(57)【要約】【課題】優れた力検出特性を発揮することのできるセンサー素子、センサーデバイス、力検出装置、およびロボットを提供する。【解決手段】センサー素子３は、第１基準電位側面端子３９１が、第１圧電素子３１と第２圧電素子３２が積層される方向からの平面視で、第１信号側面端子３９４の位置と、第２信号側面端子３９２の位置とを通る第１軸Ｌ３より一方側の側面３ｃ，３ｆにおいて、第１信号側面端子３９４と、第２信号側面端子３９２との間に位置し、第２基準電位側面端子３９３が、第１軸Ｌ３より他方側の側面３ｄ，３ｅにおいて、第１信号側面端子３９４と、第２信号側面端子３９２との間に位置している。【選択図】図８
2019174234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基準電位電極と、
第１圧電素子と、
前記複数の基準電位電極のうちの少なくとも１つとの間に前記第１圧電素子を挟む位置に配置され、前記第１圧電素子の信号を取り出す第１信号電極と、
第２圧電素子と、
前記複数の基準電位電極のうちの少なくとも１つとの間に前記第２圧電素子を挟む位置に配置され、前記第２圧電素子の信号を取り出す第２信号電極と、
が積層され、周囲に側面を有する積層体と、
前記側面に配置され、前記第１信号電極に電気的に接続されている第１信号側面端子と、
前記側面に配置され、前記第２信号電極に電気的に接続されている第２信号側面端子と、
前記側面に配置され、前記基準電位電極の少なくとも１つに電気的に接続されている第１基準電位側面端子と、
前記側面に配置され、前記基準電位電極の少なくとも１つに電気的に接続されている第２基準電位側面端子と、
を含み、
前記第１基準電位側面端子は、前記積層される方向からの平面視で、前記第１信号側面端子の位置と、前記第２信号側面端子の位置とを通る第１軸より一方側の前記側面において、前記第１信号側面端子と、前記第２信号側面端子との間に位置し、
前記第２基準電位側面端子は、前記第１軸より他方側の前記側面において、前記第１信号側面端子と、前記第２信号側面端子との間に位置していることを特徴とするセンサー素子。
【請求項２】
前記第１信号側面端子と前記第２信号側面端子とが、前記センサー素子の平面視での幾何中心に対して点対称に配置され、
前記第１基準電位側面端子と前記第２基準電位側面端子とが、前記センサー素子の平面視での幾何中心に対して点対称に配置されている請求項１に記載のセンサー素子。
【請求項３】
前記第１圧電素子は、第１圧電体、および分極方向が前記第１圧電体の分極方向と反対方向である第２圧電体を有し、
前記第１信号電極は、前記第１圧電体と前記第２圧電体との間に配置され、
前記複数の基準電位電極のうちの２つの間に、前記第１圧電体、前記第１信号電極、および前記第２圧電体が配置され、
前記第２圧電素子は、第３圧電体、および分極方向が前記第３圧電体の分極方向と反対方向である第４圧電体を有し、
前記第２信号電極は、前記第３圧電体と前記第４圧電体との間に配置され、
前記複数の基準電位電極のうちの２つの間に、前記第３圧電体、前記第２信号電極、および前記第４圧電体が配置されている請求項１又は請求項２に記載のセンサー素子。
【請求項４】
前記第１圧電素子は、前記第１圧電体と、前記第２圧電体と、前記第１圧電体と前記第２圧電体との間に配置される前記第１信号電極との組を複数備え、
前記第２圧電素子は、前記第３圧電体と、前記第４圧電体と、前記第３圧電体と前記第４圧電体との間に配置される前記第２信号電極との組を複数備えている請求項３に記載のセンサー素子。
【請求項５】
前記複数の基準電位電極は、
第１基準電位電極と、
第２基準電位電極と、
第３基準電位電極と、
第４基準電位電極と、
を含み、
前記第１基準電位電極と、前記第１信号電極との間に、前記第１圧電体が配置され、
前記第２基準電位電極と、前記第１信号電極との間に、前記第２圧電体が配置され、
前記第３基準電位電極と、前記第２信号電極との間に、前記第３圧電体が配置され、
前記第４基準電位電極と、前記第２信号電極との間に、前記第４圧電体が配置され、
前記第１基準電位側面端子は、前記第１基準電位電極および前記第２基準電位電極に電気的に接続され、
前記第２基準電位側面端子は、前記第３基準電位電極および前記第４基準電位電極に電気的に接続され、
前記第１基準電位側面端子と、前記第３基準電位電極および前記第４基準電位電極とは、電気的に絶縁されており、
前記第２基準電位側面端子と、前記第１基準電位電極および前記第２基準電位電極とは、電気的に絶縁されている請求項３又は請求項４に記載のセンサー素子。
【請求項６】
前記第１圧電体、前記第２圧電体、前記第３圧電体、および前記第４圧電体は、水晶である請求項３乃至請求項５のいずれか一項に記載のセンサー素子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のセンサー素子と、
前記センサー素子が配置される基体と、
前記基体に接続され、前記基体と共に前記センサー素子を収容する収納空間を構成する蓋体と、
前記収納空間内において前記基体上に配置される電子部品であって、第１信号側面端子および第１基準電位側面端子に電気的に接続されている電子部品を含む第１回路と、
前記収納空間内において前記基体上に配置される電子部品であって、第２信号側面端子および第２基準電位側面端子に電気的に接続されている電子部品を含む第２回路と、
を含み、
前記基体の平面視で、前記第１回路が前記センサー素子の一方側に配置され、前記第２回路が前記センサー素子の他方側に配置されていることを特徴とするセンサーデバイス。
【請求項８】
前記センサー素子は、
前記第１信号側面端子と前記第２信号側面端子とが、前記センサー素子の平面視での幾何中心に対して点対称に配置され、
前記第１基準電位側面端子と前記第２基準電位側面端子とが、前記幾何中心に対して点対称に配置され、
前記第１回路と前記第２回路とは、前記幾何中心に対して点対称に配置されている請求項７に記載のセンサーデバイス。
【請求項９】
前記蓋体は、接続部を有する前記基体に接続され、
前記第１信号側面端子と前記第１回路の前記電子部品とを接続する配線が、前記接続部から離間して配置され、
前記第２信号側面端子と前記第２回路の前記電子部品とを接続する配線が、前記接続部から離間して配置されている請求項７又は請求項８に記載のセンサーデバイス。
【請求項１０】
前記第１回路は、複数の前記電子部品を含み、
前記第２回路は、複数の前記電子部品を含み、
前記第１回路および前記第２回路の各々が含む前記電子部品間を接続する配線が、前記接続部と離間して配置されている請求項９に記載のセンサーデバイス。
【請求項１１】
第１基板と、
第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に配置されている請求項７乃至請求項１０のいずれか一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るアームと、
請求項１１に記載の力検出装置と、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、センサー素子、センサーデバイス、力検出装置、およびロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、複数の圧電体と圧電体同士の間に電極を設けた構造で、加えられた外力に応じて電荷を出力する圧電素子が力検出用のセンサー素子として知られている（例えば、特許文献１参照）。このセンサー素子は、異なる結晶方向の圧電体を積層しているため、異なる軸方向の外力を検出することができる。また、圧電体として水晶を用いているため、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ことから、産業用ロボットに広く用いることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−８７３３３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に記載のセンサー素子は、２つの異なる軸方向からの外力による出力信号をセンサー素子の同じ側面に設けられた２つの側面端子からそれぞれ出力する。そのため、２つの側面端子が近接して配置されるので、側面端子間の容量結合や電磁結合によって、それぞれの側面端子から出力する出力信号にノイズが生じるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様であるセンサー素子は、複数の基準電位電極と、第１圧電素子と、前記複数の基準電位電極のうちの少なくとも１つとの間に前記第１圧電素子を挟む位置に配置され、前記第１圧電素子の信号を取り出す第１信号電極と、第２圧電素子と、前記複数の基準電位電極のうちの少なくとも１つとの間に前記第２圧電素子を挟む位置に配置され、前記第２圧電素子の信号を取り出す第２信号電極と、が積層され、周囲に側面を有する積層体と、前記側面に配置され、前記第１信号電極に電気的に接続されている第１信号側面端子と、前記側面に配置され、前記第２信号電極に電気的に接続されている第２信号側面端子と、前記側面に配置され、前記基準電位電極の少なくとも１つに電気的に接続されている第１基準電位側面端子と、前記側面に配置され、前記基準電位電極の少なくとも１つに電気的に接続されている第２基準電位側面端子と、を含み、前記第１基準電位側面端子は、前記積層される方向からの平面視で、前記第１信号側面端子の位置と、前記第２信号側面端子の位置とを通る第１軸より一方側の前記側面において、前記第１信号側面端子と、前記第２信号側面端子との間に位置し、前記第２基準電位側面端子は、前記第１軸より他方側の前記側面において、前記第１信号側面端子と、前記第２信号側面端子との間に位置していることを特徴とする。
【０００６】
本発明の一態様であるセンサー素子において、前記第１信号側面端子と前記第２信号側面端子とが、前記センサー素子の平面視での幾何中心に対して点対称に配置され、前記第１基準電位側面端子と前記第２基準電位側面端子とが、前記センサー素子の平面視での幾何中心に対して点対称に配置されていることが好ましい。
【０００７】
本発明の一態様であるセンサー素子において、前記第１圧電素子は、第１圧電体、および分極方向が前記第１圧電体の分極方向と反対方向である第２圧電体を有し、前記第１信号電極は、前記第１圧電体と前記第２圧電体との間に配置され、前記複数の基準電位電極のうちの２つの間に、前記第１圧電体、前記第１信号電極、および前記第２圧電体が配置され、前記第２圧電素子は、第３圧電体、および分極方向が前記第３圧電体の分極方向と反対方向である第４圧電体を有し、前記第２信号電極は、前記第３圧電体と前記第４圧電体との間に配置され、前記複数の基準電位電極のうちの２つの間に、前記第３圧電体、前記第２信号電極、および前記第４圧電体が配置されていることが好ましい。
【０００８】
本発明の一態様であるセンサー素子において、前記第１圧電素子は、前記第１圧電体と、前記第２圧電体と、前記第１圧電体と前記第２圧電体との間に配置される前記第１信号電極との組を複数備え、前記第２圧電素子は、前記第３圧電体と、前記第４圧電体と、前記第３圧電体と前記第４圧電体との間に配置される前記第２信号電極との組を複数備えていることが好ましい。
【０００９】
本発明の一態様であるセンサー素子において、前記複数の基準電位電極は、第１基準電位電極と、第２基準電位電極と、第３基準電位電極と、第４基準電位電極と、を含み、前記第１基準電位電極と、前記第１信号電極との間に、前記第１圧電体が配置され、前記第２基準電位電極と、前記第１信号電極との間に、前記第２圧電体が配置され、前記第３基準電位電極と、前記第２信号電極との間に、前記第３圧電体が配置され、前記第４基準電位電極と、前記第２信号電極との間に、前記第４圧電体が配置され、前記第１基準電位側面端子は、前記第１基準電位電極および前記第２基準電位電極に電気的に接続され、前記第２基準電位側面端子は、前記第３基準電位電極および前記第４基準電位電極に電気的に接続され、前記第１基準電位側面端子と、前記第３基準電位電極および前記第４基準電位電極とは、電気的に絶縁されており、前記第２基準電位側面端子と、前記第１基準電位電極および前記第２基準電位電極とは、電気的に絶縁されていることが好ましい。
【００１０】
本発明の一態様であるセンサー素子において、前記第１圧電体、前記第２圧電体、前記第３圧電体、および前記第４圧電体は、水晶であることが好ましい。
【００１１】
本発明の一態様であるセンサーデバイスは、上記態様に記載のセンサー素子と、前記センサー素子が配置される基体と、前記基体に接続され、前記基体と共に前記センサー素子を収容する収納空間を構成する蓋体と、前記収納空間内において前記基体上に配置される電子部品であって、第１信号側面端子および第１基準電位側面端子に電気的に接続されている電子部品を含む第１回路と、前記収納空間内において前記基体上に配置される電子部品であって、第２信号側面端子および第２基準電位側面端子に電気的に接続されている電子部品を含む第２回路と、を含み、前記基体の平面視で、前記第１回路が前記センサー素子の一方側に配置され、前記第２回路が前記センサー素子の他方側に配置されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の一態様であるセンサーデバイスにおいて、前記センサー素子は、前記第１信号側面端子と前記第２信号側面端子とが、前記センサー素子の平面視での幾何中心に対して点対称に配置され、前記第１基準電位側面端子と前記第２基準電位側面端子とが、前記幾何中心に対して点対称に配置され、前記第１回路と前記第２回路とは、前記幾何中心に対して点対称に配置されていることが好ましい。
【００１３】
本発明の一態様であるセンサーデバイスにおいて、前記蓋体は、接続部を有する前記基体に接続され、前記第１信号側面端子と前記第１回路の前記電子部品とを接続する配線が、前記接続部から離間して配置され、前記第２信号側面端子と前記第２回路の前記電子部品とを接続する配線が、前記接続部から離間して配置されていることが好ましい。
【００１４】
本発明の一態様であるセンサーデバイスにおいて、前記第１回路は、複数の前記電子部品を含み、前記第２回路は、複数の前記電子部品を含み、前記第１回路および前記第２回路の各々が含む前記電子部品間を接続する配線が、前記接続部と離間して配置されていることが好ましい。
【００１５】
本発明の一態様である力検出装置は、第１基板と、第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に配置されている上記態様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。
【００１６】
本発明の一態様であるロボットは、基台と、前記基台に接続されるアームと、上記態様に記載の力検出装置と、を備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るセンサーデバイスの平面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１中のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】図１に示すセンサーデバイスの平面図である。
【図５】図１に示すセンサーデバイスの製造方法を示す側面図である。
【図６】図１に示すセンサーデバイスが有するセンサー素子の断面図である。
【図７】図６に示すセンサー素子の斜視図である。
【図８】図１に示すセンサーデバイスの平面図である。
【図９】図１に示すセンサーデバイスが有する第１回路の回路図である。
【図１０】図１に示すセンサーデバイスが有する第２回路の回路図である。
【図１１】図８中のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１２】本発明の第２実施形態に係るセンサーデバイスが有するセンサー素子の断面図である。
【図１３】本発明の第３実施形態に係るセンサーデバイスが有するセンサー素子の断面図である。
【図１４】本発明の第４実施形態に係るセンサーデバイスが有するセンサー素子の平面図である。
【図１５】本発明の第５実施形態に係るセンサーデバイスが有するセンサー素子の平面図である。
【図１６】本発明の第６実施形態に係る力検出装置の斜視図である。
【図１７】図１６に示す力検出装置の縦断面図である。
【図１８】図１６に示す力検出装置の横断面図である。
【図１９】力検出装置に配置されたセンサーデバイスの断面図である。
【図２０】本発明の第７実施形態に係るロボットの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一態様であるセンサー素子、センサーデバイス、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。
【００１９】
＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係るセンサーデバイスについて説明する。
【００２０】
図１は、本発明の第１実施形態に係るセンサーデバイスの平面図である。図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図である。図３は、図１中のＢ−Ｂ線断面図である。図４は、図１に示すセンサーデバイスの平面図である。図５は、図１に示すセンサーデバイスの製造方法を示す側面図である。図６は、図１に示すセンサーデバイスが有するセンサー素子の断面図である。図７は、図６に示すセンサー素子の斜視図である。図８は、図１に示すセンサーデバイスの平面図である。図９は、図１に示すセンサーデバイスが有する第１回路の回路図である。図１０は、図１に示すセンサーデバイスが有する第２回路の回路図である。図１１は、図８中のＣ−Ｃ線断面図である。
【００２１】
なお、以下では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸をＡ軸、Ｂ軸およびＣ軸とし、さらに、各軸を示す矢印の先端側を「プラス側」とし、基端側を「マイナス側」とする。また、Ａ軸に平行な方向を「Ａ軸方向（第１方向）」、Ｂ軸に平行な方向を「Ｂ軸方向（第２方向）」、Ｃ軸に平行な方向を「Ｃ軸方向（第３方向）」という。また、Ｃ軸方向プラス側を「上」、Ｃ軸方向マイナス側を「下」ともいう。また、Ｃ軸方向から見たもの（基体２１の平面視）を「平面視」ともいう。
【００２２】
図１に示すセンサーデバイス１は、パッケージ２と、パッケージ２に収納されたセンサー素子３、第１回路４Ａおよび第２回路４Ｂと、を有する。このようなセンサーデバイス１は、例えば、後述する力検出装置１００のように、Ｃ軸方向から挟まれてセンサー素子３が与圧された状態で使用される。そして、センサーデバイス１に加わる外力（Ａ軸方向のせん断力およびＢ軸方向のせん断力）がパッケージ２を介してセンサー素子３に伝わり、受けた外力に基づく信号がセンサー素子３から出力され、出力された信号が第１回路４Ａおよび第２回路４Ｂで処理される。
【００２３】
なお、本実施形態では、センサー素子３として、後述する第１圧電素子３１と第２圧電素子３２が積層されてなる構成を例示しているが、これに限らず、外力により電荷を出力する第１素子と第２素子が、各々独立して配置されたセンサーデバイスであってもよい。
【００２４】
平面視で、パッケージ２は、Ａ軸方向を長軸としＢ軸方向を短軸とする略長方形となっている。パッケージ２は、基体２１と、基体２１に接合された蓋体２４と、を有する。パッケージ２の内側には気密な収納空間Ｓが形成され、収納空間Ｓにセンサー素子３、第１回路４Ａおよび第２回路４Ｂがそれぞれ収納されている。このように、パッケージ２にセンサー素子３、第１回路４Ａおよび第２回路４Ｂを収納することにより、これら各部を外界から保護（防塵、防水）することができる。特に、第１回路４Ａおよび第２回路４Ｂを水分（湿気）から保護することにより、水分に起因した第１回路４Ａおよび第２回路４Ｂの特性の劣化、変動を抑制することができる。
【００２５】
収納空間Ｓの雰囲気としては、特に限定されないが、真空状態またはそれに近い状態（減圧状態）であることが好ましい。具体的には、収納空間Ｓは、０．０１Ｐａ以上１０００Ｐａ以下であることが好ましい。これにより、第１回路４Ａおよび第２回路４Ｂの特性の劣化、変動を効果的に抑制することができる。ただし、収納空間Ｓは、真空状態の他、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスで置換されていてもよい。
【００２６】
また、図２および図３に示すように、基体２１は、基部２２と、底部材２３と、を有する。また、基部２２は、上面に開口する凹部２２１と、下面に開口する凹部２２２と、凹部２２１，２２２の底面の中央部同士を貫通する貫通孔２２３と、を有する。また、底部材２３は、板状をなし、貫通孔２２３の下側開口を塞ぐようにして凹部２２２の底面に接合されている。そのため、貫通孔２２３と底部材２３とによって、凹部２２１の底面の中央部に開口する凹部２２４が形成される。そして、凹部２２４内に挿入されるようにして、センサー素子３が配置され、センサー素子３の下面３ｂが接着剤２９を介して底部材２３の上面に接合されている。
【００２７】
また、図２に示すように、基部２２は、凹部２２４のＡ軸方向マイナス側に位置し、凹部２２１の底面に開口する凹部２２５を有する。凹部２２５には第１回路４Ａが有する回路素子４５Ａが配置されている。また、図３に示すように、基部２２は、凹部２２４のＡ軸方向プラス側に位置し、凹部２２１の底面に開口する凹部２２６を有する。凹部２２６には第２回路４Ｂが有する回路素子４５Ｂが配置されている。後述するが、回路素子４５Ａ、４５Ｂは、第１、第２回路４Ａ、４Ｂが有する他の回路要素に比べて高背なため（厚いため）、基体２１に凹部２２５，２２６を形成し、その中に回路素子４５Ａ，４５Ｂを配置することにより、パッケージ２の低背化を図ることができる。
【００２８】
また、図１に示すように、基部２２には、第１回路４Ａが有する配線４６Ａと、第２回路４Ｂが有する配線４６Ｂと、が設けられている。配線４６Ａ，４６Ｂは、それぞれ、少なくともその一部が凹部２２１の底面に配置されている。また、図２および図３に示すように、基部２２の下面にはパッケージ２の外部に露出し、第１回路４Ａおよび第２回路４Ｂと電気的に接続された複数の外部端子２８が設けられている。
【００２９】
基部２２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。これにより、適度な剛性を有すると共に、絶縁性に優れる基部２２となる。そのため、パッケージ２の変形による損傷が生じにくく、内部に収容されたセンサー素子３および第１回路４Ａおよび第２回路４Ｂをより確実に保護することができる。
【００３０】
また、底部材２３の構成材料としては、特に限定されず、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、比較的高い剛性を有すると共に、応力が加えられたときに適度に弾性変形する底部材２３となる。そのため、底部材２３を介して外力をセンサー素子３に的確に伝達することができると共に、その外力による底部材２３の破損のおそれを低減することができる。また、コバールは、基部２２の構成材料であるセラミックスと比較的近い熱膨張係数を有するため、基体２１に熱応力（基部２２と底部材２３との熱膨張係数の差に起因する撓み）が生じ難く、熱応力に起因した出力ドリフトを効果的に抑制することができる。
【００３１】
蓋体２４は、板状をなし、凹部２２１のＣ軸方向プラス側に形成された開口を塞ぐようにしてシール部材２０を介して基部２２の上面に接合されている。図２、図３および図４に示すように、蓋体２４は、中央部２４１と、中央部２４１を囲み、外縁に沿った枠状をなす外縁部２４２と、中央部２４１と外縁部２４２との間に位置し、これらを連結する連結部２４３と、を有する。このような蓋体２４は、外縁部２４２においてシール部材２０を介して基部２２の上面に接合されている。また、中央部２４１は、外縁部２４２に対し底部材２３とは反対側（Ｃ軸方向プラス側）にずれて位置し、連結部２４３は、外縁部２４２と中央部２４１とを接続するために傾斜し、テーパー状となっている。
【００３２】
このように、蓋体２４をハット状とすることにより、パッケージ２の外周部が低背化され、その分、パッケージ２の小型化を図ることができる。また、中央部２４１、連結部２４３、外縁部２４２の境界部分が撓むことにより、蓋体２４に加わる応力を緩和、吸収することができる。そのため、蓋体２４の剥離を抑制することができる。特に、図５に示すように、蓋体２４は、シーム溶接を用いて基部２２の上面に接合されるが、ローラー電極ＲＥを外縁部２４２に押し付けることにより生じる応力およびローラー電極ＲＥによって蓋体２４が加熱されることにより生じる熱応力を前述した変形によって効果的に緩和、吸収することができる。そのため、蓋体２４の破損を効果的に抑制することができ、さらには、収納空間Ｓをより確実に気密封止することができる。ただし、蓋体２４の形状としては、特に限定されず、例えば、平板状であってもよいし、本実施形態とは逆に、中央部２４１が凹んでいてもよい。
【００３３】
このような蓋体２４の構成材料としては、特に限定されず、前述した底部材２３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２３と同様に、外力をセンサー素子３により正確に伝達することができると共に、その外力によって蓋体２４が破損することを低減することができる。なお、蓋体２４の構成材料は、底部材２３の構成材料と同じであっても異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。これにより、パッケージ２に加えられた外力をセンサー素子３により正確に伝達することができる。
【００３４】
センサー素子３は、センサー素子３に加えられた外力のＡ軸方向の成分に応じた電荷Ｑａ（第１出力信号）およびセンサー素子３に加えられた外力のＢ軸方向の成分に応じた電荷Ｑｂ（第２出力信号）を出力する機能を有する。このセンサー素子３は、図６に示すように、Ａ軸方向の外力（せん断力）に応じて電荷Ｑａを出力する第１圧電素子３１と、Ｂ軸方向の外力（せん断力）に応じて電荷Ｑｂを出力する第２圧電素子３２と、一対の支持基板３３、３４と、を有する。
【００３５】
また、第１圧電素子３１は、図６に示すように、下側（Ｃ軸方向マイナス側）から、第１基準電位電極３１１、第１圧電体３１２、第１信号電極３１３、第２圧電体３１４、第２基準電位電極３１５が順に積層した構成となっている。つまり、２つの基準電位電極３１１，３１５の間に、第１圧電体３１２、第１信号電極３１３、および第２圧電体３１４が配置されている。なお、第１信号電極３１３は、第１圧電素子３１の信号を取り出す電極である。
【００３６】
また、第２圧電素子３２は、第１圧電素子３１上に積層されており、下側（Ｃ軸方向マイナス側）から、第３基準電位電極３２１、第３圧電体３２２、第２信号電極３２３、第４圧電体３２４、第４基準電位電極３２５が順に積層した構成となっている。つまり、２つの基準電位電極３２１，３２５の間に、第３圧電体３２２、第２信号電極３２３、および第４圧電体３２４が配置されている。なお、第２信号電極３２３は、第２圧電素子３２の信号を取り出す電極である。
【００３７】
そして、センサー素子３は、複数の電極と複数の圧電体とが積層されて構成される第１圧電素子３１と第２圧電素子３２とが積層された積層体の構造をしている。なお、第１圧電素子３１と第２圧電素子３２のＣ軸方向の積層の順序は、逆であってもよく、また、第１圧電素子３１と第２圧電素子３２は、積層されておらず、横に並んで配置されていてもよい。
【００３８】
また、第１圧電体３１２、第２圧電体３１４、第３圧電体３２２、および第４圧電体３２４は、それぞれ、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センサー素子３となる。第１圧電体３１２では、水晶の結晶軸であるＸ軸（電気軸）が図６中の右側（Ａ軸方向プラス側）を向き、第２圧電体３１４では、水晶のＸ軸が図６中の左側（Ａ軸方向マイナス側）を向いている。そのため、第２圧電体３１４は、第１圧電体３１２の分極方向と反対方向に分極する。また、第３圧電体３２２では、水晶のＸ軸が図６中の紙面奥側（Ｂ軸方向プラス側）を向き、第４圧電体３２４では、水晶のＸ軸が図６中の紙面手前側（Ｂ軸方向マイナス側）を向いている。そのため、第４圧電体３２４は、第３圧電体３２２の分極方向と反対方向に分極する。これら各圧電体３１２，３１４，３２２，３２４は、それぞれ、水晶であるＹカット水晶板（水晶のＹ軸（機械軸）を厚さ方向とする水晶板）で構成されている。
【００３９】
ただし、圧電体３１２，３１４，３２２，３２４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。
【００４０】
また、基準電位電極３１１，３１５（３２１），３２５は、それぞれ、グランド電位ＧＮＤに電気的に接続されている。また、第１信号電極３１３は、第１回路４Ａに電気的に接続され、第２信号電極３２３は、第２回路４Ｂに電気的に接続されている。これら基準電位電極３１１，３１５（３２１），３２５および信号電極３１３，３２３の構成材料としては、特に限定されず、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。
【００４１】
一対の支持基板３３，３４は、圧電素子３１，３２の積層体を上下から挟み込むように配置されている。具体的には、圧電素子３１，３２の積層体の上面３ａに支持基板３３が配置され、下面３ｂに支持基板３４が配置されている。これにより、支持基板３３，３４によって基準電位電極３１１，３２５を覆うことができ、基準電位電極３１１，３２５を保護することができると共に、基準電位電極３１１，３２５がパッケージ２と接触して意図しない導通が生じることを抑制することができる。
【００４２】
支持基板３３，３４は、水晶で構成されている。支持基板３３は、隣接する第４圧電体３２４と同じ構成となっている。すなわち、支持基板３３は、第４圧電体３２４と同様に、Ｙカット水晶板から形成されており、水晶のＸ軸が図６中の紙面手前側（Ｂ軸方向マイナス側）を向いている。同様に、支持基板３４は、隣接する第１圧電体３１２と同じ構成となっている。すなわち、支持基板３４は、第１圧電体３１２と同様に、Ｙカット水晶板から形成されており、水晶のＸ軸が図６中の右側（Ａ軸方向プラス側）を向いている。このように、支持基板３３を隣接する第４圧電体３２４と同じ構成とし、支持基板３４を隣接する第１圧電体３１２と同じ構成とすることにより、これらの熱膨張係数を揃えることができ、熱膨張に起因する出力ドリフトを効果的に低減することができる。
【００４３】
なお、支持基板３３の結晶軸は、第４圧電体３２４の結晶軸と一致しなくてもよいし、支持基板３４の結晶軸は、第１圧電体３１２の結晶軸と一致しなくてもよい。また、支持基板３３、３４は、それぞれ、水晶以外の圧電体から構成されていてもよいし、圧電体以外の導電性を有さない材料を用いた構成であってもよい。また、支持基板３３、３４は、省略してもよい。
【００４４】
また、図７に示すように、センサー素子３の全体形状は、直方体である。すなわち、センサー素子３は、支持基板３３の上面である上面３ａと、支持基板３４の下面である下面３ｂと、これら上面３ａと下面３ｂとを接続する４つの側面３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆと、を有する。そして、Ｂ軸方向マイナス側を向く側面３ｃには、各基準電位電極３１１，３１５（３２１），３２５と電気的に接続された第１基準電位側面端子３９１と、第２信号電極３２３と電気的に接続された第２信号側面端子３９２と、が幅方向（Ａ軸方向）に離間して設けられている。なお、本実施形態では、第１基準電位側面端子３９１がＡ軸方向マイナス側に位置し、第２信号側面端子３９２がＡ軸方向プラス側に位置している。
【００４５】
また、側面３ｃと対向し、Ｂ軸方向プラス側を向く側面３ｅには、各基準電位電極３１１，３１５（３２１），３２５と電気的に接続された第２基準電位側面端子３９３と、第１信号電極３１３と電気的に接続された第１信号側面端子３９４と、が幅方向（Ａ軸方向）に離間して設けられている。なお、本実施形態では、第１信号側面端子３９４がＡ軸方向マイナス側に位置し、第２基準電位側面端子３９３がＡ軸方向プラス側に位置している。
【００４６】
つまり、図８に示すように、第１基準電位側面端子３９１は、圧電素子３１，３２が積層される方向からの平面視で、第１信号側面端子３９４の位置と、第２信号側面端子３９２の位置とを通る第１軸Ｌ３より一方側（Ａ軸方向マイナス側）の側面３ｃ、３ｆにおいて、第１信号側面端子３９４と、第２信号側面端子３９２との間に位置している。また、第２基準電位側面端子３９３は、第１軸Ｌ３より他方側（Ａ軸方向プラス側）の側面３ｄ，３ｅにおいて、第１信号側面端子３９４と、第２信号側面端子３９２との間に位置している。なお、図８において、第１軸Ｌ３は、センサー素子３の平面視での中心（幾何中心）Ｏを通過しているが、これに限定させることはなく、第１信号側面端子３９４の位置と、第２信号側面端子３９２の位置とを通れば良く、中心Ｏを通過していなくても構わない。
【００４７】
このように、第１信号側面端子３９４と第２信号側面端子３９２との間に、グランド電位ＧＮＤに電気的に接続される第１基準電位側面端子３９１および第２基準電位側面端子３９３が配置されている。そのため、２つの信号側面端子３９２，３９４の間隔が広げられ、信号側面端子３９２，３９４間で容量結合や電磁結合によって生じるノイズを低減でき、外力に応じて出力する電荷Ｑａ，Ｑｂ（出力信号）へのノイズによる劣化を低減することができる。
【００４８】
また、第１信号側面端子３９４と第２信号側面端子３９２とが、センサー素子３の平面視での中心（幾何中心）Ｏに対して点対称（１８０°回転対称）に配置され、第１基準電位側面端子３９１と第２基準電位側面端子３９３とが、センサー素子３の平面視での中心Ｏに対して点対称に配置されている。なお、中心Ｏは、広義にはセンサー素子３の平面視の幾何中心であってもよいし、狭義には上面３ａの幾何中心であってもよい。
【００４９】
このように、第１信号側面端子３９４と第２信号側面端子３９２とが、センサー素子３の平面視での中心Ｏに対して点対称に、第１基準電位側面端子３９１と第２基準電位側面端子３９３とが、センサー素子３の平面視での中心Ｏに対して点対称にそれぞれ配置されている。そのため、第１圧電素子３１および第２圧電素子３２の検出特性を互いにほぼ等しくすることができ、Ａ軸方向の外力（せん断力）に応じた電荷Ｑａ（第１出力信号）とＢ軸方向の外力（せん断力）に応じた電荷Ｑｂ（第２出力信号）とをバランスよく取り出すことができ、受けた外力をより精度よく検出し、第１信号側面端子３９４および第２信号側面端子３９２から出力することができる。
【００５０】
また、側面３ｃ，３ｅに各側面端子３９１，３９２，３９３，３９４を設けることにより、センサー素子３と第１回路４Ａおよび第２回路４Ｂとの電気的な接続を容易に行うことができる。
【００５１】
なお、センサー素子３の形状としては、特に限定されず、例えば、平面視で、円形、楕円形、三角形、正方形以外の四角形（長方形、台形、平行四辺形等）、五角形以上の多角形、異形等、いかなる形状であってもよい。
【００５２】
以上、センサー素子３について説明した。このようなセンサー素子３は、図２および図３に示すように、その下面３ｂがパッケージ２の凹部２２４の底面に（底部材２３の上面）に絶縁性の接着剤２９を介して接合されている。接着剤２９としては、特に限定されず、例えば、アクリル系樹脂、フェノール系樹脂、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂等を用いることができる。
【００５３】
また、図２および図３に示すように、自然状態では、センサー素子３の上面３ａは、蓋体２４の中央部２４１と間隔を隔てて対向配置されている。これにより、底部材２３と蓋体２４とに挟まれることによってセンサー素子３に意図しない応力（検出対象以外の応力）が加わってしまい、出力のドリフトが生じることを効果的に抑制することができる。ただし、これに限定されず、センサー素子３の上面３ａは、蓋体２４の中央部２４１と接触していてもよい。また、センサー素子３の上面３ａと蓋体２４の中央部２４１との間に接着剤（例えば接着剤２９と同様の接着剤）を設け、この接着剤を介してセンサー素子３と蓋体２４とが接合されていてもよい。
【００５４】
以上、センサー素子３について説明した。このようなセンサー素子３は、前述したように、第１基準電位側面端子３９１は、圧電素子３１，３２が積層される方向からの平面視で、第１信号側面端子３９４の位置と、第２信号側面端子３９２の位置とを通る第１軸Ｌ３より一方側（Ａ軸方向マイナス側）の側面３ｃ、３ｆにおいて、第１信号側面端子３９４と、第２信号側面端子３９２との間に位置している。また、第２基準電位側面端子３９３は、第１軸Ｌ３より他方側（Ａ軸方向プラス側）の側面３ｄ，３ｅにおいて、第１信号側面端子３９４と、第２信号側面端子３９２との間に位置している。そのため、第１信号側面端子３９４と第２信号側面端子３９２との間に、グランド電位ＧＮＤに電気的に接続される第１基準電位側面端子３９１および第２基準電位側面端子３９３が配置されているので、２つの信号側面端子３９２，３９４の間隔が広げられ、信号側面端子３９２，３９４間で容量結合や電磁結合によって生じるノイズを低減でき、外力に応じて出力する電荷Ｑａ，Ｑｂ（出力信号）へのノイズによる劣化を低減することができる。
【００５５】
また、第１信号側面端子３９４と第２信号側面端子３９２とが、センサー素子３の平面視での中心Ｏに対して点対称（１８０°回転対称）に配置され、第１基準電位側面端子３９１と第２基準電位側面端子３９３とが、センサー素子３の平面視での中心Ｏに対して点対称に配置されている。そのため、第１圧電素子３１および第２圧電素子３２の検出特性を互いにほぼ等しくすることができ、Ａ軸方向の外力（せん断力）に応じた電荷Ｑａ（第１出力信号）とＢ軸方向の外力（せん断力）に応じた電荷Ｑｂ（第２出力信号）とをバランスよく取り出すことができ、受けた外力をより精度よく検出し、第１信号側面端子３９４および第２信号側面端子３９２から出力することができる。
【００５６】
また、第１圧電素子３１は、第１基準電位電極３１１と第２基準電位電極３１５との間に、第１圧電体３１２、第１信号電極３１３、および分極方向が第１圧電体３１２の分極方向と反対方向である第２圧電体３１４が配置されている。第２圧電素子３２は、第３基準電位電極３２１と第４基準電位電極３２５との間に、第３圧電体３２２、第２信号電極３２３、および分極方向が第３圧電体３２２の分極方向と反対方向である第４圧電体３２４が配置されている。そのため、第１圧電素子３１および第２圧電素子３２の構成が簡単なものとなると共に、高感度のセンサー素子３を得ることができる。
【００５７】
また、第１圧電体３１２、第２圧電体３１４、第３圧電体３２２、および第４圧電体３２４は、それぞれ、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センサー素子３を得ることができる。
【００５８】
次に、センサーデバイス１の第１回路４Ａおよび第２回路４Ｂについて説明する。
第１回路４Ａおよび第２回路４Ｂは、それぞれ、パッケージ２の収納空間Ｓに収納されている。図８に示すように、基体２１の平面視で、第１回路４Ａは、センサー素子３に対して一方側（Ａ軸方向マイナス側）に位置し、第２回路４Ｂは、センサー素子３に対して他方側（Ａ軸方向プラス側）に位置している。第１回路４Ａは、センサー素子３から出力された電荷Ｑａを処理する回路であり、第２回路４Ｂは、センサー素子３から出力された電荷Ｑｂを処理する回路である。このように、第１回路４Ａと第２回路４Ｂとをセンサー素子３を介して互いに反対側に設けることにより、これらをなるべく離間して配置することができる。そのため、第１回路４Ａと第２回路４Ｂとの干渉が低減され、電荷Ｑａに第２回路４Ｂからのノイズが乗ったり、反対に、電荷Ｑｂに第１回路４Ａからのノイズが乗ったりすることを効果的に抑制することができる。そのため、耐ノイズ性が向上し、第１回路４Ａによって電荷Ｑａを精度よく処理することができ、第２回路４Ｂによって電荷Ｑｂを精度よく処理することができる。
【００５９】
第１回路４Ａは、電荷Ｑａを電圧Ｖａに変換する回路（電荷／電圧変換回路）であり、図９に示すように、電荷Ｑａが入力される抵抗４１Ａと、電荷Ｑａをチャージするコンデンサー４３Ａ（蓄電部）と、電荷Ｑａによる電圧を増幅するオペアンプ４２Ａ（増幅器）と、スイッチング素子４４Ａと、配線４６Ａと、を有する。
【００６０】
これら回路要素のうち、抵抗４１Ａおよびコンデンサー４３Ａは、それぞれ、凹部２２１の底面に設けられ、オペアンプ４２Ａおよびスイッチング素子４４Ａは、回路素子４５Ａとして一体化された上で凹部２２５の底面に設けられている。また、これら電子部品としての抵抗４１Ａ、コンデンサー４３Ａおよび回路素子４５Ａは、センサー素子３の第１信号側面端子３９４と抵抗４１Ａとの間、抵抗４１Ａとコンデンサー４３Ａとの間、コンデンサー４３Ａと回路素子４５Ａとの間は、それぞれ配線４６Ａを介して電気的に接続されている。配線４６Ａは、導電性の接続部材２６１，２６４（例えば、Ａｇペースト、Ｃｕペースト、Ａｕペースト等の各種金属ペースト）を介してセンサー素子３の第１基準電位側面端子３９１、第１信号側面端子３９４と電気的に接続されている。これにより、図９に示す回路が実現される。
【００６１】
なお、本実施形態では、抵抗４１Ａおよびコンデンサー４３Ａは、金（Ａｕ）バンプ等の導電性バンプを用いたフリップチップ実装によって配線４６Ａと電気的に接続されており、回路素子４５Ａは、ボンディングワイヤーＢＷを介して配線４６Ａと電気的に接続されている。ただし、抵抗４１Ａ、コンデンサー４３Ａおよび回路素子４５Ａと配線４６Ａとの電気的な接続方法は、特に限定されない。また、オペアンプ４２Ａおよびスイッチング素子４４Ａは、別体として形成されていてもよい。
【００６２】
第２回路４Ｂは、電荷Ｑｂを電圧Ｖｂに変換する回路（電荷／電圧変換回路）であり、前述した第１回路４Ａと同様の構成となっている。すなわち、第２回路４Ｂは、図１０に示すように、電荷Ｑｂが入力される抵抗４１Ｂと、電荷Ｑｂをチャージするコンデンサー４３Ｂ（蓄電部）と、電荷Ｑｂによる電圧を増幅するオペアンプ４２Ｂ（増幅器）と、スイッチング素子４４Ｂと、配線４６Ｂと、を有する。
【００６３】
これら回路要素のうち、抵抗４１Ｂおよびコンデンサー４３Ｂは、それぞれ、凹部２２１の底面に設けられ、オペアンプ４２Ｂおよびスイッチング素子４４Ｂは、回路素子４５Ｂとして一体化された上で凹部２２６の底面に設けられている。また、これら電子部品としての抵抗４１Ｂ、コンデンサー４３Ｂおよび回路素子４５Ｂは、センサー素子３の第２信号側面端子３９２と抵抗４１Ｂとの間、抵抗４１Ｂとコンデンサー４３Ｂとの間、コンデンサー４３Ｂと回路素子４５Ｂとの間は、それぞれ配線４６Ｂを介して電気的に接続されている。また、配線４６Ｂは、導電性の接続部材２６２，２６３（例えば、Ａｇペースト、Ｃｕペースト、Ａｕペースト等の各種金属ペースト）を介してセンサー素子３の第２信号側面端子３９２、第２基準電位側面端子３９３と電気的に接続されている。これにより、図１０に示す回路が実現される。
【００６４】
なお、本実施形態では、抵抗４１Ｂおよびコンデンサー４３Ｂは、金（Ａｕ）バンプ等の導電性バンプを用いたフリップチップ実装によって配線４６Ｂと電気的に接続されており、回路素子４５Ｂは、ボンディングワイヤーＢＷを介して配線４６Ｂと電気的に接続されている。ただし、抵抗４１Ｂ、コンデンサー４３Ｂおよび回路素子４５Ｂと配線４６Ｂとの電気的な接続方法は、特に限定されない。また、オペアンプ４２Ｂおよびスイッチング素子４４Ｂは、別体として形成されていてもよい。
【００６５】
ここで、第１信号側面端子３９４と第１回路４Ａの抵抗４１Ａとを電気的に接続する配線４６Ａは、図１１に示すように、基部２２上に設けられた接続部２６から離間して配置されている。つまり、接続部２６の側壁２７から長さＧの間隔を隔て配置されており、その長さＧは、０．１ｍｍ以上であり、好ましくは０．２ｍｍ以上である。なお、接続部２６は、中央部が除去された環状体の２つの基板２６Ａ，２６Ｂで構成され、シール部材２０を介して蓋体２４を接合することで、センサー素子３を収納する収納空間Ｓが形成される。
【００６６】
第１信号側面端子３９４と第１回路４Ａの抵抗４１Ａとを電気的に接続する配線４６Ａを接続部２６から離間して配置されることにより、配線４６Ａとシール部材２０との間で生じるリーク電流を極小化し、センサーデバイス１のドラフト特性の向上を図ることができる。
【００６７】
また、第２信号側面端子３９２と第２回路４Ｂの抵抗４１Ｂとを電気的に接続する配線４６Ｂについても、配線４６Ａと同様に、接続部２６から離間して配置されているので、配線４６Ｂとシール部材２０との間で生じるリーク電流を極小化し、センサーデバイス１のドラフト特性の向上を図ることができる。
【００６８】
また、第１回路４Ａおよび第２回路４Ｂの各々が含む電子部品間を電気的に接続する配線４６Ａ，４６Ｂが、接続部２６と離間して配置されている。つまり、抵抗４１Ａとコンデンサー４３Ａとを電気的に接続する配線４６Ａと、抵抗４１Ｂとコンデンサー４３Ｂとを電気的に接続する配線４６Ｂと、が接続部２６と離間して配置されている。
このように、配線４６Ａ，４６Ｂが接続部２６と離間して配置されているので、配線４６Ａ，４６Ｂと接続部２６上に設けられたシール部材２０との間で生じるリーク電流を極小化し、センサーデバイス１のドラフト特性の向上を図ることができる。
【００６９】
第１回路４Ａでは、回路素子４５Ａが他の電子部品すなわち抵抗４１Ａおよびコンデンサー４３Ａよりも厚い。そのため、本実施形態では、凹部２２１の底面に凹部２２５を形成し、この凹部２２５の底面に回路素子４５Ａを設けている。これにより、回路素子４５Ａの高さを抑えることができるため、パッケージ２の高背化を抑制することができ、また、回路素子４５Ａ上にボンディングワイヤーＢＷの配置スペースを確保し易くなる。
【００７０】
同様に、第２回路４Ｂでは、回路素子４５Ｂが他の電子部品すなわち抵抗４１Ｂおよびコンデンサー４３Ｂよりも厚い。そのため、本実施形態では、凹部２２１の底面に凹部２２６を形成し、この凹部２２６の底面に回路素子４５Ｂを設けている。これにより、回路素子４５Ｂの高さを抑えることができるため、パッケージ２の高背化を抑制することができ、また、回路素子４５Ｂ上にボンディングワイヤーＢＷの配置スペースを確保し易くなる。ただし、凹部２２５，２２６を省略して、凹部２２１の底面に回路素子４５Ａ，４５Ｂを配置してもよい。
【００７１】
また、図４に示すように、第１回路４Ａでは、平面視で、抵抗４１Ａ、コンデンサー４３Ａおよび回路素子４５Ａの全てが蓋体２４の中央部２４１と重なって配置されている。前述したように、蓋体２４の中央部２４１は、他の部分（外縁部２４２）よりも上側にオフセットしている。そのため、抵抗４１Ａ、コンデンサー４３Ａおよび回路素子４５Ａと蓋体２４との接触を抑制することができ、第１回路４Ａの破損や誤作動を抑制することができる。
【００７２】
同様に、第２回路４Ｂでは、平面視で、抵抗４１Ｂ、コンデンサー４３Ｂおよび回路素子４５Ｂの全てが蓋体２４の中央部２４１と重なって配置されている。そのため、抵抗４１Ｂ、コンデンサー４３Ｂおよび回路素子４５Ｂと蓋体２４との接触を抑制することができ、第２回路４Ｂの破損や誤作動を抑制することができる。ただし、これに限定されず、例えば、抵抗４１Ａ、４１Ｂ、コンデンサー４３Ａ、４３Ｂ、回路素子４５Ａ、４５Ｂの少なくとも１つが、平面視で、中央部２４１と重ならない位置に配置されていてもよい。
【００７３】
このような第１回路４Ａおよび第２回路４Ｂをパッケージ２に収納することにより、これら第１回路４Ａと第２回路４Ｂとを保護し、防塵性および防水性を高めることができる。特に、第１回路４Ａと第２回路４Ｂとを水分（湿気）から保護することにより、これらの特性の劣化を効果的に抑制することができる。例えば、コンデンサー４３Ａ，４３Ｂは、センサー素子３からの電荷Ｑａ，Ｑｂをチャージする部分であるが、湿度によるリーク電流の影響を受け易い。また、オペアンプ４２Ａ，４２Ｂは、湿度に起因して入力側のオフセット電圧が変動してしまう。このように、第１回路４Ａと第２回路４Ｂとは、水分（湿度）に影響を受け易い回路要素を含んでいるため、これら第１回路４Ａと第２回路４Ｂとをパッケージ２に収納し、防水することにより、回路特性の劣化や変動を効果的に抑制することができ、より精度よく、電荷Ｑａ，Ｑｂを電圧Ｖａ，Ｖｂに変換することができる。そのため、センサーデバイス１によれば、受けた外力をより精度よく検出することができる。
【００７４】
また、第１回路４Ａと第２回路４Ｂとをパッケージ２に収納することにより、例えば、第１回路４Ａと第２回路４Ｂとがパッケージ２の外側に配置されている場合と比較して、配線４６Ａ，４６Ｂの配線長を短くすることができる。そのため、第１回路４Ａおよび第２回路４Ｂの耐ノイズ性が向上する。
【００７５】
また、第１回路４Ａと第２回路４Ｂとは、平面視で、センサー素子３に対して対称的に配置されている。具体的には、本実施形態では、第１回路４Ａおよび第２回路４Ｂは、センサー素子３の中心（幾何中心）Ｏに対して点対称（１８０°回転対称）となるように配置されている。これにより、第１回路４Ａおよび第２回路４Ｂの回路特性（配線長、周囲からの影響等）、すなわち電荷／電圧変換特性を互いにほぼ等しくすることができる。そのため、Ａ軸方向の外力（せん断力）に応じた電荷Ｑａ（第１出力信号）とＢ軸方向の外力（せん断力）に応じた電荷Ｑｂ（第２出力信号）とをバランスよく取り出すことができ、受けた外力をより精度よく検出することができる。
【００７６】
なお、第１回路４Ａおよび第２回路４Ｂが中心Ｏに対して点対称に配置されているとは、少なくとも各回路要素（抵抗４１Ａ、４１Ｂ、コンデンサー４３Ａ、４３Ｂおよび回路素子４５Ａ、４５Ｂ）が中心Ｏに対して点対称に配置されていることを意味し、好ましくは、さらに配線４６Ａ、４６Ｂについても中心Ｏに対して点対称に配置されていることを意味する。また、第１回路４Ａおよび第２回路４Ｂが中心Ｏに対して点対称に配置されているとは、例えば、設計上または製造上生じ得る誤差を含む意味であり、必ずしも、完全な点対称に限られるものではない。また、平面視で、第１回路４Ａおよび第２回路４Ｂの対称点が中心Ｏと一致している場合の他、センサー素子３と重なる範囲において、対称点が中心Ｏからずれている場合も含む意味である。
【００７７】
第１回路４Ａおよび第２回路４Ｂが中心Ｏに対して点対称となっているため、それに応じて、センサー素子３では、Ｂ軸方向プラス側を向く側面３ｅに電荷Ｑａが出力される第１信号側面端子３９４を配置し、Ｂ軸方向マイナス側を向く側面３ｃに電荷Ｑｂが出力される第２信号側面端子３９２を配置している。さらには、センサー素子３に対してＢ軸方向プラス側に、第１回路４Ａと第１信号側面端子３９４とを接続する接続部材２６４が配置され、センサー素子３に対してＢ軸方向マイナス側に、第２回路４Ｂと第２信号側面端子３９２とを接続する接続部材２６２が配置されている。このような配置とすることにより、比較的簡単な配置で、第１回路４Ａおよび第２回路４Ｂをセンサー素子３の中心Ｏに対して点対称に配置することができる。特に、本実施形態では、第１信号側面端子３９４が側面３ｅの第１回路４Ａ側（Ａ軸方向マイナス側）に偏って配置されているため、第１信号側面端子３９４と抵抗４１Ａとを結ぶ配線長を短くすることができる。同様に、第２信号側面端子３９２が側面３ｃの第２回路４Ｂ側（Ａ軸方向プラス側）に偏って配置されているため、第２信号側面端子３９２と抵抗４１Ｂとを結ぶ配線長を短くすることができる。
【００７８】
以上、センサーデバイス１について説明した。このようなセンサーデバイス１は、前述したように、基体２１の平面視で、第１回路４Ａは、センサー素子３に対して一方側（Ａ軸方向マイナス側）に位置し、第２回路４Ｂは、センサー素子３に対して他方側（Ａ軸方向プラス側）に位置している。そのため、第１回路４Ａと第２回路４Ｂとがセンサー素子３を介して互いに反対側に設けられ、これらをなるべく離間して配置することができる。そのため、第１回路４Ａと第２回路４Ｂとの干渉が低減され、電荷Ｑａ（第１出力信号）に第２回路４Ｂからのノイズが乗ったり、反対に、電荷Ｑｂ（第２出力信号）に第１回路４Ａからのノイズが乗ったりすることを効果的に抑制することができる。そのため、耐ノイズ性が向上し、第１回路４Ａによって電荷Ｑａを精度よく処理することができ、第２回路４Ｂによって電荷Ｑｂを精度よく処理することができる。その結果、受けた外力を精度よく検出することができるセンサーデバイス１を得ることができる。
【００７９】
また、第１回路４Ａと第２回路４Ｂとは、平面視で、センサー素子３に対して対称的に配置されている。具体的には、第１回路４Ａおよび第２回路４Ｂは、センサー素子３の中心Ｏに対して点対称（１８０°回転対称）となるように配置されている。これにより、第１回路４Ａおよび第２回路４Ｂの回路特性（配線長、周囲からの影響等）、すなわち電荷／電圧変換特性を互いにほぼ等しくすることができる。そのため、Ａ軸方向の外力（せん断力）に応じた電荷ＱａとＢ軸方向の外力（せん断力）に応じた電荷Ｑｂとをバランスよく取り出すことができ、受けた外力をより精度よく検出することができる。
【００８０】
また、第１信号側面端子３９４と第１回路４Ａの抵抗４１Ａとを電気的に接続する配線４６Ａと、第２信号側面端子３９２と第２回路４Ｂの抵抗４１Ｂとを電気的に接続する配線４６Ｂと、が接続部２６から離間して配置されることにより、配線４６Ａ，４６Ｂとシール部材２０との間で生じるリーク電流を極小化し、センサーデバイス１のドラフト特性の向上を図ることができる。
【００８１】
また、第１回路４Ａおよび第２回路４Ｂの各々が含む電子部品間を電気的に接続する配線４６Ａ，４６Ｂが、接続部２６と離間して配置されている。つまり、抵抗４１Ａとコンデンサー４３Ａとを電気的に接続する配線４６Ａと、抵抗４１Ｂとコンデンサー４３Ｂとを電気的に接続する配線４６Ｂと、が接続部２６と離間して配置されているので、配線４６Ａ，４６Ｂと接続部２６上に設けられたシール部材２０との間で生じるリーク電流を極小化し、センサーデバイス１のドラフト特性の向上を図ることができる。
【００８２】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るセンサーデバイスについて説明する。
【００８３】
図１２は、本発明の第２実施形態に係るセンサーデバイスが有するセンサー素子の断面図である。
【００８４】
本実施形態に係るセンサーデバイスが有するセンサー素子３０ａは、主に、センサー素子３０ａの構成が異なること以外は、前述した第１実施形態のセンサーデバイスが有するセンサー素子３と同様である。なお、以下の説明では、第２実施形態のセンサーデバイスが有するセンサー素子３０ａに関し、前述した第１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。また、図１２では、前述した第１実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
【００８５】
本実施形態に係るセンサーデバイスが有するセンサー素子３０ａは、図１２に示すように、第１圧電素子３１ａは、第１圧電体３１２と、第２圧電体３１４と、第１圧電体３１２と第２圧電体３１４との間に配置される第１信号電極３１３との組を２つ備え、第２圧電素子３２ａは、第３圧電体３２２と、第４圧電体３２４と、第３圧電体３２２と第４圧電体３２４との間に配置される第２信号電極３２３との組を２つ備えている。
【００８６】
具体的には、第１圧電素子３１ａは、下側（Ｃ軸方向マイナス側）から、第１基準電位電極３１１、第１圧電体３１２、第１信号電極３１３、第２圧電体３１４、第２基準電位電極３１５、第５圧電体３１６、第３信号電極３１７、第６圧電体３１８、第５基準電位電極３１９が順に積層した構成となっている。
【００８７】
また、第２圧電素子３２ａは、第１圧電素子３１ａ上に積層されており、下側（Ｃ軸方向マイナス側）から、第３基準電位電極３２１、第３圧電体３２２、第２信号電極３２３、第４圧電体３２４、第４基準電位電極３２５、第７圧電体３２６、第４信号電極３２７、第８圧電体３２８、第６基準電位電極３２９が順に積層した構成となっている。
【００８８】
第１圧電体３１２と第５圧電体３１６とは、分極方向が同じであり、第２圧電体３１４と第６圧電体３１８とは、分極方向が第１圧電体３１２と反対方向に分極する。また、第３圧電体３２２と第７圧電体３２６とは、分極方向が同じであり、第４圧電体３２４と第８圧電体３２８とは、分極方向が第３圧電体３２２と反対方向に分極する。
【００８９】
また、基準電位電極３１１，３１５，３１９（３２１），３２５，３２９は、それぞれ、第１基準電位側面端子３９１と第２基準電位側面端子３９３とを介して、グランド電位ＧＮＤに電気的に接続されている。また、第１信号電極３１３と第３信号電極３１７は、それぞれ、第１信号側面端子３９４を介して、第１回路４Ａに電気的に接続され、第２信号電極３２３と第４信号電極３２７は、それぞれ、第２信号側面端子３９２を介して、第２回路４Ｂに電気的に接続されている。
【００９０】
このような構成とすることで、第１圧電素子３１ａおよび第２圧電素子３２ａの構成が簡単なものとなると共に、より高感度のセンサー素子３０ａを得ることができる。
【００９１】
なお、本実施形態では、第１実施形態のセンサーデバイスが有するセンサー素子３の第１圧電素子３１を２個と第２圧電素子３２を２個とをそれぞれ積層した構成としたが、これ限定されることはなく、第１圧電素子３１と第２圧電素子３２をそれぞれ３個以上積層した構成でも構わない。そうすることによって、より一層高感度のセンサー素子を得ることができる。
【００９２】
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。
【００９３】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係るセンサーデバイスについて説明する。
【００９４】
図１３は、本発明の第３実施形態に係るセンサーデバイスが有するセンサー素子の断面図である。
【００９５】
本実施形態に係るセンサーデバイスが有するセンサー素子３０ｂは、主に、センサー素子３０ｂの構成が異なること以外は、前述した第１実施形態のセンサーデバイスが有するセンサー素子３と同様である。なお、以下の説明では、第３実施形態のセンサーデバイスが有するセンサー素子３０ｂに関し、前述した第１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。また、図１３では、前述した第１実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
【００９６】
本実施形態に係るセンサーデバイスが有するセンサー素子３０ｂは、図１３に示すように、第１圧電素子３１ｂと第２圧電素子３２ｂとの間に絶縁基板３５が配置されている。
第１圧電素子３１ｂは、第１基準電位電極３１１と、第１信号電極３１３との間に、第１圧電体３１２が配置され、第２基準電位電極３１５と、第１信号電極３１３との間に、第２圧電体３１４が配置されており、第２圧電素子３２ｂは、第３基準電位電極３２１と、第２信号電極３２３との間に、第３圧電体３２２が配置され、第４基準電位電極３２５と、第２信号電極３２３との間に、第４圧電体３２４が配置されている。
【００９７】
また、第１基準電位側面端子３９１は、第１基準電位電極３１１および第２基準電位電極３１５に電気的に接続されおり、第１グランド電位ＧＮＤと電気的に接続し、第２基準電位側面端子３９３は、第３基準電位電極３２１および第４基準電位電極３２５に電気的に接続されており、第２グランド電位ＧＮＤと電気的に接続している。よって、第１基準電位側面端子３９１と、第３基準電位電極３２１および第４基準電位電極３２５とは、電気的に絶縁しており、第２基準電位側面端子３９３と、第１基準電位電極３１１および第２基準電位電極３１５とは、電気的に絶縁している。
【００９８】
このような構成とすることで、第１基準電位側面端子３９１と第２基準電位側面端子３９３とを電気的に絶縁することができ、第１信号側面端子３９４および第２信号側面端子３９２から出力される電荷Ｑａ，Ｑｂ（出力信号）へのクロストークや２つの信号側面端子間での容量結合による影響を低減することができる。よって、より高感度のセンサー素子３０ｂを得ることができる。
【００９９】
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。
【０１００】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係るセンサーデバイスについて説明する。
【０１０１】
図１４は、本発明の第４実施形態に係るセンサーデバイスが有するセンサー素子の平面図である。
【０１０２】
本実施形態に係るセンサーデバイスが有するセンサー素子３０ｃは、主に、センサー素子３０ｃの構成が異なること以外は、前述した第１実施形態のセンサーデバイスが有するセンサー素子３と同様である。なお、以下の説明では、第４実施形態のセンサーデバイスが有するセンサー素子３０ｃに関し、前述した第１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。また、図１４では、前述した第１実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
【０１０３】
本実施形態に係るセンサーデバイスが有するセンサー素子３０ｃは、図１４に示すように、第１信号側面端子３９４ｃが側面３ｆに配置され、第２信号側面端子３９２ｃが側面３ｄに配置されている。また、第１基準電位側面端子３９１ｃと第２基準電位側面端子３９３ｃとが、第１実施形態と同様に、側面３ｃ、３ｅにそれぞれ配置されている。
【０１０４】
このような構成とすることで、第１信号側面端子３９４ｃを第１回路４Ａにより近接して配置でき、第２信号側面端子３９２ｃを第２回路４Ｂにより近接して配置できる。よって、第１信号側面端子３９４ｃと抵抗４１Ａとを結ぶ配線長をより短くすることができる。同様に、第２信号側面端子３９２ｃと抵抗４１Ｂとを結ぶ配線長をより短くすることができる。第１信号側面端子３９４ｃと抵抗４１Ａとを結ぶ配線（４６Ａ）や第２信号側面端子３９２ｃと抵抗４１Ｂとを結ぶ配線（４６Ｂ）において、ノイズの影響を受け難くすることができる。
【０１０５】
また、第１信号側面端子３９４ｃと第２信号側面端子３９２ｃとが、第１回路４Ａ、センサー素子３０ｃ、および第２回路４Ｂが並ぶ方向（Ａ軸方向）に配置されているため、センサー素子３０ｃとパッケージ２の凹部２２１を構成する接続部２６との間隔を、第１基準電位側面端子３９１ｃと第２基準電位側面端子３９３ｃとが配置されている方向（Ｂ軸方向）において、短くすることができる。そのため、パッケージ２のＢ軸方向を短くすることができ、パッケージ２の小型化ができ、センサーデバイスの小型化を図ることができる。
【０１０６】
以上のような第４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。
【０１０７】
＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態に係るセンサーデバイスについて説明する。
【０１０８】
図１５は、本発明の第５実施形態に係るセンサーデバイスが有するセンサー素子の平面図である。
【０１０９】
本実施形態に係るセンサーデバイスが有するセンサー素子３０ｄは、主に、センサー素子３０ｂの構成が異なること以外は、前述した第１実施形態のセンサーデバイスが有するセンサー素子３と同様である。なお、以下の説明では、第５実施形態のセンサーデバイスが有するセンサー素子３０ｄに関し、前述した第１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。また、図１５では、前述した第１実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
【０１１０】
本実施形態に係るセンサーデバイスが有するセンサー素子３０ｄは、図１５に示すように、側面３ｄに第３信号側面端子３９６および第３基準電位側面端子３９５が配置され、第３基準電位側面端子３９５は、第２信号側面端子３９２と第３信号側面端子３９６との間に配置されている。
【０１１１】
第３信号側面端子３９６は、センサー素子３０ｄ内に設けられたＣ軸方向の外力（圧縮／引張力）に応じて電荷Ｑｃを出力する第３圧電素子の信号電極と電気的に接続されている。また、第３基準電位側面端子３９５は、第３圧電素子の基準電位電極と電気的に接続され、第１基準電位側面端子３９１および第２基準電位側面端子３９３と電気的に接続され、グランド電位ＧＮＤと電気的に接続されている。
なお、第１基準電位側面端子３９１、第２基準電位側面端子３９３、および第３信号側面端子３９６は、電気的に絶縁していても構わない。
【０１１２】
このような構成とすることで、センサー素子３０ｄに加えられた外力のＡ軸方向の成分とＢ軸方向の成分とに加え、Ｃ軸方向の成分についても、検出することができ、３軸方向の検出軸を有するセンサー素子３０ｄを得ることができる。
【０１１３】
以上のような第５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。
【０１１４】
＜第６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態に係る力検出装置について説明する。
【０１１５】
図１６は、本発明の第４実施形態に係る力検出装置の斜視図である。図１７は、図１６に示す力検出装置の縦断面図である。図１８は、図１６に示す力検出装置の横断面図である。図１９は、力検出装置に配置されたセンサーデバイスの断面図である。
【０１１６】
また、以下では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸をα軸、β軸およびγ軸とし、各軸を示す矢印の先端側を「プラス側」、基端側を「マイナス側」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。また、γ軸方向プラス側を「上」、γ軸方向マイナス側を「下」ともいう。また、γ軸方向から見たものを「平面視」という。
【０１１７】
図１６に示す力検出装置１００は、力検出装置１００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。なお、６軸成分は、互いに直交する３つの軸（図示ではα軸、β軸およびγ軸）のそれぞれの方向の並進力（せん断力）成分と、これら３軸のそれぞれの軸まわりの回転力（モーメント）成分と、からなる。
【０１１８】
力検出装置１００は、その中心軸Ａ１（γ軸）まわりに等間隔（９０°間隔）に配置された複数（本実施形態では４つ）のセンサーデバイス１と、これらセンサーデバイス１を収納しているケース５と、を有する。力検出装置１００では、各センサーデバイス１が受けた外力に応じた検出信号を出力し、それらの検出信号を処理することにより、力検出装置１００に加えられた外力の６軸成分を検出することができる。以下、力検出装置１００が備える各部について説明する。
【０１１９】
［ケース］
図１６に示すように、ケース５は、第１ケース部材６と、第１ケース部材６に対して間隔を隔てて配置されている第２ケース部材７と、第１ケース部材６および第２ケース部材７の外周部に設けられた側壁部８と、を有する。
【０１２０】
また、図１７に示すように、第１ケース部材６は、天板６１（第１基部）と、天板６１の下面に設けられ、中心軸Ａ１まわりに等間隔（９０°間隔）に配置された４つの壁部６２（第１与圧部）と、を有する。また、天板６１には、その中央部に中心軸Ａ１に沿った貫通孔６１１が形成されている。また、図１８に示すように、各壁部６２には、後述する与圧ボルト５０が挿通される複数の貫通孔６２１が形成されている。また、各壁部６２の内壁面６２０（内側の面）は、天板６１に対して垂直な平面となっている。
【０１２１】
また、図１７に示すように、第２ケース部材７は、底板７１（第２基部）と、底板７１の上面に設けられ、前述した４つの壁部６２と対向するように中心軸Ａ１まわりに等間隔（９０°間隔）に配置された４つの壁部７２（第２与圧部）と、を有する。また、底板７１には、その中央部に中心軸Ａ１に沿った貫通孔７１１が形成されている。また、各壁部７２は、対向する壁部６２側に向けて突出した突出部７３を有し、この突出部７３の頂面７３０は、内壁面６２０と平行であり、内壁面６２０に対し、所定距離（センサーデバイス１を挿入可能な距離）を隔てて対面している。また、図１８に示すように、各壁部７２には、与圧ボルト５０の先端部が螺合する雌ネジ孔７２１が複数形成されている。
【０１２２】
また、側壁部８は、円筒状をなし、その上端部および下端部がそれぞれ第１ケース部材６および第２ケース部材７に対して例えばネジ止め、嵌合等によって固定されている。また、側壁部８と前述した第１ケース部材６の天板６１と第２ケース部材７の底板７１とで囲まれた空間Ｓ１（力検出装置１００の内部空間）には４つのセンサーデバイス１が収納されている。
【０１２３】
以上のようなケース５では、第１ケース部材６の上面６０が、例えば、後述するロボット１０００が備えるエンドエフェクター１７００（被取付部材）に取り付ける取付面として機能し、第２ケース部材７の下面７０が、例えば、後述するロボット１０００が備えるアーム１２００に取り付けるアーム用取付面として機能する。
【０１２４】
なお、ケース５の平面視での外形は、それぞれ、円形であるが、これに限定されず、例えば、三角形、四角形、五角形等の多角形、楕円形、異形等、いかなる形状であってもよい。また、本実施形態では、各壁部６２は、天板６１と別部材で形成され、天板６１に対し固定されているが、これに限定されず、天板６１と一体で形成されていてもよい。同様に、本実施形態では、各壁部７２は、底板７１と別部材で形成され、底板７１に対し固定されているが、これに限定されず、底板７１と一体で形成されていてもよい。
【０１２５】
また、第１ケース部材６、第２ケース部材７および側壁部８の構成材料としては、それぞれ、特に限定されず、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材料、セラミックス等を用いることができる。なお、第１ケース部材６、第２ケース部材７および側壁部８の構成材料は、互いに同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【０１２６】
図１８に示すように、４つのセンサーデバイス１は、平面視で、中心軸Ａ１を通りβ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。また、図１７に示すように、各センサーデバイス１は、天板６１と底板７１との間に位置している。また、各センサーデバイス１は、壁部６２と壁部７２（突出部７３）との間に位置し、壁部６２と壁部７２（突出部７３）とによって挟持されている。具体的には、各センサーデバイス１は、図１９に示すように、パッケージ２の基体２１を壁部７２側に向け、蓋体２４を壁部６２側へ向けた状態で、壁部６２、７２の間に配置されている。さらに、基体２１の底部材２３が突出部７３の頂面７３０と当接し、蓋体２４の中央部２４１が壁部６２の内壁面６２０と接触している。
【０１２７】
図１８に示すように、与圧ボルト５０は、壁部６２と壁部７２とを連結しており、これにより、第１ケース部材６と第２ケース部材７とが固定されている。また、与圧ボルト５０が締め込まれることにより、壁部６２と壁部７２との間に位置するセンサーデバイス１（センサー素子３）が与圧されている。すなわち、自然状態において、センサー素子３には図１９中の矢印Ｐで示す方向の圧縮力が加わっている。このように、自然状態においてセンサー素子３を与圧しておくことにより、力検出装置１００に加えられた外力の６軸成分を精度よく検出することができる。なお、与圧ボルト５０の締結力を適宜調整することにより、センサー素子３に加わる与圧を調整することができる。
【０１２８】
与圧ボルト５０は、各センサーデバイス１に対して一対設けられており、一対の与圧ボルト５０がセンサーデバイス１の両側に位置している。ただし、与圧ボルト５０の配置としては、特に限定されない。また、与圧ボルト５０は、必要に応じて設ければよく、不要な場合には、省略してもよい。
【０１２９】
このような力検出装置１００は、図示しない外力検出回路を有し、この外力検出回路は、各センサーデバイス１から出力される電圧Ｖａ、Ｖｂに基づいて、α軸方向の並進力成分Ｆα、β軸方向の並進力成分Ｆβ、γ軸方向の並進力成分Ｆγ、α軸周りの回転力成分Ｍα、β軸周りの回転力成分Ｍβ、γ軸周りの回転力成分Ｍγを検出（演算）することができる。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。
【０１３０】
以上、力検出装置１００について説明した。このような力検出装置１００は、前述したように、天板６１（第１基板）と、底板７１（第２基板）と、天板６１と底板７１との間に設けられるセンサーデバイス１（本発明のセンサーデバイス）と、を備えている。このような力検出装置１００によれば、センサーデバイス１を備えているため、外力をより高精度に検出することができる。
【０１３１】
＜第７実施形態＞
次に、本発明の第７実施形態に係るロボットについて説明する。
【０１３２】
図２０は、本発明の第７実施形態に係るロボットの斜視図である。
【０１３３】
図２０に示すロボット１０００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１０００は、単腕ロボットであり、所謂６軸垂直多関節ロボットである。ロボット１０００は、基台１１００と、基台１１００に回動自在に連結されたロボットアーム１２００と、力検出装置１００と、エンドエフェクター１７００とを有する。
【０１３４】
基台１１００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。ロボットアーム１２００は、アーム１２１０（第１アーム）、アーム１２２０（第２アーム）、アーム１２３０（第３アーム）、アーム１２４０（第４アーム）、アーム１２５０（第５アーム）、アーム１２６０（第６アーム）を有する。これらアーム１２１０〜１２６０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１２１０〜１２６０は、隣り合うアームまたは基台１１００に対して回動可能になっている。
【０１３５】
アーム１２６０の先端には、力検出装置１００が接続されている。力検出装置１００は、力検出装置１００の先端に取り付けられたエンドエフェクター１７００に加わる力（モーメントを含む）を検出する。エンドエフェクター１７００は、ロボット１０００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１７００としては、ロボット１０００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や嵌合を行う嵌合器具等であってもよい。
【０１３６】
また、図示しないが、ロボット１０００は、一方のアームを他方のアーム（または基台１１００）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１０００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。
【０１３７】
以上、ロボット１０００について説明した。このようなロボット１０００は、前述したように、基台１１００と、基台１１００に接続されるロボットアーム１２００（アーム）と、力検出装置１００（本発明の力検出装置）を有する。このようなロボット１０００によれば、力検出装置１００を備えているため、例えば、力検出装置１００が検出した外力を、ロボット１０００を制御する機能を有する制御部（図示せず）にフィードバックすることにより、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１００が検出した外力によって、ロボット１０００は、エンドエフェクター１７００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１０００は、より安全に作業を実行することができる。
【０１３８】
なお、力検出装置１００は、隣り合うアームとアームとの間（例えば、アーム１２４０，１２５０の間）に設けられていてもよい。また、ロボット１０００は、例えば、スカラーロボット、双腕ロボット等の他のロボットであってもよい。また、ロボット１０００が有するアームの数は、本実施形態では６本であるが、これに限定されず、１〜５本または７本以上であってもよい。
【０１３９】
以上、本発明のセンサー素子３，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ、センサーデバイス１、力検出装置１００およびロボット１０００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、本発明のセンサー素子３，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ、センサーデバイス１および力検出装置１００は、ロボット１０００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。
【０１４０】
以下に、実施形態から導き出される内容を記載する。センサー素子３，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、例えば、以下の特徴を有している。
【０１４１】
センサー素子は、複数の基準電位電極と、第１圧電素子と、前記複数の基準電位電極のうちの少なくとも１つとの間に前記第１圧電素子を挟む位置に配置され、前記第１圧電素子の信号を取り出す第１信号電極と、第２圧電素子と、前記複数の基準電位電極のうちの少なくとも１つとの間に前記第２圧電素子を挟む位置に配置され、前記第２圧電素子の信号を取り出す第２信号電極と、が積層され、周囲に側面を有する積層体と、前記側面に配置され、前記第１信号電極に電気的に接続されている第１信号側面端子と、前記側面に配置され、前記第２信号電極に電気的に接続されている第２信号側面端子と、前記側面に配置され、前記基準電位電極の少なくとも１つに電気的に接続されている第１基準電位側面端子と、前記側面に配置され、前記基準電位電極の少なくとも１つに電気的に接続されている第２基準電位側面端子と、を含み、前記第１基準電位側面端子は、前記積層される方向からの平面視で、前記第１信号側面端子の位置と、前記第２信号側面端子の位置とを通る第１軸より一方側の前記側面において、前記第１信号側面端子と、前記第２信号側面端子との間に位置し、前記第２基準電位側面端子は、前記第１軸より他方側の前記側面において、前記第１信号側面端子と、前記第２信号側面端子との間に位置していることを特徴とする。
【０１４２】
これにより、第１信号側面端子と第２信号側面端子との間に、基準電位となる第１基準電位側面端子および第２基準電位側面端子が配置されているので、２つの信号側面端子の間隔が広げられ、２つの信号側面端子間で容量結合や電磁結合によって生じるノイズを低減でき、外力に応じて出力する電荷Ｑａ，Ｑｂ（出力信号）へのノイズによる劣化を低減することができる。
【０１４３】
上述のセンサー素子において、前記第１信号側面端子と前記第２信号側面端子とが、前記センサー素子の平面視での幾何中心に対して点対称に配置され、前記第１基準電位側面端子と前記第２基準電位側面端子とが、前記センサー素子の平面視での幾何中心に対して点対称に配置されていることが好ましい。
【０１４４】
これにより、第１信号側面端子と第２信号側面端子とを点対称に、また、第１基準電位側面端子と第２基準電位側面端子とを点対称に、それぞれ配置されているので、第１圧電素子および第２圧電素子の検出特性を互いにほぼ等しくすることができる。また、Ａ軸方向の外力（せん断力）に応じた電荷Ｑａ（第１出力信号）とＢ軸方向の外力（せん断力）に応じた電荷Ｑｂ（第２出力信号）とをバランスよく取り出すことができ、受けた外力をより精度よく検出し、第１信号側面端子および第２信号側面端子から出力することができる。
【０１４５】
上述のセンサー素子において、前記第１圧電素子は、第１圧電体、および分極方向が前記第１圧電体の分極方向と反対方向である第２圧電体を有し、前記第１信号電極は、前記第１圧電体と前記第２圧電体との間に配置され、前記複数の基準電位電極のうちの２つの間に、前記第１圧電体、前記第１信号電極、および前記第２圧電体が配置され、前記第２圧電素子は、第３圧電体、および分極方向が前記第３圧電体の分極方向と反対方向である第４圧電体を有し、前記第２信号電極は、前記第３圧電体と前記第４圧電体との間に配置され、前記複数の基準電位電極のうちの２つの間に、前記第３圧電体、前記第２信号電極、および前記第４圧電体が配置されていることが好ましい。
【０１４６】
これにより、第１圧電素子および第２圧電素子の構成が簡単なものとなると共に、高感度のセンサー素子を得ることができる。
【０１４７】
上述のセンサー素子において、前記第１圧電素子は、前記第１圧電体と、前記第２圧電体と、前記第１圧電体と前記第２圧電体との間に配置される前記第１信号電極との組を複数備え、前記第２圧電素子は、前記第３圧電体と、前記第４圧電体と、前記第３圧電体と前記第４圧電体との間に配置される前記第２信号電極との組を複数備えていることが好ましい。
【０１４８】
これにより、複数の第１圧電素子と複数の第２圧電素子とを組み合わせる簡単な構成で、より高感度のセンサー素子を得ることができる。
【０１４９】
上述のセンサー素子において、前記複数の基準電位電極は、第１基準電位電極と、第２基準電位電極と、第３基準電位電極と、第４基準電位電極と、を含み、前記第１基準電位電極と、前記第１信号電極との間に、前記第１圧電体が配置され、前記第２基準電位電極と、前記第１信号電極との間に、前記第２圧電体が配置され、前記第３基準電位電極と、前記第２信号電極との間に、前記第３圧電体が配置され、前記第４基準電位電極と、前記第２信号電極との間に、前記第４圧電体が配置され、前記第１基準電位側面端子は、前記第１基準電位電極および前記第２基準電位電極に電気的に接続され、前記第２基準電位側面端子は、前記第３基準電位電極および前記第４基準電位電極に電気的に接続され、前記第１基準電位側面端子と、前記第３基準電位電極および前記第４基準電位電極とは、電気的に絶縁されており、前記第２基準電位側面端子と、前記第１基準電位電極および前記第２基準電位電極とは、電気的に絶縁されていることが好ましい。
【０１５０】
これにより、第１基準電位側面端子と第２基準電位側面端子とを電気的に絶縁することができ、第１信号側面端子および第２信号側面端子から出力される電荷Ｑａ，Ｑｂ（出力信号）へのクロストークや２つの信号側面端子間での容量結合による影響を低減することができる。よって、より高感度のセンサー素子を得ることができる。
【０１５１】
上述のセンサー素子において、前記第１圧電体、前記第２圧電体、前記第３圧電体、および前記第４圧電体は、水晶であることが好ましい。
【０１５２】
これにより、第１圧電素子と第２圧電素子の構成が簡単なものとなると共に、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センサー素子を得ることができる。
【０１５３】
センサーデバイス１は、例えば、以下の特徴を有している。
センサーデバイスは、上述のセンサー素子と、前記センサー素子が配置される基体と、前記基体に接続され、前記基体と共に前記センサー素子を収容する収納空間を構成する蓋体と、前記収納空間内において前記基体上に配置される電子部品であって、第１信号側面端子および第１基準電位側面端子に電気的に接続されている電子部品を含む第１回路と、前記収納空間内において前記基体上に配置される電子部品であって、第２信号側面端子および第２基準電位側面端子に電気的に接続されている電子部品を含む第２回路と、を含み、前記基体の平面視で、前記第１回路が前記センサー素子の一方側に配置され、前記第２回路が前記センサー素子の他方側に配置されていることを特徴とする。
【０１５４】
これにより、第１回路と第２回路とをセンサー素子を挟み離間して配置することができる。そのため、第１回路と第２回路との干渉が低減され、第１信号に第２回路からのノイズが乗ったり、反対に、第２信号に第１回路からのノイズが乗ったりすることを効果的に抑制することができる。そのため、第１回路によって第１信号を精度よく処理することができ、第２回路によって第２信号を精度よく処理することができる。その結果、受けた外力を精度よく検出することができ、優れた力検出特性を発揮することのできるセンサーデバイスを得ることができる。
【０１５５】
上述のセンサーデバイスにおいて、前記センサー素子は、前記第１信号側面端子と前記第２信号側面端子とが、前記センサー素子の平面視での幾何中心に対して点対称に配置され、前記第１基準電位側面端子と前記第２基準電位側面端子とが、前記幾何中心に対して点対称に配置され、前記第１回路と前記第２回路とは、前記幾何中心に対して点対称に配置されていることが好ましい。
【０１５６】
これにより、第１回路および第２回路をセンサー素子に対して点対称に配置できるので、第１回路および第２回路の回路特性（配線長、周囲からの影響等）、すなわち電荷／電圧変換特性を互いにほぼ等しくすることができる。そのため、Ａ軸方向の外力（せん断力）に応じた電荷ＱａとＢ軸方向の外力（せん断力）に応じた電荷Ｑｂとをバランスよく取り出すことができ、受けた外力をより精度よく検出することができる。
【０１５７】
上述のセンサーデバイスにおいて、前記蓋体は、接続部を有する前記基体に接続され、前記第１信号側面端子と前記第１回路の前記電子部品とを接続する配線が、前記接続部から離間して配置され、前記第２信号側面端子と前記第２回路の前記電子部品とを接続する配線が、前記接続部から離間して配置されていることが好ましい。
【０１５８】
これにより、第１信号側面端子と第１回路の電子部品とを接続する配線および第２信号側面端子と第２回路の電子部品とを接続する配線と、接続部に設けられたシール部材と、の間で生じるリーク電流を極小化し、センサーデバイスのドラフト特性の向上を図ることができる。
【０１５９】
上述のセンサーデバイスにおいて、前記第１回路は、複数の前記電子部品を含み、前記第２回路は、複数の前記電子部品を含み、前記第１回路および前記第２回路の各々が含む前記電子部品間を接続する配線が、前記接続部と離間して配置されていることが好ましい。
【０１６０】
これにより、第１回路および第２回路の各々が含む電子部品間を接続する配線と、接続部に設けられたシール部材と、の間で生じるリーク電流を極小化し、センサーデバイスのドラフト特性の向上を図ることができる。
【０１６１】
力検出装置１００は、例えば、以下の特徴を有している。
力検出装置は、第１基板と、第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に配置されている上述のセンサーデバイスと、を備えることを特徴とする。
【０１６２】
このような力検出装置によれば、上述のセンサーデバイスを備えているため、より精度よく外力を検出することができる。
【０１６３】
ロボット１０００は、例えば、以下の特徴を有している。
ロボットは、基台と、前記基台に接続されるアームと、上述の力検出装置と、を備えることを特徴とする。
【０１６４】
このようなロボットによれば、上述の力検出装置を備えているため、より精密な作業を実行することができる。
【符号の説明】
【０１６５】
１…センサーデバイス、２…パッケージ、２０…シール部材、２１…基体、２２…基部、２２１，２２２，２２４，２２５，２２６…凹部、２２３…貫通孔、２３…底部材、２４…蓋体、２４１…中央部、２４２…外縁部、２４３…連結部、２６…接続部、２６１，２６２，２６３，２６４…接続部材、２７…側壁、２８…外部端子、２９…接着剤、３，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ…センサー素子、３ａ…上面、３ｂ…下面、３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ…側面、３１…第１圧電素子、３２…第２圧電素子、３１１…第１基準電位電極、３１５…第２基準電位電極、３２１…第３基準電位電極、３２５…第４基準電位電極、３１２…第１圧電体、３１４…第２圧電体、３２２…第３圧電体、３２４…第４圧電体、３１３…第１信号電極、３２３…第２信号電極、３３，３４…支持基板、３９１…第１基準電位側面端子、３９２…第２信号側面端子、３９３…第２基準電位側面端子、３９４…第１信号側面端子、４Ａ…第１回路、４Ｂ…第２回路、４１Ａ，４１Ｂ…抵抗、４２Ａ，４２Ｂ…オペアンプ、４３Ａ，４３Ｂ…コンデンサー、４４Ａ，４４Ｂ…スイッチング素子、４５Ａ，４５Ｂ…回路素子、４６Ａ，４６Ｂ…配線、５…ケース、５０…与圧ボルト、６…第１ケース部材、６０…上面、６１…天板、６１１…貫通孔、６２…壁部、６２０…内壁面、６２１…貫通孔、７…第２ケース部材、７０…下面、７１…底板、７１１…貫通孔、７２…壁部、７２１…雌ネジ孔、７３…突出部、７３０…頂面、８…側壁部、１００…力検出装置、１０００…ロボット、１１００…基台、１２００…ロボットアーム、１２１０，１２２０，１２３０，１２４０，１２５０，１２６０…アーム、１７００…エンドエフェクター、Ａ１…中心軸、ＢＷ…ボンディングワイヤー、ＣＬ…線分、Ｇ…長さ、Ｊ…軸、Ｌ３…第１軸、Ｏ…中心（幾何中心）、Ｐ…矢印、Ｑａ，Ｑｂ…電荷、ＲＥ…ローラー電極、Ｓ…収納空間、Ｓ１…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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【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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