(57)【要約】【課題】外力の検出精度の低下を低減することができるセンサーデバイス、かかるセンサーデバイスを備える力検出装置およびかかる力検出装置を備えるロボットを提供すること。【解決手段】第１圧電素子と、第２圧電素子と、前記第１圧電素子と前記第２圧電素子との間に位置している高分子ポリマー膜と、含む積層体を備えていることを特徴とするセンサーデバイス。また、前記高分子ポリマー膜は、ポリシロキサンを含むことが好ましい。また、前記第１圧電素子および前記第２圧電素子は、それぞれ、圧電効果により電荷を生じる圧電体層と、前記圧電体層に設けられ、前記電荷に応じた信号を出力する電極と、を有し、前記高分子ポリマー膜は、前記第１圧電素子が有する前記電極と、前記第２圧電素子が有する前記電極との間に設けられていることが好ましい。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１圧電素子と、
第２圧電素子と、
前記第１圧電素子と前記第２圧電素子との間に位置している高分子ポリマー膜と、含む積層体を備えていることを特徴とするセンサーデバイス。
【請求項２】
前記高分子ポリマー膜は、ポリシロキサンを含む請求項１に記載のセンサーデバイス。
【請求項３】
前記第１圧電素子および前記第２圧電素子は、それぞれ、圧電効果により電荷を生じる圧電体層と、前記圧電体層に設けられ、前記電荷に応じた信号を出力する電極と、を有し、
前記高分子ポリマー膜は、前記第１圧電素子が有する前記電極と、前記第２圧電素子が有する前記電極との間に設けられている請求項１または２に記載のセンサーデバイス。
【請求項４】
前記積層体の側面に設けられた複数の側面電極を有し、
前記側面電極を構成する材料の少なくとも一部は、前記電極を構成する材料の少なくとも一部と同一である請求項３に記載のセンサーデバイス。
【請求項５】
前記複数の側面電極は、ニッケルを含む第１層と、金を含む第２層とを含む請求項４に記載のセンサーデバイス。
【請求項６】
前記圧電体層は、水晶を含む請求項３ないし５のいずれか１項に記載のセンサーデバイス。
【請求項７】
前記圧電体層の厚さをＴ１とし、前記高分子ポリマー膜の厚さをＴ２としたとき、２．０≦Ｔ１／Ｔ２≦１００００を満足する請求項３ないし６のいずれか１項に記載のセンサーデバイス。
【請求項８】
前記積層体を収容するパッケージを有し、
前記パッケージは、前記積層体が配置されている凹部を有する基部と、前記凹部の開口を塞ぐようにして設けられた蓋体と、前記基部と前記蓋体とを接合するシール部材とを有する請求項１ないし７のいずれか１項に記載のセンサーデバイス。
【請求項９】
前記シール部材は、コバールを含む請求項８に記載のセンサーデバイス。
【請求項１０】
前記基部は、第１部材と、前記第１部材に接合され、前記第１部材とともに前記凹部を形成している第２部材とを有し、前記第１部材のヤング率は、前記第２部材のヤング率よりも低い請求項８または９に記載のセンサーデバイス。
【請求項１１】
第１プレートと、
第２プレートと、
前記第１プレートと前記第２プレートとの間に設けられた請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のセンサーデバイスと、を備えることを特徴とする力検出装置。
【請求項１２】
基台と、
前記基台に接続され、請求項１１に記載の力検出装置を取付け可能なアームと、を備えることを特徴とするロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサーデバイス、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】
従来から、エンドエフェクターとロボットアームとを有する産業用ロボットにおいて、エンドエフェクターに加わる力を検出する力検出装置が用いられている。このような力検出装置の一例として、例えば、複数の圧電素子を有し、その圧電素子の圧電効果を利用した装置が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、内部電極を挟んで複数の圧電板を積層した積層体を備える積層型圧電素子の構造について記載されている。この積層型圧電素子が備える積層体は、セラミックスで形成された板状の圧電体の上面および下面のそれぞれに銀−パラジウム合金で構成された導電層を形成した後、導電層を備える圧電体を積層することにより作製されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１４６９８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、圧電体と２つの導電層で構成された内部電極とでは互いに熱膨張係数が異なるため、外力が加わると圧電体と内部電極とで異なる挙動をする。そして、特許文献１に係る積層型圧電素子が備える圧電体では、導電層を備える圧電体同士が直接接続された構成であるため、圧電体と内部電極との熱膨張係数の違いにより、外力の伝達損失が生じてしまい、よって、外力の検出精度が低下してしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、以下の適用例または形態として実現することが可能である。
【０００７】
本適用例のセンサーデバイスは、第１圧電素子と、第２圧電素子と、前記第１圧電素子と前記第２圧電素子との間に位置している高分子ポリマー膜と、含む積層体を備えている。
【０００８】
このようなセンサーデバイスによれば、第１圧電素子と第２圧電素子との間に高分子ポリマー膜が設けられているため、第１圧電素子と第２圧電素子との間での外力の伝達損失を低減することができる。そのため、外力の検出精度の低下を低減することができる。
【０００９】
本適用例のセンサーデバイスでは、前記高分子ポリマー膜は、ポリシロキサンを含むことが好ましい。
【００１０】
これにより、ポリシロキサンを含む高分子ポリマー膜は熱膨張係数が小さく、変化し難いため、第１圧電素子と第２圧電素子との間での外力の伝達損失をより低減することができる。そのため、外力の検出精度の低下を低減することができる。
【００１１】
本適用例のセンサーデバイスでは、前記第１圧電素子および前記第２圧電素子は、それぞれ、圧電効果により電荷を生じる圧電体層と、前記圧電体層に設けられ、前記電荷に応じた信号を出力する電極と、を有し、前記高分子ポリマー膜は、前記第１圧電素子が有する前記電極と、前記第２圧電素子が有する前記電極との間に設けられていることが好ましい。
【００１２】
これにより、第１圧電素子が有する電極と第２圧電素子が有する電極との間で、外力の伝達損失が生じることを低減することができ、よって、外力の検出精度の低下を低減することができる。
【００１３】
本適用のセンサーデバイスでは、前記積層体の側面に設けられた複数の側面電極を有し、前記側面電極を構成する材料の少なくとも一部は、前記電極を構成する材料の少なくとも一部と同一であることが好ましい。
これにより、側面電極と電極との間での接続不良を低減することができる。
【００１４】
本適用のセンサーデバイスでは、前記複数の側面電極は、ニッケルを含む第１層と、金を含む第２層とを含むことが好ましい。
【００１５】
これにより、構造体と側面電極との間での接合不良が生じることを低減することができるとともに、側面電極の耐久性を高めることができる。また、このような側面電極は、例えば、構造体から出力された信号を取り出して外部に出力するために用いることができる。
【００１６】
本発明のセンサーデバイスでは、前記圧電体層は、水晶を含むことが好ましい。
これにより、高感度、広いダイナミックレンジ、高い剛性等の優れた特性を有する力検出装置を実現することができる。
【００１７】
本適用のセンサーデバイスでは、前記圧電体層の厚さをＴ１とし、前記高分子ポリマー膜の厚さをＴ２としたとき、２．０≦Ｔ１／Ｔ２≦１００００を満足することが好ましい。
これにより、外力の検出精度の低下をより効果的に低減することができる。
【００１８】
本適用のセンサーデバイスでは、前記積層体を収容するパッケージを有し、前記パッケージは、前記積層体が配置されている凹部を有する基部と、前記凹部の開口を塞ぐようにして設けられた蓋体と、前記基部と前記蓋体とを接合するシール部材とを有することが好ましい。
【００１９】
これにより、圧電素子を外部から保護することができ、外部の影響によるノイズを低減することができる。
【００２０】
本適用のセンサーデバイスでは、前記シール部材は、コバールを含むことが好ましい。
これにより、コバールは熱膨張係数が比較的小さいため、シール部材の熱変形を低減でき、熱変形に起因する基部および蓋体の接合不良を低減することができる。
【００２１】
本適用のセンサーデバイスでは、前記基部は、第１部材と、前記第１部材に接合され、前記第１部材とともに前記凹部を形成している第２部材とを有し、前記第１部材のヤング率は、前記第２部材のヤング率よりも低いことが好ましい。
【００２２】
これにより、外力を圧電素子に的確に伝達することができるとともに、その外力によって第１部材と第２部材との接合不良が生じるおそれを低減することができる。
【００２３】
本適用の力検出装置は、第１プレートと、第２プレートと、前記第１プレートと前記第２プレートとの間に設けられた本適用のセンサーデバイスと、を備える。
このような力検出装置によれば、外力をより高精度に検出することができる。
【００２４】
本適用のロボットは、基台と、前記基台に接続され、本適用の力検出装置を取付け可能なアームと、を備える。
このようなロボットによれば、より精密に作業を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１実施形態のロボットを示す斜視図である。
【図２】ロボットアームの先端部を示す図である。
【図３】力検出装置の上面側斜視図である。
【図４】図３に示す力検出装置の下面側斜視図である。
【図５】図３に示す力検出装置の横断面図である。
【図６】図３に示す力検出装置の内部を示す平面図である。
【図７】図３に示す力検出装置の接続部材を取った状態の下面側斜視図である。
【図８】力検出装置と取付部材との接続を示す断面図である。
【図９】センサーデバイスの断面図である。
【図１０】アナログ回路基板に実装されたセンサーデバイスを示す平面図である。
【図１１】力検出素子を示す図である。
【図１２】センサーデバイスが有するパッケージに設けられた端子を示す平面図である。
【図１３】パッケージの裏面側を示す平面図である。
【図１４】アナログ回路基板とセンサーデバイスとの接続を示す図である。
【図１５】アナログ回路基板とセンサーデバイスとの接続の他の例を示す図である。
【図１６】アナログ回路基板とセンサーデバイスとの接続の他の例を示す図である。
【図１７】力検出素子が有する接続部を製造する方法のフロー図である。
【図１８】塗布工程を説明するための図である。
【図１９】塗布工程における接続部の表面の一部を拡大して示す模式図である。
【図２０】エネルギー付与工程を説明するための図である。
【図２１】エネルギー付与工程における接続部の表面の一部を拡大して示す模式図である。
【図２２】貼り合わせ工程を説明するための図である。
【図２３】加圧工程を説明するための図である。
【図２４】第２実施形態におけるセンサーデバイスが有するパッケージに設けられた端子を示す平面図である。
【図２５】図２４に示すパッケージの裏面側を示す平面図である。
【図２６】アナログ回路基板とセンサーデバイスとの接続を示す図である。
【図２７】第３実施形態における力検出装置と取付部材との接続を示す断面図である。
【図２８】第４実施形態のロボットを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、センサーデバイス、力検出装置およびロボットの好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大または縮小して表示している箇所や、省略して表示している箇所もある。また、本明細書において、「接続」とは、直接的に接続されている場合と、任意の部材を介して間接的に接続されている場合とを含む。
【００２７】
１．ロボット
まず、本適用例のロボットの一例について説明する。
【００２８】
図１は、第１実施形態のロボットを示す斜視図である。図２は、ロボットアームの先端部を示す図である。また、図２には、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸としてｘ軸、ｙ軸およびｚ軸が図示されており、各軸を示す矢印の先端側を「＋」、基端側を「−」とする。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」という。また、ｚ軸方向から見たものを「平面視」という。また、図１中の基台１１０側を「基端」、その反対側（エンドエフェクター１７側）を「先端」と言う。
【００２９】
図１に示すロボット１００は、精密機器やこれを構成する部品等の対象物の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うことができる。このロボット１００は、所謂、単腕の６軸垂直多関節ロボットである。
【００３０】
ロボット１００は、基台１１０と、基台１１０に回動自在に連結されたロボットアーム１０とを有する。また、ロボットアーム１０には、力検出装置１が接続されており、力検出装置１には、取付部材１８を介してエンドエフェクター１７（被取付部材）が接続されている。
【００３１】
基台１１０は、例えば、床、壁、天井および移動可能な台車上等に固定される部分である。ただし、基台１１０は、ロボットアーム１０が接続されていれば良く、基台１１０自体が移動可能であっても良い。ロボットアーム１０は、アーム１１（第１アーム）、アーム１２（第２アーム）、アーム１３（第３アーム）、アーム１４（第４アーム）、アーム１５（第５アーム）、アーム１６（第６アーム）を有する。これらアーム１１〜１６は、基端側から先端側に向かってこの順に連結されている。各アーム１１〜１６は、隣り合うアームまたは基台１１０に対して回動可能になっている。
【００３２】
図２に示すように、ロボットアーム１０の先端部に位置するアーム１６とエンドエフェクター１７との間には、力検出装置１が設けられている。この力検出装置１は、アーム１６に対して直接的に接続されおり、エンドエフェクター１７に対して取付部材１８を介して接続されている。
【００３３】
力検出装置１は、エンドエフェクター１７に加わる力（モーメントを含む）を検出する。なお、力検出装置１について後で詳述する。
【００３４】
エンドエフェクター１７は、ロボット１００の作業対象である対象物に対して作業を行う器具であり、対象物を把持する機能を有するハンドで構成されている。なお、エンドエフェクター１７としては、ロボット１００の作業内容等に応じた器具を用いればよく、ハンドに限定されず、例えば、ネジ締めを行うネジ締め器具等であってもよい。
【００３５】
取付部材１８は、エンドエフェクター１７を力検出装置１に対して取り付けるために用いられる部材である。なお、取付部材１８については、力検出装置１とともに後で詳述する。
【００３６】
また、図示はしないが、ロボット１００は、一方のアームを他方のアーム（または基台１１０）に対して回動させるモーター等を備える駆動部を有する。また、ロボット１００は、図示はしないが、モーターの回転軸の回転角度を検出する角度センサーを有する。駆動部および角度センサーは、図示はしないが、例えば各アーム１１〜１６に設けられている。
【００３７】
このようなロボット１００は、基台１１０と、基台１１０に接続され、力検出装置１を取り付け可能なアーム１６（ロボットアーム１０）と、を備える。このようなロボット１００によれば、後で詳述する力検出装置１をロボットアーム１０（本実施形態ではアーム１６）に取り付けることが可能であるため、例えば、力検出装置１に接続されたエンドエフェクター１７が受けた外力を力検出装置１が検出し、その検出結果に基づいてフィードバック制御を行うことにより、ロボット１００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の検出結果に基づいて、ロボット１００は、エンドエフェクター１７の障害物への接触等を検知することができる。そのため、障害物回避動作および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１００は、より安全に作業を実行することができる。
【００３８】
また、本実施形態では、取付部材１８は、エンドエフェクター１７と別部材であるが、エンドエフェクター１７と一体であってもよい。また、取付部材１８の構成は図示のものに限定されない。
【００３９】
また、本実施形態では、被取付部材の一例としてエンドエフェクター１７を用いた場合を例に説明しているが、被取付部材は、エンドエフェクター１７に限定されない。例えば、被取付部材は、アーム１５であってもよい。力検出装置１は、アーム１５とアーム１６との間に設けられていてもよい。
【００４０】
２．力検出装置
次に、本適用例の力検出装置の一例について説明する。
【００４１】
図３は、力検出装置の上面側斜視図である。図４は、図３に示す力検出装置の下面側斜視図である。図５は、図３に示す力検出装置の横断面図である。図６は、図３に示す力検出装置の内部を示す平面図である。図７は、図３に示す力検出装置の接続部材を取った状態の下面側斜視図である。図８は、力検出装置と取付部材との接続を示す断面図である。なお、以下では、＋ｚ軸方向側を「上」、−ｚ軸方向側を「下」ともいう。
【００４２】
図３および図４に示す力検出装置１は、力検出装置１に加えられた外力の６軸成分を検出可能な６軸力覚センサーである。ここで、６軸成分は、互いに直交する３つの軸（図示ではｘ軸、ｙ軸およびｚ軸）のそれぞれの方向の並進力（せん断力）成分、および、当該３つの軸のそれぞれの軸まわりの回転力（モーメント）成分である。
【００４３】
力検出装置１は、図５に示すように、ケース２と、ケース２内に収容された複数のセンサーデバイス４、複数のアナログ回路基板６１および１つのデジタル回路基板６２と、ケース２に接続された基板収容部材３と、基板収容部材３に収容された中継基板６３と、基板収容部材３に接続された接続部材５と、基板収容部材３の外周に設けられた外部配線部６４と、を有する。
【００４４】
この力検出装置１では、各センサーデバイス４が受けた外力に応じた信号（検出結果）を出力し、その信号をアナログ回路基板６１およびデジタル回路基板６２で処理する。これにより、力検出装置１に加えられた外力の６軸成分を検出する。また、デジタル回路基板６２で処理された信号は、デジタル回路基板６２に電気的に接続された中継基板６３と、中継基板６３に電気的に接続された外部配線部６４とを介して外部に出力される。
【００４５】
以下、力検出装置１が備える各部について説明する。
［ケース］
図５に示すように、ケース２は、第１ケース部材２１と、第１ケース部材２１に対して間隔を隔てて配置されている第２ケース部材２２と、第１ケース部材２１および第２ケース部材２２の外周部に設けられた側壁部２３（第３ケース部材）と、を有する。
【００４６】
〈第１ケース部材〉
第１ケース部材２１は、ほぼ平板状をなし、上面２１５および下面２１６を有する第１プレート２１１と、第１プレート２１１の下面２１６の外周部に立設している複数（本実施形態では４つ）の第１固定部２１２（第１与圧部）と、を有する。
【００４７】
−第１プレート−
第１プレート２１１は、外縁部２１１１と、外縁部２１１１よりも厚さが厚く、外縁部２１１１よりも上側に突出した部分を有する中央部２１１２とを有する。また、第１プレート２１１には、ボルト７１が挿通されている複数の雌ネジ孔２１７と、雌ネジ孔２１７よりも中心軸Ａ１側に位置し、取付部材１８に接続される部材２４を取り付けるために用いられる複数の雌ネジ孔２１４（接続部）と、が形成されている。
【００４８】
ここで、図８に示すように、本実施形態では、取付部材１８は、上面１８５および下面１８６を有する円板状をなし、取付部材１８の外周部には、その厚さ方向に貫通した複数の貫通孔１８１が設けられている。上面１８５にはエンドエフェクター１７が取り付けられ、下面１８６には部材２４を介して力検出装置１が接続されている（図２および図８参照）。各貫通孔１８１は、ボルト７７が挿通している孔１８１１と、孔１８１１に連通し、ボルト７７の頭が位置している孔１８１２とを有する。また、貫通孔１８１と、第１プレート２１１の貫通孔２１７とは、対応した位置に設けられている。本実施形態では、貫通孔２１７の直上に貫通孔１８１が位置しており、貫通孔２１７と孔１８１１とは平面視で重なっている。
【００４９】
また、ケース２が有する部材２４は、上面２４５および下面２４６を有する平板状をなす。そして、上面２４５が取付部材１８に接続され、下面２４６が第１プレート２１１に接続されている。部材２４は、複数の貫通孔２４１と、複数の貫通孔２４１に対して中心軸Ａ１とは反対側に位置する複数の雌ネジ孔２４２とを有する。
【００５０】
各貫通孔２４１は、ボルト７８が挿通している孔２４１１と、孔２４１１に連通し、ボルト７８の頭が位置している孔２４１２とを有する。また、雌ネジ孔２４２は、取付部材１８を部材２４に対して接続するために用いられるボルト７７の雄ネジに対応している。そして、雌ネジ孔２４２は、取付部材１８の貫通孔１８１に対応した位置に設けられていて、ボルト７７は、貫通孔１８１および雌ネジ孔２４２に挿通されている。
【００５１】
なお、取付部材１８は、エンドエフェクター１７（被取付部材）に力検出装置１を取り付けることが可能なものであればよく、図示のものに限定されない。
【００５２】
−第１固定部−
図６に示すように、複数の第１固定部２１２は、力検出装置１の中心軸Ａ１を中心とする同一円周上に沿って互いに等角度（９０°）間隔に並んでいる。
【００５３】
また、図６に示すように、前述した貫通孔２１７とそれに対応する第１固定部２１２とは平面視で重なっている。また、図５に示すように、各第１固定部２１２の内壁面２１２１（内側の端面）は、第１プレート２１１に対して垂直な平面である。また、各第１固定部２１２には、後述する与圧ボルト７０が挿通される複数の雌ネジ孔２１２２が形成されている。
【００５４】
このような各第１固定部２１２は、第１プレート２１１およびセンサーデバイス４に接続されており、力検出装置１に加えられた外力をセンサーデバイス４に伝達する機能を有している。
【００５５】
このような第１ケース部材２１の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材料、セラミックス等が挙げられる。また、第１ケース部材２１の平面視での外形は、図３に示すように円形であるが、これに限定されず、例えば、四角形、五角形等の多角形、楕円形等であってもよい。また、図示では、第１固定部２１２と第１プレート２１１とは、別部材で構成されているが、これらは一体であってもよい。また、第１固定部２１２と第１プレート２１１とは、同一の材料で構成されていてもよいし、互いに異なる材料で構成されていてもよい。
【００５６】
〈第２ケース部材〉
図５に示すように、第２ケース部材２２は、ほぼ平板状をなし、上面２２５および下面２２６を有する第２プレート２２１と、第２プレート２２１の上面２２５の外周部に立設している複数（本実施形態では４つ）の第２固定部２２２（第２与圧部）と、を有する。
【００５７】
−第２プレート−
第２プレート２２１は、第１プレート２１１に対して対向して配置されている。第２プレート２２１の外周部には、基板収容部材３と第２プレート２２１とを接続するためのボルト７２の雄ネジに対応した複数の雌ネジ孔２２１１が形成されている。
【００５８】
−第２固定部−
図６に示すように、複数の第２固定部２２２は、力検出装置１の中心軸Ａ１を中心とする同一円周上に沿って互いに等角度（９０°）間隔に並んでいる。各第２固定部２２２は、前述した第１ケース部材２１の第１固定部２１２に対して中心軸Ａ１側に配置され、第１固定部２１２と対面している。また、図５に示すように、第２固定部２２２の第１固定部２１２側には、第１固定部２１２側に向かって突出した突出部２２３を有する。この突出部２２３の頂面２２３１は、前述した第１固定部２１２の内壁面２１２１に対して、所定距離、すなわちセンサーデバイス４を挿入可能な距離を隔てて対面している。そして、頂面２２３１と内壁面２１２１とは、平行である。また、各第２固定部２２２には、後述する与圧ボルト７０の先端部が螺合する複数の雌ネジ孔２２２１が形成されている。
【００５９】
このような各第２固定部２２２は、第２プレート２２１およびセンサーデバイス４に接続されており、力検出装置１に加えられた外力をセンサーデバイス４に伝達する機能を有している。
【００６０】
このような第２ケース部材２２の構成材料としては、特に限定されないが、前述した第１ケース部材２１と同様、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材料、セラミックス等が挙げられる。なお、第２ケース部材２２の構成材料は、第１ケース部材２１の構成材料と同じであってもよいし異なっていてもよい。また、本実施形態では、第２ケース部材２２の平面視での外形は、第１ケース部材２１の外形に対応した円形であるが、これに限定されず、例えば、四角形、五角形等の多角形、楕円形等であってもよい。また、図示では、第２固定部２２２と第２プレート２２１とは、別部材で構成されているが、これらは一体であってもよい。また、第２固定部２２２と第２プレート２２１とは、同一の材料で構成されていてもよいし、互いに異なる材料で構成されていてもよい。
【００６１】
〈側壁部〉
図３および図４に示すように、側壁部２３（第３ケース部材）は、円筒状をなしている。この側壁部２３の上端部には、図６に示すように、例えばＯリングで構成されたシール部材２３１が設けられている。このシール部材２３１によって、側壁部２３の上端部に対して第１プレート２１１が嵌合されている（図５参照）。また、同様に、図示しないシール部材によって、側壁部２３の下端部に対して第２プレート２２１が嵌合されている。
【００６２】
ここで、シール部材２３１のヤング率（縦弾性係数）は、側壁部２３、第１プレート２１１のヤング率よりも低い。このシール部材２３１を構成する材料としては、特に限定されないが、具体的には、例えば、ポリエステル系樹脂やポリウレタン系樹脂等の各種樹脂材料や、シリコーンゴム等の各種エラストマー等を用いることができる。なお、第２プレート２２１を側壁部２３に対して嵌合しているシール部材（図示せず）についても同様である。このようなシール部材２３１および第２プレート２２１を側壁部２３に対して嵌合しているシール部材（図示せず）を備えることで、気密的な内部空間を形成することができる。
【００６３】
なお、側壁部２３に対して第１プレート２１１および第２プレート２２１は、それぞれ例えばネジ止め等によって固定されていてもよい。
【００６４】
このような側壁部２３の構成材料としては、特に限定されないが、前述した第１ケース部材２１や第２ケース部材２２と同様、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材料、セラミックス等が挙げられる。なお、側壁部２３の構成材料は、第１ケース部材２１や第２ケース部材２２の構成材料と同じであってもよいし異なっていてもよい。
【００６５】
このような構成のケース２内には、後で詳述する複数のセンサーデバイス４、複数のアナログ回路基板６１およびデジタル回路基板６２が収容されている。また、ケース２内には、図示はしないが、ケース２内の温度を検出する機能を有する温度センサーが設けられている。
【００６６】
また、前述した第１固定部２１２と第２固定部２２２との間には、後述するセンサーデバイス４が設けられている。具体的には、第１固定部２１２の貫通孔２１７および第２固定部２２２の雌ネジ孔２２２１に挿通された複数の与圧ボルト７０（与圧部材）によって、センサーデバイス４は第１固定部２１２と第２固定部２２２とによって挟んで与圧された状態で挟持されている。本実施形態では、図６に示すように、平面視で、１つのセンサーデバイス４に対してその両側に２つの与圧ボルト７０が設けられている。また、各与圧ボルト７０の締結力を適宜調整することで、センサーデバイス４に対して、所定の大きさの圧力（後述する図９に示す積層方向Ｄ１方向の圧力）を与圧として加えることができる。
【００６７】
このような各与圧ボルト７０の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、各種金属材料等が挙げられる。なお、各与圧ボルト７０の位置および数は、それぞれ、図示の位置および数に限定されない。また、与圧ボルト７０の数は、例えば、１つのセンサーデバイス４に対して１つまたは３つ以上であってもよい。また、第１固定部２１２と第２固定部２２２とでセンサーデバイス４を固定することができれば、与圧ボルト７０以外の固定用部材を用いてセンサーデバイス４を固定してもよく、また、与圧ボルト７０等の固定用部材を省略してもよい。また、本実施形態では、第１固定部２１２と第２固定部２２２とは、後述する図９に示す積層方向Ｄ１方向に沿ってセンサーデバイス４を挟むように設けられているが、第１固定部２１２と第２固定部２２２とは、それぞれセンサーデバイス４に接触していればよく、第１固定部２１２および第２固定部２２２の配置は、図示の配置に限定されない。
【００６８】
ここで、前述した第１固定部２１２と第２固定部２２２と与圧ボルト７０とで、センサーデバイス４を第１プレート２１１および第２プレート２２１に対して固定する「固定部」を構成している。また、本実施形態では、当該固定部と、センサーデバイス４と、アナログ回路基板６１とで「構造体２０」を構成している。
【００６９】
なお、本明細書において、前述の「固定部」とは、少なくとも第１固定部２１２と第２固定部２２２とを備えているものを示す。また、本明細書において、前述の「構造体」とは、センサーデバイス４および固定部を備えるものを示す。
【００７０】
［基板収容部材］
図５に示すように、基板収容部材３は、ケース２と接続部材５との間に設けられており、基板収容部材３の上面３１５が第２ケース部材２２に接続されており、基板収容部材３の下面３１６が後述する接続部材５に接続されている。この基板収容部材３は、中央部に貫通した孔３１１を有する円筒状をなす。基板収容部材３は、孔３１１と連通していて側面および下面３１６に開口した凹部３１２と、孔３１１よりも外側に設けられた複数の貫通孔３１３と、基板収容部材３の側面に形成された溝３１４と、を有する（図５および図７参照）。
【００７１】
図７に示すように、孔３１１内には、後述する中継基板６３が収容されている。この孔３１１の開口面積は、中継基板６３の形状が収容可能であれば、特に限定されない。また、凹部３１２内には、後述する外部配線部６４の一端部が配置されている。
【００７２】
図５に示すように、基板収容部材３の外周部には、基板収容部材３を第２プレート２２１に接続するボルト７２が挿通されている貫通孔３１３が複数形成されている。この各貫通孔３１３は、ボルト７２が挿通している孔３１３１と、孔３１３１に連通し、ボルト７２の頭が位置している孔３１３２とを有する。
【００７３】
図４および図５に示すように、溝３１４（凹部）は、基板収容部材３の周方向に沿って形成されている。この溝３１４には、後述する外部配線部６４が巻回されている。なお、溝３１４は、基板収容部材３の全周に亘って形成されていてもよいし、一部に形成されていてもよい。
【００７４】
このような基板収容部材３の構成材料としては、特に限定されないが、前述した第１ケース部材２１等と同様、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材料、セラミックス等が挙げられる。なお、基板収容部材３の構成材料は、第１ケース部材２１等の構成材料と同じであってもよいし異なっていてもよい。また、本実施形態では、基板収容部材３の平面視での外形は、第２ケース部材２２の外形に対応した円形であるが、これに限定されず、例えば、四角形、五角形等の多角形、楕円形等であってもよい。
【００７５】
［接続部材］
図５に示すように、接続部材５は、上面５１５および下面５１６を有する平板状をなし、上面５１５が基板収容部材３に接続されている。上面５１５が基板収容部材３に接続されることで、前述した基板収容部材３が有する凹部３１２の下面３１６側開口が塞がれ、これにより、外部配線部６４の一部が挿通される孔が形成されている。また、接続部材５の下面５１６は、アーム１６に接続されている（図２参照）。
【００７６】
この接続部材５は、その外周部に設けられ、接続部材５を基板収容部材３に接続するためのボルト７３が挿通している複数の雌ネジ孔（図示せず）と、当該雌ネジ孔よりも中心軸Ａ１側に位置する複数の貫通孔５１１と、下面５１６に設けられた位置決め部５２と、を有する。各貫通孔５１１は、接続部材５をアーム１６に対して接続するためのボルト７４が挿通している孔５１１１と、孔５１１１に連通し、ボルト７４の頭が位置している孔５１１２とを有する。位置決め部５２は、例えばアーム１６に対する力検出装置１の位置決めを行うために用いられる。
【００７７】
このような接続部材５の構成材料としては、特に限定されないが、前述した基板収容部材３等と同様、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材料、セラミックス等が挙げられる。なお、接続部材５の構成材料は、基板収容部材３等の構成材料と同じであってもよいし異なっていてもよい。また、本実施形態では、接続部材５の平面視での外形は、基板収容部材３の外形に対応した円形であるが、これに限定されず、例えば、四角形、五角形等の多角形、楕円形等であってもよい。また、図５に示すように、接続部材５、基板収容部材３およびケース２の各側面は、ほぼ同一円周面上に位置している。
【００７８】
［アナログ回路基板］
図６に示すように、ケース２内には、複数（本実施形態では４つ）のアナログ回路基板６１が設けられている。本実施形態では、１つのセンサーデバイス４に対して１つのアナログ回路基板６１が設けられており、１つのセンサーデバイス４とそれに対応する１つのアナログ回路基板６１とが電気的に接続されている。また、各アナログ回路基板６１は、デジタル回路基板６２に電気的に接続されている。
【００７９】
図５に示すように、各アナログ回路基板６１は、第２固定部２２２の突出部２２３が挿通されている孔６１１と、各与圧ボルト７０が挿通されている孔（図示せず）と、アナログ回路基板６１とデジタル回路基板６２とを電気的に接続するために用いるコネクター６１２と、を有する。また、アナログ回路基板６１は、第１固定部２１２と第２固定部２２２との間に配置されており、突出部２２３に挿通された状態でセンサーデバイス４に対して中心軸Ａ１側に配置されている。
【００８０】
このようなアナログ回路基板６１は、図示はしないが、後述するセンサーデバイス４から出力された電荷Ｑ（Ｑα、Ｑβ、Ｑγ）をそれぞれ電圧Ｖ（Ｖα、Ｖβ、Ｖγ）に変換するチャージアンプ（変換出力回路）を備えている。このチャージアンプは、例えば、オペアンプと、コンデンサーと、スイッチング素子と、を有して構成することができる。
【００８１】
［デジタル回路基板］
図５に示すように、ケース２内には、デジタル回路基板６２が設けられている。本実施形態では、デジタル回路基板６２は、第２ケース部材２２に設けられた固定部材７５によって第２ケース部材２２の上方に固定されている。このデジタル回路基板６２は、各アナログ回路基板６１と後述する中継基板６３とに電気的に接続されている。
【００８２】
デジタル回路基板６２は、その中央部に形成された孔６２１と、アナログ回路基板６１のコネクター６１２と図示しない配線等により電気的に接続されているコネクター６２２と、後述する中継基板６３と電気的に接続されているコネクター６２３、６２４と、図示しない温度センサーに電気的に接続された複数のコネクター６２５と、を有する（図５および図６参照）。
【００８３】
このようなデジタル回路基板６２は、図示しないが、アナログ回路基板６１からの電圧Ｖに基づいて、外力を検出（演算）する外力検出回路を備えている。外力検出回路は、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を演算する。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、を有して構成することができる。
【００８４】
［中継基板］
図５に示すように、基板収容部材３の孔３１１内に設けられた中継基板６３は、ボルト７６によって第２ケース部材２２に対して固定されている。この中継基板６３によって、ロボット１００のロボットアーム１０の駆動を制御するロボットコントローラ（図示せず）と力検出情報からのフィードバック制御を行う経路と、補正パラメーターの入力経路を備えることができる。
【００８５】
この中継基板６３は、図７に示すように、各種処理を行う電子部品６３１と、中央部に設けられた孔６３２と、コネクター６３５、６３６と、を有する。また、中継基板６３は、例えばフレキシブル基板で構成された配線６３３、６３４によってデジタル回路基板６２に電気的に接続されている（図５および図６参照）。
【００８６】
具体的には、配線６３３は、コネクター６３５に接続されており、中継基板６３の孔６３２およびデジタル回路基板６２の孔６２１に挿通され、第１プレート２１１に向かって延び、ケース２内の外周部に引き回された後、デジタル回路基板６２のコネクター６２３に接続されている（図５〜図７参照）。この配線６３３は、センサーデバイス４に補正パラメーターを入力するために用いられる。また、配線６３４は、コネクター６３６に接続されており、中継基板６３の孔６３２およびデジタル回路基板６２の孔６２１に挿通され、第１プレート２１１に向かって延び、ケース２内の外周部に引き回された後、デジタル回路基板６２のコネクター６２４に接続されている。この配線６３４は、センサーデバイス４からの出力を演算処理するために用いられる。
【００８７】
［外部配線部］
図７に示すように、外部配線部６４は、例えば複数の配線およびそれらをまとめるチューブ等で構成されている。前述したように、この外部配線部６４の一端は、基板収容部材３の凹部３１２内に配置されていて、中継基板６３に電気的に接続されている。また、外部配線部６４の他端は、前述したロボットアーム１０に接続されている（図２参照）。
【００８８】
また、外部配線部６４の一部は、基板収容部材３の側面に設けられた支持部６４１によって支持されている。これにより、外部配線部６４のうちの支持部６４１から基板収容部材３の凹部３１２までの間の部分６４２の移動が規制されている。これにより、ロボットアーム１０の駆動に対して外部配線部６４の部分６４２を除く他の部分が応動しても、外部配線部６４の部分６４２の応動が規制される（図２および図７参照）。そのため、ロボットアーム１０が駆動しても、外部配線部６４と中継基板６３との電気的な接続に影響を与えないようにすることができる。
【００８９】
［センサーデバイス］
図６に示すように、４つのセンサーデバイス４は、平面視で（中心軸Ａ１に沿った方向から見たとき）、中心軸Ａ１を通りｙ軸に平行な線分ＣＬに対して対称となるように配置されている。
【００９０】
以下、センサーデバイス４について詳述する。
図９は、センサーデバイスの断面図である。図１０は、アナログ回路基板に実装されたセンサーデバイスを示す平面図である。図１１は、力検出素子を示す図である。図１２は、センサーデバイスが有するパッケージに設けられた端子を示す平面図である。図１３は、パッケージの裏面側を示す平面図である。図１４は、アナログ回路基板とセンサーデバイスとの接続を示す図である。また、前述した図６と、図９〜図１３とには、互いに直交する３つの軸としてα軸、β軸およびγ軸が図示されており、各軸を示す矢印の先端側を「＋」、基端側を「−」とする。また、α軸に平行な方向を「α軸方向」、β軸に平行な方向を「β軸方向」、γ軸に平行な方向を「γ軸方向」という。なお、以下では、＋γ軸方向側を「上」、−γ軸方向側を「下」ともいう。
【００９１】
４つのセンサーデバイス４はケース２内での配置が異なる以外、同様の構成である。各センサーデバイス４は、互いに直交するα軸、β軸およびγ軸の３軸に沿って加えられた外力（具体的には、せん断力、および、圧縮または引張力）を検出する機能を有する。本実施形態では、図６に示すように、平面視で、γ軸の＋側が中心軸Ａ１とは反対側を向き、かつ、β軸方向とｚ軸方向とが平行になるように、各センサーデバイス４は配置されている。
【００９２】
図９に示すように、各センサーデバイス４は、力検出素子８と、力検出素子８を収納するパッケージ４０と、パッケージ４０に設けられた複数の内部端子４４と、力検出素子８に設けられた複数の側面電極４６と、側面電極４６と内部端子４４とを電気的に接続している複数の導電性接続部４５と、力検出素子８をパッケージ４０に対して接着している接着部材４７と、パッケージ４０の外表面に設けられた複数の外部端子４８とを有する。また、センサーデバイス４は、図１０に示すように、前述したアナログ回路基板６１に実装されている。
【００９３】
〈力検出素子〉
図１１に示す力検出素子８（積層体）は、力検出素子８に加えられた外力のα軸方向の成分に応じた電荷Ｑα、力検出素子８に加えられた外力のβ軸方向の成分に応じた電荷Ｑβ、および、力検出素子８に加えられた外力のγ軸方向の成分に応じた電荷Ｑγを出力する機能を有する。
【００９４】
この力検出素子８は、α軸に平行な外力（せん断力）に応じて電荷Ｑαを出力する２つの圧電素子８１、８２と、γ軸に平行な外力（圧縮／引張力）に応じて電荷Ｑγを出力する２つの圧電素子８３、８４と、β軸に平行な外力（せん断力）に応じて電荷Ｑβを出力する２つの圧電素子８５、８６と、２つの支持基板８７１、８７２と、複数の接続部８８と、を有する。ここで、支持基板８７１、接続部８８、圧電素子８１、接続部８８、圧電素子８２、接続部８８、圧電素子８３、接続部８８、圧電素子８４、接続部８８、圧電素子８５、接続部８８、圧電素子８６、接続部８８および支持基板８７２は、この順で積層されている。また、図９に示すように、支持基板８７１が第１固定部２１２側に位置しており、支持基板８７２が第２固定部２２２側に位置している。なお、支持基板８７１が第２固定部２２２側に位置し、支持基板８７２が第１固定部２１２側に位置していてもよい。なお、以下では、圧電素子８１、８２、８３、８４、８５、８６を区別しない場合は、それらをそれぞれ「圧電素子８０」という。
【００９５】
（圧電素子）
図１１に示すように、圧電素子８１は、基準電位（例えばグランド電位ＧＮＤ）に電気的に接続されているグランド電極層８１３と、圧電体層８１１と、出力電極層８１２とを有し、これらがこの順で積層されている。同様に、圧電素子８２は、出力電極層８２２と、圧電体層８２１と、グランド電極層８２３とを有し、これらがこの順で積層されている。また、出力電極層８１２と出力電極層８２２とが接続部８８を介して接続されるように、圧電素子８１、８２は配置されている。また、圧電素子８１のグランド電極層８１３と支持基板８７１とは、接続部８８を介して接続されている。
【００９６】
同様に、圧電素子８３は、グランド電極層８３３と、圧電体層８３１と、出力電極層８３２とを有し、これらがこの順で積層されている。また、圧電素子８４は、出力電極層８４２と、圧電体層８４１と、グランド電極層８４３とを有し、これらがこの順で積層されている。また、出力電極層８３２と出力電極層８４２とが接続部８８を介して接続されるように、圧電素子８３、８４は配置されている。また、圧電素子８３のグランド電極層８３３と前述した圧電素子８２のグランド電極層８２３とは、接続部８８を介して接続されている。
【００９７】
同様に、圧電素子８５は、グランド電極層８５３と、圧電体層８５１と、出力電極層８５２とを有し、これらがこの順で積層されている。また、圧電素子８６は、出力電極層８６２と、圧電体層８６１と、グランド電極層８６３とを有し、これらがこの順で積層されている。また、出力電極層８５２と出力電極層８６２とが接続部８８を介して接続されるように、圧電素子８５、８６は配置されている。また、圧電素子８５のグランド電極層８５３と前述した圧電素子８４のグランド電極層８４３とは、接続部８８を介して接続されている。また、圧電素子８６のグランド電極層８６３と支持基板８７２とは、接続部８８を介して接続されている。
【００９８】
なお、以下では、圧電体層８１１、８２１、８３１、８４１、８５１、８６１を区別しない場合は、それらをそれぞれ「圧電体層８０１」という。また、出力電極層８１２、８２２、８３２、８４２、８５２、８６２を区別しない場合は、それらをそれぞれ「出力電極層８０２」という。また、グランド電極層８１３、８２３、８３３、８４３、８５３、８６３を区別しない場合は、それらをそれぞれ「グランド電極層８０３」という。
【００９９】
前述したように、本実施形態では、各圧電素子８０は、圧電効果により電荷Ｑを生じる圧電体層８０１と、圧電体層８０１に設けられ、電荷に応じた信号（電圧Ｖ）を出力する出力電極層８０２（電極）と、を有する。また、圧電素子８０は、グランド電極層８０３を有する。このような構成の圧電素子８０を用いることで、力検出装置１が受けた外力を高感度に検出することができる。
【０１００】
また、各圧電体層８０１は、水晶を含む（水晶で構成されている）。これにより、高感度、広いダイナミックレンジ、高い剛性等の優れた特性を有する力検出装置１を実現することができる。
【０１０１】
図１１に示すように、各圧電体層８０１を構成する水晶の結晶軸であるＸ軸の方向が互いに異なっている。具体的には、圧電体層８１１を構成する水晶のＸ軸は、図１１中紙面奥側を向いている。圧電体層８２１を構成する水晶のＸ軸は、図１１中紙面手前側を向いている。圧電体層８３１を構成する水晶のＸ軸は、図１１中上側を向いている。圧電体層８４１を構成する水晶のＸ軸は、図１１中下側を向いている。圧電体層８５１を構成する水晶のＸ軸は、図１１中右側を向いている。圧電体層８６１を構成する水晶のＸ軸は、図１１中左側を向いている。このような圧電体層８１１、８２１、８５１、８６１は、それぞれＹカット水晶板で構成され、Ｘ軸の向きが互いに９０°ずつ異なっている。また、圧電体層８３１、８４１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°異なっている。
【０１０２】
なお、本実施形態では、各圧電体層８０１は、それぞれ、水晶で構成されているが、これらは、水晶以外の圧電材料を用いた構成であってもよい。水晶以外の圧電材料としては、例えば、トパーズ、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。
【０１０３】
圧電体層８０１の厚さは、それぞれ、特に限定されないが、例えば、０．１〜３０００μｍ程度である。
【０１０４】
また、出力電極層８１２は、圧電体層８１１の圧電効果により生じた電荷Ｑαを出力する。同様に、出力電極層８２２は、圧電体層８２１の圧電効果により生じた電荷Ｑαを出力する。また、出力電極層８３２は、圧電体層８３１の圧電効果により生じた電荷Ｑγを出力する。同様に、出力電極層８４２は、圧電体層８４１の圧電効果により生じた電荷Ｑγを出力する。また、出力電極層８５２は、圧電体層８５１の圧電効果により生じた電荷Ｑβを出力する。同様に、出力電極層８６２は、圧電体層８６１の圧電効果により生じた電荷Ｑβを出力する。
【０１０５】
各出力電極層８０２および各グランド電極層８０３を構成する材料は、それぞれ、電極として機能し得る材料であれば特に限定されないが、例えば、ニッケル、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等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて（例えば積層して）用いることができる。これらの中でも特に、ニッケル（Ｎｉ）を用いることが好ましい。これにより、本実施形態のように圧電体層８０１が水晶で構成されている場合、圧電体層８０１と、出力電極層８０２およびグランド電極層８０３との熱膨張係数の差を小さくできる。具体的には両者の差を１０％以下にすることができる。そのため、圧電素子８０が熱変形しても、その熱変形に起因した応力の発生を低減することができ、当該応力に起因する不要な信号の出力を低減することができる。
【０１０６】
また、全ての出力電極層８０２およびグランド電極層８０３は、それぞれ、異なる材料で構成されていてもよいが、同一の材料で構成されていることが好ましい。これにより、材料の違いにより生じ得る出力の誤差を防止または低減することができる。
【０１０７】
出力電極層８０２およびグランド電極層８０３の厚さは、それぞれ、特に限定されないが、例えば、０．０５〜１００μｍ程度である。
【０１０８】
（支持基板）
支持基板８７１、８７２（ダミー基板）は、圧電素子８０を支持している。
【０１０９】
支持基板８７１、８７２の厚さは、それぞれ、各圧電体層８０１の厚さよりも厚い。これにより、力検出素子８を後述するパッケージ４０に対して安定して接続することができる。また、支持基板８７１を備えることで後述するパッケージ４０が備える底部材４１１と圧電素子８６とを離間させることができ、支持基板８７２を備えることで、後述するパッケージ４０が備える蓋体４２と圧電素子８１とを離間させることができる（図９参照）。
【０１１０】
支持基板８７１、８７２の厚さは、特に限定されないが、例えば、０．１〜５０００μｍ程度である。
【０１１１】
また、支持基板８７１、８７２は、それぞれ、水晶で構成されている。また、支持基板８７１は、隣り合う圧電素子８１が有する圧電体層８１１と同様の構成の水晶板（Ｙカット水晶板）で構成されており、Ｘ軸の向きも圧電体層８１１と同様である。また、支持基板８７２は、隣り合う圧電素子８６が有する圧電体層８６１と同様の構成の水晶板（Ｙカット水晶板）で構成されており、Ｘ軸の向きも圧電体層８６１と同様である。ここで、水晶は異方性を有するため、その結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向で熱膨張係数が異なる。そのため、図示のように、熱膨張による応力を抑えるために支持基板８７１、８７２は隣り合う圧電体層８１１、８６１と同様の構成および配置（向き）であることが好ましい。
【０１１２】
なお、支持基板８７１、８７２は、それぞれ、各圧電体層８０１と同様に水晶以外の材料で構成されていてもよい。
【０１１３】
（接続部）
接続部８８は、圧電素子８０同士を接続するとともに、絶縁性材料で構成されており、各圧電素子８０間での導通を遮断する機能を有する。
【０１１４】
接続部８８は、高分子材料を含む高分子ポリマー膜で構成されている。高分子材料としては、熱膨張係数が比較的小さいもの（低熱膨張係数のポリマー）が好ましく、例えば、ポリイミド、ポリシロキサン、アクリロニトリルスチレン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリフェニレンオキシド、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラニン樹脂等を用いることができる。中でも特に、接続部８８すなわち高分子ポリマー膜は、ポリシロキサンを含むことが好ましい。これにより、接着剤等に比べてポリシロキサンを含む高分子ポリマー膜は熱膨張係数が小さく、変形し難い。さらに経時的安定性に優れている。そのため、各圧電素子８０同士の間での外力の検出の損失をより低減することができ、よって、力検出素子８は、より精度よく外力を検出することができる。
【０１１５】
なお、ポリシロキサンとは、シロキサン結合で構成された主骨格（主鎖）を有するが化合物のことを言う。ポリシロキサンは、主鎖の一部から突出する分枝状の構造を有する分岐構造であってもよく、主鎖が環状をなす環状構造であってもよく、主鎖の末端同士が連結していない直鎖状構造であってもよい。このようなシロキサン結合の主骨格を有することで、高分子ポリマー膜で構成された接続部８８は、変形し難い強固な膜となる。また、ポリシロキサンの典型例としては、例えばシリコーンまたはその変性体が挙げられる。
【０１１６】
ここで、外力が加わると圧電効果により圧電体層８０１に変形（歪み）が生じるが、圧電体層８０１と出力電極層８０２とでは、構成材料の違い等から、外力が加わったときの挙動が異なる。それゆえ、仮に、出力電極層８０２同士が直接的に接続されていると、その出力電極層８０２同士の間に生じ得る応力を、圧電効果により生じる圧電体層８０１の変形とともに出力してしまい、よって、検出誤差が生じてしまう。これに対し、本実施形態では、出力電極層８０２同士の間に高分子ポリマー膜で構成された接続部８８を設けているため、前述のような検出誤差の発生を低減または除去することができる。また、仮に、出力電極層８０２同士が接着剤等で接続されていると、接着剤が比較的柔らかい構成であるため、圧電体層８０１の変形を吸収または緩和してしまう。それゆえ、検出感度が低下してしまう。これに対し、本実施形態では、高分子ポリマー膜で構成された接続部８８を設けているため前述のような検出感度の低下を低減または防止することができる。
【０１１７】
また、接続部８８を構成する高分子ポリマー膜は、ポリシロキサン以外を含んでいてもよいが、高分子ポリマー膜中に含まれるポリシロキサンの含有率は、７０質量％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましい。このような高分子ポリマー膜で構成された接続部８８を用いることで、ポリシロキサンを含んでいることの利点を十分に生かすことができ、各圧電素子８０同士の間での外力の検出の損失をより低減することができる。また、高分子ポリマー膜がポリシロキサン以外の物質を含む場合、前述した低熱膨張係数のポリマーを含むことが好ましい。この場合、ポリシロキサンとのブレンドや共重合体として含むことが挙げられる。
【０１１８】
また、接続部８８を構成する高分子ポリマー膜の熱膨張係数としては、特に限定されないが、１．０（×１０−５／Ｋ）以上７．０（×１０−５／Ｋ）以下であることが好ましく、２．０（×１０−５／Ｋ）以上５．５（×１０−５／Ｋ）以下であることがより好ましい。これにより、前述した効果を顕著に発揮することができる。
【０１１９】
接続部８８の厚さは、それぞれ、特に限定されないが、例えば、０．１〜１００００ｎｍであることが好ましく、１．０〜１０００ｎｍであることがより好ましく、５０〜５００ｎｍであることがさらに好ましい。これにより、各圧電素子８０同士の間での外力の検出の損失を効果的に低減することができる。
【０１２０】
また、圧電体層８０１の厚さをＴ１とし、高分子ポリマー（特にポリシロキサンの）膜で構成された接続部８８の厚さをＴ２としたとき、２．０≦Ｔ１／Ｔ２≦１００００を満足することが好ましく、５．０≦Ｔ１／Ｔ２≦５０００を満足することがより好ましく、１０．０≦Ｔ１／Ｔ２≦１０００を満足することがさらに好ましい。これにより、力検出素子８の小型化を図りつつ、外力の検出精度の低下をより効果的に低減することができる。また、力検出素子８が有する全ての圧電体層８０１の厚さＴ１と、全ての接続部８８の厚さＴ２とが、前述の関係を満足することが特に好ましい。これにより、前述した効果を顕著に発揮することができる。なお、全ての圧電体層８０１と全ての接続部８８とが前述の関係を満足しなくてもよい。
【０１２１】
また、本実施形態では、各接続部８８を構成する高分子ポリマー膜の組成、厚さ、形状等は同一であるが、これらは互いに異なっていてもよい。また、各接続部８８のうちの少なくとも１つは、２層以上の積層であってもよく、その場合、積層中の少なくとも１層が前述したポリシロキサンのような高分子ポリマー膜で構成されていればよい。
【０１２２】
以上、力検出素子８について説明した。前述したように、力検出素子８は、複数の圧電素子８０が積層されている。具体的には、力検出素子８は、互いに直交する３軸をα軸、β軸およびγ軸としたとき、Ｘカット水晶板で構成された圧電体層８３１、８４１を備え、γ軸方向に沿った外力に応じて電荷Ｑγを出力する圧電素子８３、８４（第１圧電素子）を有する。さらに、力検出素子８は、Ｙカット水晶板で構成された圧電体層８１１、８２１を備え、α軸方向の外力に応じて電荷Ｑαを出力する圧電素子８１、８２（第２圧電素子）を有する。そして、力検出素子８は、Ｙカット水晶板で構成された圧電体層８５１、８６１を備え、圧電素子８３、８４を圧電素子８１、８２との間に挟むように配置され、β軸方向の外力に応じて電荷Ｑβを出力する圧電素子８５、８６（第３圧電素子）を有する。これにより、水晶の結晶方位による圧電効果の異方性により、加えられた外力を分解して検出することができる。すなわち、互いに直交する３軸の並進力成分を独立して検出することができる。このように、力検出素子８は、複数（２つ以上）の圧電素子８０を備えることで、検出軸の多軸化を図ることができる。また、力検出素子８は、第１〜第３圧電素子を少なくとも１つずつ有すれば、互いに直交する３軸の並進力成分を独立して検出することができるが、本実施形態のように第１〜第３圧電素子をそれぞれ２つ有することで、出力感度を高めることができる。このように、力検出素子８は、複数（２つ以上）の第１〜第３圧電素子を備えることで、力検出装置１の高感度化を図ることができる。
【０１２３】
なお、各圧電素子８０の積層順は、図示のものに限定されない。また、力検出素子８を構成する圧電素子の数は、前述した数に限定されない。例えば、圧電素子の数は１〜５つであってもよいし、７つ以上であってもよい。また、本実施形態では、力検出素子８の全体形状は、直方体をなすが、これに限定されず、例えば、円柱状や他の多面体等であってもよい。
【０１２４】
〈パッケージ〉
図９に示すように、パッケージ４０は、力検出素子８を収容する部材である。このパッケージ４０は、力検出素子８が設置されている凹部４０１を有する基部４１と、凹部４０１の開口を塞ぐようにして基部４１に対してシール部材４３を介して接合されている蓋体４２と、を有する。
【０１２５】
（基部）
基部４１（ベース）は、平板状の底部材４１１と、底部材４１１に接合（固定）された側壁部材４１２と、を有する。底部材４１１と側壁部材４１２とにより凹部４０１が形成されている。
【０１２６】
−底部材−
底部材４１１（第１部材）は、四角形の平板状をなし、第２固定部２２２の突出部２２３に当接している。本実施形態では、底部材４１１は、γ軸方向から見て、突出部２２３の頂面２２３１を包含している。また、底部材４１１は、例えば絶縁性を有する接着剤等で構成された接着部材４７を介して力検出素子８に接続されている。なお、接着部材４７は、接着剤に加えて、例えばフィラー、水、溶剤、可塑剤、硬化剤および帯電防止剤等を含んでいてもよい。
【０１２７】
このように、第２固定部２２２の突出部２２３に直接的に接続され、力検出素子８に接着部材４７を介して接続されている底部材４１１は、力検出装置１に加わった外力を力検出素子８に伝達する機能を有している。
【０１２８】
このような底部材４１１の具体的な構成材料としては、例えば、ステンレス鋼、コバール、銅、鉄、炭素鋼、チタン等の各種金属材料等が挙げられるが、中でも特に、コバールであることが好ましい。これにより、底部材４１１は、比較的高い剛性を有するとともに、応力が加えられたときに適度に弾性変形する。そのため、底部材４１１は、第２ケース部材２２に加えられた外力を力検出素子８に的確に伝達することができるとともに、外力によって底部材４１１が破損等するおそれや底部材４１１と側壁部材４１２との間での接合不良が生じるおそれを低減することができる。また、コバールは、成形加工性に優れているという観点からも好ましい。
【０１２９】
−側壁部材−
側壁部材４１２（第２部材）は、四角形の筒状をなし、凹部４０１の内側に突出した突出部を有する。当該突出部は、側壁部材４１２の全周に亘って形成されており底部材４１１上に接着されている。
【０１３０】
このような側壁部材４１２の構成材料としては、絶縁性を有する材料であることが好ましく、例えば、アルミナ、ジルコニア等の酸化物系のセラミックス、炭化ケイ素等の炭化物系のセラミックス、窒化ケイ素等の窒化物系のセラミックス等の各種セラミックスを主成分とすることが好ましい。セラミックスは、適度な剛性を有するとともに、絶縁性に優れている。そのため、パッケージ４０の変形による損傷が生じにくく、内部に収容された力検出素子８をより確実に保護することができる。また、後述する側壁部材４１２に設けられた内部端子４４同士や外部端子４８同士が短絡することをより確実に回避することができる。また、側壁部材４１２の加工精度をより高めることもできる。
【０１３１】
このように、基部４１は、底部材４１１（第１部材）と、底部材４１１に接合され、底部材４１１とともに凹部４０１を形成している側壁部材４１２（第２部材）とを有する。そして、底部材４１１のヤング率は、側壁部材４１２のヤング率よりも低いことが好ましい。これにより、外力を力検出素子８に的確に伝達することができるとともに、外力や与圧ボルト７０による与圧によって底部材４１１が破損等するおそれや底部材４１１と側壁部材４１２との間での接合不良が生じるおそれを低減することができる。
【０１３２】
また、底部材４１１のヤング率（縦弾性係数）と蓋体４２のヤング率との差は、１０％以下であることが好ましく、５％以下であることがより好ましく、３％以下であることがさらに好ましい。これにより、前述した効果をより顕著に発揮することができる。
【０１３３】
具体的には、底部材４１１のヤング率は、５０ＧＰａ以上３００ＧＰａ以下であることが好ましく、１００ＧＰａ以上２５０ＧＰａ以下であることがより好ましく、１２０ＧＰａ以上２００ＧＰａ以下であることがさらに好ましい。側壁部材４１２のヤング率は、２００ＧＰａ以上５００ＧＰａ以下であることが好ましく、２５０ＧＰａ以上４８０ＧＰａ以下であることがより好ましく、３００ＧＰａ以上４５０ＧＰａ以下であることがさらに好ましい。蓋体４２のヤング率は、５０ＧＰａ以上３００ＧＰａ以下であることが好ましく、１００ＧＰａ以上２５０ＧＰａ以下であることがより好ましく、１２０ＧＰａ以上２００ＧＰａ以下であることがさらに好ましい。
【０１３４】
（シール部材）
図９に示すシール部材４３は、例えば環状のシーリングで構成されており、基部４１の上面の全周に配置されている。
【０１３５】
このようなシール部材４３の構成材料としては、基部４１に蓋体４２を接合（接着）する機能を有すればいかなる材料であってもよいが、例えば、金、銀、チタニウム、アルミニウム、銅、鉄、コバールまたはこれらを含む合金等で構成することができる。これらの中でも、シール部材４３は、コバールを含むことが好ましい。これにより、コバールは熱膨張係数が比較的小さいため、シール部材４３の熱変形を低減でき、熱変形に起因する基部４１および蓋体４２の間での接合不良が生じるおそれを低減することができる。
【０１３６】
また、シール部材４３は、クラッド材を用いることが好ましく、具体的には、コバールを含む層を、ニッケルを含む２つの層で挟んだ構成であるクラッド材であることが特に好ましい。これにより、シール部材４３による側壁部材４１２と蓋体４２との間での接合不良が生じるおそれをより低減できる。また、シール部材４３の耐久性を高めることができる。
【０１３７】
また、シール部材４３は、後述する蓋体４２を構成する材料と同一の材料を用いることが好ましい。これにより、蓋体４２とシール部材４３との熱膨張係数を同一または近似させることができ、よって、これらの熱変形の差に起因するシール部材４３と蓋体４２との間での接合不良が生じるおそれを低減することができる。
【０１３８】
（蓋体）
蓋体４２（リッド）は、板状をなし、凹部４０１の開口を塞ぐようにしてシール部材４３を介して基部４１に接合されている。この蓋体４２は、第１固定部２１２および力検出素子８に当接して設けられており、力検出装置１に加えられた外力を力検出素子８に伝達する機能を有している。また、本実施形態では、蓋体４２の縁部側は、基部４１側に向かって折れ曲がっており、力検出素子８を覆うように設けられている。
【０１３９】
このような蓋体４２の構成材料としては、特に限定されないが、前述した底部材４１１と同様、ステンレス鋼、コバール、銅、鉄、炭素鋼、チタン等の各種金属材料等が挙げられるが、中でも特に、コバールであることが好ましい。これにより、底部材４１１と同様に、外力を力検出素子８により正確に伝達することができるとともに、その外力によって破損することをさらに低減することができる。
【０１４０】
また、蓋体４２の構成材料と、底部材４１１の構成材料とは、互いに異なっていてもよいが、同一の材料を含むことが好ましい。これにより、両者の熱膨張係数やヤング率等を同一または近似させることができ、よって、力検出装置１に加えられた外力を力検出素子８により正確に伝達することができる。
【０１４１】
以上、パッケージ４０について説明した。このように、センサーデバイス４は、力検出素子８（積層体）を収容するパッケージ４０を有する。パッケージ４０は、力検出素子８（積層体）が配置されている凹部４０１を有する基部４１と、凹部４０１の開口を塞ぐようにして設けられた蓋体４２と、基部４１と蓋体４２とを接合するシール部材４３とを有する。これにより、圧電素子８０を外部から保護することができ、外部の影響によるノイズを低減することができる。そのため、力検出装置１の検出精度をより効果的に高めることができる。
【０１４２】
また、本実施形態では、パッケージ４０の外形は、図１０に示すように、γ軸方向から見て四角形をなしているが、これに限定されず、例えば、五角形等の他の多角形、円形、楕円形等であってもよい。
【０１４３】
〈側面電極〉
図９および図１２に示すように、複数の（本実施形態では４つ）の側面電極４６は、力検出素子８の側面に設けられている。なお、以下の説明では、４つの側面電極４６のうち、図１２中の左下側に位置する側面電極４６を「側面電極４６ａ」といい、図１２中の右下側に位置する側面電極４６を「側面電極４６ｂ」といい、図１２中の左上側に位置する側面電極４６を「側面電極４６ｃ」といい、図１２中の右上側に位置する側面電極４６を「側面電極４６ｄ」という。また、各側面電極４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄを区別しない場合は、それらをそれぞれ「側面電極４６」という。
【０１４４】
側面電極４６ｄは、力検出素子８の出力電極層８１２、８２２に電気的に接続されている（図１１および図１２参照）。同様に、側面電極４６ｃは、力検出素子８の出力電極層８３２、８４２に電気的に接続されている。また、側面電極４６ａは、力検出素子８の出力電極層８５２、８６２に電気的に接続されている。また、側面電極４６ｂは、力検出素子８の各グランド電極層８０３に電気的に接続されている。
【０１４５】
また、側面電極４６ａ、４６ｂは、力検出素子８の同一の側面８０７上に互いに離間して設けられている。また、側面電極４６ｃ、４６ｄは、側面電極４６ａ、４６ｂが設けられた側面に対向する同一の側面８０８上に互いに離間して設けられている。
【０１４６】
なお、側面電極４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄの配置関係は図示に限定されず、例えば、側面電極４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄは、力検出素子８の同一面上に設けられていてもよいし、異なる面に設けられていてもよい。また、各側面電極４６の位置、大きさ、形状等は、図示のものに限定されない。また、各側面電極４６は全て同じ大きさ、形状であってもよいし、互いに異なっていてもよい。
【０１４７】
このような側面電極４６は、出力電極層８０２（電極）を構成する材料と同一の材料を用いることが好ましい。すなわち、センサーデバイス４は、力検出素子８（積層体）の側面８０７、８０８に設けられた複数の側面電極４６を有する。そして、側面電極４６を構成する材料の少なくとも一部は、出力電極層８０２（電極）を構成する材料の少なくとも一部と同一であることが好ましい。これにより、側面電極４６と出力電極層８０２との密着性を高めることができ、よって、側面電極４６と出力電極層８０２との間での接続不良を低減することができる。また、本実施形態では、側面電極４６を構成する材料の少なくとも一部は、グランド電極層８０３を構成する材料の少なくとも一部と同一である。そのため、側面電極４６とグランド電極層８０３との間での接続不良を低減することができる。
【０１４８】
具体的には、各側面電極４６の構成材料としては、例えば、ニッケル、金、チタニウム、アルミニウム、銅、鉄等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも特に、各側面電極４６は、ニッケル、クロム、チタンのいずれかで構成された第１層に、金、白金、イリジウムのいずれかで構成された第２層を積層した金属膜で構成されていることが好ましく、ニッケルで構成された第１層に、金で構成された第２層を積層した金属膜で構成されていることがより好ましい。すなわち、側面電極４６は、ニッケルを含む第１層と、金を含む第２層とを含むことがより好ましい。また、第１層は、力検出素子８に接触していることが好ましい。
【０１４９】
ニッケル、クロム、チタンのいずれかを含む第１層は、各圧電体層８０１が水晶である場合、各圧電体層８０１の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する。そのため、第１層と各圧電体層８０１の熱変形の差を低減できる。それゆえ、各圧電体層８０１と各側面電極４６との密着性を高めることができ、各圧電体層８０１と各側面電極４６との間での接合不良を低減できる。また、金、白金、イリジウムのいずれかで構成された第２層を用いることで、側面電極４６の酸化を防止または抑制でき、側面電極４６の耐久性を高めることができる。特に、側面電極４６が、ニッケルを含む第１層と、金を含む第２層とを含むことで、前述の効果を特に顕著に発揮することができる。
【０１５０】
なお、各側面電極４６は、互いに異なる材料で構成されていてもよいが、同一の材料で構成されていることが好ましい。これにより、材料の違いにより生じ得る出力の誤差を防止または低減することができる。
【０１５１】
また、各側面電極４６は、例えば、スパッタ法、メッキ法等により形成することができる。これにより、各側面電極４６を容易に形成することができる。
【０１５２】
〈内部端子〉
図９および図１２に示すように、複数の（本実施形態では４つ）の内部端子４４は、凹部４０１内に位置し、前述した側壁部材４１２が有する突出部の蓋体４２側の面上に設けられている。なお、以下の説明では、４つ内部端子４４のうち、図１２中の左下側に位置する内部端子４４を「内部端子４４ａ」といい、図１２中の右下側に位置する内部端子４４を「内部端子４４ｂ」といい、図１２中の左上側に位置する内部端子４４を「内部端子４４ｃ」といい、図１２中の右上側に位置する内部端子４４を「内部端子４４ｄ」という。また、各内部端子４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄを区別しない場合は、それらを「内部端子４４」という。
【０１５３】
内部端子４４ａは、側面電極４６ａの近傍に設けられている。同様に、内部端子４４ｂは、側面電極４６ｂの近傍に設けられており、内部端子４４ｃは、側面電極４６ｃの近傍に設けられており、内部端子４４ｄは、側面電極４６ｄの近傍に設けられている。また、各内部端子４４同士は、互いに離間しており、各内部端子４４は、γ軸方向から見て四角形状をなす側壁部材４１２の角部近傍に設けられている（図９および図１２参照）。また、内部端子４４と側面電極４６とは、１対１の対応であり、１つの内部端子４４に対して１つの側面電極４６が電気的に接続されている。
【０１５４】
なお、各内部端子４４の位置、大きさ、形状等は、図示のものに限定されない。また、図示では、各内部端子４４は全て同じ大きさ、形状であるが、互いに異なっていてもよい。
【０１５５】
このような各内部端子４４は、導電性を有していればよく、例えば、クロム、タングステンなどのメタライズ層（下地層）に、ニッケル、金、銀、銅などの各被膜を積層することにより構成することができる。具体的には、各内部端子４４は、ニッケルまたはタングステンを含む下地層に、金を含む被覆層が積層された金属皮膜で構成することができる。これにより、下地層と側壁部材４１２との密着性を高めることができるとともに、内部端子４４の酸化を低減または防止して耐久性を高めることができる。
【０１５６】
〈導電性接続部〉
図９および図１２に示すように、複数の（本実施形態では４つ）の導電性接続部４５は、前述した内部端子４４と側面電極４６とを電気的に接続している。なお、以下の説明では、４つの導電性接続部４５のうち、図１２中の右下側に位置する導電性接続部４５を「導電性接続部４５ａ」といい、図１２中の左下側に位置する導電性接続部４５を「導電性接続部４５ｂ」といい、図１２中の右上側に位置する導電性接続部４５を「導電性接続部４５ｃ」といい、図１２中の左上側に位置する導電性接続部４５を「導電性接続部４５ｄ」という。また、各導電性接続部４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄを区別しない場合は、それらを「導電性接続部４５」という。
【０１５７】
導電性接続部４５ａは、側面電極４６ａと内部端子４４ａとに接着していて、これらを電気的に接続している。同様に、導電性接続部４５ｂは、側面電極４６ｂと内部端子４４ｂとに接着していて、これらを電気的に接続している。導電性接続部４５ｃは、側面電極４６ｃと内部端子４４ｃとに接着していて、これらを電気的に接続している。導電性接続部４５ｄは、側面電極４６ｄと内部端子４４ｄとに接着していて、これらを電気的に接続している。
【０１５８】
また、各導電性接続部４５の構成材料としては、例えば、金、銀、銅等を用いることができ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。また、具体的には、導電性接続部４５は、例えば、Ａｇペースト、Ｃｕペースト、Ａｕペースト等で形成することができるが、特に、Ａｇペーストを用いて形成することが好ましい。Ａｇペーストは、入手が容易であり、取扱性にも優れている。
【０１５９】
〈外部端子〉
図９および図１３に示すように、複数の（本実施形態では４つ）の外部端子４８は、側壁部材４１２の外表面のアナログ回路基板６１側に設けられてる。これら外部端子４８は、アナログ回路基板６１とセンサーデバイス４とを電気的に接続するために用いられている。なお、以下の説明では、４つの外部端子４８のうち、図１３中の左下側に位置する外部端子４８を「外部端子４８ａ」といい、図１３中の右下側に位置する外部端子４８を「外部端子４８ｂ」といい、図１３中の左上側に位置する外部端子４８を「外部端子４８ｃ」といい、図１３中の右上側に位置する外部端子４８を「外部端子４８ｄ」という。また、各外部端子４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、４８ｄを区別しない場合は、それらを「外部端子４８」という。
【０１６０】
各外部端子４８は、側壁部材４１２に形成された図示しない配線等を介して対応する内部端子４４に電気的に接続されている。具体的には、外部端子４８ａは、内部端子４４ａに電気的に接続され、外部端子４８ｂは、内部端子４４ｂに電気的に接続され、外部端子４８ｃは、内部端子４４ｃに電気的に接続され、外部端子４８ｄは、内部端子４４ｄに電気的に接続されている。また、本実施形態では、各外部端子４８は、前述した内部端子４４に対応した位置に設けられている。具体的には、各外部端子４８の少なくとも一部とそれに対応する各内部端子４４の少なくとも一部とは、γ軸方向から見て重なっている（図９、図１２および図１３参照）。また、各外部端子４８同士は、互いに離間距離ｄ１で離間しており、各外部端子４８は、γ軸方向から見て四角形状をなす側壁部材４１２の角部近傍に設けられている。
【０１６１】
また、図１３に示すように、外部端子４８ａと外部端子４８ｂとの間の離間距離ｄ１は、外部端子４８ａや外部端子４８ｂの幅ｄ２（図１３中の紙面手前から見たときの外部端子４８ａ、４８ｂの長手方向における長さ）よりも、大きい。同様に、外部端子４８ｃと外部端子４８ｄとの間の離間距離ｄ１は、外部端子４８ｃや外部端子４８ｄの幅ｄ２よりも、大きい。なお、外部端子４８ａと外部端子４８ｃとの間の離間距離および外部端子４８ｂと外部端子４８ｄとの間の離間距離は、それぞれ、離間距離ｄ１よりも大きい。
【０１６２】
また、外部端子４８と内部端子４４とは、１対１の対応であり、１つの外部端子４８に対して１つの内部端子４４が電気的に接続されている。
【０１６３】
なお、各外部端子４８の位置、大きさ、形状等は、図示のものに限定されない。また、図示では、各外部端子４８は全て同じ大きさ、形状であるが、互いに異なっていてもよい。また、図示では、外部端子４８ａと外部端子４８ｂとの間の離間距離ｄ１と、外部端子４８ｃと外部端子４８ｄとの間の離間距離ｄ１とは、等しいが、これらが異なっていてもよい。また、各外部端子４８の幅ｄ２は、本実施形態では、全て等しいが、互いに異なっていてもよい。
【０１６４】
このような各外部端子４８は、導電性を有していればよく、例えば、クロム、タングステンなどのメタライズ層（下地層）に、ニッケル、金、銀、銅などの各被膜を積層することにより構成することができる。例えば、各外部端子４８は、ニッケルまたはタングステンを含む下地層に、金を含む被覆層が積層された金属皮膜で構成することができる。これにより、下地層と側壁部材４１２との密着性を高めることができるとともに、外部端子４８の酸化を低減または防止して耐久性を高めることができる。
【０１６５】
このような各外部端子４８は、アナログ回路基板６１に設けられた端子６１３に対応した位置に設けられている（図９および図１４参照）。なお、図１４は、図９に示すアナログ回路基板６１とセンサーデバイス４との接続部分を拡大して示している。図１４に示すように、各外部端子４８は、アナログ回路基板６１に設けられた端子６１３に対して例えば半田等で構成された導電性接合部材７６１を介して接続されている。
【０１６６】
また、図１４に示すように、本実施形態では、導電性接合部材７６１の厚さが外部端子４８および端子６１３のそれぞれよりも厚く構成されている。また、端子６１３を囲むようにソルダーレジスト７６２が設けられている。そして、ソルダーレジスト７６２と側壁部材４１２との離間距離ｄ４は、ソルダーレジスト７６２の厚さｄ３よりも大きい。なお、ソルダーレジスト７６２は、導電性接合部材７６１のアナログ回路基板６１への付着を低減または防止するために用いられている。
【０１６７】
このようにして、センサーデバイス４はアナログ回路基板６１に接続されている。これにより、センサーデバイス４から出力された信号は、アナログ回路基板６１に出力される。
【０１６８】
以上説明したような力検出装置１の体積（外形寸法）は、特に限定されないが、例えば、１００〜５００ｃｍ３程度である。
【０１６９】
以上、センサーデバイス４について説明した。このようなセンサーデバイス４は、力検出素子８を有する。そして、前述したように、力検出素子８（積層体）は、「第１圧電素子」としての圧電素子８１と、「第２圧電素子」としての圧電素子８２と、圧電素子８１と圧電素子８２との間に位置している高分子ポリマー膜である接続部８８と、含む。
【０１７０】
このようなセンサーデバイス４によれば、圧電素子８１と圧電素子８２との間に高分子ポリマー膜で構成された接続部８８が設けられているため、圧電素子８１と圧電素子８２との間での外力の伝達損失を低減することができる。そのため、外力の検出精度の低下を低減することができる。同様に、隣り合う圧電素子８０同士の間には、高分子ポリマー膜で構成された接続部８８が設けられているため、隣り合う圧電素子８０同士の間での外力の検出の損失を低減することができる。
【０１７１】
なお、前述した説明では、圧電素子８１を「第１圧電素子」と捉え、圧電素子８２を「第２圧電素子」と捉えたが、隣り合う圧電素子８０同士のうちの一方を「第１圧電素子」と捉え、他方を「第２圧電素子」として捉えればよい。したがって、例えば、圧電素子８２を「第１圧電素子」と捉え、圧電素子８１を「第２圧電素子」と捉えてもよいし、圧電素子８３を「第１圧電素子」と捉え、圧電素子８４を「第２圧電素子」と捉えてもよい。
【０１７２】
また、本実施形態のように、隣り合う圧電素子８０同士の間の全てに高分子ポリマー膜で構成された接続部８８が設けられていることが好ましい。これにより、外力の検出の損失を効果的に低減することができ、よって、より精度よく外力を検出することができる。なお、隣り合う圧電素子８０同士の間の全てに、高分子ポリマー膜で構成された接続部８８が設けられていなくてもよく、任意の隣り合う圧電素子８０同士の間のみに高分子ポリマー膜で構成された接続部８８が設けられていてもよい。
【０１７３】
また、圧電素子８１（第１圧電素子）および圧電素子８２（第２圧電素子）は、それぞれ、圧電効果により電荷Ｑを生じる圧電体層８０１と、圧電体層８０１に設けられ、電荷Ｑに応じた信号（電圧Ｖ）を出力する出力電極層８０２（電極）と、を有する。また、圧電素子８３〜８６も、同様に、圧電体層８０１と出力電極層８０２（電極）と、を有する。そして、高分子ポリマー膜である接続部８８は、圧電素子８１（第１圧電素子）が有する出力電極層８１２（電極）と、圧電素子８２（第２圧電素子）が有する出力電極層８２２（電極）との間に設けられている。また、本実施形態では、隣り合う圧電体層８０１が備える出力電極層８０２（電極）同士またはグランド電極層８０３同士の間に高分子ポリマー膜である接続部８８が設けられている。これにより、出力電極層８０２同士の間およびグランド電極層８０３同士の間で外力の伝達損失が生じることを低減することができ、よって、外力の検出精度の低下を低減することができる。
【０１７４】
以上説明したように、力検出装置１は、第１プレート２１１と、第２プレート２２１と、第１プレート２１１と第２プレート２２１との間に位置する構造体２０と、を備える。構造体２０は、少なくとも１つ（本実施形態では６つ）の圧電素子８０を備えるセンサーデバイス４と、センサーデバイス４に接触し、第１プレート２１１に対して固定されている第１固定部２１２と、センサーデバイス４に接触し、第２プレート２２１に対して固定されている第２固定部２２２と、を有する。そして、第１プレート２１１と第２プレート２２１とが重なる方向から見て、貫通孔２１７の少なくとも一部（本実施形態では全部）が構造体２０と重なっている。
【０１７５】
このような力検出装置１によれば、第１固定部２１２および第２固定部２２２を介して、センサーデバイス４に外力を伝達することができる。そして、平面視で、取付部材１８と部材２４と第１プレート２１１との接続に関わる部分（本実施形態では、雌ネジ孔２１４、貫通孔２４１）の少なくとも一部が構造体２０と重なっていることで、これらが重なっていない場合に比べて、エンドエフェクター１７が受けた外力のセンサーデバイス４への伝達損失を低減することができる。そのため、外力をより精度よく検出することができる。
【０１７６】
また、本実施形態では、第１プレート２１１は１枚の平板状の部材であるが、「第１プレート」の形状は、「第１プレート」の少なくとも一部に、外力を受ける平面を有する板状をなす部分があればよい。外力を受ける部分が、平面を有する板状であることで、外力をより正確に捉えることができる。また、「第２プレート」についても同様である。
【０１７７】
また、前述したように、センサーデバイス４は、複数の圧電素子８０が積層された力検出素子８（積層体）を有し、力検出素子８における複数の圧電素子８０の積層方向Ｄ１は、第１プレート２１１の板面（上面２１５）の法線（中心軸Ａ１）に対して交差（本実施形態では直交）している。そして、積層方向Ｄ１はｘｙ平面の面方向に沿って配置されている（図５および図９参照）。これにより、センサーデバイス４から出力された信号から温度変化に起因するノイズ成分の影響を低減することができ、よって、外力をより精度よく検出することができる。
【０１７８】
なお、本実施形態では、積層方向Ｄ１は、上面２１５の法線に対して直交しているが、積層方向Ｄ１は、上面２１５の法線に対して０°超え９０°未満の範囲内の所定の角度で傾斜していてもよい。また、積層方向Ｄ１は、上面２１５に対して平行であってもよい。
【０１７９】
さらに、前述したように、本実施形態では、力検出装置１は、４つのセンサーデバイス４を有する（図６参照）。そして、４つのセンサーデバイス４は、図６に示すように配置されている。すなわち、前述したように、４つのセンサーデバイス４は、平面視で、γ軸の＋側が中心軸Ａ１とは反対側を向き、かつ、β軸方向とｚ軸方向とが平行になるように配置されている。これにより、温度変動の影響を受けやすい電荷Ｑγを用いずに、電荷Ｑα、Ｑβのみを用いて、並進力成分Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚおよび回転力成分Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚの演算をすることができる。そのため、力検出装置１は、温度の変動による影響を受けにくく、高精度な検出が可能である。それゆえ、例えば高温環境下に力検出装置１が置かれてケース２が熱変形し、その熱変形によってセンサーデバイス４に対する与圧が所定の値から変化してノイズ成分となることを低減または零にすることができる。
【０１８０】
なお、センサーデバイス４の配置は、図示の配置に限定されないが、４つのセンサーデバイス４が図６に示すように配置されていることで、比較的単純な演算によって６軸成分を求めることができる。
【０１８１】
また、本実施形態では、センサーデバイス４の数は、４つであるが、これに限定されず、例えば、１つ、２つ、３つ、または５つ以上でもよい。また、本実施形態では、力検出装置１は、６軸成分を検出可能な６軸力覚センサーであるが、力検出装置１は、１軸成分（例えば、１軸方向の並進成分）、２軸成分、３軸成分、４軸成分または５軸成分を検出する力覚センサーであってもよい。ただし、力検出装置１は、少なくとも３つの互いに直交する軸（α軸、β軸およびγ軸）を独立して検出するセンサーデバイスを４つ以上有していれば、６軸成分を検出可能である。
【０１８２】
また、前述したように、センサーデバイス４は、複数の圧電素子８０が積層された力検出素子８（積層体）と、力検出素子８の側面８０７、８０８に設けられた複数の側面電極４６と、パッケージ４０（本実施形態では側壁部材４１２）に設けられた複数の外部端子４８（接続端子）と、を有する。そして、１つの側面電極４６は、１つの外部端子４８（接続端子）に電気的に接続されている。具体的には、１つの側面電極４６は、内部端子４４、導電性接続部４５等を介して１つの外部端子４８（接続端子）に電気的に接続されている。これにより、外部端子４８の数を側面電極４６の数分用意すればよいので、外部端子４８の数を比較的少なくすることができる。そのため、例えば、図１３に示すように、外部端子４８同士の離間距離ｄ１を十分に大きくできる。それゆえ、例えばゴミ等の異物等による外部端子４８間におけるリークのおそれを低減することができる。また、離間距離ｄ１を十分に大きくできることで、導電性接合部材７６１がフラックス材を含む場合であっても、そのフラックス材の洗浄性を高めることができ、フラックス材の残渣も低減できる。なお、離間距離ｄ１とは、最も近接して配置されている外部端子４８同士の間の距離のことを示す。
【０１８３】
また、本実施形態では、センサーデバイス４は、パッケージ４０（本実施形態では側壁部材４１２）に設けられた複数の内部端子４４を有し、１つの側面電極４６は、１つの内部端子４４に電気的に接続されている。したがって、外部端子４８と同様に、内部端子４４の数を少なくすることができるので、図１２に示すように、内部端子４４同士の間の距離を十分に大きくできる。そのため、例えばゴミ等の異物等による内部端子４４間におけるリークのおそれを低減することができる。
【０１８４】
また、本実施形態では、外部端子４８（接続端子）同士の離間距離ｄ１は、外部端子４８（接続端子）の幅ｄ２よりも大きいことが好ましい。これにより、外部端子４８同士の離間距離ｄ１を十分に大きくすることができ、例えば、ゴミ等の異物等によるリークのおそれを低減することができる。なお、幅ｄ２とは、本実施形態では、γ軸方向から見て長手形状をなす外部端子４８の長手方向に沿った長さのことを示す。
【０１８５】
また、本実施形態のように、センサーデバイス４が複数の外部端子４８（接続端子）有する場合、全ての外部端子４８同士の離間距離（離間距離ｄ１を含む）が、外部端子４８の幅ｄ２よりも大きいことが好ましい。これにより、前述した効果を顕著に発揮することができる。なお、少なくとも１つの離間距離ｄ１が、任意の外部端子４８の幅ｄ２よりも大きくてもよい。
【０１８６】
また、前述したように、本実施形態では、導電性接合部材７６１の厚さが外部端子４８および端子６１３のそれぞれよりも厚く構成されている（図１４参照）。これにより、例えば、外部端子４８同士の間に存在し得るゴミ等の異物やフラックス材の洗浄性を高めることができ、よって、リークのおそれを低減することができる。
【０１８７】
［変形例］
次に、アナログ回路基板とセンサーデバイスとの接続の変形例について説明する。
図１５は、アナログ回路基板とセンサーデバイスとの接続の他の例を示す図である。
【０１８８】
図１５では、ソルダーレジスト７６２が除去されている。ここで、前述したように外部端子４８の数を比較的少なくすることで離間距離ｄ１を十分に大きくできるので、外部端子４８同士の間の洗浄性を高めることができる。そのため、図１４に示すようにソルダーレジスト７６２を設けずとも、例えばフラックス材の残渣等を低減することができる。
【０１８９】
図１６は、アナログ回路基板とセンサーデバイスとの接続の他の例を示す図である。
図１６に示す外部端子４８の厚さは、端子６１３の厚さよりも厚い。このような外部端子４８によっても、離間距離ｄ４を、厚さｄ３よりも容易に大きくすることができる。これにより、例えば、外部端子４８同士の間に存在し得るゴミ等の異物やフラックス材の洗浄性を高めることができ、よって、リークのおそれを低減することができる。なお、端子６１３の厚さを外部端子４８の厚さよりも厚くしても、同様の効果を発揮することができる。
【０１９０】
以上、力検出装置１について説明した。前述したように、力検出装置１は、第１プレート２１１と、第２プレート２２１と、第１プレート２１１と第２プレート２２１との間に設けられたセンサーデバイス４と、を備える。このような力検出装置１によれば、例えばエンドエフェクター１７で外力を受け、それにより第１プレート２１１および第２プレート２２１で受けた力をセンサーデバイス４に伝達することができる。そして、力検出装置１は、前述したセンサーデバイス４を備えている。そのため、力検出装置１によれば、外力をより精度よく検出することができる。
【０１９１】
３．力検出素子の接続部の製造方法
次に、例えばポリシロキサンを含む高分子ポリマー膜で構成された接続部８８を製造する方法について説明する。
【０１９２】
図１７は、力検出素子が有する接続部を製造する方法のフロー図である。
図１７に示すように、接続部８８の製造方法は、［１］塗布工程（ステップＳ１１）と、［２］エネルギー付与工程（ステップＳ１２）と、［３］貼り合わせ工程（ステップＳ１３）と、［４］加圧工程（ステップＳ１４）と、を有する。以下、各工程を順次説明する。なお、以下では、例えば、圧電素子８１と圧電素子８２との間に設けられた接続部８８を製造する方法を例に説明するが、それ以外の接続部８８についても同様の方法で製造することができる。
【０１９３】
［１］塗布工程（ステップＳ１１）
図１８は、塗布工程を説明するための図である。図１９は、塗布工程における接続部の表面の一部を拡大して示す模式図である。
【０１９４】
まず、図１８に示すように、圧電素子８１の出力電極層８１２と圧電素子８２の出力電極層８２２に、接続部８８の母材である液状のポリシロキサンを含む材料（例えば、オクタメチルトリシロキサン）を塗布して、被膜８８ａ（塗膜）を形成する。なお、図１８および後述する図１９では、圧電素子８１、８２をまとめて図示している。
【０１９５】
また、ポリシロキサンを含む材料を塗布する方法は、特に限定されず、インクジェット法や各種のコート法等を用いることができる。また、ポリシロキサンを含む材料には、溶媒や分散媒等を含んでいてもよい。
【０１９６】
図１９に示すように、被膜８８ａの表面は、シロキサン結合８８１と、シロキサン結合８８１のＳｉ原子８８２に結合したメチル基８８３（有機基）とを有する。
【０１９７】
なお、被膜８８ａと、出力電極層８１２、８２２との接続は、物理的結合に基づく接着であってもよいし、化学的結合に基づく接着であってもよい。例えば、出力電極層８１２、８２２の表面は、酸化膜で覆われていてもよく、その場合には、その酸化膜の表面には、ヒドロキシル基が結合（露出）していることとなる。そのため、出力電極層８１２、８２２上の酸化膜の表面と被膜８８ａ（接続部８８）の表面とが化学的結合で接続される。これにより、出力電極層８１２、８２２と被膜８８ａ（接続部８８）との接合強度を高めることができる。
【０１９８】
［２］エネルギー付与工程（ステップＳ１２）
図２０は、エネルギー付与工程を説明するための図である。図２１は、エネルギー付与工程における接続部の表面の一部を拡大して示す模式図である。
【０１９９】
次に、図２０に示すように、被膜８８ａの表面に対してエネルギーＥを付与する。これにより、被膜８８ａの表面付近の分子結合の一部が切断され、当該表面が活性化される。
【０２００】
当該表面が活性化された状態とは、図２１に示すように、被膜８８ａの表面の分子結合の一部、具体的には、例えば、メチル基８８３が切断されて、ダングリングボンド８８４（未結合手）が生じた状態の他、この未結合手がヒドロキシル基８８５（ＯＨ基）等の極性基によって終端化された状態をいう。
【０２０１】
エネルギーＥを付与する方法としては、いかなる方法であってもよいが、例えば、紫外線等のエネルギー線を照射する方法、プラズマに曝す（プラズマエネルギーを付与する）方法、被膜８８ａを加熱する方法、被膜８８ａをオゾンガスに曝す（化学的エネルギーを付与する）方法等が挙げられる。中でも、紫外線を照射する方法またはプラズマに曝す方法が好ましい。これにより、被膜８８ａの特性（機械的特性、化学的特性等）が低下するのを防止しつつ、被膜８８ａの表面の広範囲を迅速かつ好適に活性化させることができる。
【０２０２】
［３］貼り合わせ工程（ステップＳ１３）
図２２は、貼り合わせ工程を説明するための図である。
【０２０３】
次に、図２２に示すように、被膜８８ａ同士が密着するように、２つの圧電素子８１、８２を貼り合わせる。これにより、被膜８８ａ同士が化学的に結合する。本工程では、具体的な図示はしないが、被膜８８ａの表面のダングリングボンド８８４同士が結合する。
【０２０４】
被膜８８ａ同士の接続は、例えば接着剤のように、主としてアンカー効果のような物理的結合に基づく接着ではなく、共有結合のような強固な化学的結合に基づいて接合されている。このため、被膜８８ａ同士の結合は剥離し難く、接合ムラ等も生じ難い。また、被膜８８ａ同士の接続は、熱処理をせずとも例えば常温（例えば、２５℃程度）で接続することができるため、簡便である。
【０２０５】
［４］加圧工程（ステップＳ１４）
図２３は、加圧工程を説明するための図である。
【０２０６】
次に、図２３に示すように、２つの圧電素子８１、８２同士が互いに近づく方向に圧力Ｐを加える。圧力Ｐの大きさは、特に限定されず、例えば２０〜５０ｋＮ程度である。圧力Ｐを加える時間は、特に限定されず、例えば５〜３０分程度である。
【０２０７】
圧力Ｐが加えられることにより、具体的な図示はしないが、被膜８８ａ同士の界面および被膜８８ａの内部において、ダングリングボンド８８４同士が結合したり、ヒドロキシル基８８５同士が脱水縮合し、ヒドロキシル基８８５が結合していた結合手同士が結合したりする。これらの結合は、互いに重なり合う（絡み合う）ように複雑に生じていき、３次元的に結合が形成される。これにより、図２３に示すように、接合された２つの被膜８８ａによって、接続部８８が形成される。
【０２０８】
以上説明したようにして力検出素子８が有する接続部８８を製造することができる。前述したような方法によれば、接続部８８を効率よく作製することができる。なお、前述した接続部８８の製造方法は一例である。例えば、予め形成された接続部８８を各圧電素子８０の間に介在させることで、圧電素子８０と接続部８８とが交互に積層された力検出素子８を製造してもよい。
【０２０９】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。
【０２１０】
図２４は、第２実施形態におけるセンサーデバイスが有するパッケージに設けられた端子を示す平面図である。図２５は、図２４に示すパッケージの裏面側を示す平面図である。図２６は、アナログ回路基板とセンサーデバイスとの接続を示す図である。
【０２１１】
本実施形態は、パッケージに設けられた端子および外部端子の構成が異なる以外は、前述した実施形態と同様である。なお、以下の説明では、第２実施形態に関し、前述した実施形態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。
【０２１２】
図２４に示すセンサーデバイス４は、複数（本実施形態では３個）の内部端子４４に対して１つの側面電極４６が電気的に接続されている。側面電極４６ａに電気的に接続されている３つの内部端子４４が、それぞれ内部端子４４ａに相当し、側面電極４６ｂに電気的に接続されている３つの内部端子４４が、それぞれ内部端子４４ｂに相当し、側面電極４６ｃに電気的に接続されている３つの内部端子４４が、それぞれ内部端子４４ｃに相当し、側面電極４６ｄに電気的に接続されている３つの内部端子４４が、それぞれ内部端子４４ｄに相当している。また、本実施形態では、側面電極４６に電気的に接続されていない内部端子４４が存在している。
【０２１３】
また、図２５に示すように、センサーデバイス４は、複数（本実施形態では３個）の内部端子４４に対して複数の外部端子４８が電気的に接続されている。内部端子４４ａに電気的に接続されている複数の外部端子４８が、それぞれ外部端子４８ａに相当し、内部端子４４ｂに電気的に接続されている複数の外部端子４８が、それぞれ外部端子４８ｂに相当し、内部端子４４ｃに電気的に接続されている複数の外部端子４８が、それぞれ外部端子４８ｃに相当し、内部端子４４ｄに電気的に接続されている複数の外部端子４８が、それぞれ外部端子４８ｄに相当している。
【０２１４】
本実施形態では、図２５中の右側および右下側（破線Ｌ１で囲まれた領域内）に位置する複数の外部端子４８が外部端子４８ａに相当している。また、図２５中の左下側（破線Ｌ２で囲まれた領域内）に位置する複数の外部端子４８が外部端子４８ｂに相当している。また、図２５中の右上側（破線Ｌ３で囲まれた領域内）に位置する複数の外部端子４８が外部端子４８ｃに相当している。また、図２５中の左側および左上側（破線Ｌ４で囲まれた領域内）に位置する複数の外部端子４８が外部端子４８ｄに相当している。
【０２１５】
このように、本実施形態におけるセンサーデバイス４は、複数の圧電素子８０が積層された力検出素子８（積層体）と、力検出素子８の側面８０７、８０８に設けられた複数の側面電極４６と、パッケージ４０（本実施形態では側壁部材４１２）に設けられた複数の外部端子４８（接続端子）と、を有する。そして、１つの側面電極４６は、複数の外部端子４８（接続端子）に電気的に接続されている。具体的には、１つの側面電極４６は、内部端子４４、導電性接続部４５等を介して複数の外部端子４８（接続端子）に電気的に接続されている。そのため、一部の接続が切れても残りの接続で信号の出力を行うことができ、よって、出力を安定して行うことができる。
【０２１６】
また、本実施形態では、センサーデバイス４は、パッケージ４０（本実施形態では側壁部材４１２）に設けられた複数の内部端子４４を有し、１つの側面電極４６は、複数の内部端子４４に電気的に接続されている。そのため、一部の接続が切れても残りの接続で信号の出力を行うことができ、よって、出力を安定して行うことができる。
【０２１７】
また、本実施形態では、外力の演算に用いる電荷Ｑα、Ｑβを出力する外部端子４８ａ、４８ｄの数が、外部端子４８ｂ、４８ｃよりも多い。これにより、仮に外部端子４８ａ、４８ｄとそれに対応するアナログ回路基板６１の端子６１３との接続が一部で切れても、残りの接続で信号の出力を確実に行うことができる。
【０２１８】
なお、各内部端子４４および各外部端子４８の数および配置等は、図示の数および配置等に限定されない。例えば、１つのセンサーデバイス４において、１つの内部端子４４に対して１つの側面電極４６が接続している形態と、複数の内部端子４４に対して１の側面電極４６が接続している形態とが存在していてもよい。また、例えば、１つのセンサーデバイス４において、複数の外部端子４８に対して複数の内部端子４４が接続している形態と、１つの外部端子４８に対して１つの内部端子４４が接続している形態とが存在していてもよい。
【０２１９】
また、図２６に示すように、例えば、各外部端子４８とアナログ回路基板６１の端子６１３とを接続する導電性接合部材７６１（例えば半田）の厚さを比較的厚くすることで、離間距離ｄ４を厚さｄ３よりも簡単に厚くすることができる。これにより、導電性接合部材７６１がフラックス材を含む場合であっても、そのフラックス材の洗浄性を高めることができ、フラックス材の残渣も低減できる。
【０２２０】
以上説明したような第２実施形態によっても、前述した実施形態と同様の効果が得られる。
【０２２１】
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態について説明する。
【０２２２】
図２７は、第３実施形態における力検出装置と取付部材との接続を示す断面図である。
本実施形態は、主に、構造体の配置が異なること以外は、前述した実施形態と同様である。なお、以下の説明では、第３実施形態に関し、前述した実施形態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。
【０２２３】
図２７に示す複数の構造体２０は、第１実施形態における図８に示す複数の構造体２０よりも中心軸Ａ１側に位置している。
【０２２４】
また、本実施形態では、第１プレート２１１の中央部２１１２に形成された貫通孔２１３を有している。各貫通孔２１３は、図２７に示すように、開口面積が互いに異なる３つの孔２１３１、２１３２、２１３３を有する。孔２１３１は、下面２１６に開口している。孔２１３２は、孔２１３１に連通しており、孔２１３１よりも開口面積が大きい。孔２１３３は、孔２１３２に連通し、かつ上面２１５に開口し、孔２１３２よりも開口面積が大きい。したがって、孔２１３３は、孔２１３１に対する拡径部を構成しており、孔２１３１は、孔２１３３に対する縮径部を構成している。
【０２２５】
また、孔２１３１、２１３２には、第１プレート２１１と第１固定部２１２とを接続するためのボルト７１が挿通されている。孔２１３１を形成する内面には、ボルト７１の雄ネジに対応した雌ネジが形成されていて、孔２１３１と孔２１３２との間に形成される段差にはボルト７１の頭部が係合している。孔２１３３は、取付部材１８と第１プレート２１１とを接続するための接続部として機能する。具体的には、孔２１３３には、取付部材１８と第１プレート２１１とを接続するためのボルト７７の雄ネジに対応した雌ネジが形成されている。また、貫通孔２１３の直上に取付部材１８の貫通孔１８１が設けられている。なお、本実施形態では、ケース２は部材２４を備えていない。
【０２２６】
このような構成の力検出装置１によっても、第１固定部２１２および第２固定部２２２を介して、センサーデバイス４に外力を伝達することができる。そして、平面視で、構造体２０と貫通孔２１３の孔２１３３とが重なっているため、これらが重なっていない場合に比べて、エンドエフェクター１７が受けた外力のセンサーデバイス４への伝達損失を低減することができる。そのため、外力をより精度よく検出することができる。なお、取付部材１８と第１プレート２１１とを接続するための接続部は、雌ネジに限定されず、雄ネジであってもよいし、例えば、嵌合するための突起等であってもよい。
【０２２７】
以上説明したような第３実施形態によっても、前述した実施形態と同様の効果が得られる。
【０２２８】
＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態について説明する。
【０２２９】
図２８は、第４実施形態のロボットを示す斜視図である。
本実施形態は、第１実施形態とは異なるロボットの一例について説明する。なお、本実施形態が備える力検出装置は、前述した実施形態における力検出装置を用いることができる。以下の説明では、第４実施形態に関し、前述した実施形態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。
【０２３０】
図２８に示すロボット９は、複腕ロボットであり、基台９１０と、基台９１０に連結されている胴部９２０と、胴部９２０の左右に連結されている２つのロボットアーム９３０とを有する。また、各ロボットアーム９３０には、力検出装置１が接続されており、力検出装置１には、取付部材１８を介してエンドエフェクター９４０（被取付部材）が接続されている。
【０２３１】
基台９１０は、床、壁、天井および移動可能な台車上等に固定される支持部９１１と、支持部９１１に接続された柱部９１２と、を有する。この柱部９１２の上部に胴部９２０が接続されている。そして、胴部９２０の両側に１対のロボットアーム９３０が接続されている。
【０２３２】
各ロボットアーム９３０は、アーム９３１（第１アーム）と、アーム９３２（第２アーム）と、アーム９３３（第３アーム）と、アーム９３４（第４アーム）と、アーム９３５（第５アーム）と、アーム９３６（第６アーム）と、アーム９３７（第７アーム）とを有する。これらアーム９３１〜９３７は、基端側から先端側に向かってこの順に連結されている。各アーム９３１〜９３７は、隣り合うアームまたは胴部９２０に対して回動可能になっている。
【０２３３】
また、各ロボットアーム９３０の先端部に位置するアーム９３７とエンドエフェクター９４０との間には、力検出装置１が設けられている。この力検出装置１は、アーム９３７に対して直接的に接続されており、エンドエフェクター９４０に対して取付部材１８を介して接続されている。
【０２３４】
このようなロボット９によっても、アーム９３７（ロボットアーム９３０）に力検出装置１を取り付けることが可能であることで、各エンドエフェクター９４０に加えられる外力を検出することができる。そのため、力検出装置１が検出した外力に基づいてフィードバック制御を行うことにより、より精密な作業を実行することができる。
【０２３５】
なお、本実施形態では、２つのロボットアーム９３０のそれぞれに対して力検出装置１が設けられているが、２つのロボットアーム９３０のうちの一方にのみ力検出装置１が設けられていてもよい。その場合、一方のロボットアーム９３０に設けられた力検出装置１の情報を基にして、その一方のロボットアーム９３０のみを制御してもよいし、一方のロボットアーム９３０に設けられた力検出装置１の情報を基にして他方のロボットアーム９３０をも制御してもよい。
【０２３６】
また、ロボットアーム９３０の数は、３つ以上であってもよく、その場合には、複数のロボットアームのうちの少なくとも１つに対して本適用例の力検出装置に接続されていればよい。
【０２３７】
以上説明したような第４実施形態によっても、前述した実施形態と同様の効果が得られる。
【０２３８】
以上、本発明のセンサーデバイス、力検出装置およびロボットを、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、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
【０２３９】
また、圧電素子の積層方向は図示のものに限定されない。また、与圧ボルトは、必要に応じて設ければよく、省略してもよい。
【０２４０】
また、前述した説明では、センサーデバイスは、パッケージを備えていたが、少なくとも１つの圧電素子を備えていればよく、パッケージを備えていなくてもよい。また、センサーデバイスは、例えば、パッケージが有する蓋体を備えていなくてもよい。また、センサーデバイスは、シール部材を備えていなくてもよく、基部と蓋体とが直接的に接合されていたり、嵌合等により接続されていてもよい。
【０２４１】
また、接続部に取付部材を介して被取付部材が間接的に接続されている場合のみならず、接続部に被取付部材が直接的に接続されていてもよい。
【０２４２】
また、本発明のロボットは、垂直多関節ロボットに限定されず、アームと、本発明の力検出装置とを備える構成であれば如何なる構成であってもよい。例えば、本発明のロボットは、水平多関節ロボットであってもよいし、パラレルリンクロボットでもよい。
【０２４３】
また、本発明のロボットの１つのロボットアームが有するアームの数は、１〜５つでもいいし、８つ以上でもよい。
【０２４４】
また、本発明のセンサーデバイスおよび力検出装置は、ロボット以外の機器に組み込むことも可能であり、例えば、自動車等の移動体に搭載してもよい。
【符号の説明】
【０２４５】
１…力検出装置、２…ケース、３…基板収容部材、４…センサーデバイス、５…接続部材、８…力検出素子、９…ロボット、１０…ロボットアーム、１１…アーム、１２…アーム、１３…アーム、１４…アーム、１５…アーム、１６…アーム、１７…エンドエフェクター、１８…取付部材、２０…構造体、２１…第１ケース部材、２２…第２ケース部材、２３…側壁部、２４…部材、４０…パッケージ、４１…基部、４２…蓋体、４３…シール部材、４４…内部端子、４４ａ…内部端子、４４ｂ…内部端子、４４ｃ…内部端子、４４ｄ…内部端子、４５…導電性接続部、４５ａ…導電性接続部、４５ｂ…導電性接続部、４５ｃ…導電性接続部、４５ｄ…導電性接続部、４６…側面電極、４６ａ…側面電極、４６ｂ…側面電極、４６ｃ…側面電極、４６ｄ…側面電極、４７…接着部材、４８…外部端子、４８ａ…外部端子、４８ｂ…外部端子、４８ｃ…外部端子、４８ｄ…外部端子、５２…位置決め部、６１…アナログ回路基板、６２…デジタル回路基板、６３…中継基板、６４…外部配線部、７０…与圧ボルト、７１…ボルト、７２…ボルト、７３…ボルト、７４…ボルト、７５…固定部材、７６…ボルト、７７…ボルト、７８…ボルト、８０…圧電素子、８１…圧電素子、８２…圧電素子、８３…圧電素子、８４…圧電素子、８５…圧電素子、８６…圧電素子、８８…接続部、１００…ロボット、１１０…基台、１８１…貫通孔、１８５…上面、１８６…下面、２１１…第１プレート、２１２…第１固定部、２１３…貫通孔、２１４…雌ネジ孔、２１５…上面、２１６…下面、２１７…雌ネジ孔、２２１…第２プレート、２２２…第２固定部、２２３…突出部、２２５…上面、２２６…下面、２３１…シール部材、２４１…貫通孔、２４２…雌ネジ孔、２４５…上面、２４６…下面、３１１…孔、３１２…凹部、３１３…貫通孔、３１４…溝、３１５…上面、３１６…下面、４０１…凹部、４１１…底部材、４１２…側壁部材、５１１…貫通孔、５１５…上面、５１６…下面、６１１…孔、６１２…コネクター、６１３…端子、６２１…孔、６２２…コネクター、６２３…コネクター、６２４…コネクター、６２５…コネクター、６３１…電子部品、６３２…孔、６３３…配線、６３４…配線、６３５…コネクター、６３６…コネクター、６４１…支持部、６４２…部分、７６１…導電性接合部材、７６２…ソルダーレジスト、８０１…圧電体層、８０２…出力電極層、８０３…グランド電極層、８０７…側面、８０８…側面、８１１…圧電体層、８１２…出力電極層、８１３…グランド電極層、８２１…圧電体層、８２２…出力電極層、８２３…グランド電極層、８３１…圧電体層、８３２…出力電極層、８３３…グランド電極層、８４１…圧電体層、８４２…出力電極層、８４３…グランド電極層、８５１…圧電体層、８５２…出力電極層、８５３…グランド電極層、８６１…圧電体層、８６２…出力電極層、８６３…グランド電極層、８７１…支持基板、８７２…支持基板、９１０…基台、９１１…支持部、９１２…柱部、９２０…胴部、９３０…ロボットアーム、９３１…アーム、９３２…アーム、９３３…アーム、９３４…アーム、９３５…アーム、９３６…アーム、９３７…アーム、９４０…エンドエフェクター、１８１１…孔、１８１２…孔、２１１１…外縁部、２１１２…中央部、２１２１…内壁面、２１２２…雌ネジ孔、２１３１…孔、２１３２…孔、２１３３…孔、２２１１…雌ネジ孔、２２２１…雌ネジ孔、２２３１…頂面、２４１１…孔、２４１２…孔、３１３１…孔、３１３２…孔、５１１１…孔、５１１２…孔、Ａ１…中心軸、ＣＬ…線分、Ｄ１…積層方向、ＧＮＤ…グランド電位、Ｑα…電荷、Ｑβ…電荷、Ｑγ…電荷、ｄ１…離間距離、ｄ２…幅、ｄ３…厚さ、ｄ４…離間距離、Ｌ１…破線、Ｌ２…破線、Ｌ３…破線、Ｌ４…破線、８８１…シロキサン結合、８８２…Ｓｉ原子、８８３…メチル基、８８４…ダングリングボンド、８８５…ヒドロキシル基、Ｅ…エネルギー、Ｐ…圧力、８８ａ…被膜
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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