(57)【要約】【課題】力検出の精度を向上させることができる力検出装置、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を提供すること。【解決手段】本発明の力検出装置は、第１の基部と、第２の基部と、前記第１の基部と前記第２の基部との間に設けられ、外力に応じて電荷を出力する素子と、前記素子から出力される前記電荷を電圧に変換する変換回路と、前記変換回路を温度補償する補償用変換回路と、前記変換回路の温度を検出する温度センサーと、前記温度センサーの検出結果と前記変換回路から出力される電圧と前記補償用変換回路から出力される電圧とに基づいて前記外力を演算する外力演算回路とを備える。【選択図】図１
2015087283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基部と、
第２の基部と、
前記第１の基部と前記第２の基部との間に設けられ、外力に応じて電荷を出力する素子と、
前記素子から出力される前記電荷を電圧に変換する変換回路と、
前記変換回路を温度補償する補償用変換回路と、
前記変換回路の温度を検出する温度センサーと、
前記温度センサーの検出結果と前記変換回路から出力される電圧と前記補償用変換回路から出力される電圧とに基づいて前記外力を演算する外力演算回路と、
を備えることを特徴とする力検出装置。
【請求項２】
前記温度センサーにより検出される前記変換回路の温度をｔ、前記変換回路から出力される電圧をＶｏ、前記補償用変換回路から出力される電圧をＶｔ、係数をＡとしたとき、前記外力演算回路は、前記温度ｔに基づき前記係数Ａを補正し、下記（１）式により、前記外力Ｖｃを演算する請求項１に記載の力検出装置。
Ｖｃ＝Ｖｏ−Ａ・Ｖｔ      ・・・（１）
【請求項３】
前記係数Ａと前記温度ｔとの関係を示す情報を記憶する記憶部を有し、
前記外力演算回路は、前記情報に基づき前記温度ｔから前記係数Ａを導く請求項２に記載の力検出装置。
【請求項４】
前記変換回路と補償用変換回路とは、同じ部材で構成されている請求項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】
前記第１の基部と前記第２の基部との間に設けられ、前記変換回路および前記補償用変換回路が実装された回路基板を有し、
前記温度センサーは、前記回路基板に実装されている請求項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】
前記素子は、積層された３つの外力センサーを有しており、
前記外力センサーの積層方向をγ軸方向とし、前記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軸方向とした場合、
前記外力センサーの１つは、前記α軸方向に沿った前記外力に応じて前記電荷を出力し、
前記外力センサーの１つは、前記β軸方向に沿った前記外力に応じて前記電荷を出力し、
前記外力センサーの１つは、前記γ軸方向に沿った前記外力に応じて前記電荷を出力する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の力検出装置。
【請求項７】
少なくとも３つの前記素子を有し、
前記外力演算回路は、前記温度センサーの検出結果と、前記各素子から出力される前記電荷を前記変換回路により変換してなる電圧と、前記補償用変換回路から出力される電圧とに基づいて、６軸力を検出する請求項６に記載の力検出装置。
【請求項８】
複数の前記素子を有し、
前記各素子は、前記第１の基部または前記第２の基部の周方向に沿って、等角度間隔に配置されている請求項１ないし７のいずれか１項に記載の力検出装置。
【請求項９】
アームと、
前記アームに設けられたエンドエフェクタと、
前記アームと前記エンドエフェクタの間に設けられ、前記エンドエフェクタ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の基部と、
第２の基部と、
前記第１の基部と前記第２の基部との間に設けられ、外力に応じて電荷を出力する素子と、
前記素子から出力された前記電荷を電圧に変換する変換回路と、
電荷を電圧に変換する補償用変換回路と、
前記変換回路の温度を検出する温度センサーと、
前記温度センサーの検出結果と、前記変換回路から出力される電圧と、前記補償用変換回路から出力される電圧とに基づいて、前記外力を演算する外力演算回路と、を備えることを特徴とするロボット。
【請求項１０】
電子部品を把持する把持部と、
前記把持部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の基部と、
第２の基部と、
前記第１の基部と前記第２の基部との間に設けられ、外力に応じて電荷を出力する素子と、
前記素子から出力された前記電荷を電圧に変換する変換回路と、
前記変換回路と同じ部材で構成されている補償用変換回路と、
前記変換回路の温度を検出する温度センサーと、
前記温度センサーの検出結果と、前記変換回路から出力される電圧と、前記補償用変換回路から出力される電圧とに基づいて、前記外力を演算する外力演算回路と、を備えることを特徴とする電子部品搬送装置。
【請求項１１】
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の基部と、
第２の基部と、
前記第１の基部と前記第２の基部との間に設けられ、外力に応じて電荷を出力する素子と、
前記素子から出力された前記電荷を電圧に変換する変換回路と、
前記変換回路と同じ部材で構成されている補償用変換回路と、
前記変換回路の温度を検出する温度センサーと、
前記温度センサーの検出結果と、前記変換回路から出力される電圧と、前記補償用変換回路から出力される電圧とに基づいて、前記外力を演算する外力演算回路と、を備えることを特徴とする電子部品検査装置。
【請求項１２】
工具を装着し、前記工具を変位させる工具変位部と、
前記工具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の基部と、
第２の基部と、
前記第１の基部と前記第２の基部との間に設けられ、外力に応じて電荷を出力する素子と、
前記素子から出力された前記電荷を電圧に変換する変換回路と、
前記変換回路と同じ部材で構成されている補償用変換回路と、
前記変換回路の温度を検出する温度センサーと、
前記温度センサーの検出結果と、前記変換回路から出力される電圧と、前記補償用変換回路から出力される電圧とに基づいて、前記外力を演算する外力演算回路と、を備えることを特徴とする部品加工装置。
【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、電子部品検査装置および部品加工装置に関する。
【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、例えば、アームとエンドエフェクタとの間に、力検出装置が設けられている。産業用ロボットに用いられる力検出装置は、例えば、１対の基板（ベースプレートおよびカバープレート）と、その１対の基板の間に設けられた複数の圧電素子とを備えている。前記基板に外力が加わると、１対の基板が相対的に変位することにより圧電素子に外力が加わる。前記圧電素子からの出力を用いることによって、１対の基板間の外力を検出することができる。このような圧電素子を用いた力検出装置では、外力による圧電素子の変形が電荷として出力され、さらに、変換回路により電圧に変換され、出力される。また、１対の基板は、与圧ボルトによって固定されており、その与圧ボルトにより圧電素子に与圧が加えられている。
【０００４】
このような力検出装置の圧電素子においては、圧電素子から出力される電荷が微弱であるため、変換回路のリーク電流に起因する出力ドリフトの影響を無視することはできない。この出力ドリフトを低減するための様々な方法が検討されている。前記変換回路である積分回路のリーク電流を補正する方法として、特許文献１には、ダイオードで構成された逆バイアス電流回路により、積分回路のリーク電流を打ち消す方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１４８８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記特許文献１に記載の方法では、リーク電流に対し反対方向のバイアス電流を入力することで、出力ドリフトを抑制することができる。また、バイアス電流をＣＰＵ等で制御することで、温度変化に起因するリーク電流の変動にも対応することができる。
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、逆バイアス電流回路の挙動と積分回路の挙動とは完全に一致するわけではないので、積分回路の急激な変動には、逆バイアス電流回路が追従することができず、力検出の精度が低下するという問題がある。
本発明の目的は、力検出の精度を向上させることができる力検出装置、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。
（適用例１）
本発明に係わる力検出装置は、第１の基部と、
第２の基部と、
前記第１の基部と前記第２の基部との間に設けられ、外力に応じて電荷を出力する素子と、
前記素子から出力される前記電荷を電圧に変換する変換回路と、
前記変換回路を温度補償する補償用変換回路と、
前記変換回路の温度を検出する温度センサーと、
前記温度センサーの検出結果と前記変換回路から出力される電圧と前記補償用変換回路から出力される電圧とに基づいて前記外力を演算する外力演算回路と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
これにより、力検出の精度を向上させることができる。
すなわち、変換回路から出力される電圧と補償用変換回路から出力される電圧とを減算することにより、変換回路から出力される電圧に含まれるリーク電流等に起因するノイズ成分を除去または減少させることができる。また、変換回路と補償用変換回路とは、いずれも電荷を電圧に変換する回路であるので、変換回路の挙動と補償用変換回路の挙動とは一致または近似し、これにより、変換回路に急激な変動が生じても補償用変換回路はその変動に追従することができる。また、温度センサーにより検出される変換回路の温度に基づいて、変換回路から出力される電圧を補正することで、温度変化に起因するリーク電流の変動に対応することができる。これにより、力検出装置の測定精度を向上させることができる。
【０００９】
また、本発明の力検出装置では、力検出装置の温度変化に起因する素子の出力変動を補償するための温度補償用のサブ素子が不要である。そのため、前記サブ素子を設ける場合に比べ、部品点数を削減することができ、また、サブ素子を設けるためのスペースを確保する必要がなくなり、力検出装置を小型化することができる。また、温度補償用のサブ素子の出力特性と、外力検出用のメインの素子の出力特性とを一致させるための部品精度管理も不要となるため、部品の製造・管理コストを減少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、前記温度センサーにより検出される前記変換回路の温度をｔ、前記変換回路から出力される電圧をＶｏ、前記補償用変換回路から出力される電圧をＶｔ、係数をＡとしたとき、前記外力演算回路は、前記温度ｔに基づき前記係数Ａを補正し、下記（１）式により、前記外力Ｖｃを演算することが好ましい。
Ｖｃ＝Ｖｏ−Ａ・Ｖｔ      ・・・（１）
これにより、温度ｔに基づき係数Ａを補正することで、温度変化に起因するリーク電流の変動に対応することができ、温度によらず、力検出の精度を向上させることができる。
【００１１】
（適用例３）
本発明に係わる力検出装置では、前記係数Ａと前記温度ｔとの関係を示す情報を記憶する記憶部を有し、
前記外力演算回路は、前記情報に基づき前記温度ｔから前記係数Ａを導くことが好ましい。
これにより、容易に温度ｔに応じて係数Ａを補正することができ、温度変化に起因するリーク電流の変動に対応することができ、温度によらず、力検出の精度を向上させることができる。
【００１２】
（適用例４）
本発明に係わる力検出装置では、前記変換回路と、補償用変換回路とは、同じ部材で構成されていることが好ましい。
これにより、変換回路から出力される電圧と補償用変換回路から出力される電圧とを減算することにより、変換回路から出力される電圧に含まれるリーク電流等に起因するノイズ成分を除去またはさらに減少させることができる。また、変換回路の挙動と補償用変換回路の挙動とを一致またはさらに近似させることができ、これにより、変換回路に急激な変動が生じても補償用変換回路はその変動に追従することができる。
【００１３】
（適用例５）
本発明に係わる力検出装置では、前記第１の基部と前記第２の基部との間に設けられ、前記変換回路および前記補償用変換回路が実装された回路基板を有し、
前記温度センサーは、前記回路基板に実装されていることが好ましい。
これにより、変換回路の温度をより正確に検出することができる。
【００１４】
（適用例６）
本発明に係わる力検出装置では、前記素子は、積層された３つの外力センサーを有しており、
前記外力センサーの積層方向をγ軸方向とし、前記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軸方向とした場合、
前記外力センサーの１つは、前記α軸方向に沿った前記外力に応じて前記電荷を出力し、
前記外力センサーの１つは、前記β軸方向に沿った前記外力に応じて前記電荷を出力し、
前記外力センサーの１つは、前記γ軸方向に沿った前記外力に応じて前記電荷を出力することが好ましい。
これにより、素子は３軸力（ｘ、ｙ、ｚ軸方向の並進力成分）に応じて電荷を出力することができる。
【００１５】
（適用例７）
本発明に係わる力検出装置では、少なくとも３つの前記素子を有し、
前記外力演算回路は、前記温度センサーの検出結果と、前記各素子から出力される前記電荷を前記変換回路により変換してなる電圧と、前記補償用変換回路から出力される電圧とに基づいて、６軸力を検出することが好ましい。
これにより、偏りなく外力を検出することができ、より精度の高い力検出を行うことができる。そして、６軸力、すなわち、ｘ、ｙ、ｚ軸方向の並進力成分（せん断力および圧縮／引張力））およびｘ、ｙ、ｚ軸周りの回転力成分（モーメント）を検出することができる。
【００１６】
（適用例８）
本発明に係わる力検出装置では、複数の前記素子を有し、
前記各素子は、前記第１の基部または前記第２の基部の周方向に沿って、等角度間隔に配置されていることが好ましい。
これにより、偏りなく外力を検出することができ、より精度の高い力検出を行うことができる。そして、３つ以上の素子を有することにより、６軸力、すなわち、ｘ、ｙ、ｚ軸方向の並進力成分（せん断力および圧縮／引張力））およびｘ、ｙ、ｚ軸周りの回転力成分（モーメント）を検出することができる。
【００１７】
（適用例９）
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と、
前記アームと前記エンドエフェクタの間に設けられ、前記エンドエフェクタ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の基部と、
第２の基部と、
前記第１の基部と前記第２の基部との間に設けられ、外力に応じて電荷を出力する素子と、
前記素子から出力された前記電荷を電圧に変換する変換回路と、
前記変換回路と同じ部材で構成されている補償用変換回路と、
前記変換回路の温度を検出する温度センサーと、
前記温度センサーの検出結果と、前記変換回路から出力される電圧と、前記補償用変換回路から出力される電圧とに基づいて、前記外力を演算する外力演算回路と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
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。
【００１９】
（適用例１０）
本発明に係わる電子部品搬送装置は、電子部品を把持する把持部と、
前記把持部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の基部と、
第２の基部と、
前記第１の基部と前記第２の基部との間に設けられ、外力に応じて電荷を出力する素子と、
前記素子から出力された前記電荷を電圧に変換する変換回路と、
前記変換回路と同じ部材で構成されている補償用変換回路と、
前記変換回路の温度を検出する温度センサーと、
前記温度センサーの検出結果と、前記変換回路から出力される電圧と、前記補償用変換回路から出力される電圧とに基づいて、前記外力を演算する外力演算回路と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
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。
【００２１】
（適用例１１）
本発明に係わる電子部品検査装置は、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の基部と、
第２の基部と、
前記第１の基部と前記第２の基部との間に設けられ、外力に応じて電荷を出力する素子と、
前記素子から出力された前記電荷を電圧に変換する変換回路と、
前記変換回路と同じ部材で構成されている補償用変換回路と、
前記変換回路の温度を検出する温度センサーと、
前記温度センサーの検出結果と、前記変換回路から出力される電圧と、前記補償用変換回路から出力される電圧とに基づいて、前記外力を演算する外力演算回路と、を備えることを特徴とする。
【００２２】
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。
【００２３】
（適用例１２）
本発明に係わる部品加工装置は、工具を装着し、前記工具を変位させる工具変位部と、
前記工具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の基部と、
第２の基部と、
前記第１の基部と前記第２の基部との間に設けられ、外力に応じて電荷を出力する素子と、
前記素子から出力された前記電荷を電圧に変換する変換回路と、
前記変換回路と同じ部材で構成されている補償用変換回路と、
前記変換回路の温度を検出する温度センサーと、
前記温度センサーの検出結果と、前記変換回路から出力される電圧と、前記補償用変換回路から出力される電圧とに基づいて、前記外力を演算する外力演算回路と、を備えることを特徴とする。
【００２４】
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することにより、部品加工装置は、より精密に部品加工作業を実行することができる。また、力検出装置が検出する外力によって、工具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、部品加工装置は、より安全な部品加工作業を実行可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の力検出装置の第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に示す力検出装置の電荷出力素子を概略的に示す断面図である。
【図５】本発明の力検出装置の第２実施形態を示す断面図である。
【図６】図５に示す力検出装置の平面図および各センサーデバイスの検出方向を示す概念図である。
【図７】図５に示す力検出装置を概略的に示す回路図である。
【図８】本発明の力検出装置の第３実施形態を示す平面図である。
【図９】図８中のＡ−Ａ線での断面図である。
【図１０】本発明の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】本発明の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１２】本発明の力検出装置を用いた電子部品検査装置および電子部品搬送装置の１例を示す図である。
【図１３】本発明の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１４】本発明の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１５】本発明の力検出装置を用いた移動体の１例を示す図である
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の力検出装置、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。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の力検出装置の第１実施形態を示す断面図である。図２は、図１に示す力検出装置の平面図である。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。なお、以下では、説明の都合上、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。なお、図１は、図２に示すＡ−Ａ線断面図である。
図１、図２および図３に示す力検出装置１は、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外力（せん断力および圧縮／引張力）を検出する機能を有する。
【００２７】
力検出装置１は、第１の基板（第１の基部）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の基部）３と、第１の基板２と第２の基板３との間に設けられたアナログ回路基板（回路基板）４と、第１の基板２と第２の基板３との間に設けられ、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に接続され、加えられた外力に応じて電荷（信号）を出力する電荷出力素子（素子）１０および電荷出力素子１０を収納するパッケージ６０を有するセンサーデバイス６と、後述する変換回路（変換回路）９０ａ、９０ｂ、９０ｃの温度ｔを検出する温度センサー７と、２つの与圧ボルト（固定部材）８１とを備えている。なお、温度センサー７は、アナログ回路基板４に実装されている。
【００２８】
＜第１の基板および第２の基板＞
図１および図２に示すように、第１の基板２は、第１の基板２の第２の基板３と対向する面上に設けられた第１の凸部２１を有している。第１の基板２は、第１の凸部２１を介して、第２の基板３に対して所定の間隔を隔てて対向するよう配置されている。なお、第１の凸部２１の第２の基板３と対向する面は、平面である。また、デジタル回路基板５は、アナログ回路基板４よりも第１の基板２側、すなわち、アナログ回路基板４と第１の基板２との間に配置されている。そして、図２および図３に示すように、アナログ回路基板４には、センサーデバイス６と、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｘを電圧Ｖｘに変換する変換回路９０ａと、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｚを電圧Ｖｚに変換する変換回路９０ｂと、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｙを電圧Ｖｙに変換する変換回路９０ｃと、電荷を電圧Ｖｔに変換する補償用変換回路（補償用変換回路）９０ｄと、温度センサー７とが実装されている（設けられている）。なお、補償用変換回路９０ｄは、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃを温度補償するもものである。また、デジタル回路基板５には、加えられた外力を検出する外力検出回路４０が実装されている。なお、第１の基板２と、第２の基板３とのいずれを外力が加わる基板としてもよいが、本実施形態では、第２の基板３を外力が加わる基板として説明する。
【００２９】
また、第１の基板２と、第２の基板３とは、２つの与圧ボルト８１により、所定の間隔を隔てて対向するよう固定されている。なお、与圧ボルト８１による「固定」は、２つの固定対象物の互いの所定量の変位（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、２つの与圧ボルト８１により、互いの所定量の第２の基板３の面方向の変位が許容されつつ固定される。なお、与圧ボルト８１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。
【００３０】
アナログ回路基板４には、２つの与圧ボルト８１が挿通する２つの孔４２が形成され、同様に、デジタル回路基板５には、２つの与圧ボルト８１が挿通する２つの孔５２が形成されている。各与圧ボルト８１は、それぞれ、その頭部８１５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、アナログ回路基板４の孔４２、デジタル回路基板５の孔５２を挿通し、その雄ネジ８１６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８１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。
【００３１】
第１の基板２、第２の基板３、アナログ回路基板４、デジタル回路基板５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、アナログ回路基板４、デジタル回路基板５の平面視で、その外形形状は、略円形をなしている。なお、第１の基板２、第２の基板３、アナログ回路基板４、デジタル回路基板５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、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、各種の樹脂材料、各種の金属材料等を用いることができる。
【００３２】
第１の基板２上に設けられた第１の凸部２１の位置は、特に限定されないが、本実施形態では、第１の凸部２１は、第１の基板２の中央部に配置されている。凸２１部の形状は、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、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、第１の凸部２１の平面視での前記の他の形状としては、例えば、四角形、五角形等の多角形、楕円形等が挙げられる。この第１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。なお、第１の凸部２１の構成材料は、特に限定されず、例えば、第１の基板２と同様のものとすることができる。
【００３３】
また、アナログ回路基板４の電荷出力素子１０が配置されている部位、すなわち、中央部には、第１の凸部２１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。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、第１の凸部２１と同じ形状、すなわち、四角形をなしている。なお、アナログ回路基板４は、第１の凸部２１に支持されている。
【００３４】
同様に、デジタル回路基板５の電荷出力素子１０が配置されている部位、すなわち、中央部には、第１の凸部２１が挿入される孔５１が形成されている。孔５１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、第１の凸部２１と同じ形状、すなわち、四角形をなしている。なお、デジタル回路基板５は、第１の凸部２１に支持されている。
【００３５】
第１の凸部２１は、アナログ回路基板４の孔４１およびデジタル回路基板５の５１に挿入され、第２の基板３に向かって突出している。また、センサーデバイス６は、第１の凸部２１上に配置されている。このような配置により、パッケージ６０を介して第１の凸部２１と第２の基板３との間で、電荷出力素子１０を挟持することができる。なお、第２の基板３の第１の基板２と対向する面は、平面であり、その面がセンサーデバイス６の蓋体６２の中央部に当接し、第１の凸部２１が基部６１に当接している。
【００３６】
また、第１の凸部２１の寸法は、特に限定されないが、第１の基板２の平面視で、第１の凸部２１の面積は、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。そして、電荷出力素子１０は、第１の基板２の平面視で（第１の基板２に対して垂直な方向から見て）、第１の凸部２１内に配置され、また、電荷出力素子１０の中心線と第１の凸部２１の中心線とが一致している。この場合、電荷出力素子１０は、第１の基板２の平面視で、第１の凸部２１からはみ出していないことが好ましい。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。なお、第１の凸部２１は、省略されていてもよい。
【００３７】
＜センサーデバイス＞
センサーデバイス６は、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。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の基板３側に配置され、第１の基板２に設けられた第１の凸部２１と第２の基板３との間で挟持されている。すなわち、電荷出力素子１０は、パッケージ６０を介して第１の凸部２１と第２の基板３との間で挟持され、与圧されている。
【００３８】
パッケージ６０は、凹部６１１を有する基部６１と、その基部６１に接合された蓋体６２とを有している。電荷出力素子１０は、基部６１の凹部６１１内に設置されており、その基部６１の凹部６１１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、その基部６１が第１の凸部２１に当接されている。この構成により、基部６１と蓋体６２とが、第１の凸部２１と第２の基板３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。
【００３９】
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。
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。
【００４０】
また、蓋体６２は、本実施形態では、板状をなし、その中央部と、基部６１に接する外周部との間の部位が屈曲することで、中央部が第２の基板３に向って突出している。中央部の形状は、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、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、蓋体６２の中央部の上面および下面は、いずれも平面である。
【００４１】
また、パッケージ６０の基部６１の下面の端部には、電荷出力素子１０と電気的に接続された複数の端子６３が設けられている。各端子６３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。なお、端子６３の数は、特に限定されないが、本実施形態では、４つであり、すなわち、端子６３は、基部６１の４つの角部にそれぞれ設けられている。
【００４２】
＜電荷出力素子（素子）＞
センサーデバイス６の電荷出力素子１０は、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Ｑα、Ｑβ、Ｑγを出力する機能を有する。
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。
【００４３】
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Ｑβを出力するβ軸用外力センサー１２と、γ軸に平行な外力（圧縮／引張力）に応じて電荷Ｑγを出力するγ軸用外力センサー１３と、α軸に平行な外力（せん断力）に応じて電荷Ｑαを出力するα軸用外力センサー１４とを有し、グランド電極層１１と各外力センサー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および各外力センサー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。
図示の構成では、図４中の下側から、β軸用外力センサー１２、γ軸用外力センサー１３、α軸用外力センサー１４の順で積層されているが、本発明はこれに限られない。各外力センサー１２、１３、１４の積層順は任意である。
【００４４】
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。
【００４５】
β軸用外力センサー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Ｑβを出力する機能を有する。β軸用外力センサー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。
β軸用外力センサー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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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β軸用外力センサー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。
【００４９】
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。
【００５０】
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Ｑβ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Ｑβ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Ｑβが出力される。
【００５１】
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Ｑβ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。
【００５２】
γ軸用外力センサー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Ｑγを出力する機能を有する。γ軸用外力センサー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。
γ軸用外力センサー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Ｑγを出力する出力電極層１３２を有する。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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Ｑγ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Ｑγ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Ｑγが出力される。
【００５７】
α軸用外力センサー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Ｑαを出力する機能を有する。α軸用外力センサー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。
α軸用外力センサー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Ｑαを出力する出力電極層１４２を有する。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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Ｑα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Ｑα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Ｑαが出力される。
【００６２】
β軸用外力センサー１２、γ軸用外力センサー１３、およびα軸用外力センサー１４は、各外力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、各外力センサーは、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Ｑα、Ｑβ、Ｑγを出力することができる。
【００６３】
また、Ｙカット水晶によって構成されるβ軸用外力センサー１２、α軸用外力センサー１４の単位力当たりの電荷発生量は、例えば、８ｐＣ／Ｎである。一方、Ｘカット水晶によって構成されるγ軸用外力センサー１３の単位力当たりの電荷発生量は、例えば、４ｐＣ／Ｎである。このように、通常、電荷出力素子１０のγ軸に平行な外力（圧縮／引張力）に対する感度は、α軸またはβ軸に平行な外力（せん断力）に対する感度以下となる。そのため、通常、電荷出力素子１０から出力される電荷Ｑγは、電荷Ｑαおよび電荷Ｑβ以下となる。
【００６４】
＜変換回路＞
図３に示すように、電荷出力素子１０には、アナログ回路基板４に実装された変換回路（変換回路）９０ａ、９０ｂ、９０ｃが接続されている。変換回路９０ａは、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑαを電圧Ｖαに変換する機能を有する。変換回路９０ｂは、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑγを電圧Ｖγに変換する機能を有する。変換回路９０ｃは、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑβを電圧Ｖβに変換する機能を有する。変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃからそれぞれ出力される電圧Ｖα、Ｖγ、Ｖβは、信号として、デジタル回路基板５に実装された外力検出回路４０のＡＤコンバーター４０１に入力される。変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃは、同様であるので、以下では、代表的に、変換回路９０ｃについて説明する。
【００６５】
変換回路９０ｃは、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑβを電圧Ｖβに変換して電圧Ｖβを出力する機能を有する。変換回路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、外力検出回路４０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、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９３はスイッチング動作を実行する。
【００６６】
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Ｑβは、静電容量Ｃ１を有するコンデンサー９２に蓄えられ、電圧Ｖβ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Ｑβ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９３がオンとなることを、変換回路９０ｃをリセットするという。なお、理想的な変換回路９０ｃから出力される電圧Ｖβは、電荷出力素子１０から出力される電荷Ｑβの蓄積量に比例する。
【００６７】
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。
【００６８】
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、駆動回路（図示せず）に接続されている。
【００６９】
各変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃのスイッチング素子９３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９３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。
【００７０】
また、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃのような電圧変換機能を有する回路において、コンデンサー９２の静電容量を小さくすると、電圧変換感度が向上するが、飽和電荷量が小さくなる。上述のように、通常、γ軸用外力センサー１３から出力される電荷Ｑγは、β軸用外力センサー１２およびα軸用外力センサー１４から出力される電荷Ｑαおよび電荷Ｑβ以下である。したがって、電荷Ｑγに対する感度の観点からは、変換回路９０ｂのコンデンサー９２の静電容量Ｃ２は、変換回路９０ａ、９０ｃのコンデンサー９２の静電容量Ｃ１以下であることが好ましい。これにより、電荷Ｑγを正確に電圧Ｖγに変換することができる。
【００７１】
ここで、理想的な変換回路９０ｃから出力される電圧は、電荷出力素子１０から出力される電荷Ｑβの蓄積量に比例する。しかしながら、実際の変換回路２０ｃにおいては、スイッチング素子９３からコンデンサー９２に流入するリーク電流が発生する。このようなリーク電流は検出される電圧Ｖβに含まれる出力ドリフトＤとなる。したがって、電荷Ｑβの蓄積量に比例する電圧成分（真の値）をＶｃとすると、出力される電圧Ｖβは、Ｖβ＝Ｖｃ＋Ｄとなる。
出力ドリフトＤは、測定結果に対する誤差となるので、力検出装置１の検出精度および検出分解能が低下してしまうという問題があった。また、リーク電流は、測定（駆動）時間に比例して累積されるので、力検出装置１の測定時間を長くすることができないという問題があった。
【００７２】
このようなリーク電流は、ゲート絶縁膜の絶縁性の不足、プロセスルールの微細化、半導体中の不純物濃度のバラツキ等の半導体構造および温度、湿度等の使用環境に起因する。半導体構造起因のリーク電流は、スイッチング素子毎に固有の値となるので、予め半導体構造起因のリーク電流を測定しておくことにより、比較的容易に補償できる。しかしながら、使用環境起因のリーク電流は、使用環境（状況）に応じて変動するので、補償が困難である。本発明の力検出装置１は、次に説明する補償用の変換回路９０ｄから出力される補償用の電圧Ｖｔ（厳密には、α・Ｖｔ）を用いて、半導体構造起因のリーク電流および使用環境起因のリーク電流による影響を低減（補償）することができる。
【００７３】
＜補償用の変換回路＞
補償用の変換回路（補償用変換回路）９０ｄは、コンデンサー９２に蓄えられた電荷Ｑｔを電圧Ｖｔに変換する機能を有する。すなわち、変換回路９０ｄの変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃから出力される電圧Ｖα、Ｖβ、Ｖγを補償するための電圧Ｖｔを出力する機能を有する。
【００７４】
変換回路９０ｄは、本実施形態では、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃと独立して設けられている。ここでいう「独立して設けられ」とは、変換出力９０ｄの構成要素（後述するオペアンプ９１、コンデンサ９２およびスイッチング素子９３）と、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃの構成要素（すなわち、オペアンプ９１、コンデンサ９２およびスイッチング素子９３）が異なる要素（部品）であることをいう。すなわち、変換回路９０ｄは、変換回路２０と別途設けられ、その構成要素を共有しない。
【００７５】
また、変換回路９０ｄは、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃと必ずしも同じ構成である必要はないが、本実施形態では同じ構成である（同じ部材で構成されている）。すなわち、変換回路９０ｄは、オペアンプ９１と、コンデンサ９２と、スイッチング素子９３とを有する。オペアンプ３１の第１の入力端子（マイナス入力）は、コンデンサ９２およびスイッチング素子９３に接続され、オペアンプ９１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、外力検出回路４０に接続されている。コンデンサ９２は、オペアンプ９１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９２と並列接続されている。また、スイッチング素子９３には、駆動回路（図示せず）が接続されており、駆動回路からのオン／オフ信号に従い、スイッチング素子９３はスイッチング動作を実行する。
【００７６】
スイッチング素子９３は、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃスイッチング素子９３と同様の半導体スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）である。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、駆動回路（図示せず）に接続されている。
【００７７】
スイッチング素子９３に接続された駆動回路は、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃのスイッチング素子９３に接続された駆動回路と同一の駆動回路であってもよいし、異なる駆動回路であってもよい。変換回路９０ｄのスイッチング素子９３に接続された駆動回路と、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃのスイッチング素子９３に接続された駆動回路とが異なる駆動回路である場合、変換回路９０ｄのスイッチング素子９３に接続された駆動回路は、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃのスイッチング素子９３に接続された駆動回路と同期したオン／オフ信号を出力する。これにより、変換回路９０ｄのスイッチング素子９３のスイッチング動作と、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃのスイッチング素子９３のスイッチング動作とが同期し、これら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。
【００７８】
スイッチング素子９３は、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃのスイッチング素子９３と同様の半導体スイッチング素子である。したがって、スイッチング素子９３の半導体構造に起因するリーク電流は、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃのスイッチング素子９３の半導体構造に起因するリーク電流と実質的に等しい。ここでいう「実質的に等しい」とは、変換回路９０ｄのスイッチング素子９３の半導体構造に起因するリーク電流と、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃのスイッチング素子９３の半導体構造に起因するリーク電流との差が、それらのスイッチング素子９３の半導体構造に起因するリーク電流と比較して無視できる程度に十分に小さいことを意味する。
【００７９】
また、スイッチング素子９３は、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃのスイッチング素子９３と同等の使用環境下に実装されている。ここでいう「使用環境」とは、温度および湿度のことを示す。これにより、スイッチング素子９３の使用環境に起因するリーク電流と、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃのスイッチング素子９３の使用環境に起因するリーク電流とを実質的に等しくすることができる。ここでいう「実質的に等しい」とは、スイッチング素子９３の使用環境に起因するリーク電流と、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃのスイッチング素子９３の使用環境に起因するリーク電流との差が、それらのスイッチング素子９３の使用環境に起因するリーク電流と比較して無視できる程度に十分に小さいことを意味する。
【００８０】
この結果、スイッチング素子９３のリーク電流は、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃのスイッチング素子９３のリーク電流と連動する。すなわち、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃのスイッチング素子９３のリーク電流が増大したときは、スイッチング素子９３のリーク電流も同様に増大し、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃのスイッチング素子９３のリーク電流が減少したときは、スイッチング素子９３のリーク電流も同様に減少する。これにより、変換回路９０ｄは、スイッチング素子９３のリーク電流を検出することにより、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃのスイッチング素子９３のリーク電流を間接的に取得することができる。
【００８１】
上述の「同等の使用環境下」とは、例えば、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃのスイッチング素子９３の近傍に変換回路９０ｄのスイッチング素子９３が実装されている場合、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃのスイッチング素子９３と変換回路９０ｄのスイッチング素子９３が同一筐体内に実装されている場合、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃのスイッチング素子９３と変換回路９０ｄのスイッチング素子９３が同一の半導体基板上に実装されている場合等が挙げられる。なお、本実施形態では、前記のすべてを満たしている。
【００８２】
前記３つのうちでは、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃのスイッチング素子９３と変換回路９０ｄのスイッチング素子９３が同一の半導体基板上に実装されていることが好ましい。変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃのスイッチング素子９３と変換回路９０ｄのスイッチング素子９３とを同一の半導体基板上に実装することにより、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃのスイッチング素子９３周辺の温度および湿度と、変換回路９０ｄのスイッチング素子９３周辺の温度および湿度を容易に実質的に等しくすることができる。ここでいう「実質的に等しい」とは、変換回路９０ｄのスイッチング素子９３周辺の温度および湿度と、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃのスイッチング素子９３の温度および湿度との差が、無視できる程度に十分に小さいことを意味する。
【００８３】
また、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃのスイッチング素子９３と変換回路９０ｄのスイッチング素子９３が同一の半導体基板上に実装されている場合、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃのスイッチング素子９３と変換回路９０ｄのスイッチング素子９３とを同一プロセスで形成することができ、作業工程の短縮に有利である。また、各スイッチング素子９３を同一プロセスで形成できるため、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃのスイッチング素子９３と変換回路９０ｄのスイッチング素子９３の特性のバラツキを抑制することができる。そのため、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃのスイッチング素子９３の半導体構造に起因するリーク電流と、変換回路９０ｄのスイッチング素子９３の半導体構造に起因するリーク電流とをより高い精度で等しくすることができる。
【００８４】
スイッチング素子９３がオフの場合、スイッチング素子９３で発生するリーク電流が、静電容量Ｃ３を有するコンデンサー９２に流入し、電荷が蓄積されることで、補償用の電圧Ｖｔ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９３をオンにすると、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Ｑｔ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Ｖｔは、０ボルトとなる。
【００８５】
変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃ、９０ｄのような電圧変換機能を有する回路において、コンデンサー９２の静電容量を小さくすると、電圧変換感度が向上するが、飽和電荷量が小さくなる。通常、スイッチング素子９３のような半導体スイッチング素子のリーク電流に対応する電荷は、電荷出力素子１０から入力される電荷Ｑα、Ｑγ、Ｑβよりも小さい。したがって、変換回路９０ｄのコンデンサー９２の静電容量Ｃ３は、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃのコンデンサー９２の静電容量Ｃ１、Ｃ２よりも小さいことが好ましい。これにより、スイッチング素子９３で発生するリーク電流をより正確に電圧変換することができる。
【００８６】
また、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃのコンデンサー９２の静電容量Ｃ１、Ｃ２と変換回路９０ｄのコンデンサー９２の静電容量Ｃ３の静電容量比Ｃ３／Ｃ１、Ｃ３／Ｃ２は、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、０．１以上、０．８以下であるのが好ましく、０．３以上、０．６以下であるのがさらに好ましい。静電容量比Ｃ３／Ｃ１、Ｃ３／Ｃ２が上記下限値を下回ると、他の条件によっては、コンデンサー９２がスイッチング素子９３で発生するリーク電流により飽和する場合がある。一方、静電容量比Ｃ３／Ｃ１、Ｃ３／Ｃ２が上記上限値を上回ると、他の条件によっては、スイッチング素子９３で発生するリーク電流に対する十分な感度が得られない場合がある。
【００８７】
ここで、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃ、９０ｄのオペアンプ９１は、それぞれ、その１つのオペアンプ９１が１つのチップで構成されていてもよく、また、複数のオペアンプ９１が１つの多チャンネルのチップで構成されていてもよい。例えば、２チャンネルのチップを用いる場合は、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃのうち、出力される電圧Ｖα、Ｖγ、Ｖβに含まれるリーク電流等に起因するノイズ成分が最小になるように補償したい変換回路のオペアンプ９１と、補償用の変換回路９０ｄのオペアンプ９１とを組み合わせることが好ましい。
【００８８】
＜温度センサー＞
温度センサー７は、アナログ回路基板４に実装されており、変換回路（変換回路）９０ａ、９０ｂ、９０ｃの温度ｔを検出し、外力検出回路４０に変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃの温度ｔを、信号として伝達する機能を有する。
図３に示すように、温度センサー７から出力される変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃの温度ｔは、デジタル回路基板５に実装された外力検出回路４０のＡＤコンバーター４０１に入力される。
温度センサー７は、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃの温度を検出可能なセンサーであれば特に限定されない。例えば、温度センサー７として、熱電対、測温抵抗体やサーミスタ等を用いることができる。
【００８９】
図１および図２の構成では、温度センサー７は、アナログ回路基板４の第２の基板３と対向する側の面上に設けられているが、本発明はこれに限られない。但し、温度センサー７は、アナログ回路基板４の変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃの近傍に設けられていることが好ましい。ここでいう「近傍」とは、アナログ回路基板４の温度センサー７が設けられている領域の温度と、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃが設けられている領域の温度との差が実質的に無視できる程度になる範囲のことをいう。これにより、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃ温度ｔをより正確に検出することができる。
【００９０】
＜外力検出回路＞
外力検出回路４０は、変換回路９０ａから出力される電圧Ｖαと、変換回路９０ｂから出力される電圧Ｖγと、変換回路９０ｃから出力される電圧Ｖβと、変換回路９０ｄから出力される電圧Ｖｔと、温度センサー７の検出結果、すなわち温度センサー７から出力される温度ｔとに基づいて、加えられた外力を検出（演算）する機能を有する。外力検出回路４０は、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃ、９０ｄと、温度センサー７とに接続された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（外力演算回路）４０２と、演算部４０２に接続された記憶部４０３とを有する。
【００９１】
ＡＤコンバーター４０１は、電圧Ｖα、Ｖβ、Ｖγ、Ｖｔおよび温度ｔ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Ｖα、Ｖβ、Ｖγ、Ｖｔおよび温度ｔは、演算部４０２に入力される。演算部４０２は、デジタル変換された電圧Ｖα、Ｖβ、Ｖγ、Ｖｔおよび温度ｔに基づき、電荷出力素子１０に加えられた３軸力（せん断力Ｆｘ、Ｆｙおよび圧縮／引張力Ｆｚ）を算出する。
【００９２】
具体的には、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃから出力される電圧をＶｏ、変換回路９０ｄから出力される電圧をＶｔ、係数をＡとしたとき、演算部４０２は、温度ｔに基づき係数Ａを補正し、下記（１）式により、外力（外力に相当する電圧）Ｖｃを演算する。このように温度ｔに依存する係数Ａを電圧Ｖｔに乗算する理由は、ＶｔにＡを乗算せずにＶｏからＶｔを減算しただけでは、リーク電流の大きさは温度や回路定数等に依存するので、温度が変化した場合、Ｖｏからリーク電流分のノイズ成分を十分に除去することができない場合があるためである。そこで、この力検出装置１では、演算部４０２が下記（１）式によりＶｃを演算する。これにより、温度変化に起因するリーク電流の変動に対応することができる。
【００９３】
Ｖｃ＝Ｖｏ−Ａ・Ｖｔ      ・・・（１）
但し、ここでは、外力検出回路４０に、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃから出力された３軸力（せん断力および圧縮／引張力）に対応する３つの電圧Ｖα、Ｖβ、Ｖγが入力されるので、演算部４０２は、３軸力、すなわち、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を以下の式により算出する。
Ｆｘ＝Ｖα−Ａ・Ｖｔ
Ｆｙ＝Ｖβ−Ａ・Ｖｔ
Ｆｚ＝Ｖγ−Ａ・Ｖｔ
【００９４】
前記係数Ａと温度ｔとの関係を示す情報は、予め実験的に求められ、記憶部４０３に記憶される。そして、演算部４０２は、前記情報に基づいて、温度ｔから係数Ａを求める（導く）。また、係数Ａと温度ｔとの関係を示す情報の形態としては、特に限定されず、例えば、演算式、テーブル等の各種の検量線等が挙げられる。
また、演算部４０２の構成は、特に限定されず、例えば、演算部４０２をロジック回路で構成する場合や、前記演算を行うためのプログラムとそのプログラムを実行するＣＰＵとで構成する場合等が挙げられる。なお、前記プログラムは、記憶部４０３に記憶される。
【００９５】
以上説明したように、この力検出装置１によれば、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃから出力される電圧に含まれるリーク電流等に起因するノイズ成分を除去または減少させることができる。また、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃと補償用の変換回路９０ｄとは、同じ構成であるので、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃの挙動と変換回路９０ｄの挙動とは一致または近似し、これにより、９０ａ、９０ｂ、９０ｃに急激な変動が生じても変換回路９０ｄはその変動に追従することができる。また、温度センサー７により検出される変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃの温度に基づいて、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃから出力される電圧を補正することで、温度変化に起因するリーク電流の変動に対応することができる。これにより、力検出装置１の測定精度を向上させることができる。
【００９６】
また、力検出装置１では、力検出装置１の温度変化に起因する電荷出力素子１０の出力変動を補償するための温度補償用のサブ電荷出力素子が不要である。そのため、前記サブ電荷出力素子を設ける場合に比べ、部品点数を削減することができ、また、サブ電荷出力素子を設けるためのスペースを確保する必要がなくなり、力検出装置１を小型化することができる。また、温度補償用のサブ電荷出力素子の出力特性と、外力検出用のメインの電荷出力素子１０の出力特性とを一致させるための部品精度管理も不要となるため、部品の製造・管理コストを減少させることができる。
【００９７】
なお、変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃ、すなわち、電圧Ｖα、Ｖβ、Ｖγ毎に、それぞれ、前記係数Ａとして、係数Ａα、Ａβ、Ａγを設定し、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を以下の式により算出してもよい。これは、後述する各実施形態でも同様である。
Ｆｘ＝Ｖα−Ａα・Ｖｔ
Ｆｙ＝Ｖβ−Ａβ・Ｖｔ
Ｆｚ＝Ｖγ−Ａγ・Ｖｔ
【００９８】
＜第２実施形態＞
図５は、本発明の力検出装置の第２実施形態を示す断面図である。図６（ａ）は、図５に示す力検出装置の平面図である。図６（ｂ）は、各センサーデバイス６の電圧Ｖα、Ｖβ、Ｖγの検出方向を示す概念図である。図７は、図５に示す力検出装置を概略的に示す回路図である。なお、以下では、説明の都合上、図５、６中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」、左側を「左」または「左方」と言う。なお、図５は、図６（ａ）に示すＡ−Ａ線断面図である。また、図６（ａ）では、説明のため、第２の基板３が省略されている。図６（ｂ）では、説明のため、第１の基板２の角筒状部２２およびセンサーデバイス６を除く構成要素が省略されている。
【００９９】
以下、第２実施形態について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図５、図６および図７に示す、本実施形態の力検出装置１は、６軸力（ｘ、ｙ、ｚ軸方向の並進力成分およびｘ、ｙ、ｚ軸周りの回転力成分）を検出する機能を有する。本実施形態の力検出装置１は、第１の基板２と、第２の基板３との間に、第１の基板２に対して垂直な状態（第１の基板２の第２の基板３に対向する面に対して垂直な状態）で設けられた４つのセンサーデバイス６と、４つのセンサーデバイス６に接続された変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃ（４組）の温度を検出する４つの温度センサー７とを有している。
【０１００】
＜第１の基板および第２の基板＞
図６（ａ）に示すように、第１の基板２は、平面視において、角が切欠けされた（Ｒ付された）略四角形の形状を有している。また、図６では省略されているが、第２の基板３も同様の形状を有している。第１の基板２は、第１の基板２の第２の基板３と対向する面上に設けられた角筒状部２２と、角筒状部２２の外周面上に設けられた４つの第１の凸部２１とを有している。
【０１０１】
角筒状部２２は、平面視において中央部分が空洞の略矩形状の形状を有する部材である。角筒上部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。角筒状部２２の外周面上には、４つの第１の凸部２１が第１の基板２の第２の基板３と対向する面に対して平行に突出するように設けられている。第１の凸部２１は、角筒状部２２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。角筒状部２２の外周面上に設けられた４つの第１の凸部２１は、それぞれ、図６（ａ）において、角筒状部２２の上下左右の外周面（４辺外側）における中央部に設けられている。
【０１０２】
図５および図６（ａ）に示すように、第２の基板３は、第１の基板２と対向する面上に設けられた４つの第２の凸部３１を有している。４つの第２の凸部３１のそれぞれは、第１の基板２と第２の基板３とを対向するよう配置したとき、第１の基板２の角筒状部２２の外周面の４辺に対して対向するよう形成されている。また、図５に示すように、第２の基板３の第１の基板２と対向する面側には、デジタル回路基板５が設けられている。
【０１０３】
また、角筒状部２２の外周面に設けられた４つの第１の凸部２１上には、それぞれ、センサーデバイス６が配置されている。そのため、本実施形態では、４つのセンサーデバイス６は、第１の基板２の第２の基板３に対向する面に対して垂直な状態で、配置されている。第２の基板３の第２の凸部３１のそれぞれと、第１の基板２の角筒状部２２の外周面の４辺のそれぞれとは、２つの与圧ボルト８１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。このため、各センサーデバイス６を、第２の基板３の第２の凸部３１と第１の基板２の第１の凸部２１との間で挟持することができる。また、各センサーデバイス６の電圧Ｖα、Ｖβ、Ｖγの検出方向は、図６（ｂ）に示すような配置になっている。
【０１０４】
また、図６（ａ）に示すように、各温度センサー７は、それぞれ、アナログ回路基板４に実装され、４つのセンサーデバイス６に接続された変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃ（４組）の近傍に配置されている。このように、センサーデバイス６の数と等しい数（本実施形態では４つ）の温度センサー７を、各センサーデバイス６に接続された変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃの近傍に設けることにより、各センサーデバイス６に接続された変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃの温度ｔ１、ｔ２、ｔ２、ｔ４（図７参照）をより正確に検出することができる。
【０１０５】
なお、角筒状部２２の外周面に設けられた４つの第１の凸部２１の位置、すなわち、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、すなわち、各電荷出力素子１０は、第１の基板２、第２の基板３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。
【０１０６】
また、第２の基板３の第２の凸部３１のそれぞれと、第１の基板２の角筒状部２２の外周面との間には、与圧ボルト８１によって、アナログ回路基板４が固定されている。アナログ回路基板４と各センサーデバイス６とは、端子６３によって電気的に接続されている。また、各アナログ回路基板４、第１の温度センサー７ａおよび第２の温度センサー７ｂとデジタル回路基板５とは図示しない配線によって電気的に接続されている。
【０１０７】
センサーデバイス６の数は、前記４つに限定されるものではなく、例えば、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４つのセンサーデバイス６を有していれば、６軸力を検出可能である。また、センサーデバイス６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。
【０１０８】
＜外力検出回路＞
外力検出回路４０は、各変換回路９０ａから出力される電圧Ｖα１、Ｖα２、Ｖα３、Ｖα４と、各変換回路９０ｂから出力される電圧Ｖγ１、Ｖγ２、Ｖγ３、Ｖγ４と、各変換回路９０ｃから出力される電圧Ｖβ１、Ｖβ２、Ｖβ３、Ｖβ４と、各変換回路９０ｄから出力される電圧Ｖｔ１、Ｖｔ２、Ｖｔ３、Ｖｔ４と、各温度センサー７のそれぞれから出力された各変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃの温度ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４とに基づいて、６軸力（ｘ、ｙ、ｚ軸方向の並進力成分およびｘ、ｙ、ｚ軸周りの回転力成分）を検出する機能を有する。図７に示すように、外力検出回路４０は、各変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃ、９０ｄと、各温度センサー７とに接続された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４０２と、演算部４０２に接続された記憶部４０３とを有する。
【０１０９】
ＡＤコンバーター４０１は、電圧Ｖα１、Ｖβ１、Ｖγ１、Ｖｔ１、Ｖα２、Ｖβ２、Ｖγ２、Ｖｔ２、Ｖα３、Ｖβ３、Ｖγ３、Ｖｔ３、Ｖα４、Ｖβ４、Ｖγ４、Ｖｔ４と、温度ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４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Ｖα１、Ｖβ１、Ｖγ１、Ｖｔ１、Ｖα２、Ｖβ２、Ｖγ２、Ｖｔ２、Ｖα３、Ｖβ３、Ｖγ３、Ｖｔ３、Ｖα４、Ｖβ４、Ｖγ４、Ｖｔ４および温度ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４は、演算部４０２に入力される。
【０１１０】
演算部４０２は、デジタル変換された電圧Ｖα１、Ｖβ１、Ｖγ１、Ｖｔ１、Ｖα２、Ｖβ２、Ｖγ２、Ｖｔ２、Ｖα３、Ｖβ３、Ｖγ３、Ｖｔ３、Ｖα４、Ｖβ４、Ｖγ４、Ｖｔ４および温度ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４に基づき、電荷出力素子１０に加えられた６軸力を算出する。
演算部４０２は、まず、電圧Ｖα１、Ｖβ１、Ｖγ１、Ｖα２、Ｖβ２、Ｖγ２、Ｖα３、Ｖβ３、Ｖγ３、Ｖα４、Ｖβ４、Ｖγ４を補正した値を以下の式により算出する。なお、下記式のＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４は、係数であり、第１実施形態の係数Ａに相当する。
【０１１１】
Ｖαｔ１＝Ｖα１−Ａ１・Ｖｔ１
Ｖβｔ１＝Ｖβ１−Ａ１・Ｖｔ１
Ｖγｔ１＝Ｖγ１−Ａ１・Ｖｔ１
Ｖαｔ２＝Ｖα２−Ａ２・Ｖｔ２
Ｖβｔ２＝Ｖβ２−Ａ２・Ｖｔ２
Ｖγｔ２＝Ｖγ２−Ａ２・Ｖｔ２
Ｖαｔ３＝Ｖα３−Ａ３・Ｖｔ３
Ｖβｔ３＝Ｖβ３−Ａ３・Ｖｔ３
Ｖγｔ３＝Ｖγ３−Ａ３・Ｖｔ３
Ｖαｔ４＝Ｖα４−Ａ４・Ｖｔ４
Ｖβｔ４＝Ｖβ４−Ａ４・Ｖｔ４
Ｖγｔ４＝Ｖγ４−Ａ４・Ｖｔ４
このように、補正された電圧Ｖαｔ１、Ｖβｔ１、Ｖγｔ１、Ｖα２、Ｖβ２、Ｖγ２、Ｖαｔ３、Ｖβｔ３、Ｖγｔ３、Ｖαｔ４、Ｖβｔ４、Ｖγｔ４を得ることにより、力検出装置１のリーク電流等に起因するノイズ成分を除去または減少させることができる。
【０１１２】
次に、演算部４０２は、補正された電圧Ｖαｔ１、Ｖβｔ１、Ｖγｔ１、Ｖα２、Ｖβ２、Ｖγ２、Ｖαｔ３、Ｖβｔ３、Ｖγｔ３、Ｖαｔ４、Ｖβｔ４、Ｖγｔ４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。各力成分は、以下の式により求めることができる。
【０１１３】
Ｆｘ＝Ｖγｔ１−Ｖβｔ２−Ｖγｔ３＋Ｖβｔ４
Ｆｙ＝Ｖβｔ１＋Ｖγｔ２−Ｖβｔ３−Ｖγｔ４
Ｆｚ＝Ｖαｔ１＋Ｖαｔ２＋Ｖαｔ３＋Ｖαｔ４
Ｍｘ＝ａ×（Ｖαｔ４−Ｖαｔ２）
Ｍｙ＝ｂ×（Ｖαｔ３−Ｖαｔ１）
Ｍｚ＝ａ×（Ｖβｔ４＋Ｖβｔ２）＋ｂ×（Ｖβｔ３＋Ｖβｔ１）
ここで、ａ、ｂは定数である。
【０１１４】
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。また、上記式からわかるように、補正された電圧Ｖγｔ１、Ｖγｔ２、Ｖγｔ３、Ｖγｔ４が全て０である場合であっても、６軸力（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）を算出することができる。すなわち、補正された電圧Ｖαｔ１、Ｖαｔ２、Ｖαｔ３、Ｖαｔ４、Ｖβｔ１、Ｖβｔ２、Ｖβｔ３、Ｖβｔ４のみを用いて、６軸力を算出することができる。
【０１１５】
また、通常、電荷出力素子１０から出力される電荷Ｑγは、電荷Ｑαおよび電荷Ｑβ以下となるので、上述のように補正された電圧Ｖαｔ１、Ｖαｔ２、Ｖαｔ３、Ｖαｔ４、Ｖβｔ１、Ｖβｔ２、Ｖβｔ３、Ｖβｔ４に対するリーク電流等に起因するノイズ成分の影響は、補正された電圧Ｖγｔ１、Ｖγｔ２、Ｖγｔ３、Ｖγｔ４に対するリーク電流等に起因するノイズ成分の影響よりも小さい。そのため、補正された電圧Ｖαｔ１、Ｖαｔ２、Ｖαｔ３、Ｖαｔ４、Ｖβｔ１、Ｖβｔ２、Ｖβｔ３、Ｖβｔ４のみを用いて、６軸力を検出することにより、リーク電流等に起因するノイズ成分の影響をさらに低減しつつ、６軸力を検出することができる。
【０１１６】
なお、本実施形態では、各センサーデバイス６に対応させ、センサーデバイス６と同数の変換回路９０ｄが設けられているが、本発明では、これに限らず、例えば、１つの変換回路９０ｄを設けてもよい。
また、本実施形態では、各センサーデバイス６に対応させ、センサーデバイス６と同数の温度センサー７が設けられているが、本発明では、これに限らず、例えば、１つの温度センサー７を設けてもよい。
【０１１７】
＜第３実施形態＞
図８は、本発明の力検出装置の第３実施形態を示す平面図である。図９は、図８中のＡ−Ａ線での断面図である。以下、第３実施形態について、前述した第１実施形態および第２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。
図８および図９に示す、本実施形態の力検出装置１は、６軸力（ｘ、ｙ、ｚ軸方向の並進力成分およびｘ、ｙ、ｚ軸周りの回転力成分）を検出する機能を有する。本実施形態の力検出装置１は、第１の基板２と、第２の基板３との間に、第１の基板２に対して平行な状態（第１の基板２の第２の基板３に対向する面に対して平行な状態）で設けられた４つのセンサーデバイス６と、４つのセンサーデバイス６に接続された変換回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃ（４組）の温度を検出する４つの温度センサー７とを有している。各センサーデバイス６の電圧Ｖα、Ｖβ、Ｖγの検出方向は、図８に示すような配置になっている。
【０１１８】
このように、センサーデバイス６を第１の基板２に対して平行な状態で配置することにより、力検出装置１の高さを低減することができる。また、この場合、演算部４０２は、補正された電圧Ｖαｔ１、Ｖβｔ１、Ｖγｔ１、Ｖα２、Ｖβ２、Ｖγ２、Ｖαｔ３、Ｖβｔ３、Ｖγｔ３、Ｖαｔ４、Ｖβｔ４、Ｖγｔ４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。各力成分は、以下の式により求めることができる。
【０１１９】
Ｆｘ＝Ｖαｔ１＋Ｖβｔ２−Ｖαｔ３−Ｖβｔ４
Ｆｙ＝Ｖβｔ１−Ｖαｔ２−Ｖβｔ３＋Ｖαｔ４
Ｆｚ＝Ｖγｔ１＋Ｖγｔ２＋Ｖγｔ３＋Ｖγｔ４
Ｍｘ＝ｂ×（Ｖγｔ４−Ｖγｔ２）
Ｍｙ＝ａ×（Ｖγｔ３−Ｖγｔ１）
Ｍｚ＝ｂ×（Ｖβｔ２＋Ｖβｔ４）＋ａ×（Ｖβｔ１＋Ｖβｔ３）
ここで、ａ、ｂは定数である。
【０１２０】
なお、センサーデバイス６の数は、前記４つに限定されるものではなく、例えば、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つのセンサーデバイス６を有していれば、６軸力を検出可能である。また、センサーデバイス６が３つの場合、センサーデバイス６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、センサーデバイス６が図示のように４つの場合、前述した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。
【０１２１】
＜単腕ロボットの実施形態＞
次に、図１０に基づき、本発明のロボットの実施形態である単腕ロボットを説明する。以下、本実施形態について、前述した各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。
図１０は、本発明の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１０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５３０と、アーム５２０とエンドエフェクタ５３０との間に設けられた力検出装置１００とを有する。なお、力検出装置１００としては、前述した各実施形態と同様のものを用いる。
【０１２２】
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。
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。
【０１２３】
エンドエフェクタ５３０は、対象物を把持する機能を有する。エンドエフェクタ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。
なお、エンドエフェクタ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についても同様である。
【０１２４】
力検出装置１００は、エンドエフェクタ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１００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１００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。
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。
【０１２５】
＜複腕ロボットの実施形態＞
次に、図１１に基づき、本発明のロボットの実施形態である複腕ロボットを説明する。以下、本実施形態について、前述した各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。
図１１は、本発明の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１１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６４０ｂと、第１のアーム６２０と第１のエンドエフェクタ６４０ａ間および第２のアーム６３０と第２のエンドエフェクタ６４０ｂとの間に設けられた力検出装置１００を有する。なお、力検出装置１００としては、前述した各実施形態と同様のものを用いる。
【０１２６】
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。
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。
【０１２７】
第１、第２のエンドエフェクタ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。
【０１２８】
力検出装置１００は第１、第２のエンドエフェクタ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１００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１００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。
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。
【０１２９】
＜電子部品検査装置および電子部品搬送装置の実施形態＞
次に、図１２、図１３に基づき、本発明の実施形態である電子部品検査装置および電子部品搬送装置を説明する。以下、本実施形態について、前述した各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。
図１２は、本発明の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１３は、本発明の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。
【０１３０】
図１２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。
【０１３１】
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１００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１００としては、前述した各実施形態と同様のものを用いる。
【０１３２】
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。
【０１３３】
図１３は、力検出装置１００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軸力検出装置１００と、６軸力検出装置１００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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
また、力検出装置１００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１００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１００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。
【０１３６】
＜部品加工装置の実施形態＞
次に、図１４に基づき、本発明の部品加工装置の実施形態を説明する。以下、本実施形態について、前述した各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。
図１４は、本発明の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１４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１００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１００としては、前述した各実施形態と同様のものを用いる。
【０１３７】
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、錐、ドリル、フライス等である。
【０１３８】
力検出装置１００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１００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。
【０１３９】
＜移動体の実施形態＞
次に、図１５に基づき、本発明の移動体の実施形態を説明する。以下、本実施形態について、前述した各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。
図１５は、本発明の力検出装置を用いた移動体の１例を示す図である。図１５の移動体９００は、与えられた動力により移動することができる。移動体９００は、特に限定されないが、例えば、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である。
【０１４０】
移動体９００は、本体９１０（例えば、乗り物の筐体、ロボットのメインボディ等）と、本体９１０を移動させるための動力を供給する動力部９２０と、本体９１０の移動により発生する外力を検出する本発明の力検出装置１００と、制御部９３０を有する。なお、力検出装置１００としては、前述した各実施形態と同様のものを用いる。
動力部９２０から供給された動力によって本体９１０が移動すると、移動に伴い振動や加速度等が生じる。力検出装置１００は、移動に伴い生じた振動や加速度等による外力を検出する。力検出装置１００によって検出された外力は、制御部９３０に伝達される。制御部９３０は、力検出装置１００から伝達された外力に応じて動力部９２０等を制御することにより、姿勢制御、振動制御および加速制御等の制御を実行することができる。
以上、本発明の力検出装置、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。
【０１４１】
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。
また、本発明では、パッケージが省略されていてもよい。
また、前記実施形態では、外力に応じて信号を出力する素子として、圧電体を用いたものを使用しているが、本発明では、加えられる外力に応じて出力が変化するものであればこれに限定されず、その他、例えば、感圧導電体等を用いたものが挙げられる。
【０１４２】
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。
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。
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】
【０１４３】
１、１００…力検出装置  ２…第１の基板  ２１…第１の凸部  ２２…角筒上部  ２５…雌ネジ  ３…第２の基板  ３１…第２の凸部  ３５…孔  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  ４０３…記憶部  ４１、４２…孔  ５…デジタル回路基板  ５１、５２…孔  ６…センサーデバイス  ６０…パッケージ  ６１…基部  ６２…蓋体  ６３…端子  ７…温度センサー  ８１…与圧ボルト  ８１５…頭部  ８１６…雄ネジ  ９０ａ、９０ｂ、９０ｃ、９０ｄ…変換回路  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（素子）  １１…グランド電極層  １２…β軸用外力センサー  １２１…第１の圧電体層  １２２…出力電極層  １２３…第２の圧電体層  １３…γ軸用外力センサー  １３１…第３の圧電体層  １３２…出力電極層  １３３…第４の圧電体層  １４…α軸用外力センサー  １４１…第５の圧電体層  １４２…出力電極層  １４３…第６の圧電体層  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  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  ６４１ａ…第１の指  ６４２ａ…第２の指  ６４０ｂ…第２のエンドエフェクタ  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    ９００…移動体  ９１０…本体  ９２０…動力部  ９３０…制御部  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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