(57)【要約】【課題】複数の力検出センサーをより均一に予圧することのできる力検出装置およびロボットを提供する。【解決手段】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基部との間に配置されている複数の力検出センサーと、を有し、前記第１基部は、前記力検出センサーと当接する第１当接部を有し、前記第２基部は、前記力検出センサーと当接する第２当接部を有し、前記第１当接部と前記第２当接部とは、互いにヤング率が異なっている。【選択図】図１
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【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基部との間に配置されている複数の力検出センサーと、を有し、
前記第１基部は、前記力検出センサーと当接する第１当接部を有し、
前記第２基部は、前記力検出センサーと当接する第２当接部を有し、
前記第１当接部と前記第２当接部とは、互いにヤング率が異なっていることを特徴とする力検出装置。
【請求項２】
前記力検出センサーは、前記第１当接部と前記第２当接部との間に配置されている請求項１に記載の力検出装置。
【請求項３】
前記第１基部と前記第２基部とを連結する連結部を有し、
前記第１基部と前記第２基部との並び方向から見た平面視で、前記連結部は、複数の前記力検出センサーの間に位置している請求項１または２に記載の力検出装置。
【請求項４】
前記連結部は、１つである請求項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】
前記連結部は、ネジである請求項４に記載の力検出装置。
【請求項６】
前記第１当接部の前記力検出センサーとの当接面および前記第２当接部の前記力検出センサーとの当接面は、それぞれ、前記第１基部と前記第２基部との並び方向を法線方向とする平面に対して傾斜している請求項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２当接部の前記当接面は、前記第２基部の中心を向くように傾斜し、
前記第１当接部のヤング率は、前記第２当接部のヤング率よりも小さい請求項６に記載の力検出装置。
【請求項８】
前記力検出センサーは、圧電体を有している請求項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】
前記圧電体の構成材料は、水晶である請求項８に記載の力検出装置。
【請求項１０】
前記力検出センサーは、前記圧電体に配置されている櫛歯電極を有している請求項８または９に記載の力検出装置。
【請求項１１】
前記第１基部は、第１対象物と係合する第１係合部を有し、
前記第１基部と前記第２基部との並び方向から見た平面視で、前記第１係合部は、前記力検出センサーと重なっている請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の力検出装置。
【請求項１２】
前記第２基部は、第２対象物と係合する第２係合部を有し、
前記第１基部と前記第２基部との並び方向から見た平面視で、前記第２係合部は、前記力検出センサーと重なっている請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の力検出装置。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の力検出装置を有することを特徴とするロボット。
【請求項１４】
前記ロボットは、基部と、前記基部に対して回動可能なアームと、を有し、
前記力検出装置は、前記第２基部が前記アームの基端側に位置し、前記第１基部が前記アームの先端側に位置するように前記アームに固定され、
前記第１当接部のヤング率は、前記第２当接部のヤング率よりも小さい請求項１３に記載のロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
例えば、受けた力を検出する力検出装置として、特許文献１に記載の力検出装置が知られている。特許文献１に記載の力検出装置は、一対の基板と、この一対の基板に挟持された３つの圧電式の荷重センサーとを有している。また、一対の基板は、３本のボルトによって固定されており、各ボルトは、荷重センサーを貫通するように設けられている。なお、各ボルトは、一対の基板を連結すると共に、その間にある荷重センサーを予圧する機能を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３７８６０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、このような力検出センサーでは、ボルトを３本用いて各荷重センサーを予圧しているため、装置の大型化を招くおそれがある。そこで、小型化を図るために、例えば、一対の基板の中央部に１本のボルトを設け、この１本のボルトで各荷重センサーを予圧する構成を考えることもできる。しかしながら、このような構成では、３つの荷重センサーを均等に予圧することが困難となる。
【０００５】
本発明の目的は、複数の力検出センサーをより均一に予圧することのできる力検出装置およびロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
【０００７】
本発明の力検出装置は、第１基部と、
第２基部と、
前記第１基部と前記第２基部との間に配置されている複数の力検出センサーと、を有し、
前記第１基部は、前記力検出センサーと当接する第１当接部を有し、
前記第２基部は、前記力検出センサーと当接する第２当接部を有し、
前記第１当接部と前記第２当接部とは、互いにヤング率が異なっていることを特徴とする。
このような構成とすることで、例えば、第１基部および第２基部で各力検出センサーを挟み込んで、各力検出センサーを予圧する構成とした場合に、各力検出センサーをより均等に予圧することができる。そのため、高い力検出特性を有する力検出装置が得られる。
【０００８】
本発明の力検出装置では、前記力検出センサーは、前記第１当接部と前記第２当接部との間に配置されていることが好ましい。
これにより、第１当接部と第２当接部とで力検出センサーを挟み込むことができ、より確実かつ効率的に力検出センサーを予圧することができる。
【０００９】
本発明の力検出装置では、前記第１基部と前記第２基部とを連結する連結部を有し、
前記第１基部と前記第２基部との並び方向から見た平面視で、前記連結部は、複数の前記力検出センサーの間に位置していることが好ましい。
これにより、連結部によって、複数の力検出センサーをまとめて予圧することができる。そのため、連結部の数を少なくすることができ、その分、力検出装置の小型化を図ることができる。
【００１０】
本発明の力検出装置では、前記連結部は、１つであることが好ましい。
これにより、力検出装置のさらなる小型化を図ることができる。
【００１１】
本発明の力検出装置では、前記連結部は、ネジであることが好ましい。
これにより、ネジの締め込み量によって力検出センサーに加わる予圧の大きさを調整することができる。そのため、予圧の調整が容易となる。
【００１２】
本発明の力検出装置では、前記第１当接部の前記力検出センサーとの当接面および前記第２当接部の前記力検出センサーとの当接面は、それぞれ、前記第１基部と前記第２基部との並び方向を法線方向とする平面に対して傾斜していることが好ましい。
これにより、力検出装置の小型化を図ることができる。
【００１３】
本発明の力検出装置では、前記第２当接部の前記当接面は、前記第２基部の中心を向くように傾斜し、
前記第１当接部のヤング率は、前記第２当接部のヤング率よりも小さいことが好ましい。
これにより、ヤング率の小さい第１当接部を第１基部の中心（連結部）により近づけて配置することができる。そのため、連結部による押圧力を効率的に各力検出センサーに伝達することができ、各力検出センサーを効率的に予圧することができる。
【００１４】
本発明の力検出装置では、前記力検出センサーは、圧電体を有していることが好ましい。
これにより、力検出センサーの構成がより簡単となり、また、より精度よく、受けた力を検出することができる。
【００１５】
本発明の力検出装置では、前記圧電体の構成材料は、水晶であることが好ましい。
これにより、力検出センサーは、他の圧電体を用いた場合と比較して、良好な温度特性、高い機械的強度（剛性、耐荷重性）、高いダイナミックレンジを発揮することができる。そのため、受けた力を、より広い範囲で、かつ、より高精度に検出することができる。
【００１６】
本発明の力検出装置では、前記力検出センサーは、前記圧電体に配置されている櫛歯電極を有していることが好ましい。
これにより、力検出センサーをＳＡＷ共振子として用いることができる。そのため、例えば、力検出センサーに励起される弾性表面波の周波数（ＳＡＷ共振子の共振周波数）の変化に基づいて、外力を検出することができる。
【００１７】
本発明の力検出装置では、前記第１基部は、第１対象物と係合する第１係合部を有し、
前記第１基部と前記第２基部との並び方向から見た平面視で、前記第１係合部は、前記力検出センサーと重なっていることが好ましい。
これにより、第１基部と第１対象物とを力検出センサーのより近傍で固定することができる。そのため、第１対象物が受けた力を、第１基部を介して力検出センサーに効率的に伝達することができる。そのため、力検出特性をより向上させることができる。
【００１８】
本発明の力検出装置では、前記第２基部は、第２対象物と係合する第２係合部を有し、
前記第１基部と前記第２基部との並び方向から見た平面視で、前記第２係合部は、前記力検出センサーと重なっていることが好ましい。
これにより、第２基部と第２対象物とを力検出センサーのより近傍で固定することができる。そのため、第２対象物が受けた力を、第２基部を介して力検出センサーに効率的に伝達することができる。そのため、力検出特性をより向上させることができる。
【００１９】
本発明のロボットは、本発明の力検出装置を有することを特徴とする。
これにより、信頼性の高いロボットが得られる。
【００２０】
本発明のロボットでは、前記ロボットは、基部と、前記基部に対して回動可能なアームと、を有し、
前記力検出装置は、前記第２基部が前記アームの基端側に位置し、前記第１基部が前記アームの先端側に位置するように前記アームに固定され、
前記第１当接部のヤング率は、前記第２当接部のヤング率よりも小さいことが好ましい。
これにより、第１基部に加わる重量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る力検出装置を示す断面図である。
【図２】図１に示す力検出装置を第１、第２対象物に接続した状態を示す断面図である。
【図３】図１に示す力検出装置の分解斜視図である。
【図４】図１に示す力検出装置が有する力検出センサーを示す部分拡大断面図である。
【図５】図４に示す力検出センサーが有する力検出センサー素子を示す断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る力検出装置を示す断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る力検出装置が有する力検出センサーを示す断面図である。
【図８】図７に示す力検出センサーが有する力検出センサー素子を示す斜視図である。
【図９】力検出装置の分解斜視図である。
【図１０】図８に示す力検出センサー素子の変形例を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第４実施形態に係るロボットを示す斜視図である。
【図１２】図１１に示すロボットの部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の力検出装置およびロボットを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る力検出装置を示す断面図である。図２は、図１に示す力検出装置を第１、第２対象物に接続した状態を示す断面図である。図３は、図１に示す力検出装置の分解斜視図である。図４は、図１に示す力検出装置が有する力検出センサーを示す部分拡大断面図である。図５は、図４に示す力検出センサーが有する力検出センサー素子を示す断面図である。以下では、説明の便宜上、図１なしい図５中の上側を「上」とも言い、下側を「下」とも言う。また、各図に示すように、以下では、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とし、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」ともいう。
【００２４】
図１に示す力検出装置１は、Ｘ軸方向の並進力成分、Ｙ軸方向の並進力成分、Ｚ軸方向の並進力成分、Ｘ軸まわりの回転力成分、Ｙ軸まわりの回転力成分、Ｚ軸まわりの回転力成分をそれぞれ検出することができる。
【００２５】
図１に示すように、力検出装置１は、第１基部としての第１プレート４１と、第２基部としての第２プレート４２と、第１プレート４１と第２プレート４２との間に配置されている複数の力検出センサー２と、を有している。また、第１プレート４１は、力検出センサー２と当接する第１当接部４１２を有し、第２プレート４２は、力検出センサー２と当接する第２当接部４２２を有している。そして、第１当接部４１２と第２当接部４２２とは、互いにヤング率（縦弾性係数）が異なっている。なお、本実施形態では、第１当接部４１２のヤング率が第２当接部４２２のヤング率よりも小さくなっている。
【００２６】
このような構成とすることで、例えば、第１プレート４１および第２プレート４２で各力検出センサー２を挟み込んで、各力検出センサー２を予圧する構成とした場合に、各力検出センサー２をより均等に予圧することができる。具体的には、製造バラつき等によって、複数の力検出センサー２の間に寸法バラつきが生じる可能性がある。そのため、設計値よりも寸法が大きい力検出センサー２は、予圧が過剰となり、反対に、設計値よりも寸方が小さい力検出センサー２は、予圧が足りなくなる事態が生じうる。そこで、本実施形態のような構成とすると、第１当接部４１２が変形することで、過剰な予圧が吸収され、力検出センサー２に過剰な予圧（押圧力）が加わることを抑制することができる。このようにして力検出センサー２が過剰に予圧されることを抑制することができるため、例えば、第１当接部４１１および第２当接部４２２のヤング率が等しい構成に対して、第１プレート４１と第２プレート４２とで各力検出センサー２をより強く挟み込むことができる。その結果、予圧過剰な力検出センサー２の発生を抑止しつつ、予圧不足な力検出センサー２の発生も抑制することができる。したがって、各力検出センサー２に適度な予圧を与えることができ、前述したように、各力検出センサー２をより均等に予圧することができる。そのため、より力検出精度の高い力検出装置１となる。また、予圧過剰な力検出センサー２の発生を抑制することができることから、力検出センサー２の破損を抑制でき、より機械的強度および信頼性の高い力検出装置１となる。
【００２７】
以下、このような力検出装置１について詳細に説明する。図１に示すように、力検出装置１は、力検出センサー２と、力検出センサー２をＺ軸方向に挟んで配置された第１プレート４１および第２プレート４２と、第２プレート４２に配置され、各力検出センサー２を位置決めする位置決め部６と、第１プレート４１と第２プレート４２とを連結する連結部としての予圧ボルト５と、を有している。また、予圧ボルト５によって、各力検出センサー２が予圧されている。
【００２８】
このような力検出装置１は、例えば、図２に示すように、第１プレート４１に第１対象物８１を固定し、第２プレート４２に第２対象物８２を固定した状態で使用される。そして、力検出装置１は、第１対象物８１が受けた力や、第２対象物８２が受けた力を検出できるようになっている。
【００２９】
図３に示すように、第１プレート４１および第２プレート４２は、Ｚ軸方向に重なって配置され、それぞれ、円形の平面視形状を有している。また、本実施形態では、力検出センサー２が４つ設けられており、これら４つの力検出センサー２は、Ｚ軸方向から見た平面視（第１プレート４１と第２プレート４２との並び方向から見た平面視）で、第１、第２プレート４１、４２の中心と同心的な円周上に沿って等間隔（すなわち９０°間隔）に離間して設けられている。なお、第１、第２プレート４１、４２の平面視形状は、特に限定されず、例えば、四角形や、それ以外の多角形であってもよい。また、力検出センサー２の数としては、複数であれば４つに限定されず、２つまたは３つであってもよいし、５つ以上であってもよい。また、複数の力覚センサー２は、円周方向に異なる間隔で配置されていてもよい。
【００３０】
各力検出センサー２は、互いに直交する３軸（ａ軸、ｂ軸およびｃ軸）に沿って加えられた外力のそれぞれに応じて３つの電荷Ｑａ、Ｑｂ、Ｑｃを出力する機能を有している。図４に示すように、各力検出センサー２は、力検出センサー素子２０と、力検出センサー素子２０を収納するパッケージ３とを有している。
【００３１】
図５に示すように、力検出センサー素子２０は、グランドに接地された４つのグランド電極層２１と、ｂ軸に平行な外力（せん断力）に応じて電荷Ｑｂを出力する第１センサー２２と、ｃ軸に平行な外力（圧縮／引張力）に応じて電荷Ｑｃを出力する第２センサー２３と、ａ軸に平行な外力（せん断力）に応じて電荷Ｑａを出力する第３センサー２４とを有している。そして、グランド電極層２１と各センサー２２、２３、２４が交互に積層されている。
【００３２】
第１センサー２２は、ｂ軸の負方向に配向した第１結晶軸ＣＡ１を有する第１圧電体層２２１と、Ｙ軸の正方向に配向した第２結晶軸ＣＡ２を有する第２圧電体層２２３と、第１圧電体層２２１と第２圧電体層２２３との間に設けられ、電荷Ｑｂを出力する出力電極層２２２とを有している。なお、第１圧電体層２２１および第２圧電体層２２３は、例えば、Ｙカット水晶板で構成することができる。
【００３３】
第２センサー２３は、ｃ軸の正方向に配向した第３結晶軸ＣＡ３を有する第３圧電体層２３１と、ｃ軸の負方向に配向した第４結晶軸ＣＡ４を有する第４圧電体層２３３と、第３圧電体層２３１と第４圧電体層２３３との間に設けられ、電荷Ｑｃを出力する出力電極層２３２とを有している。なお、第３圧電体層２３１および第４圧電体層２３３は、例えば、Ｘカット水晶板で構成することができる。
【００３４】
第３センサー２４は、ａ軸の負方向に配向した第５結晶軸ＣＡ５を有する第５圧電体層２４１と、ａ軸の正方向に配向した第６結晶軸ＣＡ６を有する第６圧電体層２４３と、第５圧電体層２４１と第６圧電体層２４３との間に設けられ、電荷Ｑａを出力する出力電極層２４２とを有している。なお、第５圧電体層２４１および第６圧電体層２４３は、例えば、Ｙカット水晶板で構成することができる。
【００３５】
力検出装置１では、各力検出センサー素子２０から出力された電荷Ｑａ、Ｑｂ、Ｑｃに基づいて、Ｘ軸方向の並進力成分、Ｙ軸方向の並進力成分、Ｚ軸方向の並進力成分、Ｘ軸まわりの回転力成分、Ｙ軸まわりの回転力成分、Ｚ軸まわりの回転力成分を検出することができる。
【００３６】
なお、本実施形態では、ｃ軸方向の力に応じた電荷Ｑｃを出力する第２センサー２３を有しているが、第２センサー２３を省略してもよい。これは、第２センサー２３からの出力（電荷Ｑｃ）を用いなくても、すなわち、第１センサー２２からの出力（電荷Ｑａ）および第３センサー２４からの出力（電荷Ｑｂ）から、Ｘ軸方向の並進力成分、Ｙ軸方向の並進力成分、Ｚ軸方向の並進力成分、Ｘ軸まわりの回転力成分、Ｙ軸まわりの回転力成分、Ｚ軸まわりの回転力成分の全てを検出することができるためである。このように、第２センサー２３を省略することで、力検出センサー素子２０の小型化（薄型化）を図ることができる。
【００３７】
以上、力検出センサー素子２０について説明した。前述したように、力検出センサー素子２０は、第１圧電体層２２１、第２圧電体層２２３、第３圧電体層２３１、第４圧電体層２３３、第５圧電体層２４１および第６圧電体層２４３を有している。すなわち、力検出センサー２（力検出センサー素子２０）は、圧電体を有している。これにより、力検出センサー２（力検出センサー素子２０）の構成がより簡単となり、また、より精度よく、受けた力を検出することができる。特に、本実施形態では、圧電体（第１圧電体層２２１、第２圧電体層２２３、第３圧電体層２３１、第４圧電体層２３３、第５圧電体層２４１および第６圧電体層２４３）の構成材料は、水晶である。これにより、力検出センサー２（力検出センサー素子２０）は、他の圧電体を用いた場合と比較して、良好な温度特性、高い機械的強度（剛性、耐荷重性）、高いダイナミックレンジを発揮することができる。そのため、受けた力を、より広い範囲で、かつ、より高精度に検出することができる。よって、より優れた検出特性を発揮することのできる力検出センサー２となる。
【００３８】
なお、圧電体（第１圧電体層２２１、第２圧電体層２２３、第３圧電体層２３１、第４圧電体層２３３、第５圧電体層２４１および第６圧電体層２４３）の構成材料は、水晶に限定されず、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７）、ランガサイト（Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）、リン酸ガリウム（ＧａＰＯ４）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ、Ｚｎ２Ｏ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、チタン酸鉛（ＰｂＰＯ３）、ニオブ酸ナトリウムカリウム（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３）、ビスマスフェライト（ＢｉＦｅＯ３）、ニオブ酸ナトリウム（ＮａＮｂＯ３）、チタン酸ビスマス（Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２）、チタン酸ビスマスナトリウム（Ｎａ０．５Ｂｉ０．５ＴｉＯ３）等の、水晶以外の材料を用いてもよい。
【００３９】
図４に示すように、パッケージ３は、凹部３１１を有するベース３１と、凹部３１１の開口を覆うようにベース３１の上面に接合された板状のリッド３２とを有している。そして、ベース３１を第１プレート４１側に向けると共に、リッド３２を第２プレート４２側に向けて、第１、第２プレート４１、４２の間に挟み込まれている。
【００４０】
また、パッケージ３の内側には気密な収納空間Ｓが形成されており、この収納空間Ｓに力検出センサー２が収納されている。収納空間Ｓの雰囲気としては、特に限定されないが、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム等の希ガスが充填されていることが好ましい。これにより、収納空間Ｓの雰囲気が安定し、電極の劣化、腐食等を抑制することができる。なお、収納空間Ｓは、減圧（好ましくは真空）状態となっていてもよい。
【００４１】
また、ベース３１の底部の中央部であって、平面視で力検出センサー素子２０と重なる領域には、凹部３１２が設けられている。この凹部３１２は、第１プレート４１の第１当接部４１２と当接（接触）する部分であり、パッケージ３に対して第１当接部４１２を位置決めするための位置決め部としても機能する。
【００４２】
ベース３１の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、酸化アルミニウム（アルミナ）、酸化ジルコニウム（ジルコニア）等の各種セラミックスを用いることができる。なお、例えば、ベース３１の底部（力検出センサー素子２０が載置されている板状の部分）と、ベース３１の側壁部（底部の外縁部から立設された部分）と、を異なる材料で構成してもよい。この場合、例えば、底部をステンレス鋼、コバール、銅、鉄、炭素鋼等の各種金属材料で構成し、側壁部を各種セラミックスで構成することができる。例えば、底部の構成材料としては、セラミックスと熱膨張係数の近いコバール等の合金とするのが好ましい。これにより、パッケージ３に熱歪みが発生し難くなり、力検出センサー素子２０に不要な応力（予圧および検出すべき力以外の外力）が加わることを低減することができる。
【００４３】
また、ベース３１には、収納空間Ｓの内外を繋ぐ端子３１３が設けられている。そして、接続部３１４を介して端子３１３と力検出センサー素子２０とが電気的に接続されている。接続部３１４としては、特に限定されないが、例えば、Ａｇペースト、Ｃｕペースト、Ａｕペースト等の導電性ペーストを用いることができる。
【００４４】
また、リッド３２は、中央部に位置し、力検出センサー２と接している中央部３２１と、外縁部に位置し、ベース３１と接合する外縁部３２２と、中央部３２１と外縁部３２２との間に位置し、これらを接続するテーパー状の接続部３２３とを有している。また、中央部３２１は、外縁部３２２から突出して設けられている。また、中央部３２１のみが第２プレート４２の第２当接部４２２と接触し、外縁部３２２および接続部３２３は、第２当接部４２２と接触していない（離間している）。これにより、より確実かつ効率的に、力Ｆｚを力検出センサー素子２０に伝えることができる。
【００４５】
リッド３２の構成材料としては、特に限定されないが、ベース３１の構成材料と線膨張係数が近似する部材であると良い。例えば、ベース３１の構成材料を前述のようなセラミックスとした場合には、リッド３２の構成材料を金属材料（例えばコバール等の合金）とするのが好ましい。これにより、パッケージ３に熱歪みが発生し難くなり、力検出センサー素子２０に不要な応力（予圧および検出すべき力以外の外力）が加わることを低減することができる。そのため、より力検出精度の高い力検出装置１となる。
【００４６】
以上、力検出センサー２について説明した。なお、力検出センサー２の構成は、特に限定されず、例えば、パッケージ３を省略してもよい。
【００４７】
図１に示すように、第１プレート４１および第２プレート４２は、力検出センサー２を間に挟んでＺ軸方向に重なって設けられている。
【００４８】
第１プレート４１は、力検出センサー２の上側（Ｚ軸方向のプラス側）に位置している。また、第１プレート４１は、ベース４１１と、ベース４１１から下方（第２プレート４２側）へ突出する第１当接部４１２および第１突出部４１３と、を有している。なお、ベース４１１、第１当接部４１２および第１突出部４１３は、一体形成されている。
【００４９】
ベース４１１は、円板状をなし、その中央部に第１突出部４１３が設けられている。また、ベース４１１の中央部には、ベース４１１の上面と第１突出部４１３の下面とを貫通し、予圧ボルト５を挿通するための貫通孔４１４が形成されている。また、貫通孔４１４は、深さ方向の途中で縮径しており、予圧ボルト５の頭部５１が引っ掛かるようになっている。本実施形態のように、第１突出部４１３を設けることで、予圧ボルト５の周囲の第１プレート４１の剛性を高めることができる。
【００５０】
また、第１当接部４１２は、ベース４１１の中心と同心的な円周上に互いに等間隔に離間して４つ設けられている。また、４つの第１当接部４１２は、Ｚ軸方向から見た平面視で、４つの力検出センサー２と重なるように設けられている。また、４つの第１当接部４１２は、それぞれ、第１突出部４１３と連結している。
【００５１】
また、各第１当接部４１２は、ベース４１１から突出する基部４１２１と、基部４１２１から力検出センサー２に向けて突出する突出部４１２２とを有している。そして、突出部４１２２において力検出センサー２（ベース３１）と当接（接触）している。また、各第１当接部４１２の力検出センサー２との当接面４１２ａは、Ｚ軸を法線方向とする平面（ＸＹ平面）に対して傾斜している。具体的には、各当接面４１２ａは、第１プレート４１の径方向の外側（中心と反対側）を向くように傾斜している。
【００５２】
図４に示すように、各第１当接部４１２の当接面４１２ａは、パッケージ３のリッド３２の凹部３２１と接触している。前述したように、凹部３２１は、力検出センサー素子２０と重なって配置されているため、当接面４１２ａを凹部３２１に当接させることで、力検出センサー素子２０をより確実かつ好適に予圧することができる。特に、本実施形態では、当接面４１２ａは、凹部３２１以外の部分と接触していないため、上述した効果がより顕著となる。
【００５３】
また、図２に示すように、第１プレート４１は、ベース４２１に設けられ、第１対象物８１と係合する第１係合部４１５を有している。第１係合部４１５の構成としては、第１対象物８１と係合することができれば、特に限定されないが、本実施形態では、上面側に開放するネジ穴４１６で構成されている。また、ネジ穴４１６は、４つ設けられており、第１プレート４１の中心と同心的な円周上に沿って等間隔で配置されている。また、Ｚ軸方向（第１プレート４１と第２プレート４２との並び方向）から見た平面視で、各第１係合部４１５（ネジ穴４１６）は、力検出センサー２と重なって配置されている。このような構成とすることで、第１プレート４１と第１対象物８１とを力検出センサー２のより近傍で固定することができるため、第１対象物８１が受けた力を、第１プレート４１を介して力検出センサー２に効率的に伝達することができる。そのため、力検出特性をより向上させることができる。
【００５４】
第２プレート４２は、力検出センサー２の下側（Ｚ軸方向のマイナス側）に位置している。また、第２プレート４２は、ベース４２１と、ベース４２１から上方（第１プレート４１側）へ突出する第２当接部４２２および第２突出部４２３と、を有している。なお、ベース４２１、第２当接部４２２および第２突出部４２３は、一体形成されている。
【００５５】
ベース４２１は、円板状をなし、その中央部に第２突出部４２３が設けられている。また、第２突出部４２３には、予圧ボルト５が係合（螺合）するネジ穴４２４が形成されている。ネジ穴４２４に予圧ボルト５が螺合することで、第１プレート４１と第２プレート４２とが連結され、さらには、第１プレート４１と第２プレート４２との間に各力検出センサー２が挟まれることで、各力検出センサー２が予圧される。本実施形態のように、第２突出部４２３を設けることで、予圧ボルト５の周囲の第２プレート４２の剛性を高めることができる。また、第２突出部４２３の先端部は、第１プレート４１の貫通孔４１４内に挿入されている。これにより、第２プレート４２に対する第１プレート４１の位置決めを容易に行うことができる。
【００５６】
また、第２当接部４２２は、ベース４２１の中心と同心的な円周上に互いに等間隔に離間して４つ設けられている。これら４つの第２当接部４２２は、Ｚ軸方向から見た平面視で、４つの力検出センサー２と重なるように設けられている。そして、各第２当接部４２２の上面が力検出センサー２（リッド３２）と当接（接触）する当接面４２２ａとなっている。また、各当接面４２２ａは、Ｚ軸を法線方向とする平面（ＸＹ平面）に対して傾斜している。具体的には、各当接面４２２ａは、第２プレート４２の中心を向くように傾斜している。また、各当接面４２２ａは、対応する当接面４１２ａとほぼ平行となっている。
【００５７】
また、４つの第２当接部４２２は、それぞれ、第２突出部４２３と離間して配置されている。そして、各第２当接部４２２と第２突出部４２３との間には、位置決め部６を配置するためのスペースが確保されている。
【００５８】
また、図２に示すように、第２プレート４２は、ベース４２１に設けられ、第２対象物８２と係合する第２係合部４２５を有している。第２係合部４２５の構成としては、第２対象物８２と係合することができれば、特に限定されないが、本実施形態ではネジ穴４２６で構成されている。これにより、第２係合部４２５の構成がより簡単なものとなる。また、第２係合部４２５は、４つ設けられており、第２プレート４２の中心と同心的な円周上に沿って等間隔で配置されている。また、Ｚ軸方向（第１プレート４１と第２プレート４２との並び方向）から見た平面視で、各第２係合部４２５は、力検出センサー２と重なって配置されている。このような構成とすることで、第２プレート４２と第２対象物８２とを力検出センサー２のより近傍で固定することができるため、第２対象物８２が受けた力を、第２プレート４２を介して力検出センサー２に効率的に伝達することができる。そのため、力検出特性をより向上させることができる。
【００５９】
前述したように、第１当接部４１２のヤング率と第２当接部４２２のヤング率とは、互いに異なっている。特に、本実施形態では、第１当接部４１２のヤング率が第２当接部４２２のヤング率よりも小さくなっている。そのため、予圧ボルト５によって、各力検出センサー２をより均等に予圧することができる。これにより、より力検出精度の高い力検出装置１となる。なお、本実施形態とは逆に、第１当接部４１２のヤング率が第２当接部４２２のヤング率よりも大きくてもよい。このような関係によっても、本実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００６０】
第１当接部４１２（第１、第２当接部４１２、４２２のヤング率が小さい方）のヤング率としては、特に限定されないが、例えば、力検出センサー素子２０が水晶（ヤング率＝７６〜９８ＧＰａ）の場合であれば、１０ＧＰａ以上、１２０ＧＰａ以下であることが好ましく、６０ＧＰａ以上、１００ＧＰａ以下であることがより好ましい。これにより、第１当接部４１２の機械的強度（剛性）を比較的高く維持しつつ、より効果的に、第１当接部４１２が適度に変形して過度な予圧を緩和することができる。
【００６１】
第２当接部４２２（第１、第２当接部４１２、４２２のヤング率が大きい方）のヤング率としては、特に限定されないが、例えば、１５０ＧＰａ以上、２５０ＧＰａ以下であることが好ましく、１９０ＧＰａ以上、２２０ＧＰａ以下であることがより好ましい。これにより、第２当接部４２２の機械的強度（剛性）を十分に高くすることができ、第２当接部４２２の変形を抑制することができる。
【００６２】
このような第１プレート４１および第２プレート４２の構成材料としては、特に限定されず、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、金、白金、銀、銅、マンガン、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、鉛、錫、チタン、タングステン等の各種金属、またはこれらのうちの少なくとも１種を含む合金または金属間化合物、さらには、これらの金属の酸化物、窒化物、炭化物等が挙げられる。具体的な例を挙げると、例えば、第１プレート４１をアルミニウム系合金とし、第２プレート４２を鉄系合金（鋼）とすることができる。特に、第２プレート４２は、鉄系合金に対して焼入れ、焼なまし等の処理を施したものを用いることが好ましい。これにより、残留応力を除去することができると共に、疲労強度を向上させることができる。
【００６３】
以上、第１、第２プレート４１、４２について説明した。上述したように、各力検出センサー２は、第１当接部４１２と第２当接部４２２との間に配置されている。これにより、第１当接部４１２と第２当接部４２２とで力検出センサー２を挟み込むことができ、より確実かつ効率的に力検出センサー２を予圧することができる。なお、本実施形態では、各第１当接部４１２の当接面４１２ａが力検出センサー２と接触しているが、例えば、各当接面４１２ａと力検出センサー２との間に、中間部材や、これらを接合するための接合材等が介在していてもよい。第２当接部４２２の当接面４２２ａについても同様である。
【００６４】
特に、前述したように、本実施形態では、第１プレート４１の力検出センサー２との当接面４１２ａおよび第２プレート４２の力検出センサー２との当接面４２２ａは、それぞれ、Ｚ軸方向（第１プレート４１と第２プレート４２との並び方向）を法線方向とする平面（ＸＹ平面）に対して傾斜している。これにより、各力検出センサー２をＸＹ平面に対して傾けて配置することができるため、力検出装置１のＸＹ面内方向の広がりを抑えることができる。そのため、力検出装置１の小型化を図ることができる。なお、各力検出センサー２のＸＹ平面に対する傾き（図１中のθ）としては、特に限定されないが、３０°以上、６０°以下であることが好ましく、４０°以上、５０°以下であることがより好ましく、４５°であることがさらに好ましい。なお、このθは、各力検出センサー２で、それぞれ同一であるのが好ましい。
【００６５】
また、前述したように、本実施形態では、第２プレート４２の当接面４２２ａは、第２プレート４２の中心を向くように傾斜し、第１プレート４１の当接面４１２ａは、第１プレート４１の外側（中心と反対側）を向くように傾斜している。また、第１当接部４１２のヤング率は、第２当接部４２２のヤング率よりも小さい。このような構成とすることで、ヤング率の小さい第１当接部４１２を第１プレート４１の中心（すなわち、予圧ボルト５）により近づけて配置することができる。そのため、予圧ボルト５による押圧力を効率的に各力検出センサー２に伝達することができ（第１プレート４１の変形による押圧力の吸収を抑制することができ）、各力検出センサー２を効率的に予圧することができる。
【００６６】
また、力検出装置１は、第１プレート４１と第２プレート４２とを連結する連結部としての予圧ボルト５を有している。また、予圧ボルト５は、その頭部５１が第１プレート４１側となるように配置され、予圧ボルト５のネジ部５２が第２プレート４２のネジ穴４２４に螺合している。そして、予圧ボルト５により、各力検出センサー２にＺ軸方向の圧力が加えられている。すなわち、各力検出センサー２は、予圧ボルト５によって予圧されている。このように、力検出センサー２を予圧することで、例えば、予圧しない場合と比較して、力検出装置１の応答性が向上する。
【００６７】
また、Ｚ軸方向から見た平面視（第１プレート４１と第２プレート４２との並び方向から見た平面視）で、予圧ボルト５は、４つの力検出センサー２の間に位置している。より具体的には、Ｚ軸方向から見た平面視で、予圧ボルト５は、第１プレート４１および第２プレート４２の中央部同士を連結し、予圧ボルト５の周囲（予圧ボルト５の中心軸と同心的な円周上）に沿って４つの力検出センサー２が配置されている。また、予圧ボルト５との離間距離は、４つの力検出センサー２で互いにほぼ等しくなっている。予圧ボルト５をこのように配置することで、１つの予圧ボルト５で、４つの力検出センサー２をまとめて（ほぼ均等に）予圧することができる。そのため、予圧ボルト５の数を少なくすることができ、その分、力検出装置１の小型化を図ることができる。また、予圧ボルト５の数が少ないことから、予圧の調整の作業も容易となる。
【００６８】
特に、本実施形態では、予圧ボルト５は、１つである。そのため、上述した効果がより顕著となり、さらなる小型化を図ることができる。また、本実施形態では、連結部は、予圧ボルト５（ネジ）である。そのため、予圧ボルト５の締め込み量によって力検出センサー２に加わる予圧の大きさを調整することができる。これにより、予圧の調整が容易となる。なお、予圧の大きさは、特に限定されず、力検出センサー２の強度等に応じて適宜設定することができるが、例えば、各力検出センサー２に対して３００Ｎ以上、７００Ｎ以下（より好ましくは５００Ｎ程度）であることが好ましい。また、予圧ボルト５の数や配置は、力検出センサー２を予圧することができれば、特に限定されない。また、連結部の構成としては、力検出センサー２を予圧することができれば、予圧ボルト５（ネジ）に限定されない。
【００６９】
図３に示すように、位置決め部６は、環状をなしている。また、図１に示すように、位置決め部６は、第２プレート４２の第２突出部４２３に挿入されていると共に、第２突出部４２３と第２当接部４２２との間のスペースに配置されている。また、位置決め部６は、その外周部に配置された４つの当接部６１を有している。これら４つの当接部６１は、４つの力検出センサー２に対応して設けられており、各当接部６１に、対応する力検出センサー２（例えばパッケージ３の側面）を当接させることで、第２プレート４２に対する力検出センサー２の位置決めを行うことができる。
【００７０】
このような位置決め部６の構成材料としては、特に限定されず、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、金、白金、銀、銅、マンガン、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、鉛、錫、チタン、タングステン等の各種金属、またはこれらのうちの少なくとも１種を含む合金または金属間化合物、さらには、これらの金属の酸化物、窒化物、炭化物や、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフロロエチレン、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリアセタール、ポリカーボネイト、ポリフェニレンスルファイド、ポリエーテルエーテルケトンなどの合成樹脂等が挙げられる。
【００７１】
＜第２実施形態＞
図６は、本発明の第２実施形態に係る力検出装置を示す断面図である。
【００７２】
本実施形態に係る力検出装置１は、主に、第１プレート４１の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の力検出装置１と同様である。
【００７３】
なお、以下の説明では、第２実施形態の力検出装置１に関し、前述した第１実施形態の力検出装置１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。また、図６では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
【００７４】
図６に示すように、本実施形態の力検出装置１では、各第１当接部４１２は、ベース４１１から下側へ突出する基部４１２１と、基部４１２１から力検出センサー２に向けて突出する突出部４１２２とを有している。また、基部４１２１と突出部４１２２とは、別体（異なる構成材料）で構成されている。本実施形態では、ベース４１１、第１突出部４１３および基部４１２１を一体で構成する第１部材４１Ａと、突出部４１２２を構成する第２部材４１Ｂとを有し、第２部材４１Ｂと第１部材４１Ａとが接合することで第１プレート４１が構成されている。なお、第１部材４１Ａと第２部材４１Ｂとの接合方法としては、特に限定されない。このように、少なくとも当接面４１２ａを含む部分とベース４１１を含む部分とを別体とすることで、これらを異なる材料で構成することができ、設計の自由度が向上する。
【００７５】
なお、第１部材４１Ａのヤング率は、第２部材４１Ｂのヤング率よりも大きいことが好ましい。これにより、力検出センサー２と接触する部分については、過剰な予圧を緩和できる程度に十分に柔らかくすることができ、それ以外の部分については、十分に硬くすることができる。そのため、全体的な剛性を高く維持しつつ、過度な予圧を緩和することのできる第１プレート４１となる。
【００７６】
第１部材４１Ａのヤング率としては、特に限定されないが、例えば、１５０ＧＰａ以上、２５０ＧＰａ以下であることが好ましく、１９０ＧＰａ以上、２２０ＧＰａ以下であることがより好ましい。これにより、第１プレート４１の機械的強度（剛性）を十分に高くすることができる。なお、第１部材４１Ａの構成材料としては、特に限定されないが、例えば、第２プレート４２と同じ材料を用いることができる。
【００７７】
また、第２部材４１Ｂのヤング率としては、特に限定されないが、例えば、１０ＧＰａ以上、１００ＧＰａ以下であることが好ましく、１０ＧＰａ以上、７５ＧＰａ以下であることがより好ましい。これにより、第１当接部４１２が適度に変形して過度な予圧を緩和することができる。
【００７８】
以上のような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００７９】
＜第３実施形態＞
図７は、本発明の第３実施形態に係る力検出装置が有する力検出センサーを示す断面図である。図８は、図７に示す力検出センサーが有する力検出センサー素子を示す斜視図である。図９は、力検出装置の分解斜視図である。図１０は、図８に示す力検出センサー素子の変形例を示す斜視図である。
【００８０】
本実施形態に係る力検出装置１は、主に、力検出センサー２の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の力検出装置１と同様である。
【００８１】
なお、以下の説明では、第２実施形態の力検出装置１に関し、前述した第１実施形態の力検出装置１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。また、図７および図１０では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
【００８２】
図７に示すように、力検出センサー２が有する力検出センサー２は、力検出センサー素子７０と、力検出センサー素子７０を収納するパッケージ３とを有している。なお、パッケージ３の構成は、前述した第１実施形態と同様である。
【００８３】
また、図８に示すように、力検出センサー素子７０は、圧電体で構成された基体７１と、基体７１に配置されている電極７２および一対の反射器７３、７４とを有している。また、電極７２は、櫛歯電極７２０である。このような力検出センサー素子７０は、櫛歯電極７２０を用いて基体７１の表面に弾性表面波を励起することのできるＳＡＷ共振子を構成している。本実施形態の力検出装置１では、力検出センサー素子２０に励起される弾性表面波の周波数（ＳＡＷ共振子の共振周波数）の変化に基づいて、外力を検出することができる。
【００８４】
基体７１は、四角柱（本実施形態では立方体）である。また、基体７１は、上面および下面と、上面および下面を接続する４つの側面と、を有している。このうち、基体７１の上面は、予圧ボルト５による予圧や力検出装置１に加わる力を受ける受圧面７１１である。また、４つの側面のうちの１つは、櫛歯電極７２０および反射器７３、７４を配置する配置面７１３である。
【００８５】
配置面７１３は、基体７１に受圧面７１１の法線方向の力成分（図中の縦方向の圧縮力または引張力）または受圧面７１１の面内方向の力成分（特に、図中の横方向のせん断力）が加わることで変形する。配置面７１３が変形することで、櫛歯電極７２０のピッチが変化し、それに応じて、弾性表面波の周波数（ＳＡＷ共振子の共振周波数）が変化する。なお、ここでの「変形」とは、例えば、実質的に変形していないが、内部に歪みが発生する場合等も含む広い概念である（以下、同様である）。
【００８６】
特に、本実施形態では、受圧面７１１と隣り合う面（すなわち、間に異なる面を介することなく接続されている面）を配置面７１３としている。そのため、受圧面７１１に加わった力が配置面７１３に伝わり易い。よって、より確実に、かつ、より大きく、配置面７１３を変形させることができる。そのため、加わった力の大きさに対する周波数の変化量をより大きくすることができる。その結果、力検出センサー素子７０の分解能がより向上する。
【００８７】
なお、基体７１の形状としては、異なる面で構成された受圧面７１１と配置面７１３とを有していれば、特に限定されず、例えば、三角柱、五角柱、六角形以上の多角柱等であってもよい。なお、前記「異なる面」とは、同一平面を除く概念であり、好ましくは、所定の角度（特に、９０°）をもって配置されている面のことを言う。
【００８８】
基体７１は、圧電体で構成されている。なお、圧電体の構成材料としては、特に限定されず、例えば、水晶、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７）、ランガサイト（Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）、リン酸ガリウム（ＧａＰＯ４）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ、Ｚｎ２Ｏ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、チタン酸鉛（ＰｂＰＯ３）、ニオブ酸ナトリウムカリウム（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３）、ビスマスフェライト（ＢｉＦｅＯ３）、ニオブ酸ナトリウム（ＮａＮｂＯ３）、チタン酸ビスマス（Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２）、チタン酸ビスマスナトリウム（Ｎａ０．５Ｂｉ０．５ＴｉＯ３）等が挙げられる。
【００８９】
特に、本実施形態では、圧電体の構成材料は、水晶である。すなわち、基体７１は、水晶で構成されている。これにより、力検出センサー素子７０は、他の圧電体を用いた場合と比較して、良好な温度特性、高い機械的強度（剛性、耐荷重性）、高い固有振動数、高いダイナミックレンジを発揮することができる。そのため、より広い範囲で、かつ、より高精度に受けた力を検出することができる。よって、より優れた検出特性を発揮することのできる力検出センサー２となる。
【００９０】
また、受圧面７１１は、前記圧電体としての水晶の電気軸と交差している。特に、本実施形態では、受圧面７１１は、水晶の電気軸と直交している。すなわち、受圧面７１１は、水晶のＸカット面である。また、配置面７１３は、水晶の電気軸と平行である。このようなカット角の水晶を用いることで、より確実に、弾性表面波を励起することができる。このような基体７１を構成する水晶のカット角としては、例えば、ＳＴカット、ＣＴカット、ＡＴカット、ＢＴカット等が挙げられるが、これらの中でもＳＴカットを用いることが好ましい。このようなカット角を用いることで、レイリー波と呼ばれる弾性表面波を利用することができ、例えば、リーキー波と呼ばれる弾性表面波に比べて基体７１や櫛歯電極７２０の加工精度に対する周波数や周波数温度特性のばらつきを小さくすることができる。そのため、量産性に優れたものとなる。ただし、弾性表面波を励起することができれば、水晶のカット角は、特に限定されない。
【００９１】
また、櫛歯電極７２０は、基体７１の配置面７１３の中央部に設けられている。また、櫛歯電極７２０は、一対の電極７２１、７２２を有している。また、一対の電極７２１、７２２は、互いの電極指７５が噛み合うように配置されている。すなわち、電極７２１、７２２は、互いの電極指７５が交互に並ぶように非接触で配置されている。そして、電極７２１、７２２間に駆動電圧を印加すると、基体７１の圧電効果によって電極指７５間に周期的なひずみが生じ、電極指７５の並ぶ方向に沿って弾性表面波が励起される。なお、本実施形態では、電極指７５の延在方向と、電極指７５の並び方向が直交しているが、弾性表面波を励起することができれば、直交していなくてもよい。
【００９２】
一対の反射器７３、７４は、櫛歯電極７２０を挟んでその両側に配置されている。反射器７３、７４は、基体７１に伝搬する弾性表面波を反射して、弾性表面波を反射器７３と反射器７４との間に封じ込める機能を有する。なお、反射器７３、７４は、省略してもよい。
【００９３】
このような櫛歯電極７２０、反射器７３、７４は、それぞれ、例えば、アルミニウム（Ａｉ）、アルミニウム合金等の導電性の優れた金属材料により形成することができる。アルミニウム（Ａｌ）およびアルミニウム合金は、例えば、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）のような他の金属材料と比較して比重が小さい材料であるため、櫛歯電極７２０および反射器７３、７４の寸法バラつきが力検出センサー素子７０の周波数温度特性に与える影響を小さく抑えることができる。
【００９４】
以上、力検出センサー素子７０について説明した。なお、本実施形態では、力検出センサー素子７０は、櫛歯電極７２０が１つ設けられた所謂１ポート型のＳＡＷ共振子であるが、これに限定されず、櫛歯電極７２０が弾性表面波の伝搬方向に沿って２つ設けられた所謂２ポート型のＳＡＷ共振子であってもよい。また、それ以外の構成であってもよい。
【００９５】
図９に示すように、４つの力検出センサー２は、Ｙ軸方向に並ぶ一対の力検出センサー２Ａ、２Ｂと、Ｘ軸方向に並ぶ一対の力検出センサー２Ｃ、２Ｄと、を有している。力検出センサー２Ａ、２Ｂでは、力検出センサー素子７０の配置面７１３がＹ軸を法線方向とするように配置されている。また、力検出センサー２Ｃ、２Ｄでは、力検出センサー素子７０の配置面７１３がＸ軸を法線方向とするように配置されている。
【００９６】
また、図示しないが、力検出センサー２Ａ、２Ｂは、Ｙ軸方向の一方側から見た平面視で、櫛歯電極７２０のＺ軸に対する傾斜方向が互いに逆となっている。また、力検出センサー２Ｃ、２Ｄは、Ｘ軸方向の一方側から見た平面視で、櫛歯電極７２０のＺ軸に対する傾斜方向が互いに逆となっている。
【００９７】
以上、力検出装置１の構成について説明した。このような力検出装置１では、各力検出センサー素子７０の自然状態からの周波数変化に基づいて、Ｘ軸方向の並進力成分、Ｙ軸方向の並進力成分、Ｚ軸方向の並進力成分、Ｘ軸まわりの回転力成分、Ｙ軸まわりの回転力成分、Ｚ軸まわりの回転力成分を検出することができる。
【００９８】
以上のような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００９９】
なお、本実施形態の変形例として、図１０に示すように、基体７１は、受圧面７１１を有する第１基体７１Ａと、第１基体７１Ａに接続され、配置面７１３を有する第２基体７１Ｂと、を有する構成となっていてもよい。このように、基体７１を第１基体７１Ａと第２基体７１Ｂとで構成することで、第１基体７１Ａおよび第２基体７１Ｂの構成材料を、それぞれ、適宜選択することができる。これにより、基体７１の設計の自由度が高まる。
【０１００】
第１基体７１Ａの構成材料としては、特に限定されないが、比較的硬い材料であることが好ましい。このような材料としては、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、金、白金、銀、銅、マンガン、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、鉛、錫、チタン、タングステン等の各種金属、またはこれらのうちの少なくとも１種を含む合金または金属間化合物、さらには、これらの金属の酸化物、窒化物、炭化物等が挙げられる。一方、第２基体７１Ｂの構成材料としては、弾性表面波を励起することができれば、特に限定されず、前述した第１実施形態で挙げたような各種圧電体を用いることができる。特に、本実施形態では、第２基体７１Ｂは、水晶で構成されている。
【０１０１】
なお、第１基体７１Ａと第２基体７１Ｂとは、接着剤７１Ｃを介して接続（接合）されている。ただし、第１基体７１Ａと第２基体７１Ｂとの接続方法としては、特に限定されず、例えば、凹凸嵌合、ネジを用いた螺号、溶着、融着、ろう接等であってもよい。
【０１０２】
＜第４実施形態＞
図１１は、本発明の第４実施形態に係るロボットを示す斜視図である。図１２は、図１１に示すロボットの部分拡大断面図である。
【０１０３】
図１１に示すロボット９は、例えば、精密機器等の工業製品を製造する製造工程で用いることのできるロボットである。同図に示すように、ロボット９は、例えば床や天井に固定される基部としてのベース９１と、ベース９１に対して回動可能なアーム９２と、アーム９２の先端に設けられたエンドエフェクター９３（ハンド）と、アーム９２およびエンドエフェクター９３の駆動を制御するロボット制御部９４とを有している。また、アーム９２は、ベース９１に回動自在に連結された第１アーム９２１と、第１アーム９２１に回動自在に連結された第２アーム９２２と、第２アーム９２２に回動自在に連結された第３アーム９２３と、第３アーム９２３に回動自在に連結された第４アーム９２４と、第４アーム９２４に回動自在に連結された第５アーム９２５と、第５アーム９２５に回動自在に連結された第６アーム９２６とを有している。そして、第６アーム９２６にはハンド接続部が設けられており、ハンド接続部にエンドエフェクター９３が装着されている。
【０１０４】
また、このようなロボット９には、エンドエフェクター９３に加えられる外力を検出するセンサーとして、前述した力検出装置１が設けられている。具体的には、図１２に示すように、力検出装置１は、第２プレート４２がアーム９２の基端側に位置し、第１プレート４１がアーム９２の先端側に位置するようにアーム９２に固定されている。本実施形態では、力検出装置１は、第５アーム９２５と第６アーム９２６との間に配置されており、第２プレート４２が第５アーム９２５アームに連結され、第１プレート４１が第６アーム９２６に連結されている。ここで、前述の第１実施形態でも説明したように、第１当接部４１２のヤング率は、第２当接部４２２のヤング率よりも小さい。そのため、本実施形態のように、ヤング率の小さい第１当接部４１２がヤング率の大きい第２当接部４２２よりもアーム９２の先端側に位置することで、第１プレート４１に加わる重量を低減することができる。そのため、第１プレート４１にかかる負荷が減り、力検出装置１の破損等を効果的に抑制することができる。
【０１０５】
力検出装置１が検出する力をロボット制御部９４にフィードバックすることにより、ロボット９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１が検出する力によって、ロボット９は、エンドエフェクター９３の作業対象物や障害物への接触等を検知することができる。そのため、エンドエフェクター９３による作業対象物の把持や移動等の動作をより適正に行うことができ、また、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、ロボット９は、より適正かつ安全に作業を実行することができる。
【０１０６】
このように、ロボット９は、力検出装置１を有している。そのため、前述した力検出装置１の効果を享受でき、優れた信頼性および検出特性を発揮することができる。
【０１０７】
なお、ロボット９の構成としては特に限定されず、例えば、アームの数が本実施形態と異なっていてもよい。また、ロボット９としては、所謂、スカラロボットや双腕ロボットであってもよい。
【０１０８】
以上、本発明の力検出装置およびロボットについて、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。
【符号の説明】
【０１０９】
１…力検出装置、２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ…力検出センサー、２０…力検出センサー素子、２１…グランド電極層、２２…第１センサー、２２１…第１圧電体層、２２２…出力電極層、２３２…出力電極層、２３…第２センサー、２２３…第２圧電体層、２３１…第３圧電体層、２３３…第４圧電体層、２４…第３センサー、２４１…第５圧電体層、２４２…出力電極層、２４３…第６圧電体層、３…パッケージ、３１…ベース、３１１…凹部、３１２…凹部、３１３…端子、３１４…接続部、３２…リッド、３２１…中央部、３１２…外縁部、３２３…接続部、４１…第１プレート、４１Ａ…第１部材、４１Ｂ…第２部材、４１１…ベース、４１２…第１当接部、４１２ａ…当接面、４１２１…基部、４１２２…突出部、４１３…第１突出部、４１４…貫通孔、４１５…第１係合部、４１６…ネジ穴、４２…第２プレート、４２１…ベース、４２２…第２当接部、４２２ａ…当接面、４２３…第２突出部、４２４…ネジ穴、４２５…第２係合部、４２６…ネジ穴、５…予圧ボルト、５１…頭部、５２…ネジ部、６…位置決め部、６１…当接部、７０…力検出センサー素子、７１…基体、７１Ａ…第１基体、７１Ｂ…第２基体、７１Ｃ…接着剤、７１１…受圧面、７１３…配置面、７２…電極、７２０…櫛歯電極、７２１、７２２…電極、７３、７４…反射器、７５…電極指、８１…第１対象物、８２…第２対象物、９…ロボット、９１…ベース、９２…アーム、９２１…第１アーム、９２２…第２アーム、９２３…第３アーム、９２４…第４アーム、９２５…第５アーム、９２６…第６アーム、９３…エンドエフェクター、９４…ロボット制御部、ＣＡ１…第１結晶軸、ＣＡ２…第２結晶軸、ＣＡ３…第３結晶軸、ＣＡ４…第４結晶軸、ＣＡ５…第５結晶軸、ＣＡ６…第６結晶軸、Ｑａ、Ｑｂ、Ｑｃ…電荷、Ｓ…収納空間
【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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【図１２】
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