(57)【要約】【課題】温度ドリフトへの影響を低減し、優れた検出精度を有する力検出装置、およびロボットを提供することにある。【解決手段】力検出装置１は、第１基部２と、第１基部２に対して第１方向に沿って配置された第２基部３と、第１方向に直交する第２方向から見て、第１基部２と第２基部３とが重なる部分に設けられ、第１基部２と第２基部３とともに閉空間を形成する封止部材９と、閉空間内に設けられた圧電素子とを備え、封止部材９の縦弾性係数は、第１基部２の縦弾性係数および第２基部３の縦弾性係数よりも高いことを特徴とする。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基部と、
前記第１基部に対して第１方向に沿って配置された第２基部と、
前記第１方向に直交する第２方向から見て、前記第１基部と前記第２基部とが重なる部分に設けられ、前記第１基部と前記第２基部とともに閉空間を形成する封止部材と、
前記閉空間内に設けられた圧電素子と、を備え、
前記封止部材の縦弾性係数は、前記第１基部の縦弾性係数および前記第２基部の縦弾性係数よりも高いことを特徴とする力検出装置。
【請求項２】
前記封止部材は、前記第１基部と接する面積が前記第２基部と接する面積よりも小さい請求項１に記載の力検出装置。
【請求項３】
前記封止部材は、第１部位と、前記第１部位よりも前記第１方向に沿った長さが短い第２部位とを有する請求項１または２に記載の力検出装置。
【請求項４】
前記第２方向から見て、前記第１基部の一部は、前記第２基部の全周にわたって、前記第２基部の一部と重なっている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の力検出装置。
【請求項５】
前記封止部材は、環状である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の力検出装置。
【請求項６】
前記圧電素子は、水晶を含む請求項１ないし５のいずれか１項に記載の力検出装置。
【請求項７】
前記圧電素子を、複数個備えている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の力検出装置。
【請求項８】
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、前記エンドエフェクターに加えられる外力を検出する力検出装置とを備え、
前記力検出装置は、第１基部と、
前記第１基部に対して第１方向に沿って配置された第２基部と、
前記第１方向に直交する第２方向から見て、前記第１基部と前記第２基部とが重なる部分に設けられ、前記第１基部と前記第２基部とともに閉空間を形成する封止部材と、
前記閉空間内に設けられた圧電素子と、を備え、
前記封止部材の縦弾性係数は、前記第１基部の縦弾性係数および前記第２基部の縦弾性係数よりも高い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、力検出装置、およびロボットに関する。
【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としては、アルミニウム板等の母材に対して機械加工を施す工作機械が代表的である。この工作機械には、機械加工を施す際に、母材に対する力を検出する力検出装置が内蔵されたものがある。
【０００３】
このような力検出装置の一例として、特許文献１には、加えられた圧力を検出する力検出装置（圧力センサー）について記載されている。この力検出装置は、第１のケースと、第１のケースに対向配置された第２のケースと、第１のケースと第２のケースとの隙間を封止するフッ素樹脂等で構成された封止部材（シール部材）と、第１のケースと第２のケースとシール部材とにより画成された圧力検出室内に設けられた検出素子とを備えている。そして、封止部材を設けることにより、圧力検出室の気密性を向上させることができ、異物の侵入を防止できることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２０１３−２９４５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、特許文献１に記載の力検出装置では、封止部材が力検出装置の圧縮方向において第１のケースと第２のケースとの間に配置されている。このため、封止部材の熱膨張に起因して出力ドリフトへの影響が大きくなる。その結果、外力が加わっていない場合でも、力検出装置を使用する外部環境の温度変化によって、封止部材の熱膨張に起因する不要信号が出力され、検出精度が低下してしまうという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、温度ドリフトへの影響を低減し、優れた検出精度を有する力検出装置、およびロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
（適用例１）
本発明に係わる力検出装置は、第１基部と、
前記第１基部に対して第１方向に沿って配置された第２基部と、
前記第１方向に直交する第２方向から見て、前記第１基部と前記第２基部とが重なる部分に設けられ、前記第１基部と前記第２基部とともに閉空間を形成する封止部材と、
前記閉空間内に設けられた圧電素子と、を備え、
前記封止部材の縦弾性係数は、前記第１基部の縦弾性係数および前記第２基部の縦弾性係数よりも高いことを特徴とする。
【０００８】
これにより、温度ドリフトの影響を低減し、優れた検出精度を有する力検出装置を提供することができる。
【０００９】
（適用例２）
本発明に係わる力検出装置では、前記封止部材は、前記第１基部と接する面積が前記第２基部と接する面積よりも小さいことが好ましい。
【００１０】
これにより、第１基部と第２基部とを容易に組み立てることができ、第１基部と第２基部との隙間を封止部材によって、より確実に封止することができる。
【００１１】
（適用例３）
本発明に係わる力検出装置では、前記封止部材は、第１部位と、前記第１部位よりも前記第１方向に沿った長さが短い第２部位とを有することが好ましい。
【００１２】
これにより、第１基部と第２基部とを容易に組み立てることができ、第１基部と第２基部との隙間を封止部材によって、さらに確実に封止することができる。
【００１３】
（適用例４）
本発明に係わる力検出装置では、前記第２方向から見て、前記第１基部の一部は、前記第２基部の全周にわたって、前記第２基部の一部と重なっていることが好ましい。
【００１４】
これにより、第１基部と第２基部との隙間を封止部材によって、より確実に封止することができる。
【００１５】
（適用例５）
本発明に係わる力検出装置では、前記封止部材は、環状であることが好ましい。
【００１６】
これにより、第１基部と第２基部との隙間を封止部材によって、より確実に封止することができるとともに、封止部材の熱膨張に起因する不要な応力が検出されることを防ぐことができる。
【００１７】
（適用例６）
本発明に係わる力検出装置では、前記圧電素子は、水晶を含むことが好ましい。
【００１８】
これにより、力検出装置は、温度の変動による影響を受けにくく、よって、外力を正確に検出することができる。
【００１９】
（適用例７）
本発明に係わる力検出装置では、前記圧電素子を、複数個備えていることが好ましい。
【００２０】
これにより、力検出装置に加えられた外力、すなわち、６軸力（α、β、γ軸方向の並進力成分およびα、β、γ軸周りの回転力成分）を検出することができる。
【００２１】
（適用例８）
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、前記エンドエフェクターに加えられる外力を検出する力検出装置とを備え、
前記力検出装置は、第１基部と、
前記第１基部に対して第１方向に沿って配置された第２基部と、
前記第１方向に直交する第２方向から見て、前記第１基部と前記第２基部とが重なる部分に設けられ、前記第１基部と前記第２基部とともに閉空間を形成する封止部材と、
前記閉空間内に設けられた圧電素子と、を備え、
前記封止部材の縦弾性係数は、前記第１基部の縦弾性係数および前記第２基部の縦弾性係数よりも高いことを特徴とする。
【００２２】
これにより、ロボットが備える力検出装置が、温度ドリフトの影響を低減し、優れた検出精度を有するため、このようなロボットによれば、外力が正確に検出され、エンドエフェクターによる作業を適正に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る力検出装置の第１実施形態を示す断面図である。
【図２】図１に示す力検出装置の平面図である。
【図３】図１に示す力検出装置を概略的に示す回路図である。
【図４】図１に示す力検出装置が備える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電荷出力素子で検出される力の作用状態を示す概略図である。
【図６】図５中の矢印Ａ方向から見た図ある。
【図７】図１中の一点鎖線で囲まれた領域［Ａ］の拡大詳細図である。
【図８】封止部材の熱膨張がγ軸方向における検出感度に及ぼす影響を検討するために用いた力検出装置の拡大断面図である。
【図９】本発明に係る力検出装置が備える封止部材の他の例を示す断面図である。
【図１０】本発明に係る力検出装置の第２実施形態を示す断面図である。
【図１１】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。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
１．力検出装置
≪第１実施形態≫
図１は、本発明に係る力検出装置の第１実施形態を示す断面図であり、図２は、図１に示す力検出装置の平面図であり、図３は、図１に示す力検出装置を概略的に示す回路図であり、図４は、図１に示す力検出装置が備える電荷出力素子を概略的に示す断面図であり、図５は、図１に示す力検出装置の電荷出力素子で検出される力の作用状態を示す概略図であり、図６は、図５中の矢印Ａ方向から見た図あり、図７は、図１中の一点鎖線で囲まれた領域［Ａ］の拡大詳細図であり、図８は封止部材の熱膨張がγ軸方向における検出感度に及ぼす影響を検討するために用いた力検出装置の拡大断面図であり、図９は、本発明に係る力検出装置が備える封止部材の他の例を示す断面図である。
【００２５】
なお、以下では、図１中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う。
【００２６】
また、図１、図２、図４、図５には、互いに直交する３つの軸として、α軸、β軸およびγ軸が図示されている。α（Ａ）軸に平行な方向を「α（Ａ）軸方向」、β（Ｂ）軸に平行な方向を「β（Ｂ）軸方向」、γ（Ｃ）軸に平行な方向を「γ（Ｃ）軸方向」という。また、α軸とβ軸で規定される平面を「αβ平面」と言い、β軸とγ軸で規定される平面を「βγ平面」と言い、α軸とγ軸で規定される平面を「αγ平面」と言う。また、α方向、β方向およびγ方向において、矢印先端側を「＋（正）側」、矢印基端側を「−（負）側」とする。
【００２７】
図１に示す力検出装置１は、力検出装置１に加えられた外力、すなわち、６軸力（α、β、γ軸方向の並進力成分およびα、β、γ軸周りの回転力成分）を検出する機能を有する。
【００２８】
この力検出装置１は、第１基部（基部）２と、第１基部２から所定の間隔を隔てて配置され、第１基部２に対向する第２基部（基部）３と、第１基部２と第２基部３との間に収納された（設けられた）アナログ回路基板４と、第１基部２と第２基部３との間に収納され（設けられ）、アナログ回路基板４と電気的に接続されたデジタル回路基板５と、アナログ回路基板４に搭載され、外力に応じて信号を出力する電荷出力素子（圧電素子）１０および電荷出力素子１０を収納するパッケージ（収容部）６０を有する４つのセンサーデバイス６と、８つの与圧ボルト（固定部材）７１と、を備えている。
【００２９】
以下に、力検出装置１の各部の構成について詳述する。
なお、以下の説明では、図２に示すように、４つのセンサーデバイス６のうち、図２中の右側に位置するセンサーデバイス６を「センサーデバイス６Ａ」といい、以降反時計回りに順に「センサーデバイス６Ｂ」、「センサーデバイス６Ｃ」、「センサーデバイス６Ｄ」という。
【００３０】
図１に示すように、第１基部（ベースプレート）２は、外形が板状をなし、その平面形状は、丸みを帯びた四角形をなす。なお、第１基部２の平面形状は、図示のものに限定されず、例えば円形や四角形外の多角形等であってもよい。
【００３１】
第１基部２の下面２２１は、力検出装置１が例えばロボットに固定されて使用されるときに、当該ロボット（測定対象）に対する取付面（第１取付面）として機能する。
【００３２】
この第１基部２は、底板２２と、底板２２から上方に向かって立設した壁部２４とを有している。
【００３３】
壁部２４は、「Ｌ」字状をなし、外方に臨む２つの面にそれぞれ凸部２３が突出形成されている。各凸部２３の頂面２３１は、底板２２に対して垂直な平面である。また、凸部２３には、後述する与圧ボルト７１と螺合する雌ネジ２４１が設けられている（図２参照）。
【００３４】
図１に示すように、第１基部２に対し所定の間隔を隔てて対向するように、第２基部（カバープレート）３が配置されている。
【００３５】
第２基部３も、第１基部２と同様に、その外形が板状をなしている。また、第２基部３の平面形状は、第１基部２の平面形状に対応した形状であることが好ましく、本実施形態では、第２基部３の平面視形状は、第１基部２の平面視形状と同様に、角部が丸みを帯びた四角形をなしている。また、第２基部３は、第１基部２を包含する程度の大きさであるのが好ましい。
【００３６】
第２基部３の上面３２１は、力検出装置１が例えばロボットに固定されて使用されるときに、当該ロボットに装着されるエンドエフェクター（測定対象）に対する取付面（第２取付面）として機能する。また、第２基部３の上面３２１と、前述した第１基部２の下面２２１とは、外力が付与していない自然状態では平行となっている。
【００３７】
また、第２基部３は、天板３２と、天板３２の縁部に形成され、当該縁部から下方に向かって突出した側壁３３とを有している。側壁３３の内壁面３３１は、天板３２に対して垂直な平面である。そして、第１基部２の頂面２３１と第２基部３の内壁面３３１との間には、センサーデバイス６が設けられている。
【００３８】
また、第１基部２と第２基部３とは、与圧ボルト７１により、接続、固定されている。この与圧ボルト７１は、図２に示すように、８本（複数）あり、そのうちの２本ずつが各センサーデバイス６の両側に配置されている。なお、１つのセンサーデバイス６に対する与圧ボルト７１の数は、２つに限定されず、例えば、３つ以上であってもよい。
【００３９】
また、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、各種樹脂材料、各種金属材料等を用いることができる。
【００４０】
このように与圧ボルト７１によって接続された第１基部２と第２基部３とで、センサーデバイス６Ａ〜６Ｄ、アナログ回路基板４、およびデジタル回路基板５を収納する収納空間を形成している。この収納空間は、円形または角丸正方形の断面形状を有する。
【００４１】
また、図１に示すように、第１基部２と第２基部３との間には、センサーデバイス６に接続されたアナログ回路基板４が設けられている。
【００４２】
アナログ回路基板４のセンサーデバイス６（具体的には、電荷出力素子１０）が配置されている部位には、第１基部２の各凸部２３が挿入される孔４１が形成されている。この孔４１は、アナログ回路基板４を貫通する貫通孔である。
【００４３】
また、図２に示すように、アナログ回路基板４には各与圧ボルト７１が貫通する貫通孔が設けられており、アナログ回路基板４の与圧ボルト７１が貫通する部分（貫通孔）には、樹脂材料等の絶縁材料で構成されたパイプ４３が例えば嵌合により固定されている。
【００４４】
また、図３に示すように、センサーデバイス６Ａに接続されたアナログ回路基板４は、センサーデバイス６Ａの電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｙ１を電圧Ｖｙ１に変換する変換出力回路９０ａと、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｚ１を電圧Ｖｚ１に変換する変換出力回路９０ｂと、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｘ１を電圧Ｖｘ１に変換する変換出力回路９０ｃとを備えている。
【００４５】
センサーデバイス６Ｂに接続されたアナログ回路基板４は、センサーデバイス６Ｂの電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｙ２を電圧Ｖｙ２に変換する変換出力回路９０ａと、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｚ２を電圧Ｖｚ２に変換する変換出力回路９０ｂと、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｘ２を電圧Ｖｘ２に変換する変換出力回路９０ｃとを備えている。
【００４６】
センサーデバイス６Ｃに接続されたアナログ回路基板４は、センサーデバイス６Ｃの電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｙ３を電圧Ｖｙ３に変換する変換出力回路９０ａと、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｚ３を電圧Ｖｚ３に変換する変換出力回路９０ｂと、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｘ３を電圧Ｖｘ３に変換する変換出力回路９０ｃとを備えている。
【００４７】
センサーデバイス６Ｄに接続されたアナログ回路基板４は、センサーデバイス６Ｄの電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｙ４を電圧Ｖｙ４に変換する変換出力回路９０ａと、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｚ４を電圧Ｖｚ４に変換する変換出力回路９０ｂと、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｘ４を電圧Ｖｘ４に変換する変換出力回路９０ｃとを備えている。
【００４８】
また、図１に示すように、第１基部２と第２基部３との間には、第１基部２上のアナログ回路基板４が設けられている位置とは異なる位置に、アナログ回路基板４に接続された支持されたデジタル回路基板５が設けられている。図３に示すように、デジタル回路基板５は、変換出力回路（変換回路）９０ａ、９０ｂ、９０ｃに接続されたＡＤコンバーター４０１と、ＡＤコンバーター４０１に接続された演算部（演算回路）４０２とを有する外力検出回路４０を備えている。
【００４９】
なお、上述した第１基部２、第２基部３、アナログ回路基板４の各素子および各配線以外の部位、デジタル回路基板５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、各種樹脂材料、各種金属材料等を用いることができる。
【００５０】
また、第１基部２、第２基部３は、それぞれ、外形が板状をなす部材で構成されているが、これに限定されず、例えば、一方の基部が板状をなす部材で構成され、他方の基部がブロック状をなす部材で構成されていてもよい。
【００５１】
次に、センサーデバイス６について、詳細に説明する。
［センサーデバイス］
図１、図２に示すように、センサーデバイス６Ａは、第１基部２の４つの凸部２３のうちの１つの凸部２３の頂面２３１と、この頂面２３１に対向する内壁面３３１とによって挟持されている。このセンサーデバイス６Ａと同様に、前記と異なる１つの凸部２３の頂面２３１と、この頂面２３１に対向する内壁面３３１とによって、センサーデバイス６Ｂが挟持されている。また、前記と異なる１つの凸部２３の頂面２３１と、この頂面２３１に対向する内壁面３３１とによって、センサーデバイス６Ｃが挟持されている。さらに、前記と異なる１つの凸部２３の頂面２３１と、この頂面２３１に対向する内壁面３３１によって、センサーデバイス６Ｄが挟持されている。
【００５２】
なお、以下では、各センサーデバイス６Ａ〜６Ｄが第１基部２および第２基部３によって挟持されている方向を「挟持方向ＳＤ」という。また、各センサーデバイス６Ａ〜６Ｄのうちセンサーデバイス６Ａが挟持されている方向を第１挟持方向、センサーデバイス６Ｂが挟持されている方向を第２挟持方向、センサーデバイス６Ｃが挟持されている方向を第３挟持方向、センサーデバイス６Ｄが挟持されている方向を第４挟持方向ということもある。
【００５３】
なお、本実施形態では、図１に示すように、センサーデバイス６は、アナログ回路基板４の第２基部３（側壁３３）側に設けられているが、センサーデバイス６は、アナログ回路基板４の第１基部２側に設けられていてもよい。
【００５４】
また、図２に示すように、センサーデバイス６Ａおよびセンサーデバイス６Ｂと、センサーデバイス６Ｃおよびセンサーデバイス６Ｄとは、第１基部２のβ軸に沿った中心軸２７１に関して対称的に配置されている。すなわち、センサーデバイス６Ａ〜６Ｄは、第１基部２の中心２７２回りに等角度間隔に配置されている。このようにセンサーデバイス６Ａ〜６Ｄを配置することより、外力を偏りなく検出することができる。
【００５５】
なお、センサーデバイス６Ａ〜６Ｄの配置は図示のものに限定されないが、センサーデバイス６Ａ〜６Ｄは、第２基部３の上面３２１から見て、第２基部３の中心部（中心２７２）からできる限り離間した位置に配置されているのが好ましい。これにより、力検出装置１に加わる外力を安定して検出することができる。
【００５６】
また、本実施形態では、センサーデバイス６Ａ〜６Ｄは、全て同じ方向を向いた状態に搭載されているが、センサーデバイス６Ａ〜６Ｄの向きは、それぞれ、異なっていてもよい。
【００５７】
このように配置されたセンサーデバイス６は、図１に示すように、電荷出力素子１０と、電荷出力素子１０を収納するパッケージ６０とを有している。また、本実施形態では、センサーデバイス６Ａ〜６Ｄは、同様の構成である。
【００５８】
＜パッケージ＞
図２に示すように、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、平面形状で四角形をなしている。なお、パッケージ６０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。
【００５９】
また、図１に示すように、パッケージ６０は、凹部を有する凹状部材６１と、その凹状部材６１に接合された蓋体６２とを有している。
【００６０】
凹状部材６１の凹部には、電荷出力素子１０が設置されており、その凹部は、蓋体６２により封止されている。これにより、凹状部材６１と蓋体６２とで電荷出力素子１０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。
【００６１】
また、凹状部材６１は、第１基部２側に配置されており、蓋体６２は、第２基部３側に配置されている。そして、第１基部２および第２基部３が与圧ボルト７１により固定されることで、凹状部材６１と蓋体６２とは、第１基部２の頂面２３１と第２基部３の内壁面３３１とで挟持方向ＳＤに挟持されて与圧される。さらに、凹状部材６１と蓋体６２とにより、電荷出力素子１０も挟持方向ＳＤに挟持されて与圧される。すなわち、電荷出力素子１０は、パッケージ６０を介して、１つの凸部２３の頂面２３１と第２基部３の内壁面３３１との間で挟持され、与圧されている。
【００６２】
また、凹状部材６１は、その底面が平坦な面であり、第１基部２の頂面２３１に当接されるとともに、アナログ回路基板４に固定されている。また、凹状部材６１の底面の端部には、電荷出力素子１０と電気的に接続された複数の端子（図示せず）が設けられている。当該各端子は、それぞれ、アナログ回路基板４と電気的に接続されており、これにより、電荷出力素子１０とアナログ回路基板４とが電気的に接続される。
【００６３】
また、蓋体６２は、本実施形態では、板状をなし、その中央部６２５と外周部６２６との間の部位が屈曲することで、中央部６２５が第２基部３に向かって突出している。この中央部６２５は第２基部３の内壁面３３１に当接している。また、中央部６２５の形状は、特に限定されないが、本実施形態では、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、各センサーデバイス６の上面６５および下面は、いずれも平坦な面である。
【００６４】
なお、凹状部材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、凹状部材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。
【００６５】
［電荷出力素子］
電荷出力素子１０は、力検出装置１に加わった外力、すなわち第１基部２または第２基部３の少なくとも一方の基部に加えられた外力に応じて電荷を出力する機能を有する。なお、第１基部２または第２基部３のいずれかの基部を外力が加わる基部としてもよいが、本実施形態では、第２基部３を外力が加わる基部として説明する。
【００６６】
なお、センサーデバイス６Ａ〜６Ｄが備える各電荷出力素子１０は、同じ構成であるため、１つの電荷出力素子１０について中心的に説明する。
【００６７】
図４に示すように、センサーデバイス６が備える電荷出力素子１０は、グランド電極層１１と、第１のセンサー１２と、第２のセンサー１３と、第３のセンサー１４とを有している。
【００６８】
第１のセンサー１２は、外力（せん断力）に応じて電荷Ｑｘ（電荷Ｑｘ１、Ｑｘ２、Ｑｘ３、Ｑｘ４のいずれか）を出力する機能を有する。第２のセンサー１３は、外力（圧縮／引張力）に応じて電荷Ｑｚ（電荷Ｑｚ１、Ｑｚ２、Ｑｚ３、Ｑｚ４）を出力する機能を有する。第３のセンサー１４は、外力（せん断力）に応じて電荷Ｑｙ（電荷Ｑｙ１、Ｑｙ２、Ｑｙ３、Ｑｙ４）を出力する。
【００６９】
また、センサーデバイス６が備える電荷出力素子１０は、グランド電極層１１と各センサー１２、１３、１４は交互に平行に積層されている。以下、この積層された方向を「積層方向ＬＤ」という。この積層方向ＬＤは、上面３２１の法線ＮＬ２（または下面２２１の法線ＮＬ１）と直交する方向となっている。また、積層方向ＬＤは、挟持方向ＳＤと平行となっている。
【００７０】
また、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、各側壁３３の内壁面３３１に対して垂直な方向から見て、四角形をなしている。なお、各電荷出力素子１０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。
【００７１】
以下、グランド電極層１１、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について詳述する。
【００７２】
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。
【００７３】
第１のセンサー１２は、積層方向ＬＤ（第１の挟持方向）と直交する、すなわち、法線ＮＬ２（法線ＮＬ１）の方向と同じ方向の第１検出方向の外力（せん断力）に応じて電荷Ｑｘを出力する機能を有する。すなわち、第１のセンサー１２は、外力に応じて正電荷または負電荷を出力するよう構成されている。
【００７４】
第１のセンサー１２は、第１の圧電体層（第１検出板）１２１と、第１の圧電体層１２１と対向して設けられた第２の圧電体層（第１検出板）１２３と、第１の圧電体層１２１と第２の圧電体層１２３との間に設けられた出力電極層１２２を有する。
【００７５】
第１の圧電体層１２１は、Ｙカット水晶板で構成され、互いに直交する結晶軸であるｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を有する。ｙ軸は、第１の圧電体層１２１の厚さ方向に沿った軸であり、ｘ軸は、図４中の紙面奥行き方向に沿った軸であり、ｚ軸は、図４中の上下方向に沿った軸である。
【００７６】
以下では、これら図示した各矢印の先端側を「＋（正）」、基端側を「−（負）」として説明する。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。なお、後述する第２の圧電体層１２３、第３の圧電体層１３１、第４の圧電体層１３３、第５の圧電体層１４１、および第６の圧電体層１４３についても同様である。
【００７７】
水晶により構成された第１の圧電体層１２１は、広いダイナミックレンジ、高い剛性、高い固有振動数、高い耐荷重性等の優れた特性を有する。また、Ｙカット水晶板は、その面方向に沿った外力（せん断力）に対して電荷を生ずる。
【００７８】
そして、第１の圧電体層１２１の表面に対し、ｘ軸の正方向に沿った外（せん断力）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、ｘ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。
【００７９】
第２の圧電体層１２３も、Ｙカット水晶板で構成され、互いに直交する結晶軸であるｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を有する。ｙ軸は、第２の圧電体層１２３の厚さ方向に沿った軸であり、ｘ軸は、図４中の紙面奥行き方向に沿った軸であり、ｚ軸は、図４中の上下方向に沿った軸である。
【００８０】
水晶により構成された第２の圧電体層１２３も第１の圧電体層１２１と同様に、広いダイナミックレンジ、高い剛性、高い固有振動数、高い耐荷重性等の優れた特性を有し、Ｙカット水晶板であることにより、その面方向に沿った外力（せん断力）に対して電荷を生ずる。
【００８１】
そして、第２の圧電体層１２３の表面に対し、ｘ軸の正方向に沿った外力（せん断力）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、ｘ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。
【００８２】
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Ｑｘ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ｘ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Ｑｘ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ｘ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Ｑｘが出力される。
【００８３】
また、第１のセンサー１２が第１の圧電体層１２１と第２の圧電体層１２３とを有する構成となっていることは、第１の圧電体層１２１および第２の圧電体層１２３のうちの一方のみと出力電極層１２２とで構成されている場合と比較して、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Ｑｘを増加させることができる。なお、後述する第２のセンサー１３、第３のセンサー１４についても同様である。
【００８４】
また、出力電極層１２２の大きさは、第１の圧電体層１２１および第２の圧電体層１２３の大きさ以上であることが好ましい。出力電極層１２２が、第１の圧電体層１２１または第２の圧電体層１２３よりも小さい場合、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Ｑｘ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。
【００８５】
第２のセンサー１３は、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。すなわち、第２のセンサー１３は、圧縮力に応じて正電荷を出力し、引張力に応じて負電荷を出力するよう構成されている。
【００８６】
第２のセンサー１３は、第３の圧電体層（第３基板）１３１と、第３の圧電体層１３１と対向して設けられた第４の圧電体層（第３基板）１３３と、第３の圧電体層１３１と第４の圧電体層１３３との間に設けられた出力電極層１３２を有する
第３の圧電体層１３１は、Ｘカット水晶板で構成され、互いに直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を有する。ｘ軸は、第３の圧電体層１３１の厚さ方向に沿った軸であり、ｙ軸は、図４中の上下方向に沿った軸であり、ｚ軸は、図４中の紙面奥行き方向に沿った軸である。
【００８７】
そして、第３の圧電体層１３１の表面に対し、ｘ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、ｘ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。
【００８８】
第４の圧電体層１３３も、Ｘカット水晶板で構成され、互いに直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を有する。ｘ軸は、第４の圧電体層１３３の厚さ方向に沿った軸であり、ｙ軸は、図４中の上下方向に沿った軸であり、ｚ軸は、図４中の紙面奥行き方向に沿った軸である。
【００８９】
そして、第４の圧電体層１３３の表面に対し、ｘ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、ｘ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。
【００９０】
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ｘ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ｘ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。
【００９１】
第３のセンサー１４は、積層方向ＬＤ（第２の挟持方向）と直交し、第１のセンサー１２が電荷Ｑｘを出力する際に作用する外力の第１検出方向と交差する第２検出方向の外力（せん断力）に応じて電荷Ｑｘを出力する機能を有する。すなわち、第３のセンサー１４は、外力に応じて正電荷または負電荷を出力するよう構成されている。
【００９２】
第３のセンサー１４は、第５の圧電体層（第２検出板）１４１と、第５の圧電体層１４１と対向して設けられた第６の圧電体層（第２検出板）１４３と、第５の圧電体層１４１と第６の圧電体層１４３との間に設けられた出力電極層１４２を有する。
【００９３】
第５の圧電体層１４１は、Ｙカット水晶板で構成され、互いに直交する結晶軸であるｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を有する。ｙ軸は、第５の圧電体層１４１の厚さ方向に沿った軸であり、ｘ軸は、図４中の上下方向に沿った軸であり、ｚ軸は、図４中の紙面奥行き方向に沿った軸である。
【００９４】
水晶により構成された第５の圧電体層１４１は、広いダイナミックレンジ、高い剛性、高い固有振動数、高い耐荷重性等の優れた特性を有する。また、Ｙカット水晶板は、その面方向に沿った外力（せん断力）に対して電荷を生ずる。
【００９５】
そして、第５の圧電体層１４１の表面に対し、ｘ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、ｘ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。
【００９６】
第６の圧電体層１４３も、Ｙカット水晶板で構成され、互いに直交する結晶軸であるｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を有する。ｙ軸は、第６の圧電体層１４３の厚さ方向に沿った軸であり、ｘ軸は、図４中の上下方向に沿った軸であり、ｚ軸は、図４中の紙面奥行き方向に沿った軸である。
【００９７】
水晶により構成された第６の圧電体層１４３も第５の圧電体層１４１と同様に、広いダイナミックレンジ、高い剛性、高い固有振動数、高い耐荷重性等の優れた特性を有し、Ｙカット水晶板であることにより、その面方向に沿った外力（せん断力）に対して電荷を生ずる。
【００９８】
そして、第６の圧電体層１４３の表面に対し、ｘ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、ｘ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。
【００９９】
電荷出力素子１０では、積層方向ＬＤから見たとき、第１の圧電体層１２１および第２の圧電体層１２３の各ｘ軸と、第５の圧電体層１４１および第６の圧電体層１４３の各ｘ軸とが交差している。また、積層方向ＬＤから見たとき、第１の圧電体層１２１および第２の圧電体層１２３の各ｚ軸と、第５の圧電体層１４１および第６の圧電体層１４３の各ｚ軸とが交差している。
【０１００】
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Ｑｙ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ｘ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Ｑｙ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ｘ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Ｑｙが出力される。
【０１０１】
このように、電荷出力素子１０では、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、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸に沿った各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。
【０１０２】
また、電荷出力素子１０は、上述したように、電荷Ｑｚを出力することができるが、力検出装置１では、各外力を求める際、電荷Ｑｚを用いないことが好ましい。すなわち、力検出装置１は、圧縮や引張力を検出せずに、せん断力を検出する装置として用いることが好ましい。これにより、力検出装置１の温度変化に起因するノイズ成分を低減することができる。
【０１０３】
ここで、外力検出時に電荷Ｑｚを用いないことが好ましい理由として、力検出装置１を、エンドエフェクターが装着されたアームを有する産業用ロボットに用いた場合を例に挙げて説明する。この場合、アームやエンドエフェクターに設けられたモーター等の発熱源からの熱伝達により、第１基部２または第２基部３が加熱されて熱膨張し、変形する。この変形により、電荷出力素子１０に対する与圧が所定の値から変化してしまう。この電荷出力素子１０に対する与圧変化が、力検出装置１の温度変化に起因するノイズ成分として、電荷Ｑｚに著しい影響を及ぼす程度に含まれてしまうからである。
【０１０４】
このようなことから、電荷出力素子１０は、圧縮や引張力が加えられることで生じる電荷Ｑｚを用いずに、せん断力が加えられることで生じる電荷Ｑｘ、Ｑｙのみを検出することで、温度の変動による影響をより受けにくくすることができる。
【０１０５】
なお、出力された電荷Ｑｚは、例えば、与圧ボルト７１による与圧の調整に用いられる。
【０１０６】
また、本実施形態では、前述した各圧電体層（第１の圧電体層１２１、第２の圧電体層１２３、第３の圧電体層１３１、第４の圧電体層１３３、第５の圧電体層１４１、および第６の圧電体層１４３）は、全て水晶を用いた構成としているが、各圧電体層は、水晶以外の圧電材料を用いた構成であったもよい。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。しかしながら、各圧電体層は、水晶を用いた構成であることが好ましい。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、高い耐荷重性等の優れた特性を有するためである。
【０１０７】
また、前述したように、第１基部２、および第２基部３とは、与圧ボルト７１によって固定されている。
【０１０８】
この与圧ボルト７１による固定は、頂面２３１と内壁面３３１との間に各センサーデバイス６を配置した状態で、与圧ボルト７１を第２基部３の側壁３３側から第１基部２の凸部２３に向かって差し込み、与圧ボルト７１の雄ネジ（図示せず）を第１基部２に形成された雌ネジ２４１に螺合する。このようにして、電荷出力素子１０は、当該電荷出力素子１０を収納するパッケージ６０ごと第１基部２と第２基部３とによって所定の大きさの圧力、すなわち、与圧が加えられる。
【０１０９】
なお、第１基部２と、第２基部３とは、２つの与圧ボルト７１により、互いに所定量の変位（移動）が可能なように固定される。第１基部２と、第２基部３とが互いに所定量の変位が可能なように固定されることで、力検出装置１に外力（せん断力）が加わることで電荷出力素子１０にせん断力が作用したとき、電荷出力素子１０を構成する層同士の間での摩擦力が確実に生じ、よって、電荷を確実に検出することができる。また、各与圧ボルト７１による与圧方向は、積層方向ＬＤに平行な方向となっている。
【０１１０】
図５に示すように、このような構成の電荷出力素子１０は、その積層方向ＬＤが、α軸に対して傾斜角度εで傾斜している。具体的には、第１のセンサー１２のｘ軸および第３のセンサー１４のｚ軸がα軸に対して傾斜角度εで傾斜している。したがって、本実施形態では、α軸は、センサーデバイス６Ａの電荷出力素子１０とセンサーデバイス６Ｂの電荷出力素子１０とのなす角を二等分する二等分線となっている。
【０１１１】
また、図６に示すように、各電荷出力素子１０は、第１のセンサー１２のｘ軸と第１基部２の底板２２とのなす角度をηとしたとき、角度ηが０°≦η＜９０°を満足する程度まで傾くのが許容される。なお、図６は、図５中の矢印Ｄ方向から見た図であり、α軸（底板２２の下面２２１）に対して角度ηで傾斜した場合の電荷出力素子１０を仮想線（２点鎖線）で図示しいる。
【０１１２】
次に、各アナログ回路基板４が備える変換出力回路９０ａ、変換出力回路９０ｂ、および変換出力回路９０ｃについて詳述する。
【０１１３】
［変換出力回路］
図３に示すように、各変換出力回路９０ｃが、電荷Ｑｘ１〜Ｑｘ４のいずれか（電荷Ｑｘ）を電圧Ｖｘ１〜Ｖｘ４のいずれか（代表的に「電圧Ｖｘ」という）に変換し、各変換出力回路９０ｂが、電荷Ｑｚ１〜Ｑｚ４のいずれか（電荷Ｑｚ）を電圧Ｖｚ１〜Ｖｚ４のいずれか（代表的に「電圧Ｖｚｙ」という）に変換し、各変換出力回路９０ａが、電荷Ｑｙ１〜Ｑｙ４のいずれか（電荷Ｑｙ）を電圧Ｖｙ１〜Ｖｙ４のいずれか（代表的に「電圧Ｖｙ」という）に変換する。
【０１１４】
以下に、変換出力回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃの構成等について詳述するが、各変換出力回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃは、同じ構成であるため、以下では、変換出力回路９０ｃについて代表的に説明する。
【０１１５】
図３に示すように、変換出力回路９０ｃは、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｘを電圧Ｖｘに変換して電圧Ｖｘを出力する機能を有する。変換出力回路９０ｃは、オペアンプ９０１と、コンデンサー９０２と、スイッチング素子９０３とを有する。オペアンプ９０１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９０１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９０１の出力端子は、外力検出回路４０に接続されている。コンデンサー９０２は、オペアンプ９０１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９０３は、オペアンプ９０１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９０２と並列接続されている。また、スイッチング素子９０３は、駆動回路（図示せず）に接続されており、駆動回路からのオン／オフ信号に従い、スイッチング素子９０３はスイッチング動作を実行する。
【０１１６】
スイッチング素子９０３がオフの場合、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｘは、静電容量Ｃ１を有するコンデンサー９０２に蓄えられ、電圧Ｖｘとして外力検出回路４０に出力される。次に、スイッチング素子９０３がオンになった場合、コンデンサー９０２の両端子間が短絡される。その結果、コンデンサー９０２に蓄えられた電荷Ｑｘは、放電されて０クーロンとなり、外力検出回路４０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９０３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Ｖｘは、電荷出力素子１０から出力される電荷Ｑｘの蓄積量に比例する。
【０１１７】
スイッチング素子９０３は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、その他、半導体スイッチまたはＭＥＭＳスイッチ等である。このようなスイッチは、機械式スイッチ（メカスイッチ）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９０３としてＭＯＳＦＥＴを用いた場合を説明する。なお、図３に示すように、このようなスイッチは、変換出力回路９０ｃや、変換出力回路９０ａ、９０ｂに実装されているが、その他、ＡＤコンバーター４０１にも実装することができる。
【０１１８】
スイッチング素子９０３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９０３のドレイン電極またはソース電極の一方がオペアンプ９０１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９０１の出力端子に接続されている。また、スイッチング素子９０３のゲート電極は、駆動回路（図示せず）に接続されている。
【０１１９】
各変換出力回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃのスイッチング素子９０３には、同一の駆動回路が接続されていてもよいし、それぞれ異なる駆動回路が接続されていてもよい。各スイッチング素子９０３には、駆動回路から、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９０３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９０３のオン／オフタイミングは一致する。
【０１２０】
次に、デジタル回路基板５が備える外力検出回路４０について詳述する。
［外力検出回路］
外力検出回路４０は、各変換出力回路９０ａから出力される電圧Ｖｙ１、Ｖｙ２、Ｖｙ３、Ｖｙ４と、各変換出力回路９０ｂから出力される電圧Ｖｚ１、Ｖｚ２、Ｖｚ３、Ｖｚ４と、各変換出力回路９０ｃから出力される電圧Ｖｘ１、Ｖｘ２、Ｖｘ３、Ｖｘ４とに基づき、加えられた外力を検出する機能を有する。
【０１２１】
この外力検出回路４０は、変換出力回路（変換回路）９０ａ、９０ｂ、９０ｃに接続されたＡＤコンバーター４０１と、ＡＤコンバーター４０１に接続された演算部（演算回路）４０２とを有する。
【０１２２】
ＡＤコンバーター４０１は、電圧Ｖｘ１、Ｖｙ１、Ｖｚ１、Ｖｘ２、Ｖｙ２、Ｖｚ２、Ｖｘ３、Ｖｙ３、Ｖｚ３、Ｖｘ４、Ｖｙ４、Ｖｚ４をアナログ信号からデジタル信号へ変換する機能を有する。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、Ｖｘ２、Ｖｙ２、Ｖｚ２、Ｖｘ３、Ｖｙ３、Ｖｚ３、Ｖｘ４、Ｖｙ４、Ｖｚ４は、演算部４０２に入力される。
【０１２３】
演算部４０２は、デジタル変換された電圧Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚに対して、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の各処理を行なう。そして、演算部４０２は、電荷出力素子１０から出力される電荷Ｑｘ、Ｑｙ、Ｑｚの蓄積量に比例する３つの信号を出力する。
【０１２４】
＜α軸、β軸およびγ軸方向の力検出（力検出方法）＞
前述したように、各電荷出力素子１０は、積層方向ＬＤと挟持方向ＳＤとが第１基部２（底板２２）に対して平行であり、かつ、上面３２１の法線ＮＬ２と直交するように設置された状態となっている（図１参照）。
【０１２５】
そして、α軸方向の力ＦＡ、β軸方向の力ＦＢおよびγ軸方向の力ＦＣは、それぞれ、下記式（１）、（２）および（３）で表すことができる。式（１）〜（３）中の「ｆｘ１−１」は、センサーデバイス６Ａの第１のセンサー１２（第１検出板）のｘ軸方向に加わる力、すなわち、電荷Ｑｘ１（第１の出力）から求められた力であり、「ｆｘ１−２」は、第３のセンサー１４（第２検出板）のｘ軸方向に加わる力、すなわち、電荷Ｑｙ１（第２の出力）から求められた力である。また、「ｆｘ２−１」は、センサーデバイス６Ｂの第１のセンサー１２（第１検出板）のｘ軸方向に加わる力（第３の出力）、すなわち、電荷Ｑｘ２から求められた力であり、「ｆｘ２−２」は、第３のセンサー１４（第２検出板）のｘ軸方向に加わる力、すなわち、電荷Ｑｙ２（第４の出力）から求められた力である。
【０１２６】
ＦＡ＝ｆｘ１−１・cosη・cosε−ｆｘ１−２・sinη・cosε
−ｆｘ２−１・cosη・cosε＋ｆｘ２−２・sinη・cosε・・・（１）
ＦＢ＝−ｆｘ１−１・cosη・sinε＋ｆｘ１−２・sinη・sinε
−ｆｘ２−１・cosη・sinε＋ｆｘ２−２・sinη・sinε・・・（２）
ＦＣ＝−ｆｘ１−１・sinη−ｆｘ１−２・cosη−ｆｘ２−１・sinη
−ｆｘ２−２・cosη・・・（３）
【０１２７】
例えば、図１、図２に示す構成の力検出装置１の場合、εは４５°、ηは０°となる。式（１）〜（３）のεに４５°を代入し、ηに０°を代入すると、力ＦＡ〜ＦＣは、それぞれ、
ＦＡ＝ｆｘ１−１／√２−ｆｘ２−１／√２
ＦＢ＝−ｆｘ１−１／√２−ｆｘ２−１／√２
ＦＣ＝−ｆｘ１−２−ｆｘ２−２
となる。
【０１２８】
このように力検出装置１では、力ＦＡ〜ＦＣを検出する際、温度の変動による影響を受け易い、すなわち、ノイズが乗り易い第２のセンサー１３（電荷Ｑｚ）を用いずに、その検出を行なうことができる。したがって、力検出装置１は、温度の変動による影響を受けにくく、例えば従来の力検出装置の１／２０以下に低減された装置となる。これにより、力検出装置１は、温度変化の激しい環境下でも、力ＦＡ〜Ｆを正確に安定して検出することができる。
【０１２９】
なお、実施形態での力検出装置１全体の並進力ＦＡ〜ＦＣ、および回転力ＭＡ〜ＭＣは、各電荷出力素子１０からの電荷に基づいて算出される。また、本実施形態では、電荷出力素子１０は４つ設けられているが、電荷出力素子１０は少なくとも３つ設けられていれば、回転力ＭＡ〜ＭＣを算出することが可能である。
【０１３０】
また、このような構成の力検出装置１は、総重量が１ｋｇよりも軽いものとなる。これにより、力検出装置１の重量を取り付けた手首にかかる負荷を低減させることができ、手首を駆動するアクチュエーターの容量を小さくできる為、手首を小型に設計することができる。さらに、この力検出装置１の重量は、ロボットアームが搬送できる最大能力の２０％よりも軽い。これにより、力検出装置１の重量を取り付けたロボットアームの制御を容易にすることができる。
【０１３１】
以上説明したような力検出装置１は、さらに第１基部２と第２基部３との間に、これらに接触（密接）して設けられた封止リング（環状の封止部材）９を備えている。この封止リング９により、前述した収納空間が気密的（液密的）に封止され、力検出装置１の内部へ、粉じんや水分等の異物が侵入することを防止することができ、よって、各センサーデバイス６から出力された電荷が漏洩することを防止することができる。
【０１３２】
図１および図７に示すように、第１基部２は、底板２２から上方に向かって立設した周壁２５を有している。この周壁２５は、底板２２の外縁部に沿って設けられ、四角形の筒状をなしている。
【０１３３】
一方、第２基部３は、側壁３３から下方に突出した突出部３５を有している。この突出部３５は、側壁３３の内縁部に沿って設けられ、四角形の筒状をなしている。
【０１３４】
力検出装置１を組み立てた状態（以下、「力検出装置１の組立状態」と言う。）において、突出部３５は、図７に示すように、第１基部２の周壁２５の内側に位置している。また、突出部３５の外形（外周縁で規定される領域）のサイズは、周壁２５の内形（内周円で規定される領域）のサイズより小さく設定されている。これにより、突出部３５（第２基部３の一部）と周壁２５（第１基部２の一部）とは、力検出装置１の側方（γ軸に対して直交する方向）から見て、それらの全周にわたって互いに重なるとともに、突出部３５と周壁２５との間には、隙間２９が形成されている。
【０１３５】
この突出部３５と周壁２５とが重なる部分において、突出部３５の周壁２５の内面（第１対向面）２５１に臨む面（第２対向面）３５１には、その周方向に沿って溝３７が形成されている。
【０１３６】
なお、溝３７の縦断面形状は、図示の構成では長方形（矩形）状であるが、これに限定されず、例えば、長方形状以外の多角形状や半円形状等であってもよい。
【０１３７】
この溝３７内に弾性を有する環状部材で構成された封止リング９が、例えば嵌合により設けられている。この封止リング９は、γ軸方向に沿って延びた筒状の第１部位９１と、第１部位９１のγ軸方向の途中から外方に向かって突出したリブ状の第２部位９２とを有し、その縦断面形状が略Ｔ字状をなしている。
【０１３８】
また、封止リング９の縦弾性係数は、突出部３５（第２基部３）の縦弾性係数および周壁２５（第１基部２）の縦弾性係数よりも高い部材である。この封止リング９の構成材料としては、特に限定されず、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂等の各種樹脂材料や、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、シリコーンゴム、ラテックスゴム等の各種エラストマー等が挙げられ、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。
【０１３９】
第１部位９１は、溝３７内において突出部３５（第２基部３）に接触し、第２部位９２は、第１部位９１と反対側の端部において、周壁２５（第１基部２）の第１対向面２５１に接触している。
【０１４０】
かかる構成の封止リング９は、周壁２５（第１基部）に接する面積が、突出部３５（第２基部）に接する面積よりも小さくなっている。このため、封止リング９は、周壁２５との接触面積が比較的小さくなるため、封止リング９と周壁２５との間に生じる摩擦力が必要以上に大きくなるのを防止することができる。一方、封止リング９は、突出部３５との接触面積が十分に大きくなるため、これらの間には高い摩擦力（嵌合力を含む）が生じる。
【０１４１】
また、図７に示すように、封止リング９の第２部位９２の厚さ（γ軸方向に沿った長さ）は、第１部位９１の厚さより小さく（短く）なっている。これにより、第２部位９２は、十分に高い弾性を有する。
【０１４２】
さらに、本実施形態では、第２部位９２の溝３７から突出する部分の長さが、力検出装置１の組立状態において、突出部３５と周壁２５との間に形成される隙間２９の幅（αβ平面に沿った方向の長さ）より大きく設定されている。
【０１４３】
このようなことから、第１基部２および第２基部３を組み立てる際に、封止リング９の第２部位９２が周壁２５に接触することにより、上方に向かって折れ曲がるように変形するので、突出部３５を周壁２５の内側に確実に挿入すること、すなわち、力検出装置１を確実に組立状態とすることができる。なお、このとき、第２部位９２と周壁２５との間の摩擦力は十分に低いため、突出部３５を周壁２５の内側に容易に挿入することもできる。一方、第１部位９１と突出部３５との間の摩擦力（嵌合力を含む）は十分に高いため、第１基部２および第２基部３を組み立てる際に、封止リング９が溝３７から離脱するのを確実に防止することができる。
【０１４４】
また、第１基部２と第２基部３とを組み立てた状態では、封止リング９は、その弾性力により、溝３７において第１部位９１が突出部３５に密着（密接）、第２部位９２が周壁２５の第１対向面２５１に密着する。このため、力検出装置１の組立状態において、収納空間は、封止リング９により確実に封止される。
【０１４５】
なお、封止リング９は、自然状態（圧縮される前の状態）では、第２部位９２が第１部位９１に対してほぼ直交しているが、力検出装置１の組立状態では、周壁２５の第１対向面２５１との摩擦力により、第２部位９２の第１部位９１と反対側の端部が、第１部位９１側の端部より上側に位置するように若干撓んでいる。
【０１４６】
かかる構成により次のような効果が得られる。まず、封止リング９は、環状をなしているため、熱膨張により変形しても、その変形（熱膨張）は、周方向にはほぼ均一となる（すなわち、対称性を有する）。このため、αβ平面方向における封止リング９の熱膨張に起因する各センサーデバイス６からの出力は相殺され、力検出装置１の検出感度に大きな影響を及ぼさない。また、封止リング９は、γ軸方向にほぼ垂直な方向（第２方向）において、第１基部２と第２基部３との間に設けられている。換言すれば、封止リング９は、γ軸方向において、第１基部２と第２基部３との間に設けられていない。このため、封止リング９が熱膨張により変形しても、第１基部２と第２基部とが離間する方向への応力が生じ難い。その結果、力検出装置１のγ軸方向（第１方向）における検出感度にも大きな影響を及ぼし難い。
【０１４７】
一方、封止リング９を、γ軸方向において第１基部２と第２基部３との間（例えば、図７中隙間２８）に設けた力検出装置（すなわち、従来の力検出装置に相当）では、上記と同様の理由から、αβ平面方向における封止リング９の熱膨張に起因する各センサーデバイス６からの出力は相殺され、検出感度に大きな影響を及ぼさないが、γ軸方向においては、第１基部２と第２基部３とを離間させる方向の応力が生じ、不要な応力として検出されてしまう。
【０１４８】
上記のように、封止リング９の熱膨張が、力検出装置１のγ軸方向における検出感度に及ぼす影響について、発明者らが行った検討結果に基づいて説明する。
【０１４９】
図８に示すように、本検討では、γ軸方向において第１基部２と第２基部３との間に封止リング９を配置した場合の力検出装置１Ａ（図８（ａ）参照）と、γ軸方向にほぼ垂直な方向において第１基部２と第２基部３との間に封止リング９を配置した場合の力検出装置１Ｂ（図８（ｂ）参照）とを用意した。なお、本検討では、縦断面形状が四角形の封止リング９を用いた。そして、外部環境の温度を２５℃から２６℃に変化させときの力検出装置１Ａおよび力検出装置１Ｂのγ軸方向の出力をそれぞれ検出した。
【０１５０】
その結果、力検出装置１Ａでは、γ軸方向の出力が、３．４ｋｇ／℃であった。これに対して、力検出装置１Ｂでは、γ軸方向の出力が、−７１．８ｋｇ／℃であった。このことから、力検出装置１Ａのγ軸方向の出力が、力検出装置１Ｂのγ軸方向の出力よりも２１倍程度小さいことが分かった。これにより、本実施形態のように、封止リング９をγ軸方向にほぼ垂直な方向において第１基部２と第２基部３との間に設けることで、γ軸方向における検出感度への影響を低減できることが分かった。
【０１５１】
なお、αβ平面方向における検出感度については、力検出装置１Ａと力検出装置１Ｂとの間で大きな差はなかった。
【０１５２】
なお、上述したような封止リング９は、第１部位９１と第２部位９２とが一体に形成されたものであるが、第１部位９１と第２部位９２とを別体に形成し、これらを接着剤による接着、融着することにより得られたものであってもよい。しかしながら、第１部位９１と第２部位９２との境界部の機械的強度を高くすることができるという観点から、第１部位９１と第２部位９２とは一体に形成されたものであることが好ましい。
【０１５３】
また、前述したように、封止リング９は、力検出装置１の組立状態において、周壁２５と側壁３３とで圧縮されているが、その圧縮される力（ラップ力）の程度は、特に限定されない。かかるラップ力は、封止リング９の弾性力、その形状、力検出装置１の組立状態において突出部３５と周壁２５との間に形成される隙間２９の幅の大きさ等に応じて設定される。
【０１５４】
また、本実施形態では、封止リング９は、第１部位９１が突出部３５に接触し、第２部位９２が周壁２５に接触するように設けられているが、第１部位９１が周壁２５に接触し、第２部位９２が突出部３５に接触するように設けられていてもよい。
【０１５５】
また、本実施形態では、突出部３５に溝３７が設けられているが、突出部３５には、溝３７が設けられていなくてもよい。すなわち、突出部３５の第２対向面３５１が、その全周にわたって、平坦面で構成されてもよい。また、第１部位９１を周壁２５に接触するように設ける場合には、周壁２５の第１対向面２５１に、例えば溝３７と同様の溝を設けるようにしてもよい。
【０１５６】
また、本実施形態では、封止リング９は、その幅方向（外縁および内縁の一方から他方に向かう方向）が、γ軸方向に対してほぼ垂直となるように設けられているが、γ軸方向に対して傾斜するように（γ軸方向と平行とならないように）設けられていてもよい。かかる構成によっても、前記と同様の効果を生じることができる。この封止リング９の幅方向とγ軸方向とのなす角度は、１５〜９０°であるのが好ましく、３０〜９０°であることがより好ましく、４５〜９０°であるのがさらに好ましい。
【０１５７】
なお、封止リング９の形状は、上述した形状に限定されず、その他、例えば図９に示すような形状とするこもできる。
【０１５８】
図９（ａ）に示す封止リング９は、筒状の第１部位９１と、第１部位９１のγ軸方向の下端部から外方に向かって突出したリブ状の第２部位９２とを有し、その縦断面形状が略Ｌ字状をなしている。
【０１５９】
図９（ｂ）に示す封止リング９は、筒状の第１部位９１と、第１部位９１のγ軸方向の下端部から外方に向かって突出したリブ状の第２部位９２と、第１部位９１のγ軸方向の上端部から外方に向かって突出したリブ状の第３部位９３とを有し、その縦断面形状が略コ字状をなしている。
【０１６０】
また、図９（ｃ）に示す封止リング９は、突出部３５側に位置する筒状の第１部位９１と、周壁２５側に位置する筒状の第３部位９３と、これらの下端部同士を接続するリブ状の第２部位９２とを有し、その縦断面形状が略Ｕ字状をなしている。
【０１６１】
≪第２実施形態≫
図１０は、本発明に係る力検出装置の第２実施形態を示す断面図である。なお、図１０は、第２実施形態の力検出装置が備える封止部材とその周辺の部分の拡大図を示している。
【０１６２】
以下、これらの図を参照して本発明の第２実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
【０１６３】
本実施形態では、封止リング（封止部材）の構成が異なること以外は、前記第１実施形態と同様である。
【０１６４】
具体的には、図１０に示す封止リング９は、その縦断面形状において、角部が丸みを持った長方形状（略楕円状）をなしている。かかる構成の封止リング９によっても、図７に示す封止リング９と同様の作用・効果を生じる。
【０１６５】
なお、図１０に示す構成の封止リング９では、その縦断面のγ軸方向において、急激な形状変化がない。このため、封止リング９は、繰り返し熱変形しても、破損し難くなる。また、図１０に示す構成の封止リング９であると、封止リング９全体として弾性を保持でき、収納空間を封止リング９により確実に封止することができる。
【０１６６】
なお、封止リング９の形状は、上述した形状に限定されず、その他、その縦断面形状が、長円形、真円等の円形状、三角形、四角形、ひし形等の多角形状等であってもよい。
【０１６７】
２．単腕ロボット
次に、図１１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。
【０１６８】
図１１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１１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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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。
【０１７１】
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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
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。
【０１７５】
３．複腕ロボット
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。
【０１７６】
この複腕ロボットは、２本のアームと、各アームとエンドエフェクターとの間に力検出装置を有している。なお、力検出装置としては、前述した各実施形態と同様のものを用いる。
【０１７７】
また、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。
【０１７８】
４．電子部品検査装置および電子部品搬送装置
本発明の力検出装置を備えた電子部品検査装置（電子部品検出装置）および電子部品搬送装置を説明する。
【０１７９】
電子部品搬送装置は、電子部品を把持する把持部と、把持部に加えられる力を検出する力検出装置とを備えている。なお、力検出装置としては、前述した各実施形態と同様のものを用いる。
【０１８０】
そして、電子部品検査装置は、電子部品搬送装置を内蔵しており、電子部品搬送装置で搬送された電子部品を検査する検査部を備えている。
【０１８１】
５．部品加工装置
部品加工装置の実施形態を説明する。
【０１８２】
部品加工装置は、工具を変位させる工具変位部と、工具変位部に接続された力検出装置１とを備えている。なお、力検出装置としては、前述した各実施形態と同様のものを用いる。
【０１８３】
以上、本発明の力検出装置、およびロボットを図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、力検出装置、およびロボットを構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。
【０１８４】
また、本発明の力検出装置、およびロボットは、前記各実施形態のうちの、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。
【０１８５】
また、本発明の力検出装置では、電荷出力素子は、４つ設けられていたが、電荷出力素子の数は、これに限定されない。例えば、電荷出力素子は、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。
【０１８６】
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く、また、ボルト以外の固定方法を採用してもよい。
【０１８７】
また、本発明のロボットは、アームを有していれば、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。
【０１８８】
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、部品加工装置および移動体に限らず、他の装置、例えば、他の搬送装置、他の検査装置、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】
【０１８９】
１、１Ａ、１Ｂ…力検出装置
２…第１基部
２２…底板
２３…凸部
２２１…下面
２３１…頂面
２４…壁部
２４１…雌ネジ
２７１…中心軸
２７２…中心
２５…周壁
２８、２９…隙間
２５１…第１対向面（内面）
３…第２基部
３２…天板
３３…側壁
３２１……上面
３３１…内壁面
３５…突出部
３７…溝
３５１…第２対向面
４…アナログ回路基板
４０…外力検出回路
４０１…ＡＤコンバーター
４０２…演算部
４１…孔
４３…パイプ
５…デジタル回路基板
６、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ…センサーデバイス
６０…パッケージ（収容部）
６１…凹状部材
６２…蓋体
６２５…中央部
６２６…外周部
７１…与圧ボルト
９…封止リング（封止部材）
９１…第１部位
９２…第２部位
９３…第３部位
９０ａ、９０ｂ、９０ｃ…変換出力回路
９０１…オペアンプ
９０２…コンデンサー
９０３…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（圧電体層）
１２２…出力電極層
１２３…第２の圧電体層（圧電体層）
１３…第２のセンサー
１３１…第３の圧電体層（圧電体層）
１３２…出力電極層
１３３…第４の圧電体層（圧電体層）
１４…第３のセンサー
１４１…第５の圧電体層（圧電体層）
１４２…出力電極層
１４３…第６の圧電体層（圧電体層）
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
ＬＤ…積層方向
ＳＤ…挟持方向
ＮＬ１、ＮＬ２…法線
Ｑｘ、Ｑｙ、Ｑｚ、Ｑｘ１、Ｑｙ１、Ｑｚ１、Ｑｘ２、Ｑｙ２、Ｑｚ２、Ｑｘ３、Ｑｙ３、Ｑｚ３、Ｑｘ４、Ｑｙ４、Ｑｚ４…電荷
Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚ、Ｖｘ１、Ｖｙ１、Ｖｚ１、Ｖｘ２、Ｖｙ２、Ｖｚ２、Ｖｘ３、Ｖｙ３、Ｖｚ３、Ｖｘ４、Ｖｙ４、Ｖｚ４…電圧
【図１】
2015184005.tif 000003
【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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