(57)【要約】【課題】力検出の精度が高く、信頼性が高い力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置および電子部品検査装置を提供すること。【解決手段】力検出装置は、第１基部と、第２基部と、外力に応じて信号を出力する圧電素子と、前記圧電素子を収納するパッケージとを有するセンサーデバイスと、前記センサーデバイスの外部に設けられた回路基板と、前記センサーデバイスと前記回路基板との間で非接触通信を行う通信部と、を備える。前記センサーデバイスおよび前記回路基板は、それぞれ、前記第１基部と前記第２基部との間に設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子を有するセンサーデバイスと、
回路基板と、
前記センサーデバイスと前記回路基板との間で非接触通信を行う通信部と、を備えることを特徴とする力検出装置。
【請求項２】
前記回路基板から前記センサーデバイスに非接触給電を行う給電部を有する請求項１に記載の力検出装置。
【請求項３】
前記給電部は、前記センサーデバイスに設けられた第１コイルと、
前記センサーデバイスの外部に設けられた第２コイルと、を有し、
電磁誘導を用いて前記非接触給電を行うものである請求項２に記載の力検出装置。
【請求項４】
前記通信部の少なくとも一部と、前記給電部の少なくとも一部とは、共通である請求項２または３に記載の力検出装置。
【請求項５】
前記通信部は、前記センサーデバイスに設けられた第１コイルと、
前記センサーデバイスの外部に設けられた第３コイルと、を有し、
電磁誘導を用いて前記非接触通信を行うものである請求項１に記載の力検出装置。
【請求項６】
磁性体で構成された第１の凸部を有する第１基部と、
磁性体で構成された第２の凸部を有する第２基部と、を備え、
前記センサーデバイスは、前記第１の凸部と前記第２の凸部との間に設けられており、
前記第３コイルは、前記第２の凸部に巻き付けられている請求項５に記載の力検出装置。
【請求項７】
前記回路基板から前記センサーデバイスに非接触給電を行う給電部を有し、
前記給電部は、前記第１コイルと、
前記センサーデバイスの外部に設けられた第２コイルと、を有し、
電磁誘導を用いて前記非接触給電を行うものである請求項６に記載の力検出装置。
【請求項８】
前記第２コイルは、前記第１の凸部に巻き付けられている請求項７に記載の力検出装置。
【請求項９】
前記第１基部に設けられ、磁性体で構成された第３の凸部と、
前記第２基部に設けられ、前記第１の基部の厚さ方向から見たとき、少なくとも一部が前記第３の凸部の少なくとも一部と重なり、磁性体で構成された第４の凸部と、を有し、
前記第１の凸部、前記第２の凸部、前記第３の凸部および前記第４の凸部により、磁気回路の一部を構成している請求項６ないし８のいずれか１項に記載の力検出装置。
【請求項１０】
前記通信部の少なくとも一部と、前記給電部の少なくとも一部とは、共通である請求項５ないし９のいずれか１項に記載の力検出装置。
【請求項１１】
前記センサーデバイスにバッテリーが設けられている請求項１に記載の力検出装置。
【請求項１２】
前記通信部は、光通信により前記非接触通信を行うものである請求項１ないし３、１１のいずれか１項に記載の力検出装置。
【請求項１３】
前記圧電素子は、水晶を有する請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の力検出装置。
【請求項１４】
第１基部と、
第２基部と、を備え、
前記センサーデバイスは、前記第１基部と前記第２基部との間に設けられている請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の力検出装置。
【請求項１５】
前記センサーデバイスは、前記圧電素子を収納するパッケージを有する請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の力検出装置。
【請求項１６】
アームと、
前記アームに設けられたエンドエフェクターと、
前記アームと前記エンドエフェクターの間に設けられた力検出装置と、を備え、
前記力検出装置は、圧電素子を有するセンサーデバイスと、
回路基板と、
前記センサーデバイスと前記回路基板との間で非接触通信を行う通信部と、を備えることを特徴とするロボット。
【請求項１７】
モーターと、
前記モーターにより駆動され、電子部品を把持する把持部と、
前記把持部に加えられる力を検出する力検出装置と、を備え、
前記力検出装置は、圧電素子を有するセンサーデバイスと、
回路基板と、
前記センサーデバイスと前記回路基板との間で非接触通信を行う通信部と、を備えることを特徴とする電子部品搬送装置。
【請求項１８】
モーターと、
前記モーターにより駆動され、電子部品を把持する把持部と、
前記電子部品を検査する検査部と、
前記把持部に加えられる力を検出する力検出装置と、を備え、
前記力検出装置は、圧電素子を有するセンサーデバイスと、
回路基板と、
前記センサーデバイスと前記回路基板との間で非接触通信を行う通信部と、を備えることを特徴とする電子部品検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置および電子部品検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生産効率向上を目的として、工場等の生産施設への産業用ロボットの導入が進められている。このような産業ロボットは、１軸または複数軸方向に対して駆動可能なアームと、アーム先端側に取り付けられる、ハンド、部品検査用器具または部品搬送用器具等のエンドエフェクターとを備えており、部品の組み付け作業、部品加工作業等の部品製造作業、部品搬送作業および部品検査作業等を実行することができる。
【０００３】
このような産業用ロボットにおいては、アームとエンドエフェクターとの間に、力検出装置が設けられている。この力検出装置は、例えば、受けた外力に応じて信号（電荷）を出力する圧電素子を含むセンサー素子およびそのセンサー素子が収納されたパッケージを有するセンサーデバイスを備えている（例えば、特許文献１参照）。そして、センサーデバイスは、回路基板に半田等を用いて直接接合されている。これにより、センサーデバイスと回路基板とが電気的に接続され、また、互いの位置関係が固定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１０１０２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の力検出装置では、センサーデバイスと回路基板とが直接接合されているので、外力により回路基板が変形すると、それにより、圧電素子に余分な力が加わり、力検出の精度が低下したり、また、半田等のセンサーデバイスと回路基板との接合部が破損するという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、力検出の精度が高く、耐久性が高い力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置および電子部品検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００８】
（適用例１）
本発明に係わる力検出装置は、圧電素子を有するセンサーデバイスと、
回路基板と、
前記センサーデバイスと前記回路基板との間で非接触通信を行う通信部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
これにより、センサーデバイスと回路基板との間で非接触通信を行うことで、センサーデバイスと回路基板を直接接合せずに通信を行うことができる。これによって、外力により回路基板が変形しても、圧電素子に余分な力が加わることを防止することができ、力検出の精度を向上させることができ、また、耐久性を向上させることができる。
【００１０】
（適用例２）
本発明に係わる力検出装置では、前記回路基板から前記センサーデバイスに非接触給電を行う給電部を有することが好ましい。
【００１１】
これにより、センサーデバイスと回路基板を直接接合せずに、回路基板からセンサーデバイスに給電を行うことができ、これによって、外力により回路基板が変形しても、圧電素子に余分な力が加わることを防止することができ、力検出の精度を向上させることができ、また、耐久性を向上させることができる。
【００１２】
（適用例３）
本発明に係わる力検出装置では、前記給電部は、前記センサーデバイスに設けられた第１コイルと、
前記センサーデバイスの外部に設けられた第２コイルと、を有し、
電磁誘導を用いて前記非接触給電を行うものであることが好ましい。
これにより、簡易な構成で非接触給電を行うことができる。
【００１３】
（適用例４）
本発明に係わる力検出装置では、前記通信部の少なくとも一部と、前記給電部の少なくとも一部とは、共通であることが好ましい。
これにより、構成の簡素化、小型化を図ることができる。
【００１４】
（適用例５）
本発明に係わる力検出装置では、前記通信部は、前記センサーデバイスに設けられた第１コイルと、
前記センサーデバイスの外部に設けられた第３コイルと、を有し、
電磁誘導を用いて前記非接触通信を行うものであることが好ましい。
これにより、簡易な構成で非接触通信を行うことができる。
【００１５】
（適用例６）
本発明に係わる力検出装置では、磁性体で構成された第１の凸部を有する第１基部と、
磁性体で構成された第２の凸部を有する第２基部と、を備え、
前記センサーデバイスは、前記第１の凸部と前記第２の凸部との間に設けられており、
前記第３コイルは、前記第２の凸部に巻き付けられていることが好ましい。
【００１６】
これにより、発生する磁束の密度を高くすることができ、より確実に非接触通信を行うことができる。
【００１７】
（適用例７）
本発明に係わる力検出装置では、前記回路基板から前記センサーデバイスに非接触給電を行う給電部を有し、
前記給電部は、前記第１コイルと、
前記センサーデバイスの外部に設けられた第２コイルと、を有し、
電磁誘導を用いて前記非接触給電を行うものであることが好ましい。
これにより、簡易な構成で非接触給電を行うことができる。
【００１８】
（適用例８）
本発明に係わる力検出装置では、前記第２コイルは、前記第１の凸部に巻き付けられていることが好ましい。
【００１９】
これにより、発生する磁束の密度を高くすることができ、より確実に非接触給電を行うことができる。
【００２０】
（適用例９）
本発明に係わる力検出装置では、前記第１基部に設けられ、磁性体で構成された第３の凸部と、
前記第２基部に設けられ、前記第１の基部の厚さ方向から見たとき、少なくとも一部が前記第３の凸部の少なくとも一部と重なり、磁性体で構成された第４の凸部と、を有し、
前記第１の凸部、前記第２の凸部、前記第３の凸部および前記第４の凸部により、磁気回路の一部を構成していることが好ましい。
【００２１】
これにより、発生する磁束の密度を高くすることができ、より確実に非接触通信を行うことができる。
【００２２】
（適用例１０）
本発明に係わる力検出装置では、前記通信部の少なくとも一部と、前記給電部の少なくとも一部とは、共通であることが好ましい。
これにより、構成の簡素化、小型化を図ることができる。
【００２３】
（適用例１１）
本発明に係わる力検出装置では、前記センサーデバイスにバッテリーが設けられていることが好ましい。
【００２４】
これにより、回路基板とセンサーデバイスとを電気的に接続することなく、センサーデバイスの各部に電力を供給することができる。
【００２５】
（適用例１２）
本発明に係わる力検出装置では、前記通信部は、光通信により前記非接触通信を行うものであることが好ましい。
これにより、簡易な構成で非接触通信を行うことができる。
【００２６】
（適用例１３）
本発明に係わる力検出装置では、前記圧電素子は、水晶を有することが好ましい。
【００２７】
これにより、圧電素子は、広いダイナミックレンジ、高い剛性、高い固有振動数、高い対荷重性等の優れた特性を有するものとなる。
【００２８】
（適用例１４）
本発明に係わる力検出装置では、第１基部と、
第２基部と、を備え、
前記センサーデバイスは、前記第１基部と前記第２基部との間に設けられていることが好ましい。
【００２９】
これにより、第１基部または第２基部で外力を受けることができ、良好な力検出装置を提供することができる。
【００３０】
（適用例１５）
本発明に係わる力検出装置では、前記センサーデバイスは、前記圧電素子を収納するパッケージを有することが好ましい。
【００３１】
これにより、圧電素子を保護することができ、信頼性の高い力検出装置を提供することができる。
【００３２】
（適用例１６）
本発明に係わるロボットは、アームと、
前記アームに設けられたエンドエフェクターと、
前記アームと前記エンドエフェクターの間に設けられた力検出装置と、を備え、
前記力検出装置は、圧電素子を有するセンサーデバイスと、
回路基板と、
前記センサーデバイスと前記回路基板との間で非接触通信を行う通信部と、を備えることを特徴とする。
【００３３】
これにより、前記本発明の力検出装置と同様の効果が得られる。そして、力検出装置が検出した外力をフィードバックし、より精密に作業を実行することができる。また、力検出装置が検出した外力によって、エンドエフェクターの障害物への接触等を検知することができる。そのため、従来の位置制御では困難だった障害物回避動作、対象物損傷回避動作等を容易に行うことができ、より安全に作業を実行することができる。
【００３４】
（適用例１７）
本発明に係わる電子部品搬送装置は、モーターと、
前記モーターにより駆動され、電子部品を把持する把持部と、
前記把持部に加えられる力を検出する力検出装置と、を備え、
前記力検出装置は、圧電素子を有するセンサーデバイスと、
回路基板と、
前記センサーデバイスと前記回路基板との間で非接触通信を行う通信部と、を備えることを特徴とする。
【００３５】
これにより、前記本発明の力検出装置と同様の効果が得られる。そして、力検出装置が検出した外力をフィードバックし、より精密に作業を実行することができる。また、力検出装置が検出した外力によって、把持部の障害物への接触等を検知することができる。そのため、従来の位置制御では困難だった障害物回避動作、対象物損傷回避動作等を容易に行うことができ、より安全に電子部品搬送作業を実行することができる。
【００３６】
（適用例１８）
本発明に係わる電子部品検査装置は、モーターと、
前記モーターにより駆動され、電子部品を把持する把持部と、
前記電子部品を検査する検査部と、
前記把持部に加えられる力を検出する力検出装置と、を備え、
前記力検出装置は、圧電素子を有するセンサーデバイスと、
回路基板と、
前記センサーデバイスと前記回路基板との間で非接触通信を行う通信部と、を備えることを特徴とする。
【００３７】
これにより、前記本発明の力検出装置と同様の効果が得られる。そして、力検出装置が検出した外力をフィードバックし、より精密に作業を実行することができる。また、力検出装置が検出した外力によって、把持部の障害物への接触等を検知することができる。そのため、従来の位置制御では困難だった障害物回避動作、対象物損傷回避動作等を容易に行うことができ、より安全に電子部品検査作業を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の力検出装置の第１実施形態を示す平面図である。
【図２】図１に示す力検出装置のセンサーデバイスの近傍を示す断面図（図１中のＡ−Ａ線での断面図）である。
【図３】図１に示す力検出装置の与圧ボルトの近傍を示す断面図（図１中のＢ−Ｂ線での断面図）である。
【図４】図１に示す力検出装置の電荷出力素子を概略的に示す断面図である。
【図５】図１に示す力検出装置の一部を概略的に示す回路図である。
【図６】図１に示す力検出装置の一部を概略的に示すブロック図である。
【図７】本発明の力検出装置の第２実施形態におけるセンサーデバイスの近傍を示す断面図である。
【図８】本発明の力検出装置の第３実施形態におけるセンサーデバイスの近傍を示す断面図である。
【図９】図８に示す力検出装置を概略的に示すブロック図である。
【図１０】本発明の力検出装置の第４実施形態におけるセンサーデバイスの近傍を示す断面図である。
【図１１】図１０に示す力検出装置を概略的に示すブロック図である。
【図１２】本発明に係る力検出装置を用いた単腕ロボットの１例を示す図である。
【図１３】本発明に係る力検出装置を用いた複腕ロボットの１例を示す図である。
【図１４】本発明に係る力検出装置を用いた電子部品検査装置および部品搬送装置の１例を示す図である。
【図１５】本発明に係る力検出装置を用いた電子部品搬送装置の１例を示す図である。
【図１６】本発明に係る力検出装置を用いた部品加工装置の１例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明の力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置および電子部品検査装置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。
【００４０】
１．力検出装置
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の力検出装置の第１実施形態を示す平面図である。図２は、図１に示す力検出装置のセンサーデバイスの近傍を示す断面図（図１中のＡ−Ａ線での断面図）である。図３は、図１に示す力検出装置の与圧ボルトの近傍を示す断面図（図１中のＢ−Ｂ線での断面図）である。図４は、図１に示す力検出装置の電荷出力素子を概略的に示す断面図である。図５は、図１に示す力検出装置の一部を概略的に示す回路図である。図６は、図１に示す力検出装置の一部を概略的に示すブロック図である。
【００４１】
なお、以下では、説明の都合上、図２および図３中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う（他の実施形態も同様）。
【００４２】
図１〜図６に示す力検出装置１は、外力（モーメントを含む）を検出する機能、すなわち、６軸力（ｘ、ｙ、ｚ軸方向の並進力成分（せん断力）およびｘ、ｙ、ｚ軸周りの回転力成分（モーメント））を検出する機能を有する。
【００４３】
力検出装置１は、第１の基板（第１基部）２と、第１の基板２から所定の間隔を隔てて配置され、第１の基板２に対向する第２の基板（第２基部）３と、第１の基板２と第２の基板３との間に設けられ、加えられた外力に応じて信号（電荷）を出力する電荷出力素子（圧電素子）１０、回路部６５、コイル（第１コイル）１５１およびこれらを収納するパッケージ６０を有する４つのセンサーデバイス６と、第１の基板２と第２の基板３との間であって、センサーデバイス６の外部に設けられた回路基板４と、４つの与圧ボルト（固定部材）７１と、コイル（第３コイル）１５４と、コイル（第２コイル）１５５とを備えている。なお、回路基板４は、センサーデバイス６と第１の基板２との間に配置されているが、これに限らず、例えば、センサーデバイス６と第２の基板３との間に配置されていてもよい。
【００４４】
また、力検出装置１は、センサーデバイス６と回路基板４との間で非接触通信を行う通信部５と、回路基板４からセンサーデバイス６に非接触給電を行う給電部８とを備えている。なお、通信部５および給電部８については、後で詳述する。
【００４５】
また、センサーデバイス６は、第１の基板２に設けられた後述する凸部（第１の凸部）２１と第２の基板３に設けられた後述する凸部（第２の凸部）３１とで挟持されている。すなわち、電荷出力素子１０は、パッケージ６０を介して凸部２１と凸部３１とで挟持され、後述する与圧ボルト７１で与圧されている。なお、第１の基板２と、第２の基板３とのいずれを力が加わる側の基板としてもよいが、本実施形態では、第２の基板３を力が加わる側の基板として説明する。
【００４６】
また、各センサーデバイス６の位置は、特に限定されないが、本実施形態では、各センサーデバイス６は、第１の基板２、第２の基板３、回路基板４の周方向に沿って、等角度間隔（９０°間隔）に配置されている。これにより、偏りなく外力を検出することができる。そして、６軸力を検出することができる。なお、本実施形態では、各電荷出力素子１０は、全て同じ方向を向いた状態で回路基板４に搭載されているが、これに限定されるものではない。
【００４７】
また、センサーデバイス６（電荷出力素子１０）の数は、前記４つに限定されるものではなく、例えば、１つ、２つ、３つ、または５つ以上でもよい。但し、センサーデバイス６の数は、複数であることが好ましく、３つ以上であることがより好ましい。なお、力検出装置１は、少なくとも３つの電荷出力素子１０を有していれば、６軸力を検出可能である。電荷出力素子１０が３つの場合、電荷出力素子１０の数が少ないので、力検出装置１を軽量化することができる。また、電荷出力素子１０が図示のように４つの場合、後述する非常に単純な演算によって６軸力を求めることができるので、演算部４０２を簡略化することができる。
【００４８】
また、第１の基板２、第２の基板３、回路基板４の形状は、それぞれ、特に限定されないが、本実施形態では、第１の基板２、第２の基板３、回路基板４の平面視で（第１の基板２の厚さ方向から見たとき）、その外形形状は、円形をなしている。なお、第１の基板２、第２の基板３、回路基板４の平面視での前記の他の外形形状としては、例えば、四角形、五角形等の多角形、楕円形等が挙げられる。また、第１の基板２、第２の基板３、回路基板４の各素子および各配線以外の部位の構成材料としては、それぞれ、特に限定されず、例えば、各種の樹脂材料、各種の金属材料等を用いることができる。
【００４９】
＜電荷出力素子（圧電素子）＞
各電荷出力素子１０は、それぞれ、互いに直交する３軸（α（Ｘ）軸、β（Ｙ）軸、γ（Ｚ）軸）に沿って加えられた（受けた）外力のそれぞれに応じて３つの電荷Ｑｘ、Ｑｙ、Ｑｚを出力する機能を有する。なお、各電荷出力素子１０は、同様であるので、以下では、代用的に、１つの電荷出力素子１０について説明する。
【００５０】
電荷出力素子１０の形状は、特に限定されないが、本実施形態では、第１の基板２の平面視、すなわち、第１の基板２に対して垂直な方向から見て、四角形をなしている。なお、電荷出力素子１０の平面視での前記の他の外形形状としては、例えば、五角形等の他の多角形、円形、楕円形等が挙げられる。
【００５１】
図４に示すように、電荷出力素子１０は、グランド（基準電位点）に接地された４つのグランド電極層１１と、β軸に平行な外力（せん断力）に応じて電荷Ｑｙを出力する第１のセンサー１２と、γ軸に平行な外力（圧縮／引張力）に応じて電荷Ｑｚを出力する第２のセンサー１３と、α軸に平行な外力（せん断力）に応じて電荷Ｑｘを出力する第３のセンサー１４とを有し、グランド電極層１１と各センサー１２、１３、１４は交互に積層されている。なお、図４において、グランド電極層１１およびセンサー１２、１３、１４の積層方向をγ軸方向とし、γ軸方向に直交し且つ互いに直交する方向をそれぞれα軸方向、β軸方向としている。
【００５２】
図示の構成では、図４中の下側から、第１のセンサー１２、第２のセンサー１３、第３のセンサー１４の順で積層されているが、本発明はこれに限られない。センサー１２、１３、１４の積層順は任意である。
【００５３】
グランド電極層１１は、グランド（基準電位点）に接地された電極である。グランド電極層１１を構成する材料は、特に限定されないが、例えば、金、チタニウム、アルミニウム、銅、鉄またはこれらを含む合金が好ましい。これらの中でも特に、鉄合金であるステンレスを用いるのが好ましい。ステンレスにより構成されたグランド電極層１１は、優れた耐久性および耐食性を有する。
【００５４】
第１のセンサー１２は、β軸に沿って加えられた（受けた）外力（せん断力）に応じて電荷Ｑｙを出力する機能を有する。第１のセンサー１２は、β軸の正方向に沿って加えられた外力に応じて正電荷を出力し、β軸の負方向に沿って加えられた外力に応じて負電荷を出力するよう構成されている。
【００５５】
第１のセンサー１２は、第１の結晶軸ＣＡ１を有する第１の圧電体層１２１と、第１の圧電体層１２１と対向して設けられ、第２の結晶軸ＣＡ２を有する第２の圧電体層１２３と、第１の圧電体層１２１と第２の圧電体層１２３との間に設けられ、電荷Ｑを出力する出力電極層１２２を有する。
【００５６】
第１の圧電体層１２１はβ軸の負方向に配向した第１の結晶軸ＣＡ１を有する圧電体によって構成されている。第１の圧電体層１２１の表面に対し、β軸の正方向に沿った外力が加えられた場合、圧電効果により、第１の圧電体層１２１内に電荷が誘起される。その結果、第１の圧電体層１２１の出力電極層１２２側表面近傍には正電荷が集まり、第１の圧電体層１２１のグランド電極層１１側表面近傍には負電荷が集まる。同様に、第１の圧電体層１２１の表面に対し、β軸の負方向に沿った外力が加えられた場合、第１の圧電体層１２１の出力電極層１２２側表面近傍には負電荷が集まり、第１の圧電体層１２１のグランド電極層１１側表面近傍には正電荷が集まる。
【００５７】
第２の圧電体層１２３は、β軸の正方向に配向した第２の結晶軸ＣＡ２を有する圧電体によって構成されている。第２の圧電体層１２３の表面に対し、β軸の正方向に沿った外力が加えられた場合、圧電効果により、第２の圧電体層１２３内に電荷が誘起される。その結果、第２の圧電体層１２３の出力電極層１２２側表面近傍には正電荷が集まり、第２の圧電体層１２３のグランド電極層１１側表面近傍には負電荷が集まる。同様に、第２の圧電体層１２３の表面に対し、β軸の負方向に沿った外力が加えられた場合、第２の圧電体層１２３の出力電極層１２２側表面近傍には負電荷が集まり、第２の圧電体層１２３のグランド電極層１１側表面近傍には正電荷が集まる。
【００５８】
このように、第１の圧電体層１２１の第１の結晶軸ＣＡ１は、第２の圧電体層１２３の第２の結晶軸ＣＡ２の方向と反対方向を向いている。これにより、第１の圧電体層１２１または第２の圧電体層１２３のいずれか一方のみと、出力電極層１２２によって第１のセンサー１２を構成する場合と比較して、出力電極層１２２近傍に集まる正電荷または負電荷を増加させることができる。その結果、出力電極層１２２から出力される電荷Ｑを増加させることができる。
【００５９】
なお、第１の圧電体層１２１および第２の圧電体層１２３の構成材料としては、水晶、トパーズ、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。これらの中でも特に、水晶が好ましい。水晶により構成された圧電体層は、広いダイナミックレンジ、高い剛性、高い固有振動数、高い対荷重性等の優れた特性を有するためである。また、第１の圧電体層１２１および第２の圧電体層１２３のように、層の面方向に沿った外力（せん断力）に対して電荷を生ずる圧電体層は、Ｙカット水晶により構成することができる。
【００６０】
出力電極層１２２は、第１の圧電体層１２１内および第２の圧電体層１２３内に生じた正電荷または負電荷を電荷Ｑｙとして出力する機能を有する。前述のように、第１の圧電体層１２１の表面または第２の圧電体層１２３の表面にβ軸の正方向に沿った外力が加えられた場合、出力電極層１２２近傍には、正電荷が集まる。その結果、出力電極層１２２からは、正の電荷Ｑｙが出力される。一方、第１の圧電体層１２１の表面または第２の圧電体層１２３の表面にβ軸の負方向に沿った外力が加えられた場合、出力電極層１２２近傍には、負電荷が集まる。その結果、出力電極層１２２からは、負の電荷Ｑｙが出力される。
【００６１】
また、出力電極層１２２の幅は、第１の圧電体層１２１および第２の圧電体層１２３の幅以上であることが好ましい。出力電極層１２２の幅が、第１の圧電体層１２１または第２の圧電体層１２３よりも狭い場合、第１の圧電体層１２１または第２の圧電体層１２３の一部は出力電極層１２２と接しない。そのため、第１の圧電体層１２１または第２の圧電体層１２３に生じた電荷の一部を出力電極層１２２から出力できない場合がある。その結果、出力電極層１２２から出力される電荷Ｑｙが減少してしまう。なお、後述する出力電極層１３２、１４２についても同様である。
【００６２】
第２のセンサー１３は、γ軸に沿って加えられた（受けた）外力（圧縮／引張力）に応じて電荷Ｑｚを出力する機能を有する。第２のセンサー１３は、γ軸に平行な圧縮力に応じて正電荷を出力し、γ軸に平行な引張力に応じて負電荷を出力するよう構成されている。
【００６３】
第２のセンサー１３は、第３の結晶軸ＣＡ３を有する第３の圧電体層１３１と、第３の圧電体層１３１と対向して設けられ、第４の結晶軸ＣＡ４を有する第４の圧電体層１３３と、第３の圧電体層１３１と第４の圧電体層１３３との間に設けられ、電荷Ｑｚを出力する出力電極層１３２を有する。
【００６４】
第３の圧電体層１３１は、γ軸の正方向に配向した第３の結晶軸ＣＡ３を有する圧電体によって構成されている。第３の圧電体層１３１の表面に対し、γ軸に平行な圧縮力が加えられた場合、圧電効果により、第３の圧電体層１３１内に電荷が誘起される。その結果、第３の圧電体層１３１の出力電極層１３２側表面近傍には正電荷が集まり、第３の圧電体層１３１のグランド電極層１１側表面近傍には負電荷が集まる。同様に、第３の圧電体層１３１の表面に対し、γ軸に平行な引張力が加えられた場合、第３の圧電体層１３１の出力電極層１３２側表面近傍には負電荷が集まり、第３の圧電体層１３１のグランド電極層１１側表面近傍には正電荷が集まる。
【００６５】
第４の圧電体層１３３は、γ軸の負方向に配向した第４の結晶軸ＣＡ４を有する圧電体によって構成されている。第４の圧電体層１３３の表面に対し、γ軸に平行な圧縮力が加えられた場合、圧電効果により、第４の圧電体層１３３内に電荷が誘起される。その結果、第４の圧電体層１３３の出力電極層１３２側表面近傍には正電荷が集まり、第４の圧電体層１３３のグランド電極層１１側表面近傍には負電荷が集まる。同様に、第４の圧電体層１３３の表面に対し、γ軸に平行な引張力が加えられた場合、第４の圧電体層１３３の出力電極層１３２側表面近傍には負電荷が集まり、第４の圧電体層１３３のグランド電極層１１側表面近傍には正電荷が集まる。
【００６６】
第３の圧電体層１３１および第４の圧電体層１３３の構成材料としては、第１の圧電体層１２１および第２の圧電体層１２３と同様の構成材料を用いることができる。また、第３の圧電体層１３１および第４の圧電体層１３３のように、層の面方向に垂直な外力（圧縮／引張力）に対して電荷を生ずる圧電体層は、Ｘカット水晶により構成することができる。
【００６７】
出力電極層１３２は、第３の圧電体層１３１内および第４の圧電体層１３３内に生じた正電荷または負電荷を電荷Ｑｚとして出力する機能を有する。前述のように、第３の圧電体層１３１の表面または第４の圧電体層１３３の表面にγ軸に平行な圧縮力が加えられた場合、出力電極層１３２近傍には、正電荷が集まる。その結果、出力電極層１３２からは、正の電荷Ｑｚが出力される。一方、第３の圧電体層１３１の表面または第４の圧電体層１３３の表面にγ軸に平行な引張力が加えられた場合、出力電極層１３２近傍には、負電荷が集まる。その結果、出力電極層１３２からは、負の電荷Ｑｚが出力される。
【００６８】
第３のセンサー１４は、α軸に沿って加えられた（受けた）外力（せん断力）に応じて電荷Ｑｘを出力する機能を有する。第３のセンサー１４は、α軸の正方向に沿って加えられた外力に応じて正電荷を出力し、α軸の負方向に沿って加えられた外力に応じて負電荷を出力するよう構成されている。
【００６９】
第３のセンサー１４は、第５の結晶軸ＣＡ５を有する第５の圧電体層１４１と、第５の圧電体層１４１と対向して設けられ、第６の結晶軸ＣＡ６を有する第６の圧電体層１４３と、第５の圧電体層１４１と第６の圧電体層１４３との間に設けられ、電荷Ｑｘを出力する出力電極層１４２を有する。
【００７０】
第５の圧電体層１４１は、α軸の負方向に配向した第５の結晶軸ＣＡ５を有する圧電体によって構成されている。第５の圧電体層１４１の表面に対し、α軸の正方向に沿った外力が加えられた場合、圧電効果により、第５の圧電体層１４１内に電荷が誘起される。その結果、第５の圧電体層１４１の出力電極層１４２側表面近傍には正電荷が集まり、第５の圧電体層１４１のグランド電極層１１側表面近傍には負電荷が集まる。同様に、第５の圧電体層１４１の表面に対し、α軸の負方向に沿った外力が加えられた場合、第５の圧電体層１４１の出力電極層１４２側表面近傍には負電荷が集まり、第５の圧電体層１４１のグランド電極層１１側表面近傍には正電荷が集まる。
【００７１】
第６の圧電体層１４３は、α軸の正方向に配向した第６の結晶軸ＣＡ６を有する圧電体によって構成されている。第６の圧電体層１４３の表面に対し、α軸の正方向に沿った外力が加えられた場合、圧電効果により、第６の圧電体層１４３内に電荷が誘起される。その結果、第６の圧電体層１４３の出力電極層１４２側表面近傍には正電荷が集まり、第６の圧電体層１４３のグランド電極層１１側表面近傍には負電荷が集まる。同様に、第６の圧電体層１４３の表面に対し、α軸の負方向に沿った外力が加えられた場合、第６の圧電体層１４３の出力電極層１４２側表面近傍には負電荷が集まり、第６の圧電体層１４３のグランド電極層１１側表面近傍には正電荷が集まる。
【００７２】
第５の圧電体層１４１および第６の圧電体層１４３の構成材料としては、第１の圧電体層１２１および第２の圧電体層１２３と同様の構成材料を用いることができる。また、第５の圧電体層１４１および第６の圧電体層１４３のように、層の面方向に沿った外力（せん断力）に対して電荷を生ずる圧電体層は、第１の圧電体層１２１および第２の圧電体層１２３と同様に、Ｙカット水晶により構成することができる。
【００７３】
出力電極層１４２は、第５の圧電体層１４１内および第６の圧電体層１４３内に生じた正電荷または負電荷を電荷Ｑｘとして出力する機能を有する。前述のように、第５の圧電体層１４１の表面または第６の圧電体層１４３の表面にα軸の正方向に沿った外力が加えられた場合、出力電極層１４２近傍には、正電荷が集まる。その結果、出力電極層１４２からは、正の電荷Ｑｘが出力される。一方、第５の圧電体層１４１の表面または第６の圧電体層１４３の表面にα軸の負方向に沿った外力が加えられた場合、出力電極層１４２近傍には、負電荷が集まる。その結果、出力電極層１４２からは、負の電荷Ｑｘが出力される。
【００７４】
このように、第１のセンサー１２、第２のセンサー１３、および第３のセンサー１４は、各センサーの力検出方向が互いに直交するように積層されている。これにより、各センサーは、それぞれ、互いに直交する力成分に応じて電荷を誘起することができる。そのため、電荷出力素子１０は、３軸（α（Ｘ）軸、β（Ｙ）軸、γ（Ｚ）軸）に沿った外力のそれぞれに応じて３つの電荷Ｑｘ、Ｑｙ、Ｑｚを出力することができる。
【００７５】
＜センサーデバイス＞
図１および図２に示すように、各センサーデバイス６は、それぞれ、前記電荷出力素子１０と、回路部６５と、コイル（第１コイル）１５１と、電荷出力素子１０、回路部６５およびコイル１５１を収納するパッケージ６０とを有している。なお、各センサーデバイス６は、同様であるので、以下では、代用的に、１つのセンサーデバイス６について説明する。
【００７６】
パッケージ６０は、凹部を有する基部（第１の部材）６１と、板状をなし、基部６１に接合された蓋体（第２の部材）６２とを有している。電荷出力素子１０、回路部６５およびコイル１５１は、基部６１の凹部に設置されており、その基部６１の凹部は、蓋体６２により封止されている。これにより、電荷出力素子１０および回路部６５を保護することができ、信頼性の高い力検出装置１を提供することができる。なお、電荷出力素子１０の上面は、蓋体６２に接触している。また、パッケージ６０の蓋体６２は、上側、すなわち、第２の基板３側に配置され、基部６１は、下側、すなわち、第１の基板２側に配置されている。この構成により、基部６１と蓋体６２とが、第１の基板の凸部２１と第２の基板３の凸部３１とで挟持されて与圧され、その基部６１と蓋体６２とにより、電荷出力素子１０が挟持されて与圧される。
【００７７】
また、基部６１の構成材料としては、特に限定されず、例えば、セラミックス等の絶縁性材料等を用いることができる。また、蓋体６２の構成材料としては、特に限定されず、例えば、ステンレス鋼等の各種の金属材料等を用いることができる。なお、基部６１の構成材料と蓋体６２の構成材料は、同一でもよく、また、異なっていてもよい。
【００７８】
また、パッケージ６０の形状は、特に限定されないが、本実施形態では、第１の基板２の平面視で、四角形をなしている。なお、パッケージ６０の平面視での前記の他の形状としては、例えば、五角形等の他の多角形、円形、楕円形等が挙げられる。また、パッケージ６０の形状が多角形の場合、例えば、その角部が、丸みを帯びていてもよく、また、斜めに切り欠かれていてもよい。
また、コイル１５１は、電荷出力素子１０に巻き付けられている。
【００７９】
また、図６に示すように、回路部６５は、電荷出力素子１０に電気的に接続され、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｘを電圧Ｖｘに変換する変換出力回路９０ａと、電荷出力素子１０に電気的に接続され、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｚを電圧Ｖｚに変換する変換出力回路９０ｂと、電荷出力素子１０に電気的に接続され、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｙを電圧Ｖｙに変換する変換出力回路９０ｃと、変換出力回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃに電気的に接続され、電圧Ｖｘ１、Ｖｙ１、Ｖｚ１をアナログ信号からデジタル信号へ変換するＡＤコンバーター４０１と、ＡＤコンバーター４０１およびコイル１５１に電気的に接続され、コイル１５１に通電してそのコイル１５１を駆動するコイル駆動回路１５２と、コイル１５１に電気的に接続された信号処理・電源回路１５３とを備えている。以下、電気的に接続を単に「接続」とも言う。
【００８０】
信号処理・電源回路１５３は、後述する給電部８により回路基板４からセンサーデバイス６に供給された電力を蓄積する図示しない２次電池やコンデンサー等を有している。これにより、センサーデバイス６は、給電部８により回路基板４からセンサーデバイス６に電力が供給されていないときでも電力を使用することができる。そして、信号処理・電源回路１５３は、電圧を昇圧または降圧し、センサーデバイス６の各部に印加する機能を有する。なお、信号処理・電源回路１５３は、前記２次電池やコンデンサーを有していなくてもよいことは、言うまでもない。
【００８１】
また、信号処理・電源回路１５３は、コイル１５１から入力される信号を処理する機能を有する。前記処理後の信号は、センサーデバイス６の各部の制御等に用いられる。その制御用の信号の具体例としては、例えば、後述するスイッチング素子９３のスイッチング動作を実行するためのオン／オフ信号等が挙げられる。
【００８２】
＜変換出力回路＞
図５に示すように、電荷出力素子１０には、変換出力回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃが接続されている。変換出力回路９０ａは、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｘ１を電圧Ｖｘ１に変換する機能を有する。変換出力回路９０ｂは、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｚ１を電圧Ｖｚ１に変換する機能を有する。変換出力回路９０ｃは、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｙ１を電圧Ｖｙ１に変換する機能を有する。変換出力回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃは、同様であるので、以下では、代表的に、変換出力回路９０ｃについて説明する。
【００８３】
変換出力回路９０ｃは、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｙ１を電圧Ｖｙ１に変換して電圧Ｖｙ１を出力する機能を有する。変換出力回路９０ｃは、オペアンプ９１と、コンデンサー９２と、スイッチング素子９３とを有する。オペアンプ９１の第１の入力端子（マイナス入力）は、電荷出力素子１０の出力電極層１２２に接続され、オペアンプ９１の第２の入力端子（プラス入力）は、グランド（基準電位点）に接地されている。また、オペアンプ９１の出力端子は、ＡＤコンバーター４０１に接続されている。コンデンサー９２は、オペアンプ９１の第１の入力端子と出力端子との間に接続されている。スイッチング素子９３は、オペアンプ９１の第１の入力端子と出力端子との間に接続され、コンデンサー９２と並列接続されている。また、スイッチング素子９３は、信号処理・電源回路１５３（図６参照）に接続されており、信号処理・電源回路１５３からのオン／オフ信号に従い、スイッチング素子９３はスイッチング動作を実行する。
【００８４】
スイッチング素子９３がオフの場合、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｙ１は、静電容量Ｃ１を有するコンデンサー９２に蓄えられ、電圧Ｖｙ１としてＡＤコンバーター４０１に出力される。次に、スイッチング素子９３がオンになった場合、コンデンサー９２の両端子間が短絡される。その結果、コンデンサー９２に蓄えられた電荷Ｑｙ１は、放電されて０クーロンとなり、ＡＤコンバーター４０１に出力される電圧Ｖは、０ボルトとなる。スイッチング素子９３がオンとなることを、変換出力回路９０ｃをリセットするという。なお、理想的な変換出力回路９０ｃから出力される電圧Ｖｙ１は、電荷出力素子１０から出力される電荷Ｑｙ１の蓄積量に比例する。
【００８５】
スイッチング素子９３は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の半導体スイッチング素子である。半導体スイッチング素子は、機械式スイッチと比べて小型および軽量であるので、力検出装置１の小型化および軽量化に有利である。以下、代表例として、スイッチング素子９３としてＭＯＳＦＥＴを用いた場合を説明する。
【００８６】
スイッチング素子９３は、ドレイン電極、ソース電極、およびゲート電極を有している。スイッチング素子９３のドレイン電極またはソース電極の一方がオペアンプ９１の第１の入力端子に接続され、ドレイン電極またはソース電極の他方がオペアンプ９１の出力端子に接続されている。また、スイッチング素子９３のゲート電極は、信号処理・電源回路１５３に接続されている。
【００８７】
各スイッチング素子９３には、信号処理・電源回路１５３から、全て同期したオン／オフ信号が入力される。これにより、各変換出力回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃのスイッチング素子９３の動作が同期する。すなわち、各変換出力回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃのスイッチング素子９３のオン／オフタイミングは一致する。
【００８８】
＜回路基板＞
図６に示すように、回路基板４は、加えられた外力を検出する外力検出回路４０と、後述するコイル１５５に電気的に接続され、コイル１５１に通電してそのコイル１５１を駆動するコイル駆動回路１５６とを備えている。
【００８９】
また、回路基板４のセンサーデバイス６が配置されている部位には、凸部２１が挿入される孔４１が形成されている。この孔４１は、回路基板４を貫通する貫通孔である。孔４１の形状は、特に限定されないが、本実施形態では、第１の基板２の平面視で、凸部２１と同じ形状、すなわち、四角形をなしている。そして、本実施形態では、回路基板４と、センサーデバイス６とは、所定距離離間している、すなわち、非接触である。
【００９０】
また、回路基板４には、４つの与圧ボルト７１が挿通する４つの孔４２が形成されている（図３参照）。
【００９１】
また、後述するように、通信部５により、センサーデバイス６と回路基板４との間で非接触通信を行うことができ、また、給電部８により、回路基板４からセンサーデバイス６に非接触給電を行うことができるようになっている。これにより、ＡＤコンバーター４０１によってデジタル変換された電圧Ｖｘ１、Ｖｙ１、Ｖｚ１は、前記非接触通信により、外力検出回路４０に送信され、後述する演算部４０２に入力される。
【００９２】
＜外力検出回路＞
外力検出回路４０は、各変換出力回路９０ａから出力され、ＡＤコンバーター４０１によってデジタル変換された電圧Ｖｘ１、Ｖｘ２、Ｖｘ３、Ｖｘ４と、各変換出力回路９０ｂから出力され、ＡＤコンバーター４０１によってデジタル変換された電圧Ｖｚ１、Ｖｚ２、Ｖｚ３、Ｖｚ４と、各変換出力回路９０ｃから出力され、ＡＤコンバーター４０１によってデジタル変換された電圧Ｖｙ１、Ｖｙ２、Ｖｙ３、Ｖｙ４とに基づき、加えられた外力を検出する機能を有する。この外力検出回路４０は、後述するコイル１５４に電気的に接続された演算部４０２を有する。
【００９３】
第１の基板２および第２の基板３の相対位置が互いにα（Ｘ）軸方向にずれる外力が加えられた場合、前記ＡＤコンバーター４０１は、電圧Ｖｘ１、Ｖｘ２、Ｖｘ３、Ｖｘ４を出力し、それらは、演算部４０２に入力される。同様に、第１の基板２および第２の基板３の相対位置が互いにβ（Ｙ）軸方向にずれる外力が加えられた場合、前記ＡＤコンバーター４０１は、電圧Ｖｙ１、Ｖｙ２、Ｖｙ３、Ｖｙ４を出力し、それらは、演算部４０２に入力される。また、第１の基板２および第２の基板３の相対位置が互いにγ（Ｚ）軸方向にずれる外力が加えられた場合、前記ＡＤコンバーター４０１は、電圧Ｖｚ１、Ｖｚ２、Ｖｚ３、Ｖｚ４を出力し、それらは、演算部４０２に入力される。
【００９４】
また、第１の基板２および第２の基板３は、互いにｘ軸周りに回転する相対変位、ｙ軸周りに回転する相対変位、およびｚ軸周りに回転する相対変位が可能であり、各回転に伴う外力を電荷出力素子１０に伝達することが可能である。
【００９５】
演算部４０２は、デジタル変換された電圧Ｖｘ１、Ｖｙ１、Ｖｚ１、Ｖｘ２、Ｖｙ２、Ｖｚ２、Ｖｘ３、Ｖｙ３、Ｖｚ３、Ｖｘ４、Ｖｙ４、Ｖｚ４に基づき、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を演算する機能を有する。各力成分は、以下の式により求めることができる。
【００９６】
Ｆｘ＝Ｖｘ１＋Ｖｘ２＋Ｖｘ３＋Ｖｘ４
Ｆｙ＝Ｖｙ１＋Ｖｙ２＋Ｖｙ３＋Ｖｙ４
Ｆｚ＝Ｖｚ１＋Ｖｚ２＋Ｖｚ３＋Ｖｚ４
Ｍｘ＝ｂ×（Ｖｚ４−Ｖｚ２）
Ｍｙ＝ａ×（Ｖｚ３−Ｖｚ１）
Ｍｚ＝ｂ×（Ｖｘ２−Ｖｘ４）＋ａ×（Ｖｙ１−Ｖｙ３）
ここで、ａ、ｂは定数である。
このように、力検出装置１は、６軸力を検出することができる。
【００９７】
なお、演算部４０２は、例えば、各変換出力回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃ間の感度の差をなくす補正等を行うようになっていてもよい。
【００９８】
＜第１の基板、第２の基板＞
図１および図２に示すように、この力検出装置１では、第１の基板２に、センサーデバイス６と同一の数、すなわち４つの凸部（第１の凸部）２１が設けられ、第２の基板３に、センサーデバイス６と同一の数、すなわち４つの凸部（第２の凸部）３１が設けられている。第１の基部の平面視で（厚さ方向から見たとき）、凸部２１と凸部３１とが重なっている。
【００９９】
また、第１の基板２と第２の基板３とは、凸部２１、３１が内側になり、凸部２１と凸部３１とが間隔を隔て対向している。
【０１００】
また、凸部２１の上面（第２の基板３と対向する面）は、平面である。この凸部２１は、第１の基板２と一体的に形成されていてもよく、また、別部材で形成されていてもよいが、本実施形態では、別部材で形成され、接合されている。なお、凸部２１の構成材料は、特に限定されず、例えば、第１の基板２と同様のものとしてもよく、また、異なるものとしてもよいが、本実施形態では、異なるものである。
【０１０１】
同様に、凸部３１の下面（第１の基板２と対向する面）は、平面である。この凸部３１は、第２の基板３と一体的に形成されていてもよく、また、別部材で形成されていてもよいが、本実施形態では、別部材で形成され、接合されている。なお、凸部３１の構成材料は、特に限定されず、例えば、第２の基板３と同様のものとしてもよく、また、異なるものとしてもよいが、本実施形態では、異なるものである。
【０１０２】
また、凸部２１は、本実施形態では、磁性体で構成され、その凸部２１にはコイル１５５が巻き付けられ、コイル１５５のコアとしての機能を有する。同様に、凸部３１は、本実施形態では、磁性体で構成され、その凸部３１にはコイル１５４が巻き付けられ、コイル１５４のコアとしての機能を有する。このため、凸部２１、３１の構成材料としては、それぞれ、軟磁性材料が好ましい。これにより、発生する磁束の密度を向上させることができる。
【０１０３】
また、凸部２１、３１の形状は、それぞれ、特に限定されないが、本実施形態では、第１の基板２の平面視で、電荷出力素子１０と同じ形状、すなわち、四角形をなしている。なお、凸部２１、３１の平面視での前記の他の形状としては、それぞれ、例えば、五角形等の他の多角形、円形、楕円形等が挙げられる。
【０１０４】
センサーデバイス６は、凸部２１と凸部３１との間に配置され、凸部３１の下面が蓋体６２に当接し、凸部２１の上面が基部６１に当接している。すなわち、センサーデバイス６は、凸部２１と凸部３１とで挟持され、これにより、電荷出力素子１０は、パッケージ６０を介して凸部２１と凸部３１とで挟持されている。
【０１０５】
また、凸部２１、３１の寸法は、それぞれ、特に限定されないが、第１の基板２の平面視で、凸部２１、３１の面積は、それぞれ、電荷出力素子１０の面積以上であることが好ましく、電荷出力素子１０の面積よりも大きいことがより好ましい。なお、本実施形態では、凸部２１、３１の面積は、それぞれ、電荷出力素子１０の面積よりも大きい。そして、電荷出力素子１０は、第１の基板２の平面視で、凸部２１内、凸部３１内に配置され、また、電荷出力素子１０の中心線と凸部２１の中心線とが一致し、電荷出力素子１０の中心線と凸部３１の中心線とが一致している。これにより、電荷出力素子１０全体に与圧を加えることができ、また、力検出の際、電荷出力素子１０全体に外力が加わり、より精度の高い力検出を行うことができる。
【０１０６】
また、第１の基板２と、第２の基板３とは、４つの与圧ボルト７１により、固定されている。なお、与圧ボルト７１による「固定」は、４つの固定対象物の互いの所定量の移動を許容しつつ行われる。具体的には、第１の基板２と、第２の基板３とは、４つの与圧ボルト７１により、互いの所定量の第１の基板２、第２の基板３の面方向の移動が許容されつつ固定される。
【０１０７】
図３に示すように、各与圧ボルト７１は、それぞれ、その頭部７１５が第２の基板３側となるように配置され、第２の基板３に形成された孔３５から挿入され、回路基板４の孔４２を挿通し、その雄ネジ７１６が第１の基板２に形成された雌ネジ２５に螺合している。そして、各与圧ボルト７１により、電荷出力素子１０に、所定の大きさのＺ軸方向（図４参照）の圧力、すなわち、与圧が加えられる。なお、前記与圧の大きさは、特に限定されず、適宜設定される。
【０１０８】
また、各与圧ボルト７１の位置は、特に限定されないが、本実施形態では、各与圧ボルト７１は、第１の基板２、第２の基板３、回路基板４の周方向に沿って、等角度間隔（９０°間隔）、すなわち、電荷出力素子１０から４５°ずれた位置に配置されている。これにより、第１の基板２と第２の基板３とをバランス良く固定することができ、また、各電荷出力素子１０にバランス良く与圧を加えることができる。なお、与圧ボルト７１の数は、４つに限定されず、例えば、２つ、３つ、または、５つ以上であってもよい。
【０１０９】
なお、各与圧ボルト７１の構成材料としては、特に限定されず、例えば、各種の樹脂材料、各種の金属材料等を用いることができる。
【０１１０】
＜給電部＞
力検出装置１は、回路基板４からセンサーデバイス６に非接触給電を行う給電部８を備えている。
【０１１１】
非接触給電とは、互いが、例えば半田や配線等で電気的に接続されていない状態で行う給電である。
【０１１２】
給電部８の形態、すなわち、非接触給電の形態（方式）は、特に限定されないが、本実施形態では、電磁誘導を用いた方式を採用している。すなわち、本実施形態では、給電部８は、図６に示すように、コイル１５５、コイル駆動回路１５６、コイル１５１を有している。
【０１１３】
コイル駆動回路１５６により、コイル１５５に通電し、交流電圧を印加すると（交流電流を流すと）、磁束が発生し、電磁誘導により、コイル１５１に誘導電流が流れる。このようにして、回路基板４からセンサーデバイス６に電力が供給される。
【０１１４】
また、この給電においては、磁気共振を用いることが好ましい。これにより、発生する磁束の密度を高くすることができ、効率良く給電を行うことができる。
【０１１５】
ここで、この給電部８は、センサーデバイス６と回路基板４との間で非接触通信を行う通信部の機能を有する構成とすることもできる。例えば、コイル駆動回路１５６がコイル１５５に印加する交流電流の振幅の大小に、デジタル信号の「１」、「０」を対応させることで、デジタル信号を回路基板４からセンサーデバイス６に送信することができる。
【０１１６】
＜通信部＞
力検出装置１は、センサーデバイス６と回路基板４との間で非接触通信を行う通信部５を備えている。
【０１１７】
非接触通信とは、互いが、例えば半田や配線等で電気的に接続されていない状態で行う通信、すなわち、有線通信以外の通信である。
【０１１８】
通信部５の形態、すなわち、非接触通信の形態（方式）は、特に限定されないが、本実施形態では、電磁誘導を用いた方式を採用している。具体的には、例えば、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）等が挙げられる。
【０１１９】
本実施形態では、通信部５は、図６に示すように、コイル１５１、コイル駆動回路１５２、コイル１５４を有し、前述したように、さらに、コイル１５５、コイル駆動回路１５６を有している。このように、本実施形態では、通信部５の少なくとも一部と給電部８の少なくとも一部とが共通である。
【０１２０】
コイル駆動回路１５２により、コイル１５１に通電し、交流電圧を印加すると（交流電流を流すと）、磁束が発生し、電磁誘導により、コイル１５４に誘導電流が流れる。そして、例えば、コイル駆動回路１５２がコイル１５１に印加する交流電流の振幅の大小に、デジタル信号の「１」、「０」を対応させることで、デジタル信号をセンサーデバイス６から回路基板４に送信することができる。
【０１２１】
また、この通信においては、磁気共振を用いることが好ましい。これにより、発生する磁束の密度を高くすることができ、効率良く通信を行うことができる。
【０１２２】
また、本実施形態では、コイル１５４を回路基板４からセンサーデバイス６への送信用のコイルとし、前記コイル１５５を給電用のコイルとして用いている。これにより、コイル１５４を回路基板４からセンサーデバイス６への送信用のコイルと、給電用のコイルの両方に用いる場合に比べ、通信の安定化を図ることができる。
【０１２３】
なお、通信の方向は、双方向でもよく、また、一方向でもよい。すなわち、センサーデバイス６に送信部および受信部が設けられ、回路基板４に送信部および受信部が設けられていてもよく、また、センサーデバイス６に送信部と受信部とのうちの送信部が設けられ、回路基板４に受信部が設けられていてもよい。本実施形態では、代表的に、センサーデバイス６に送信部および受信部が設けられ、回路基板４に送信部および受信部が設けられている場合について説明した。
【０１２４】
以上説明したように、この力検出装置１によれば、センサーデバイス６と回路基板４との間で非接触通信を行うことで、センサーデバイス６と回路基板４を直接接合せずに通信を行うことができる。これによって、外力により回路基板４が変形しても、電荷出力素子１０に余分な力が加わることを防止することができ、力検出の精度を向上させることができ、また、耐久性が向上し、信頼性を向上させることができる。
【０１２５】
また、センサーデバイス６と回路基板４とは、熱膨張率が異なるが、熱によりセンサーデバイス６や回路基板４とが膨張した場合でも、電荷出力素子１０に余分な力が加わることを防止することができ、力検出の精度を向上させることができ、また、耐久性が向上し、信頼性を向上させることができる。
【０１２６】
また、凸部２１と凸部３１とで、回路基板４を介することなく、センサーデバイス６を挟持すること、すなわち、パッケージ６０を介して電荷出力素子１０を挟持することができる。これにより、電荷出力素子１０に対して十分に与圧を加えることができ、また、力検出の精度を向上させることができる。
【０１２７】
なお、センサーデバイス６の回路部６５は、給電部８により回路基板４からセンサーデバイス６に供給された電力を蓄積する２次電池やコンデンサー等を有していてもよい。これによれば、センサーデバイス６は、給電部８により回路基板４からセンサーデバイス６に電力が供給されていないときでも電力を使用することができる。
【０１２８】
＜第２実施形態＞
図７は、本発明の力検出装置の第２実施形態におけるセンサーデバイスの近傍を示す断面図である。
【０１２９】
以下、第２実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【０１３０】
図７に示すように、第２実施形態の力検出装置１では、第１の基板２の各凸部２１の近傍に、それぞれ、凸部（第３の凸部）２２が設けられ、第２の基板３の各凸部３１の近傍に、それぞれ、凸部（第４の凸部）３２が設けられている。第１の基部の平面視で（厚さ方向から見たとき）、凸部２２と凸部３２とが重なっている。
【０１３１】
また、第１の基板２と第２の基板３とは、凸部２２、３２が内側になり、凸部２２と凸部３２とが間隔を隔て対向している。凸部２２と凸部３２との間に隙間が形成されていることにより、第１の基板２と第２の基板３とが相対的に変位することができる。
【０１３２】
また、凸部２２の上面（第２の基板３と対向する面）は、平面である。この凸部２２は、第１の基板２と一体的に形成されていてもよく、また、別部材で形成されていてもよいが、本実施形態では、別部材で形成され、接合されている。具体的には、凸部２２と、前記凸部２１と、第１の基板２のうちの凸部２２と凸部２１との間に位置する部位の一部とが１部材で（連続的に）形成されており、それがコア２３を構成している。なお、凸部２２の構成材料は、特に限定されず、例えば、第１の基板２と同様のものとしてもよく、また、異なるものとしてもよいが、本実施形態では、異なるものである。
【０１３３】
同様に、凸部３２の下面（第１の基板２と対向する面）は、平面である。この凸部３２は、第２の基板３と一体的に形成されていてもよく、また、別部材で形成されていてもよいが、本実施形態では、別部材で形成され、接合されている。具体的には、凸部３２と、前記凸部３１と、第２の基板３のうちの凸部３２と凸部３１との間に位置する部位の一部とが１部材で（連続的に）形成されており、それがコア２３を構成している。なお、凸部３２の構成材料は、特に限定されず、例えば、第２の基板３と同様のものとしてもよく、また、異なるものとしてもよいが、本実施形態では、異なるものである。
【０１３４】
また、凸部２２を含むコア２３および凸部３２を含むコア３３は、それぞれ、本実施形態では、磁性体で構成されており、そのコア２３および３３により、磁気回路（磁路）の一部を構成している。これにより、発生する磁束の密度を向上させることができる。また、コア２３および３３の構成材料としては、それぞれ、磁性材料であれば特に限定されないが、軟磁性材料が好ましい。これにより、発生する磁束の密度を向上させることができる。
【０１３５】
また、凸部２２、３２の形状は、それぞれ、特に限定されないが、本実施形態では、第１の基板２の平面視で、電荷出力素子１０と同じ形状、すなわち、四角形をなしている。なお、凸部２２、３２の平面視での前記の他の形状としては、それぞれ、例えば、五角形等の他の多角形、円形、楕円形等が挙げられる。
【０１３６】
なお、本実施形態では、磁気共振を用いなくても十分な磁束密度が得られるので、磁気共振を用いる必要がない。
この力検出装置１によれば、前述した実施形態と同様の効果が得られる。
【０１３７】
＜第３実施形態＞
図８は、本発明の力検出装置の第３実施形態におけるセンサーデバイスの近傍を示す断面図である。図９は、図８に示す力検出装置を概略的に示すブロック図である。
【０１３８】
以下、第３実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【０１３９】
図８および図９に示すように、第３実施形態の力検出装置１では、通信部５は、光通信により非接触通信を行うものである。この通信部５は、センサーデバイス６のパッケージ６０の外面に設置された光通信部１６１と、回路部６５の一部を構成し、光通信部１６１を駆動する光通信部駆動回路１６２と、回路基板４に設けられた光通信部１６５と、演算部４０２とを有している。光通信部１６１、１６５は、それぞれ、発光部および受光部を有しており、光通信部１６１の発光部と光通信部１６５の受光部とが対向し、光通信部１６１の受光部と光通信部１６５の発光部とが対向するように配置されている。なお、本実施形態では、演算部４０２は、光通信部１６１を駆動する機能も有している。
【０１４０】
また、センサーデバイス６の回路部６５は、信号処理・電源回路１５３に代えて、コイル１５１に電気的に接続された電源回路１６３を備えている。電源回路１６３は、給電部８により回路基板４からセンサーデバイス６に供給された電力を蓄積する図示しない２次電池やコンデンサー等を有し、電圧を昇圧または降圧し、センサーデバイス６の各部に印加する機能を有する。なお、電源回路１６３は、前記２次電池やコンデンサーを有していなくてもよいことは、言うまでもない。
この力検出装置１によれば、前述した実施形態と同様の効果が得られる。
【０１４１】
＜第４実施形態＞
図１０は、本発明の力検出装置の第４実施形態におけるセンサーデバイスの近傍を示す断面図である。図１１は、図１０に示す力検出装置を概略的に示すブロック図である。
【０１４２】
以下、第４実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【０１４３】
図１０および図１１に示すように、第４実施形態の力検出装置１では、センサーデバイス６は、バッテリー１６４を有している。このバッテリー１６４は、パッケージ６０に収納されている。なお、バッテリー１６４としては、２次電池に限らず、例えば、１次電池等が挙げられる。
【０１４４】
また、センサーデバイス６の回路部６５は、図示しない電源回路を有しており、その電源回路は、バッテリー１６４から供給される電圧を昇圧または降圧し、センサーデバイス６の各部に印加する。
この力検出装置１によれば、前述した実施形態と同様の効果が得られる。
【０１４５】
２．単腕ロボット
次に、図１２に基づき、本発明に係るロボットの実施形態である単腕ロボットを説明する。
【０１４６】
図１２は、本発明に係る力検出装置を用いた単腕ロボットの１例を示す図である。図１２の単腕ロボット５００は、基台５１０と、アーム５２０と、アーム５２０の先端側に設けられたエンドエフェクター５３０と、アーム５２０とエンドエフェクター５３０との間に設けられた力検出装置１とを有する。なお、力検出装置１としては、前述した各実施形態と同様のものを用いる。
【０１４７】
基台５１０は、アーム５２０を回動させるための動力を発生させるアクチュエーター（図示せず）およびアクチュエーターを制御する制御部（図示せず）等を収納する機能を有する。また、基台５１０は、例えば、床、壁、天井、移動可能な台車上などに固定される。
【０１４８】
アーム５２０は、第１のアーム要素５２１、第２のアーム要素５２２、第３のアーム要素５２３、第４のアーム要素５２４および第５のアーム要素５２５を有しており、隣り合うアーム同士を回動自在に連結することにより構成されている。アーム５２０は、制御部の制御によって、各アーム要素の連結部を中心に複合的に回転または屈曲することにより駆動する。
【０１４９】
エンドエフェクター５３０は、対象物を把持する機能を有する。エンドエフェクター５３０は、第１の指５３１および第２の指５３２を有している。アーム５２０の駆動によりエンドエフェクター５３０が所定の動作位置まで到達した後、第１の指５３１および第２の指５３２の離間距離を調整することにより、対象物を把持することができる。
【０１５０】
なお、エンドエフェクター５３０は、ここでは、ハンドであるが、本発明では、これに限定されるものではない。エンドエフェクターの他の例としては、例えば、部品検査用器具、部品搬送用器具、部品加工用器具、部品組立用器具、測定器等が挙げられる。これは、他の実施形態におけるエンドエフェクターについても同様である。
【０１５１】
力検出装置１は、エンドエフェクター５３０に加えられる外力を検出する機能を有する。力検出装置１が検出する力を基台５１０の制御部にフィードバックすることにより、単腕ロボット５００は、より精密な作業を実行することができる。また、力検出装置１が検出する力によって、単腕ロボット５００は、エンドエフェクター５３０の障害物への接触等を検知することができる。そのため、従来の位置制御では困難だった障害物回避動作、対象物損傷回避動作等を容易に行なうことができ、単腕ロボット５００は、より安全に作業を実行することができる。
【０１５２】
なお、図示の構成では、アーム５２０は、合計５本のアーム要素によって構成されているが、本発明はこれに限られない。アーム５２０が、１本のアーム要素に構成されている場合、２〜４本のアーム要素によって構成されている場合、６本以上のアーム要素によって構成されている場合も本発明の範囲内である。
【０１５３】
３．複腕ロボット
次に、図１３に基づき、本発明に係るロボットの実施形態である複腕ロボットを説明する。
【０１５４】
図１３は、本発明に係る力検出装置を用いた複腕ロボットの１例を示す図である。図１３の複腕ロボット６００は、基台６１０と、第１のアーム６２０と、第２のアーム６３０と、第１のアーム６２０の先端側に設けられた第１のエンドエフェクター６４０ａと、第２のアーム６３０の先端側に設けられた第２のエンドエフェクター６４０ｂと、第１のアーム６２０と第１のエンドエフェクター６４０ａ間および第２のアーム６３０と第２のエンドエフェクター６４０ｂとの間に設けられた力検出装置１を有する。なお、力検出装置１としては、前述した各実施形態と同様のものを用いる。
【０１５５】
基台６１０は、第１のアーム６２０および第２のアーム６３０を回動させるための動力を発生させるアクチュエーター（図示せず）およびアクチュエーターを制御する制御部（図示せず）等を収納する機能を有する。また、基台６１０は、例えば、床、壁、天井、移動可能な台車上などに固定される。
【０１５６】
第１のアーム６２０は、第１のアーム要素６２１および第２のアーム要素６２２を回動自在に連結することにより構成されている。第２のアーム６３０は、第１のアーム要素６３１および第２のアーム要素６３２を回動自在に連結することにより構成されている。第１のアーム６２０および第２のアーム６３０は、制御部の制御によって、各アーム要素の連結部を中心に複合的に回転または屈曲することにより駆動する。
【０１５７】
第１、第２のエンドエフェクター６４０ａ、６４０ｂは、対象物を把持する機能を有する。第１のエンドエフェクター６４０ａは、第１の指６４１ａおよび第２の指６４２ａを有している。第２のエンドエフェクター６４０ｂは、第１の指６４１ｂおよび第２の指６４２ｂを有している。第１のアーム６２０の駆動により第１のエンドエフェクター６４０ａが所定の動作位置まで到達した後、第１の指６４１ａおよび第２の指６４２ａの離間距離を調整することにより、対象物を把持することができる。同様に、第２のアーム６３０の駆動により第２のエンドエフェクター６４０ｂが所定の動作位置まで到達した後、第１の指６４１ｂおよび第２の指６４２ｂの離間距離を調整することにより、対象物を把持することができる。
【０１５８】
力検出装置１は第１、第２のエンドエフェクター６４０ａ、６４０ｂに加えられる外力を検出する機能を有する。力検出装置１が検出する力を基台６１０の制御部にフィードバックすることにより、複腕ロボット６００は、より精密に作業を実行することができる。また、力検出装置１が検出する力によって、複腕ロボット６００は、第１、第２のエンドエフェクター６４０ａ、６４０ｂの障害物への接触等を検知することができる。そのため、従来の位置制御では困難だった障害物回避動作、対象物損傷回避動作等を容易に行なうことができ、複腕ロボット６００は、より安全に作業を実行することができる。
【０１５９】
なお、図示の構成では、アームは合計２本であるが、本発明はこれに限られない。複腕ロボット６００が３本以上のアームを有している場合も、本発明の範囲内である。
【０１６０】
４．電子部品検査装置および電子部品搬送装置
次に、図１４、図１５に基づき、本発明の力検出装置を備えた電子部品検査装置および電子部品搬送装置を説明する。
【０１６１】
図１４は、本発明に係る力検出装置を用いた電子部品検査装置および部品搬送装置の１例を示す図である。図１５は、本発明に係る力検出装置を用いた電子部品搬送装置の１例を示す図である。
【０１６２】
図１４の電子部品検査装置７００は、基台７１０と、基台７１０の側面に立設された支持台７２０とを有する。基台７１０の上面には、検査対象の電子部品７１１が載置されて搬送される上流側ステージ７１２ｕと、検査済みの電子部品７１１が載置されて搬送される下流側ステージ７１２ｄとが設けられている。また、上流側ステージ７１２ｕと下流側ステージ７１２ｄとの間には、電子部品７１１の姿勢を確認するための撮像装置７１３と、電気的特性を検査するために電子部品７１１がセットされる検査台７１４とが設けられている。なお、電子部品７１１の例として、半導体、半導体ウェハー、ＣＬＤやＯＬＥＤ等の表示デバイス、水晶デバイス、各種センサー、インクジェットヘッド、各種ＭＥＭＳデバイス等などが挙げられる。
【０１６３】
また、支持台７２０には、基台７１０の上流側ステージ７１２ｕおよび下流側ステージ７１２ｄと平行な方向（Ｙ方向）に移動可能にＹステージ７３１が設けられており、Ｙステージ７３１からは、基台７１０に向かう方向（Ｘ方向）に腕部７３２が延設されている。また、腕部７３２の側面には、Ｘ方向に移動可能にＸステージ７３３が設けられている。また、Ｘステージ７３３には、撮像カメラ７３４と、上下方向（Ｚ方向）に移動可能なＺステージを内蔵した電子部品搬送装置７４０が設けられている。また、電子部品搬送装置７４０の先端側には、電子部品７１１を把持する把持部７４１が設けられている。また、電子部品搬送装置７４０の先端と、把持部７４１との間には、力検出装置１が設けられている。更に、基台７１０の前面側には、電子部品検査装置７００の全体の動作を制御する制御装置７５０が設けられている。なお、力検出装置１としては、前述した各実施形態と同様のものを用いる。
【０１６４】
電子部品検査装置７００は、以下のようにして電子部品７１１の検査を行なう。最初に、検査対象の電子部品７１１は、上流側ステージ７１２ｕに載せられて、検査台７１４の近くまで移動する。次に、Ｙステージ７３１およびＸステージ７３３を動かして、上流側ステージ７１２ｕに載置された電子部品７１１の真上の位置まで電子部品搬送装置７４０を移動させる。このとき、撮像カメラ７３４を用いて電子部品７１１の位置を確認することができる。そして、電子部品搬送装置７４０内に内蔵されたＺステージを用いて電子部品搬送装置７４０を降下させ、把持部７４１で電子部品７１１を把持すると、そのまま電子部品搬送装置７４０を撮像装置７１３の上に移動させて、撮像装置７１３を用いて電子部品７１１の姿勢を確認する。次に、電子部品搬送装置７４０に内蔵されている微調整機構を用いて電子部品７１１の姿勢を調整する。そして、電子部品搬送装置７４０を検査台７１４の上まで移動させた後、電子部品搬送装置７４０に内蔵されたＺステージを動かして電子部品７１１を検査台７１４の上にセットする。電子部品搬送装置７４０内の微調整機構を用いて電子部品７１１の姿勢が調整されているので、検査台７１４の正しい位置に電子部品７１１をセットすることができる。次に、検査台７１４を用いて電子部品７１１の電気的特性検査が終了した後、今度は検査台７１４から電子部品７１１を取り上げ、Ｙステージ７３１およびＸステージ７３３を動かして、下流側ステージ７１２ｄ上まで電子部品搬送装置７４０を移動させ、下流側ステージ７１２ｄに電子部品７１１を置く。最後に、下流側ステージ７１２ｄを動かして、検査が終了した電子部品７１１を所定位置まで搬送する。
【０１６５】
図１５は、力検出装置１を含む電子部品搬送装置７４０を示す図である。電子部品搬送装置７４０は、把持部７４１と、把持部７４１に接続された６軸の力検出装置１と、６軸の力検出装置１を介して把持部７４１に接続された回転軸７４２と、回転軸７４２に回転可能に取り付けられた微調整プレート７４３を有する。また、微調整プレート７４３は、ガイド機構（図示せず）によってガイドされながら、Ｘ方向およびＹ方向に移動可能である。
【０１６６】
また、回転軸７４２の端面に向けて、回転方向用の圧電モーター７４４θが搭載されており、圧電モーター７４４θの駆動凸部（図示せず）が回転軸７４２の端面に押しつけられている。このため、圧電モーター７４４θを動作させることによって、回転軸７４２（および把持部７４１）をθ方向に任意の角度だけ回転させることが可能である。また、微調整プレート７４３に向けて、Ｘ方向用の圧電モーター７４４ｘと、Ｙ方向用の圧電モーター７４４ｙとが設けられており、それぞれの駆動凸部（図示せず）が微調整プレート７４３の表面に押しつけられている。このため、圧電モーター７４４ｘを動作させることによって、微調整プレート７４３（および把持部７４１）をＸ方向に任意の距離だけ移動させることができ、同様に、圧電モーター７４４ｙを動作させることによって、微調整プレート７４３（および把持部７４１）をＹ方向に任意の距離だけ移動させることが可能である。
【０１６７】
また、力検出装置１は、把持部７４１に加えられる外力を検出する機能を有する。力検出装置１が検出する力を制御装置７５０にフィードバックすることにより、電子部品搬送装置７４０および電子部品検査装置７００は、より精密に作業を実行することができる。また、力検出装置１が検出する力によって、把持部７４１の障害物への接触等を検知することができる。そのため、従来の位置制御では困難だった障害物回避動作、対象物損傷回避動作等を容易に行なうことができ、電子部品搬送装置７４０および電子部品検査装置７００は、より安全な作業を実行可能である。
【０１６８】
５．部品加工装置の実施形態
次に、図１６に基づき、本発明の力検出装置を備えた部品加工装置の実施形態を説明する。
【０１６９】
図１６は、本発明に係る力検出装置を用いた部品加工装置の１例を示す図である。図１６の部品加工装置８００は、基台８１０と、基台８１０の上面に起立形成された支柱８２０と、支柱８２０の側面に設けられた送り機構８３０と、送り機構８３０に昇降可能に取り付けられた工具変位部８４０と、工具変位部８４０に接続された力検出装置１と、力検出装置１を介して工具変位部８４０に装着された工具８５０を有する。なお、力検出装置１としては、前述した各実施形態と同様のものを用いる。
【０１７０】
基台８１０は、被加工部品８６０を載置し、固定するための台である。支柱８２０は、送り機構８３０を固定するための柱である。送り機構８３０は、工具変位部８４０を昇降させる機能を有する。送り機構８３０は、送り用モーター８３１と、送り用モーター８３１からの出力に基づいて工具変位部８４０を昇降させるガイド８３２を有する。工具変位部８４０は、工具８５０に回転、振動等の変位を与える機能を有する。工具変位部８４０は、変位用モーター８４１と、変位用モーター８４１に連結された主軸（図示せず）の先端に設けられた工具取付け部８４３と、工具変位部８４０に取り付けられ主軸を保持する保持部８４２とを有する。工具８５０は、工具変位部８４０の工具取付け部８４３に、力検出装置１を介して取り付けられ、工具変位部８４０から与えられる変位に応じて被加工部品８６０を加工するために用いられる。工具８５０は、特に限定されないが、例えば、レンチ、プラスドライバー、マイナスドライバー、カッター、丸のこ、ニッパー、錐、ドリル、フライス等である。
【０１７１】
力検出装置１は、工具８５０に加えられる外力を検出する機能を有する。力検出装置１が検出する外力を送り用モーター８３１や変位用モーター８４１にフィードバックすることにより、部品加工装置８００は、より精密に部品加工作業を実行することができる。また、力検出装置１が検出する外力によって、工具８５０の障害物への接触等を検知することができる。そのため、工具８５０に障害物等が接触した場合に緊急停止することができ、部品加工装置８００は、より安全な部品加工作業を実行可能である。
【０１７２】
以上、本発明の力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置および電子部品検査装置を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
【０１７３】
また、本発明は、前記実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
【０１７４】
また、本発明では、非接触通信の形態は、前記実施形態で説明したものに限定されず、この他、例えば、赤外線を用いた赤外線通信、電波や電磁波等を用いた無線通信等が挙げられる。
【０１７５】
同様に、本発明では、非接触給電の形態は、前記実施形態で説明したものに限定されない。
【０１７６】
また、本発明では、非接触通信の形態および非接触給電の形態としては、前記実施形態で説明したものと、前記例示した形態を含む他の形態とのうちから、任意のものを組み合わせてもよい。
【０１７７】
また、本発明では、前記実施形態で説明した非接触通信の形態と、前記例示した非接触通信の形態を含む他の非接触通信の形態とのうちのいずれを採用した場合でも、それぞれ、センサーデバイスに、そのセンサーデバイスに対して電力を供給する（給電を行う）バッテリーを設けてもよい。
【０１７８】
また、前記第１実施形態および第２実施形態では、非接触通信を行う通信部の一部と非接触給電を行う給電部の一部とが共通であるが、本発明では、これに限定されず、通信部の全体と給電部の全体とが共通であってもよい。
【０１７９】
また、前記実施形態では、センサーデバイスと回路基板とが所定距離離間している、すなわち、非接触であるが、本発明では、センサーデバイスと回路基板とが接触していてもよい。すなわち、センサーデバイスと回路基板とは、接合（互いに位置関係が固定）されていなければ、接触していてもよい。
【０１８０】
また、前記実施形態では、センサーデバイスは、４つ設けられていたが、本発明では、センサーデバイスの数は、これに限定されない。例えば、センサーデバイスは、１つであっても、２つであっても、３つであってもよく、また、５つ以上であってもよい。
【０１８１】
また、本発明では、与圧ボルトに替えて、例えば、素子に与圧を加える機能を有してないものを用いてもよい。また、ボルト以外の固定方法を採用してもよい。
【０１８２】
また、本発明のロボットは、アーム型ロボット（ロボットアーム）に限定されず、他の形式のロボット、例えば、スカラーロボット、脚式歩行（走行）ロボット等であってもよい。
【０１８３】
また、本発明の力検出装置は、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置、および部品加工装置に限らず、他の装置、例えば、他の搬送装置、他の検査装置、自動車、バイク、飛行機、船、電車等の乗り物、２足歩行ロボット、車輪移動ロボット等のロボット等の移動体、振動計、加速度計、重力計、動力計、地震計、傾斜計等の測定装置、入力装置等にも適用することができる。
【符号の説明】
【０１８４】
１…力検出装置  ２…第１の基板  ２１、２２…凸部  ２３…コア  ２５…雌ネジ  ３…第２の基板  ３１、３２…凸部  ３３…コア  ３５…孔  ４…回路基板  ４０…外力検出回路  ４０１…ＡＤコンバーター  ４０２…演算部  ４１、４２…孔  ５…通信部    ６…センサーデバイス  ６０…パッケージ  ６１…基部  ６２…蓋体  ６５…回路部  ７１…与圧ボルト  ７１５…頭部  ７１６…雄ネジ  ８…給電部  ９０ａ、９０ｂ、９０ｃ…変換出力回路  ９１…オペアンプ  ９２…コンデンサー  ９３…スイッチング素子  １０…電荷出力素子（圧電素子）  １１…グランド電極層  １２…第１のセンサー  １２１…第１の圧電体層  １２２…出力電極層  １２３…第２の圧電体層  １３…第２のセンサー  １３１…第３の圧電体層  １３２…出力電極層  １３３…第４の圧電体層  １４…第３のセンサー  １４１…第５の圧電体層  １４２…出力電極層  １４３…第６の圧電体層  １５１、１５４、１５５…コイル  １５２、１５６…コイル駆動回路  １５３…信号処理・電源回路  １６１、１６５…光通信部  １６２…光通信部駆動回路  １６３…電源回路  １６４…バッテリー  ５００…単腕ロボット  ５１０…基台  ５２０…アーム  ５２１…第１のアーム要素  ５２２…第２のアーム要素  ５２３…第３のアーム要素  ５２４…第４のアーム要素  ５２５…第５のアーム要素  ５３０…エンドエフェクター  ５３１…第１の指  ５３２…第２の指  ６００…複腕ロボット  ６１０…基台  ６２０…第１のアーム  ６２１…第１のアーム要素  ６２２…第２のアーム要素  ６３０…第２のアーム  ６３１…第１のアーム要素  ６３２…第２のアーム要素  ６４０ａ…第１のエンドエフェクター  ６４１ａ…第１の指  ６４２ａ…第２の指  ６４０ｂ…第２のエンドエフェクター  ６４１ｂ…第１の指  ６４２ｂ…第２の指  ７００…電子部品検査装置  ７１０…基台  ７１１…電子部品  ７１２ｕ…上流側ステージ  ７１２ｄ…下流側ステージ  ７１３…撮像装置  ７１４…検査台  ７２０…支持台  ７３１…Ｙステージ  ７３２…腕部  ７３３…Ｘステージ  ７３４…撮像カメラ  ７４０…電子部品搬送装置  ７４１…把持部  ７４２…回転軸  ７４３…微調整プレート  ７４４ｘ、７４４ｙ、７４４θ…圧電モーター  ７５０…制御装置  ８００…部品加工装置  ８１０…基台  ８２０…支柱  ８３０…送り機構  ８３１…送り用モーター  ８３２…ガイド  ８４０…工具変位部  ８４１…変位用モーター  ８４２…保持部  ８４３…工具取付け部  ８５０…工具  ８６０…被加工部品  ＣＡ１…第１の結晶軸  ＣＡ２…第２の結晶軸  ＣＡ３…第３の結晶軸  ＣＡ４…第４の結晶軸  ＣＡ５…第５の結晶軸  ＣＡ６…第６の結晶軸
【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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