前記各圧電素子が出力する電荷を電圧に変換する変換回路と、前記電圧から外力を演算する演算回路を前記第１基部と前記第２基部との間の空間に収納していることを特徴とする力検出装置。
【請求項１８】
前記変換回路または前記演算回路には、半導体スイッチまたはＭＥＭＳスイッチの少なくともいずれかが含まれることを特徴とする請求項１６または１７に記載の力検出装置。
【請求項１９】
前記第１基部と前記第２基部とが円形または角丸正方形の断面形状を有する収納空間を形成し、前記圧電素子のそれぞれと前記取付面の中心との距離が等しいことを特徴とする請求項１６ないし１８のいずれか１項に記載の力検出装置。
【請求項２０】
外力を検出する複数の圧電素子を有する力検出装置とロボットアームを備えたロボットであって、前記力検出装置の重量は、前記ロボットアームが搬送できる最大重量の２０％よりも軽いことを特徴とするロボット。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
（適用例３）
本発明に係わる力検出装置では、前記第１基部および前記第２基部のうちの少なくとも一方の基部は、板状をなす部材で構成され、前記部材の面内の直交する２方向をＡ軸、Ｂ軸とし、前記Ａ軸および前記Ｂ軸と直交する方向をＣ軸とし、
前記圧電素子の前記部材に対する傾斜角度をθとし、
前記第１基板のｘ軸と前記Ａ軸とのなす角度をφとし、
前記第１基板のｘ軸方向に加わる力をｆｘ１、前記第２基板のｘ軸方向に加わる力をｆｘ２、としたとき、
前記Ａ軸方向の力ＦＡ、前記Ｂ軸方向の力ＦＢおよび前記Ｃ軸方向の力ＦＣは、それぞれ、下記式（１）、（２）および（３）で表されるのが好ましい。
ＦＡ＝ｆｘ１・cosφ−ｆｘ２・sinφ・・・（１）
ＦＢ＝ｆｘ１・sinφ・sinθ＋ｆｘ２・cosφ・sinθ・・・（２）
ＦＣ＝−ｆｘ１・sinφ・cosθ−ｆｘ２・cosφ・cosθ・・・（３）
これにより、温度の変動による影響を受けにくい状態で、３次元での外力を確実に検出することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
（適用例１４）
本発明に係わる力検出装置では、前記圧電素子が２つ設置され、前記２つの圧電素子のうちの一方の圧電素子の検出方向を第１検出方向、他方の圧電素子の検出方向を第２検出方向とし、前記第１検出方向と前記第２検出方向を含む平面と前記Ａ軸と前記Ｂ軸を含む平面とのなす角度をθとし、
前記第１検出方向と前記Ａ軸とのなす角度をφとし、
前記一方の圧電素子の第１の出力をｆｘ１、前記他方の圧電素子の第２の出力をｆｘ２、としたとき、
前記Ａ軸方向の力ＦＡ、前記Ｂ軸方向の力ＦＢおよび前記Ｃ軸方向の力ＦＣは、それぞれ、下記式（１）、（２）および（３）で表されるのが好ましい。
ＦＡ＝ｆｘ１・cosφ−ｆｘ２・sinφ・・・（１）
ＦＢ＝ｆｘ１・sinφ・sinθ＋ｆｘ２・cosφ・sinθ・・・（２）
ＦＣ＝−ｆｘ１・sinφ・cosθ−ｆｘ２・cosφ・cosθ・・・（３）
これにより、力検出装置は、温度の変動による影響を受けにくい装置となり、よって、外力を正確に検出することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
（適用例１５）
本発明に係わる力検出装置では、前記圧電素子の周りに設けられて前記圧電素子に与圧を加える与圧ネジを複数備え、
前記与圧ネジの与圧方向が、前記第１基板および前記第２基板の積層方向に平行な方向であるのが好ましい。
これにより、圧電素子に剪断力が作用したとき、圧電素子を構成する基板同士の間での摩擦力が確実に生じ、よって、電荷を確実に検出することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
（適用例１６）
本発明に係わる力検出装置は、第１基部と、
第２基部と、
前記第１基部と前記第２基部とによって挟持され、前記第１基部と前記第２基部とに加わる外力を検出する複数の圧電素子と、を備える力検出装置であって、
前記第１基部は測定対象に固定される第１取付面を含み、前記第２基部は測定対象に固定される第２取付面を含み、
前記圧電素子は、前記第１取付面または前記第２取付面の法線と、前記圧電素子の第１基板と第２基板との積層方向と、が異なるように設置され、
総重量が１ｋｇよりも軽いことを特徴とする。
これにより、力検出装置の重量を、１ｋｇよりも軽くすることにより、力検出装置の重量を取り付けた手首にかかる負荷を低減させることができ、手首を駆動するアクチュエータの容量を小さくできる為、手首を小型に設計することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
（適用例１７）
本発明に係わる力検出装置は、第１基部と、
第２基部と、
前記第１基部と前記第２基部とによって挟持され、前記第１基部と前記第２基部とに加わる外力を検出する複数の圧電素子と、を備える力検出装置であって、
前記第１基部は測定対象に固定される第１取付面を含み、前記第２基部は測定対象に固定される第２取付面を含み、
前記圧電素子は、前記第１取付面または前記第２取付面の法線と、前記圧電素子の第１基板と第２基板との積層方向と、が異なるように設置され、
前記各圧電素子が出力する電荷を電圧に変換する変換回路と、前記電圧から外力を演算する演算回路を前記第１基部と前記第２基部との間の空間に収納していることを特徴とする。
これにより、演算回路を別置きではなく、内蔵化することによって、配線ケーブル等の引き回しが不要となる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
（適用例２０）
本発明に係わるロボットは、外力を検出する複数の圧電素子を有する力検出装置とロボットアームを備えたロボットであって、前記力検出装置の重量は、前記ロボットアームが搬送できる最大重量の２０％よりも軽いことを特徴とする。
これにより、力検出装置の重量は、前記ロボットアームが搬送できる最大重量の２０％よりも軽くすることにより、力検出装置を取り付けたロボットアームの制御を容易にすることができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６５】
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（図示せず）が設けられている。当該各端子は、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、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には、凸部２６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。本発明は、入力された回転速度を減じて出力する減速機と当該減速機を有するロボットハンドおよびロボットに関する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７８】
また、このような構成の力検出装置１は、総重量が１ｋｇよりも軽いものとなる。これにより、力検出装置１の重量を取り付けた手首にかかる負荷を低減させることができ、手首を駆動するアクチュエータの容量を小さくできる為、手首を小型に設計することができる。さらに、この力検出装置１の重量は、ロボットアームが搬送できる最大重量の２０％よりも軽い。これにより、力検出装置１を取り付けたロボットアームの制御を容易にすることができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９８】
また、各電荷出力素子１０に対する与圧は、２本の与圧ボルト７１により付与されている。各与圧ボルト７１と螺合する雌ネジ２４１は、第１基部２の壁部２４に設けられている。そして、第１基部２と第２基部３との間に各センサーデバイス６を挟持した状態で、与圧ボルト７１を第２基部３側から第１基部２の雌ネジ２４１に差し込むことができる。これにより、各電荷出力素子１０は、当該電荷出力素子１０を収納するパッケージ６０ごと所定の大きさの圧力、すなわち、与圧が加えられる。そして、電荷出力素子１０に剪断力が作用したとき、電荷出力素子１０を構成する層同士の間での摩擦力が確実に生じ、よって、電荷を確実に検出することができる。