(57)【要約】【課題】圧電板から出力された電荷を確実に検出することができ、優れた検出精度を有するセンサー素子、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】電荷出力素子１０は、Ｙカット水晶板で構成された第１の圧電板と、該第１の圧電板の両面にそれぞれ設けられた第１の電極層とを有する第１のセンサー１２と、Ｘカット水晶板で構成された第２の圧電板と、該第２の圧電板の両面にそれぞれ設けられた第２の電極層とを有する第２のセンサー１３と、Ｙカット水晶板で構成された第３の圧電板と、該第３の圧電板の両面にそれぞれ設けられた第３の電極層とを有する第３のセンサー１４とを有し、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とが積層方向に積層された積層体を備えている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶板で構成された少なくとも１枚の圧電板と、該圧電板の両面にそれぞれ設けられた電極層とを有するセンサーが積層方向に複数積層された積層体を備え、
前記積層体は、前記各センサーを前記積層方向に接合する接合層を有することを特徴とするセンサー素子。
【請求項２】
前記圧電板の一方の面に設けられた電極層の熱膨張係数と、前記圧電板の他方の面に設けられた電極層の熱膨張係数とは、実用上一致している請求項１に記載のセンサー素子。
【請求項３】
前記複数のセンサーの前記各電極層の熱膨張係数は互いに実用上一致している請求項１または２に記載のセンサー素子。
【請求項４】
前記接合層の厚さは、０．２μｍ以上２．０μｍ以下である請求項１ないし３のいずれか１項に記載のセンサー素子。
【請求項５】
前記積層体では、前記接合層は、前記複数のセンサーの間にそれぞれ設けられている請求項１ないし４のいずれか１項に記載のセンサー素子。
【請求項６】
水晶板で構成された少なくとも１枚の圧電板と、該圧電板の両面にそれぞれ設けられた電極層とを有する複数のセンサーと、
複数の前記センサーが積層方向に積層された積層体を備え、
前記積層体は、前記積層方向に接合する接合層を有するセンサー素子と、
前記センサー素子から出力された電圧に基づいて、前記外力を検出する外力検出回路とを備えていることを特徴とする力検出装置。
【請求項７】
前記センサーデバイスは、３つ以上設けられている請求項６に記載の力検出装置。
【請求項８】
アームを複数有し、前記複数のアームの隣り合う前記アーム同士を回動自在に連結してなる少なくとも１つのアーム連結体と、
前記アーム連結体の先端側に設けられたエンドエフェクタと、
前記アーム連結体と前記エンドエフェクタとの間に設けられ、前記エンドエフェクタに加えられる外力を検出する請求項６または７に記載の前記力検出装置とを備えていることを特徴とするロボット。
【請求項９】
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請求項６または７に記載の前記力検出装置とを備えていることを特徴とする電子部品搬送装置。
【請求項１０】
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請求項６または７に記載の前記力検出装置とを備えていることを特徴とする電子部品検査装置。
【請求項１１】
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請求項６または７に記載の前記力検出装置とを備えてい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、センサー素子、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としては、例えば、特許文献１に開示されているような力検出装置が用いられる。特許文献１に記載の力検出装置の素子は、複数の圧電基板と、それらの間に設けられた複数の内部電極とで構成された積層体を有している。このような構成の積層体は、一般的には、各圧電基板の一方の面上に内部電極を形成し、これらを接着剤層を介して積層して形成される。その結果、圧電基板、内部電極および接着剤層の順に複数回積層された圧電素子を得ることができる。また、内部電極は、隣在する２つの圧電基板の共通電極として機能している。
しかしながら、前述したように、内部電極と、隣在する２つの圧電基板のうちの一方の圧電基板との間には接着剤層が設けられている。この接着剤層の厚さ等によっては、内部電極は、前記一方の圧電基板からの電荷の検出が不十分となるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１４７８３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、圧電板から出力された電荷を確実に検出することができ、優れた検出精度を有するセンサー素子、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】
【０００６】
このような目的は、下記の本発明に係わる適用例により達成される。
［適用例１］
本発明に係わるセンサー素子は、水晶板で構成された少なくとも１枚の圧電板と、該圧電板の両面にそれぞれ設けられた電極層とを有するセンサーが積層方向に複数積層された積層体を備え、
前記積層体は、前記各センサーを前記積層方向に接合する接合層を有することを特徴とする。
これにより、従来のように、電極層が、隣在する圧電板から出力された電荷を、接合層を介して検出する構成を省略することができる。よって、圧電板から出力された電荷は、接合層を介さず、直接、電極層に検出される。このため、圧電板から出力された電荷を確実に検出することができる。
【０００７】
［適用例２］
本発明に係わるセンサー素子では、前記圧電板の一方の面に設けられた電極層の熱膨張係数と、前記圧電板の他方の面に設けられた電極層の熱膨張係数とは、実用上一致しているのが好ましい。
これにより、第１の圧電板、第２の圧電板および第３の圧電板では、熱膨張率の差異により生じる圧電板の変形を防止することができる。
【０００８】
［適用例３］
本発明に係わるセンサー素子では、前記複数のセンサーの前記各電極層の熱膨張係数は互いに実用上一致しているのが好ましい。
これにより、熱膨張率の差異により生じる圧電板の変形をより効果的に防止することができる。
【０００９】
［適用例４］
本発明に係わるセンサー素子では、前記各接合層の厚さは、０．２μｍ以上２．０μｍ以下であるのが好ましい。
これにより、センサー素子の小型化を図ることができるとともに、各電極層の接合強度を十分に確保することができる。
［適用例５］
本発明に係わるセンサー素子では、前記積層体では、前記接合層は、前記複数のセンサーの間にそれぞれ設けられているのが好ましい。
これにより、センサー素子は、優れた検出精度を有するものとなる。
【００１０】
［適用例６］
本発明に係わる力検出装置は、水晶板で構成された少なくとも１枚の圧電板と、該圧電板の両面にそれぞれ設けられた電極層とを有する複数のセンサーと、
複数の前記センサーが積層方向に積層された積層体を備え、
前記積層体は、前記積層方向に接合する接合層を有するセンサー素子と、
前記センサー素子から出力された電圧に基づいて、前記外力を検出する外力検出回路とを備えていることを特徴とする。
これにより、従来のように、電極層が、隣在する圧電板から出力された電荷を、接合層を介して検出する構成を省略することができる。よって、圧電板から出力された電荷は、接合層を介さず、直接、電極層に検出される。このため、圧電板から出力された電荷を確実に検出することができる。
［適用例７］
本発明に係わる力検出装置では、前記センサー素子は、３つ以上設けられているのが好ましい。
これにより、力検出装置は、６軸力を検出することができる。
【００１１】
［適用例８］
本発明に係わるロボットは、アームを複数有し、前記複数のアームの隣り合う前記アーム同士を回動自在に連結してなる少なくとも１つのアーム連結体と、
前記アーム連結体の先端側に設けられたエンドエフェクタと、
前記アーム連結体と前記エンドエフェクタとの間に設けられ、前記エンドエフェクタに加えられる外力を検出する本発明の力検出装置とを備えていることを特徴とする。
【００１２】
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。
【００１３】
［適用例９］
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本発明の力検出装置とを備えていることを特徴とする。
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。
【００１４】
［適用例１０］
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本発明の力検出装置とを備えていることを特徴とする。
【００１５】
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。
【００１６】
［適用例１１］
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本発明の力検出装置とを備えていることを特徴とする。
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】
【００１７】
【図１】本発明の力検出装置（センサー素子）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】（ａ）が第１のセンサーを示す側面図であり、（ｂ）および（ｃ）が従来のセンサーを示す側面図である。
【図６】本発明の力検出装置の第２実施形態を示す平面図である。
【図７】図６中のＡ−Ａ線での断面図である。
【図８】図６に示す力検出装置を概略的に示す回路図である。
【図９】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】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】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１２】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１３】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】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】
【００１８】
以下、本発明のセンサー素子、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（センサー素子）の第１実施形態を示す断面図、図２は、図１に示す力検出装置の平面図、図３は、図１に示す力検出装置を概略的に示す回路図、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、図５は、（ａ）が第１のセンサーを示す側面図であり、（ｂ）および（ｃ）が従来のセンサーを示す側面図である。
なお、以下では、説明の都合上、図１、図４および図７中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う。
【００１９】
図１および図２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、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を検出する機能を有する。
力検出装置１は、第１の基板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、アナログ回路基板に搭載され、加えられた外力に応じて信号を出力する電荷出力素子（センサー素子）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、２つの与圧ボルト（固定部材）７１とを備えている。
【００２０】
図３に示すように、アナログ回路基板４は、搭載されたセンサーデバイス６の電荷出力素子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とを備えている。また、デジタル回路基板５は、加えられた外力を検出する外力検出回路４０を備えている。このデジタル回路基板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の基板との間に配置されている。
【００２１】
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側の面に配置され、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と第２の基板３とで挟持され、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。また、電荷出力素子１０は、アナログ回路基板４の第１の基板２側の面に配置されていてもよい。
【００２２】
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、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。
【００２３】
＜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。
パッケージ６０は、凹部６１１を有する基部（第１の部材）６１と、その基部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は、基部６１の凹部６１１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がアナログ回路基板４に固定されている。この構成により、基部６１と蓋体６２とが、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。
【００２４】
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。
【００２５】
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の基板３に向って突出している。中央部６２５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６２５の上面および下面は、いずれも平面である。
【００２６】
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。
このようなパッケージ６０内には、電荷出力素子１０が収納されている。この電荷出力素子１０については後に詳述する。
【００２７】
＜変換出力回路＞
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Ｑｘを電圧Ｖｘ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Ｑｚを電圧Ｖｚ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Ｑｙを電圧Ｖｙ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。
【００２８】
変換出力回路９０ｃは、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑｙを電圧Ｖｙに変換して電圧Ｖｙ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、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。
【００２９】
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Ｑｙは、静電容量Ｃ１を有するコンデンサー９２に蓄えられ、電圧Ｖｙ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Ｑｙ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Ｖｙは、電荷出力素子１０から出力される電荷Ｑｙの蓄積量に比例する。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
各変換出力回路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。
【００３３】
＜外力検出回路＞
外力検出回路４０は、変換出力回路９０ａから出力される電圧Ｖｘと、変換出力回路９０ｂから出力される電圧Ｖｚと、変換出力回路９０ｃから出力される電圧Ｖｙとに基づき、加えられた外力を検出する機能を有する。外力検出回路４０は、変換出力回路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４０２とを有する。
【００３４】
ＡＤコンバーター４０１は、電圧Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚ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Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚは、演算部４０２に入力される。
すなわち、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、ＡＤコンバーター４０１は、電圧Ｖｘを出力する。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、ＡＤコンバーター４０１は、電圧Ｖｙを出力する。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、ＡＤコンバーター４０１は、電圧Ｖｚを出力する。
【００３５】
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。この３つの信号は、電荷出力素子１０に加えられた３軸力（せん断力および圧縮／引張力）に対応するので、力検出装置１は、電荷出力素子１０に加えられた３軸力を検出することができる。
【００３６】
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、凸部（第１の凸部）２１が設けられている。この第１の基板２と第２の基板３とは、凸部２１が内側になり、第１の基板２の面と第２の基板３の面とが間隔を隔て対向している。なお、凸部２１の上面（第２の基板３と対向する面）２１１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。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と同様のものとすることができる。
【００３７】
また、凸部２１の位置は、特に限定されないが、本実施形態では、凸部２１は、第１の基板２の中央部に配置されている。
また、凸部２１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、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。
【００３８】
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、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、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、凸部２１に支持されている。
【００３９】
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、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、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、凸部２１に支持されている。
なお、アナログ回路基板４には、２つの与圧ボルト７１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７１が挿通する２つの孔５２が形成されている。
【００４０】
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、電荷出力素子１０に向って突出している。そして、センサーデバイス６は、凸部２１と第２の基板３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と第２の基板３とで挟持されている。なお、第２の基板３の下面（第１の基板２と対向する面）３６は、平面であり、その下面３６がセンサーデバイス６の蓋体６２の中央部に当接し、凸部２１の上面２１１が基部６１に当接している。
【００４１】
また、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、凸部２１の面積は、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、図示の構成では、凸部２１の面積は、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（第１の基板２に対して垂直な方向から見て）、凸部２１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、凸部２１からはみ出していなければよい。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。
【００４２】
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、２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、２つの与圧ボルト７１により、互いの所定量の第２の基板３の面方向の移動が許容されつつ固定される。なお、これは、他の実施形態においても同様である。
【００４３】
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、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。
【００４４】
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、アナログ回路基板４、デジタル回路基板５の周方向に沿って、等角度間隔（１８０°間隔）、すなわち、第２の基板３の平面視で、電荷出力素子１０を介して対向するように配置されている。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、２つに限定されず、例えば、３つ以上であってもよい。
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。
【００４５】
次に電荷出力素子１０について説明する。
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Ｑｘ、Ｑｙ、Ｑｚ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。
【００４６】
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）に接地されたグランド電極層１１、１５、１６、１７、１８、１９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、接合層１０１、１０２、１０３、１０４、１０５とを有し、グランド電極層１１、１５、１６、１７、１８、１９と各センサー１２、１３、１４と、接合層１０１、１０２、１０３、１０４、１０５と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、１５、１６、１７、１８、１９、センサー１２、１３、１４および接合層１０１、１０２、１０３、１０４、１０５との積層方向を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。
【００４７】
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。
グランド電極層１１、１５、１６、１７、１８、１９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、１５、１６、１７、１８、１９を構成する材料は、特に限定されないが、例えば、ニッケル、金、チタニウム、アルミニウム、銅、鉄、クロムまたはこれらを含む合金が好ましい。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。
【００４８】
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。
第１のセンサー１２は、第１の圧電体層（第１の圧電板）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の圧電板）１２３と、第１の圧電体層１２１の上面（第１の面）に設けられた出力電極層（第１の電極層）１２２ａと、第２の圧電体層１２３の下面（第２の面）に設けられた出力電極層（第１の電極層）１２２ｂとを有している。
【００４９】
第１の圧電体層１２１は、互いに直交する３つの結晶軸であるｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を有する圧電体で構成されている。その結果、ｘ軸方向とα軸方向とが一致しており、ｙ軸方向とγ軸方向とが一致しており、ｚ軸方向とβ軸方向とが一致している。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１２２ａ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１２２ａ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。
【００５０】
第２の圧電体層１２３は、互いに直交する３つの結晶軸であるｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を有する圧電体で構成されている。その結果、ｘ軸方向とα軸方向とが一致しており、ｙ軸方向とγ軸方向とが一致しており、ｚ軸方向とβ軸方向とが一致している。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１２２ｂ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１５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１２２ｂ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１５側表面近傍には正電荷が集まる。
【００５１】
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、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という観点から、水晶で構成されている。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。
【００５２】
出力電極層１２２ａは、第１の圧電体層１２１内に生じた正電荷または負電荷を電荷Ｑｙａ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１２２ａ近傍には、正電荷が集まる。その結果、出力電極層１２２ａからは、正の電荷Ｑｙａが出力される。一方、第１の圧電体層１２１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１２２ａ近傍には、負電荷が集まる。その結果、出力電極層１２２ａからは、負の電荷Ｑｙａが出力される。
【００５３】
出力電極層１２２ｂは、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Ｑｙｂとして出力する機能を有する。前述のように、第２の圧電体層１２３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１２２ｂ近傍には、正電荷が集まる。その結果、出力電極層１２２ｂからは、正の電荷Ｑｙａが出力される。一方、第２の圧電体層１２３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１２２ｂ近傍には、負電荷が集まる。その結果、出力電極層１２２ｂからは、負の電荷Ｑｙｂが出力される。
また、出力電極層１２２ａから出力された電荷Ｑｙａと、出力電極層１２２ｂから出力された電荷Ｑｙｂとは、加算回路９４で加算されてＱｙとなる。
【００５４】
このように、第１のセンサー１２では、第１の圧電体層１２１および第２の圧電体層１２３は、それぞれ両面に電極層が設けられている。
出力電極層１２２ａおよび出力電極層１２２ｂを構成する材料としては、特に限定されず、グランド電極層１１、１５、１６、１７、１８、１９を構成する材料と同じ材料を用いることができる。
【００５５】
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。
第２のセンサー１３は、第３の圧電体層（第２の圧電板）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２の圧電板）１３３と、第３の圧電体層１３１の上面に設けられた出力電極層（第２の電極層）１３２ａと、第４の圧電体層１３３の下面に設けられた出力電極層（第２の電極層）１３２ｂとを有している。
【００５６】
第３の圧電体層１３１は、互いに直交する３つの結晶軸であるｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を有している。その結果、ｚ軸方向とα軸方向とが一致しており、ｘ軸方向とγ軸方向とが一致しており、ｙ軸方向とβ軸方向とが一致している。第３の圧電体層１３１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１３２ａ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１６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１３２ａ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１６側表面近傍には正電荷が集まる。
【００５７】
第４の圧電体層１３３は、互いに直交する３つの結晶軸であるｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を有している。その結果、ｚ軸方向とα軸方向とが一致しており、ｘ軸方向とγ軸方向とが一致しており、ｙ軸方向とβ軸方向とが一致している。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１３２ｂ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１７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１３２ｂ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１７側表面近傍には正電荷が集まる。
【００５８】
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。
【００５９】
出力電極層１３２ａは、第３の圧電体層１３１内に生じた正電荷または負電荷を電荷Ｑｚａ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にγ軸の正方向に沿った外力が加えられた場合、出力電極層１３２ａ近傍には、正電荷が集まる。その結果、出力電極層１３２ａからは、正の電荷Ｑｚａが出力される。一方、第３の圧電体層１３１にγ軸の負方向に沿った外力が加えられた場合、出力電極層１３２ａ近傍には、負電荷が集まる。その結果、出力電極層１３２ａからは、負の電荷Ｑｙａが出力される。
【００６０】
出力電極層１３２ｂは、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Ｑｚｂとして出力する機能を有する。前述のように、第４の圧電体層１３３にγ軸の正方向に沿った外力が加えられた場合、出力電極層１３２ｂ近傍には、正電荷が集まる。その結果、出力電極層１３２ｂからは、正の電荷Ｑｚａが出力される。一方、第４の圧電体層１３３にγ軸の負方向に沿った外力が加えられた場合、出力電極層１３２ｂ近傍には、負電荷が集まる。その結果、出力電極層１３２ｂからは、負の電荷Ｑｚｂが出力される。
また、出力電極層１３２ａから出力された電荷Ｑｚａと、出力電極層１３２ｂから出力された電荷Ｑｚｂとは、加算回路９５で加算されてＱｚとなる。
【００６１】
このように、第２のセンサー１３では、第３の圧電体層１３１および第４の圧電体層１３３は、それぞれ両面に電極層が設けられている。
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。
【００６２】
第３のセンサー１４は、第５の圧電体層（第３の圧電板）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３の圧電板）１４３と、第５の圧電体層１４１の上面（第１の面）に設けられた出力電極層（第３の電極層）１４２ａと、第６の圧電体層１４３の下面（第２の面）に設けられた出力電極層（第３の電極層）１４２ｂとを有している。
【００６３】
第５の圧電体層１４１は、互いに直交する３つの結晶軸であるｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を有している。その結果、ｚ軸方向とα軸方向とが一致しており、ｙ軸方向とγ軸方向とが一致しており、ｘ軸方向とβ軸方向とが一致している。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１４２ａ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１８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１４２ａ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１８側表面近傍には正電荷が集まる。
【００６４】
第６の圧電体層１４３は、互いに直交する３つの結晶軸であるｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を有している。その結果、ｚ軸方向とα軸方向とが一致しており、ｙ軸方向とγ軸方向とが一致しており、ｘ軸方向とβ軸方向とが一致している。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１４２ｂ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１９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１４２ｂ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１９側表面近傍には正電荷が集まる。
【００６５】
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。
【００６６】
出力電極層１４２ａは、第５の圧電体層１４１内に生じた正電荷または負電荷を電荷Ｑｘａ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１４２ａ近傍には、正電荷が集まる。その結果、出力電極層１４２ａからは、正の電荷Ｑｘａが出力される。一方、第５の圧電体層１４１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１４２ａ近傍には、負電荷が集まる。その結果、出力電極層１４２ａからは、負の電荷Ｑｘａが出力される。
【００６７】
出力電極層１４２ｂは、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Ｑｘｂとして出力する機能を有する。前述のように、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１４２ｂ近傍には、正電荷が集まる。その結果、出力電極層１４２ｂからは、正の電荷Ｑｘｂが出力される。一方、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１４２ｂ近傍には、負電荷が集まる。その結果、出力電極層１４２ｂからは、負の電荷Ｑｘｂが出力される。
また、出力電極層１４２ａから出力された電荷Ｑｘａと、出力電極層１４２ｂから出力された電荷Ｑｘｂとは、加算回路９６で加算されてＱｘとなる。
【００６８】
このように、第３のセンサー１４では、第５の圧電体層１４１および第６の圧電体層１４３は、それぞれ両面に電極層が設けられている。
また、電荷出力素子１０は、接合層１０１、１０２、１０３、１０４、１０５を有している。接合層１０１は、出力電極層１２２ａと出力電極層１２２ｂとの間に設けられ、出力電極層１２２ａと出力電極層１２２ｂとを接合している。接合層１０２は、グランド電極層１５とグランド電極層１６との間に設けられ、グランド電極層１５とグランド電極層１６とを接合している。接合層１０３は、出力電極層１３２ａと出力電極層１３２ｂとの間に設けられ、出力電極層１３２ａと出力電極層１３２ｂとを接合している。接合層１０４は、グランド電極層１７とグランド電極層１８との間に設けられ、グランド電極層１７とグランド電極層１８とを接合している。接合層１０５は、出力電極層１４２ａと出力電極層１４２ｂとの間に設けられ、出力電極層１４２ａと出力電極層１４２ｂとを接合している。このような構成により、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とは、積層方向に接合され、積層体となっている。
【００６９】
各接合層１０１、１０２、１０３、１０４、１０５の厚さＷは、それぞれ同じであり、０．２μｍ以上２．０μｍ以下であるのが好ましく、１．０μｍ以上１．５μｍ以下であるのがより好ましい。各接合層１０１、１０２、１０３、１０４、１０５の厚さＷを上記数値範囲とすることで、電荷出力素子１０の小型化（薄型化）を図ることができるとともに、各電極層の接合強度を十分に確保することができる。
接合層１０１、１０２、１０３、１０４、１０５を構成する材料としては、特に限定されず、例えば、シリコーン系、エポキシ系、アクリル系、シアノアクリレート系、ポリウレタン系等の接着剤等を好適に用いることができる。
【００７０】
以上説明したように、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方向（γ軸方向）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。
【００７１】
また、各センサーは、圧電体層をそれぞれ２枚ずつ有しているため、１枚の圧電体層で構成されている場合に比べて、より多くの電荷を検出することができる。よって、電荷出力素子１０の感度の向上を図ることができる。
なお、各出力電極層１２２ａ、１２２ｂ、１３２ａ、１３２ｂ、１４２ａ、１４２ｂおよびグランド電極層１１、１５、１６、１７、１８、１９は、本実施形態では、厚さおよび面積が略同じである。
【００７２】
さて、前述したように、電荷出力素子１０は、グランド電極層１１、圧電体層１２１、出力電極層１２２ａ、接合層１０１、出力電極層１２２ｂ、第２の圧電体層１２３、グランド電極層１５、接合層１０２、グランド電極層１６、第３の圧電体層１３１、出力電極１３１ａ、接合層１０３、出力電極層１３１ｂ、第４の圧電体層１３３、グランド電極層１７、接合層１０４、グランド電極層１８、第５の圧電体層１４１、出力電極層１４２ａ、接合層１０５、出力電極層１４２ｂ、第６の圧電体層１４３およびグランド電極層１９の順にγ軸負側から積層されている。すなわち、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、それぞれ、両面に電極層が設けられている。
【００７３】
このような構成によれば、出力電極層１２２ａは、第１の圧電体層１２１の専用の出力電極層となる。出力電極層１２２ａと第１の圧電体層１２１との間では、接合層が省略されている分、出力電極層１２２ａは、第１の圧電体層１２１から出力された電荷Ｑｙａを確実に検出することができる。
また、出力電極層１２２ｂは、第２の圧電体層１２３の専用の出力電極層となる。出力電極層１２２ｂと第２の圧電体層１２３との間では、接合層が省略されている分、出力電極層１２２ｂは、第２の圧電体層１２３から出力された電荷Ｑｙｂを確実に検出することができる。
【００７４】
また、出力電極層１３２ａは、第３の圧電体層１３１の専用の出力電極層となる。出力電極層１３２ａと第３の圧電体層１３１との間では、接合層が省略されている分、出力電極層１３２ａは、第３の圧電体層１３１から出力された電荷Ｑｚａを確実に検出することができる。
また、出力電極層１３２ｂは、第４の圧電体層１３３の専用の出力電極層となる。出力電極層１３２ａと第４の圧電体層１３３との間では、接合層が省略されている分、出力電極層１３２ａは、第４の圧電体層１３３から出力された電荷Ｑｚｂを確実に検出することができる。
【００７５】
また、出力電極層１４２ａは、第５の圧電体層１４１の専用の出力電極層となる。出力電極層１４２ａと第５の圧電体層１４１との間では、接合層が省略されている分、出力電極層１４２ａは、第５の圧電体層１４１から出力された電荷Ｑｘａを確実に検出することができる。
また、出力電極層１４２ｂは、第６の圧電体層１４３の専用の出力電極層となる。出力電極層１４２ｂと第６の圧電体層１４３との間では、接合層が省略されている分、出力電極層１４２ｂは、第６の圧電体層１４３から出力された電荷Ｑｘｂを確実に検出することができる。
【００７６】
このように、電荷出力素子１０では、接合層１０１、１０２、１０３、１０４、１０５を有しているにも関わらず各圧電体層１２１、１２３、１３１、１３３、１４１、１４３から出力された電荷を確実に検出することができる。したがって、検出精度の高い電荷出力素子１０を得ることができる。
ここで、水晶板で構成された各圧電体層１２１、１２３、１３１、１３３、１４１、１４３と、出力電極層１２２ａ、１２２ｂ、１３２ａ、１３２ｂ、１４２ａ、１４２ｂおよびグランド電極層１１、１５、１６、１７、１８、１９とは、熱膨張係数が異なっている。多くの場合、電極材料では、出力電極層およびグランド電極層の熱膨張係数は、圧電体層の熱膨張係数よりも大きい。
【００７７】
図５（ｂ）に示すように、例えば、圧電体層の上面のみに出力電極層が設けられていた場合には、その周辺部の温度上昇により、電極層は圧電体層よりも膨張する。このため、圧電体層には、電極層から力Ｆ１が付与される。この力Ｆ１は、熱膨張により生じる応力Ｆ２よりも大きいため、圧電体層および電極層は、図５（ｂ）に示すように湾曲するように反るおそれがある。
【００７８】
一方、圧電体層および出力電極層の周辺部の温度下降等により、圧電体層および電極層が収縮する場合には、電極層は圧電体層よりも収縮する。このため、圧電体層には、電極層から力Ｆ３が付与される。この力Ｆ３は、熱膨張により生じる応力Ｆ４よりも大きいため、圧電体層および電極層は、図５（ｂ）に示すように湾曲するように反るおそれがある。
しかしながら、電荷出力素子１０では、そのような不具合を防止することができる。以下、このことについて説明するが、各圧電体層および各電極層では、同様の原理で不具合が防止されるため、第１の圧電体層１２１、出力電極層１２２ａおよびグランド電極層１１について代表的に説明する。
【００７９】
電荷出力素子１０では、第１の圧電体層１２１に上面には、出力電極層１２２ａが設けられ、第１の圧電体層１２１の下面には、グランド電極層１１が設けられている。すなわち、第１の圧電体層１２１は、両面に電極層が形成されている。このような構成によれば、出力電極層１２２ａおよびグランド電極層１１は、第１の圧電体層１２１よりも熱膨張量が多いが、出力電極層１２２ａとグランド電極層１１とは、熱膨張量が等しくなる。このため、出力電極層１２２ａから第１の圧電体層１２１に加わる力Ｆ５と、グランド電極層１１から第１の圧電体層１２１に加わる力Ｆ６とが同じ向きで、かつ、同じ大きさとなる。その結果、前述したような第１の圧電体層１２１の反りを防止することができる。
一方、電荷出力素子１０の周辺部の温度下降が生じた場合にも、前記と同様に、出力電極層１２２ａから第１の圧電体層１２１に加わる力Ｆ７と、グランド電極層１１から第１の圧電体層１２１に加わる力Ｆ８とが同じ向きで、かつ、同じ大きさとなる。その結果、前述したような第１の圧電体層１２１の反りを防止することができる。
【００８０】
以上より、電荷出力素子１０が周辺部の温度変化によって不本意な電荷を検出するのを抑制または防止することができる。その結果、検出精度の高い電荷出力素子１０を得ることができる。
また、γ軸方向から見たとき、出力電極層１２２ａとグランド電極層１１とは、重なっているのが好ましい。すなわち、γ軸方向から見たとき、出力電極層１２２ａとグランド電極層１１とは、同じ大きさであるのが好ましい。これにより、熱変形の際、出力電極層１２２ａから第１の圧電体層１２１に加わる力と、グランド電極層１１から第１の圧電体層１２１に加わる力とは、確実に同じ向き、かつ、同じ大きさとなる。よって、前記反りをより効果的に防止ことができる。
【００８１】
また、本実施形態では、出力電極層１２２ａ、１２２ｂ、１３２ａ、１３２ｂ、１４２ａ、１４２ｂおよびグランド電極層１１、１５、１６、１７、１８、１９は、同じ材料で構成されているが、異なる材料で構成されていてもよい。出力電極層１２２ａ、１２２ｂ、１３２ａ、１３２ｂ、１４２ａ、１４２ｂおよびグランド電極層１１、１５、１６、１７、１８、１９が異なる材料で構成されていた場合、出力電極層１２２ａ、１２２ｂ、１３２ａ、１３２ｂ、１４２ａ、１４２ｂおよびグランド電極層１１、１５、１６、１７、１８、１９は、熱膨張係数がそれぞれ実用上一致しているのが好ましい。これにより、前述した反りを効果的に防止することができる。また、少なくとも、出力電極層１２２ａおよびグランド電極層１１の熱膨張係数が一致し、出力電極層１２２ｂおよびグランド電極層１５の熱膨張係数が一致し、出力電極層１３２ａおよびグランド電極層１６の熱膨張係数が一致し、出力電極層１３２ｂおよびグランド電極層１７の熱膨張係数が一致し、出力電極層１４２ａおよびグランド電極層１８の熱膨張係数が一致し、出力電極層１４２ｂおよびグランド電極層１９の熱膨張係数が一致していれば、前記効果を奏することができる。
なお、本明細書中では、「実用上一致」とは、各電極層の熱膨張係数の差が、一方の熱膨張係数の１％以下であることを言う。また、各電極層の熱膨張係数の差が、一方の熱膨張係数の１０％以下であれば、前記反りを効果的に抑制することができる。
【００８２】
＜第２実施形態＞
図６は、本発明の力検出装置の第２実施形態を示す平面図である。図７は、図６中のＡ−Ａ線での断面図である。図８は、図６に示す力検出装置を概略的に示す回路図である。
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。
【００８３】
図６および図７に示す第２実施形態の力検出装置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。
図６および図７に示すように、力検出装置１は、センサーデバイス６を４つ、与圧ボルト７１を４つ有している。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、アナログ回路基板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。また、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ているが、これに限定されるものではない。
【００８４】
また、第１の基板２には、各センサーデバイス６に対応するように、４つの凸部２１が設けられている。なお、この凸部２１については、第１実施形態で説明済みであるので、その説明は省略する。
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。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、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。
【００８５】
＜変換出力回路＞
図８に示すように、各電荷出力素子１０には、それぞれ、変換出力回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃが接続されている。各変換出力回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃは、前述した第１、第２実施形態の変換出力回路９０と同様であるので、その説明は省略する。
【００８６】
＜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Ｖｘ１、Ｖｘ２、Ｖｘ３、Ｖｘ４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。外力検出回路４０は、変換出力回路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４０２とを有する。
【００８７】
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。
【００８８】
すなわち、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、ＡＤコンバーター４０１は、電圧Ｖｘ１、Ｖｘ２、Ｖｘ３、Ｖｘ４を出力する。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、ＡＤコンバーター４０１は、電圧Ｖｙ１、Ｖｙ２、Ｖｙ３、Ｖｙ４を出力する。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、ＡＤコンバーター４０１は、電圧Ｖｚ１、Ｖｚ２、Ｖｚ３、Ｖｚ４を出力する。
【００８９】
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。
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
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。
また、図６および図７に示すように、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。
【００９２】
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、アナログ回路基板４、デジタル回路基板５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、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。
この力検出装置１によれば、前述した第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００９３】
＜単腕ロボットの実施形態＞
次に、図９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、前述した第１、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９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９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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
力検出装置１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。
【００９７】
＜複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、前述した第１、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１０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１０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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
力検出装置１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。
【０１０１】
＜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１１、図１２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、前述した第１、第２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１２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。
【０１０２】
図１１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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
図１２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軸力検出装置１と、６軸力検出装置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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
＜部品加工装置の実施形態＞
次に、図１３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、前述した第１、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１３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１３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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
＜移動体の実施形態＞
次に、図１４に基づき、移動体の実施形態を説明する。以下、本実施形態について、前述した第１、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１４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１４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。
【０１１２】
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ー等）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１と、制御部９３０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。
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１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１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１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。
【０１１３】
以上、本発明のセンサーデバイス、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。
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。
【０１１４】
また、本発明では、パッケージ、すなわち、第１の部材、第２の部材が省略されていてもよい。
また、本発明では、素子は、第１の基板の平面視で、第１の凸部からはみ出していてもよい。
また、本発明では、素子は、第１の基板の平面視で、第２の凸部からはみ出していてもよい。
【０１１５】
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。
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。
【０１１６】
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（センサーデバイス）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、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】
【０１１７】
１…力検出装置  ２…第１の基板  ２１…凸部  ２１１…上面  ２５…雌ネジ  ３…第２の基板  ３５…孔  ３６…下面  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、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  ６１１…凹部  ６２…蓋体  ６２５…中央部  ６２６…外周部  ６３…端子  ７１…与圧ボルト  ７１５…頭部  ７１６…雄ネジ  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  ９４…加算回路  １０…電荷出力素子  １１、１５、１６、１７、１８、１９…グランド電極層  １２…第１のセンサー  １２１…第１の圧電体層  １２２ａ、１２２ｂ…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  １３２ａ、１３２ｂ…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  １４２ａ、１４２ｂ…出力電極層  １４３…第６の圧電体層  １０１、１０２、１０３、１０４、１０５…接合層  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
【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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