(57)【要約】【課題】温度変化による不具合を抑制または防止することができるセンサー素子、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】センサー素子１０は、Ｘカット水晶板の第１の基板と、Ｙカット水晶板の第２の基板と、Ｙカット水晶板の第３の基板とを備え、第１の基板と第２の基板と第３の基板が積層方向に積層された積層体であって、積層方向からの平面視で、第２基板のｘ軸と第３基板のｘ軸とが交差し、前記第２基板のｚ軸と前記第３基板のｚ軸とが交差し、前記積層方向に平行な側面を備える積層体と、記積層体の前記側面に設けられた側面電極と、側面電極と外部電極との間に配置され、前記側面電極と前記外部電極とを電気的に接続する接続電極とを有し、積層体には、前記第１の基板の片面に設けられた内部電極が備えられており、前記内部電極と前記接続電極との離間距離が２００μｍ以上である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘカット水晶板で構成された第１の基板と、Ｙカット水晶板で構成された第２の基板と、Ｙカット水晶板で構成された第３の基板とを備え、前記第１の基板と前記第２の基板と前記第３の基板が積層方向に積層された積層体であって、前記積層方向において、前記第２基板のｘ軸と前記第３基板のｘ軸とが交差し、前記第２基板のｚ軸と前記第３基板のｚ軸とが交差し、前記積層方向に平行な側面を備える積層体と、
前記積層体の前記側面に設けられた側面電極と、
前記側面電極と外部電極との間に配置され、前記側面電極と前記外部電極とを電気的に接続する接続電極とを有し、
前記積層体には、前記第１の基板の少なくとも一方の面に設けられた内部電極が備えられており、
前記内部電極と前記接続電極との離間距離が２００μｍ以上であることを特徴とするセンサー素子。
【請求項２】
前記積層体は、前記第１の基板、前記第２の基板および前記第３の基板の順に積層されている請求項１に記載のセンサー素子。
【請求項３】
前記第１の基板の結晶軸ｙの熱膨張係数と、前記第２の基板の結晶軸ｘの熱膨張係数とが、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】
前記側面電極は、Ｎｉを含む材料で構成されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載のセンサー素子。
【請求項５】
前記内部電極は、Ｎｉを含む材料で構成されている請求項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】
前記積層体は、前記第１の基板、前記第２の基板および前記第３の基板を、それぞれ複数有する請求項１ないし５のいずれか１項に記載のセンサー素子。
【請求項７】
Ｘカット水晶板で構成された第１の基板と、Ｙカット水晶板で構成された第２の基板と、Ｙカット水晶板で構成された第３の基板とを備え、前記第１の基板と前記第２の基板と前記第３の基板が積層方向に積層された積層体であって、前記積層方向からの平面視で、前記第２基板のｘ軸と前記第３基板のｘ軸とが交差し、前記第２基板のｚ軸と前記第３基板のｚ軸とが交差し、前記積層方向に平行な側面を備える積層体と、
前記積層体の前記側面に設けられた側面電極と、
前記側面電極と外部電極との間に配置され、前記側面電極と前記外部電極とを電気的に接続する接続電極とを有し、
前記積層体には、前記第１の基板の少なくとも一方の面に設けられた内部電極が備えられており、
前記内部電極と前記接続電極との離間距離が２００μｍ以上であるセンサー素子と、
前記センサー素子から出力された電荷に基づいて、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８】
前記センサー素子は、４つ以上設けられている請求項７に記載の力検出装置。
【請求項９】
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７または８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請求項７または８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請求項７または８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請求項７または８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の導入が進められている。このような産業ロボットは、１軸または複数軸方向に対して駆動可能なアームと、アームの先端に取り付けられるハンドと、部品検査用器具、部品搬送用器具、部品加工用工具等のエンドエフェクターとを備えており、部品の組み付け作業、部品加工作業、部品検査作業等の部品製造作業、および部品搬送作業等の様々な作業を実行することができる。
【０００３】
このような産業用ロボットにおいては、アームとエンドエフェクターとの間に、力検出装置が設けられている。この力検出装置は、加えられた外力に応じて電荷を出力する圧電素子（電荷出力素子）と、前記圧電素子から出力された電荷を電圧に変換する変換回路（コンバーター）を備えており、圧電素子に加えられた外力を検出できる。産業用ロボットは、このような力検出装置を用いて、部品製造作業時または部品搬送作業時に発生する外力を検出し、検出結果に基づき、アームおよびエンドエフェクターを制御している。その結果、産業用ロボットは、部品製造作業または部品搬送作業等を正確に実行することができる。
このような力検出装置として、圧電素子として水晶を用いた水晶式圧電センサーが用いられることがある（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の水晶式圧電センサーは、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ことから、産業用ロボットの力検出装置として適している。
【０００４】
しかしながら、このような水晶式圧電素子においては、水晶から出力される電荷が微弱であるため、温度変化に起因する出力ドリフトの影響を無視できない。特に、前記外力が加わっていない場合でも、温度変化による熱膨張または熱収縮で水晶に応力が生じるおそれがある。この応力によって、水晶式圧電素子では、前記外力が加わっていない場合でも、電荷が検出されるおそれがある。
このように、従来の水晶式圧電素子では、温度変化の影響により検出精度が低下するという不具合が生じる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−６８６６５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、温度変化による不具合を抑制または防止することができるセンサー素子、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】
【０００７】
（適用例１）
本発明のセンサー素子は、Ｘカット水晶板で構成された第１の基板と、Ｙカット水晶板で構成された第２の基板と、Ｙカット水晶板で構成された第３の基板とを備え、前記第１の基板と前記第２の基板と前記第３の基板が積層方向に積層された積層体であって、前記積層方向からの平面視で、前記第２の基板のｘ軸と前記第３の基板のｘ軸とが交差し、前記第２基板のｚ軸と前記第３の基板のｚ軸とが交差し、前記積層方向に平行な側面を備える積層体と、
前記積層体の前記側面に設けられた側面電極と、
前記側面電極と外部電極との間に配置され、前記側面電極と前記外部電極とを電気的に接続する接続電極とを有し、
前記積層体には、前記第１の基板の少なくとも一方の面に設けられた内部電極が備えられており、
前記内部電極と前記接続電極との離間距離が２００μｍ以上である。
これにより、接続電極が熱変形（熱膨張または熱収縮）した場合でも、第１の基板の圧電効果に影響を与えることがなく、外力として不要な検出を行うのを防止または抑制すること、すなわち、検出精度をより高めることができる。
【０００８】
（適用例２）
本発明のセンサー素子では、前記積層体は、前記第１の基板、前記第２の基板および前記第３の基板の順に積層されていることが好ましい。
これにより、第１の基板の少なくとも一方の面に設けられた内部電極と、接続電極とを所定の距離離間させることができ、接続電極が熱変形した場合でも、第１の基板の圧電効果に影響を与えることがなく、外力として不要な検出を行うのをさらに効果的に防止または抑制することができる。また、第１の基板および第２の基板が温度変化によって膨張または収縮した場合であっても、第１の基板および第２の基板が同じだけ膨張または収縮することとなる。よって、第１の基板および第２の基板では、熱膨張によって、圧縮応力または引張応力が生じるのを特に抑制または防止することができる。
【０００９】
（適用例３）
本発明のセンサー素子では、前記第１の基板の結晶軸ｙの熱膨張係数と、前記第２の基板の結晶軸ｘの熱膨張係数とが、実用上一致していることが好ましい。
これにより、第１の基板および第２の基板が温度変化によって膨張または収縮した場合であっても、第１の基板および第２の基板が同じだけ膨張または収縮することとなる。よって、第１の基板および第２の基板では、熱膨張によって、圧縮応力または引張応力が生じるのをさらに抑制または防止することができる。したがって、温度変化によって電荷が出力されるのをさらも抑制またはさらに防止することができる。
【００１０】
（適用例４）
本発明のセンサー素子では、前記側面電極は、Ｎｉを含む材料で構成されているのが好ましい。
これにより、第１の基板の結晶軸ｘの熱膨張係数と、側面電極の熱膨張係数を、ほぼ同一にすることがき、第１の基板と側面電極の熱変形の差異による第１の基板の圧電効果への影響をさらに減少または除去することができ、より精度の高い力検出を行うことができる。
【００１１】
（適用例５）
本発明のセンサー素子では、前記内部電極は、Ｎｉを含む材料で構成されていることが好ましい。
これにより、第１の基板の結晶軸ｙの熱膨張係数と、電極の熱膨張係数を、ほぼ同一にすることがき、第１の基板と電極の熱変形の差異による第１の基板の圧電効果への影響をさらに減少させることができ、より精度の高い力検出を行うことができる。
【００１２】
（適用例６）
本発明のセンサー素子では、前記積層体は、前記第１の基板、前記第２の基板および前記第３の基板を、それぞれ複数有することが好ましい。
これにより、出力される電荷をより多くすることで、センサー素子の検出精度の向上を図ることができる。
【００１３】
（適用例７）
本発明の力検出装置は、Ｘカット水晶板で構成された第１の基板と、Ｙカット水晶板で構成された第２の基板と、Ｙカット水晶板で構成された第３の基板とを備え、前記第１の基板と前記第２の基板と前記第３の基板が積層方向に積層された積層体であって、前記積層方向からの平面視で、前記第２基板のｘ軸と前記第３基板のｘ軸とが交差し、前記第２基板のｚ軸と前記第３基板のｚ軸とが交差し、前記積層方向に平行な側面を備える積層体と、
前記積層体の前記側面に設けられた側面電極と、
前記側面電極と外部電極との間に配置され、前記側面電極と前記外部電極とを電気的に接続する接続電極とを有し、
前記積層体には、前記第１の基板の少なくとも一方の面に設けられた内部電極が備えられており、
前記内部電極と前記接続電極との離間距離が２００μｍ以上であるセンサー素子と、
前記センサー素子から出力された電荷に基づいて、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、本発明のセンサー素子と同様の効果を得られるとともに、センサー素子から出力された電荷に基づいて外力を検出することができる。
【００１４】
（適用例８）
本発明の力検出装置では、前記センサー素子は、４つ以上設けられているのが好ましい。
これにより、３軸方向の並進力と３軸周りの回転力からなる６軸力の力検出が可能となり、また相対する２つのセンサー素子出力によって外力検出回路のドリフトを補償することができ、力検出装置の検出精度の向上を図ることができる。
【００１５】
（適用例９）
本発明のロボットは、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。
【００１６】
これにより、前記本発明のセンサー素子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。
【００１７】
（適用例１０）
本発明の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、前記本発明のセンサー素子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。
【００１８】
（適用例１１）
本発明の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。
【００１９】
これにより、前記本発明のセンサー素子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。
【００２０】
（適用例１２）
本発明の部品加工装置は、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、前記本発明のセンサー素子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】
【００２１】
【図１】本発明に係る力検出装置（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（センサー素子）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に示すセンサーデバイスを概略的に示す断面図（（ａ）断面図、（ｂ）平面図）である。
【図５】図１に示す電荷出力素子を概略的に示す断面図である。
【図６】図１に示す電荷出力素子の熱膨張率および結晶軸を示す分解斜視図である。
【図７】Ｘカット板の結晶軸ｚの正方向から見たときの単位構造の状態を示す概念図（（ａ）外力を付与しない自然状態、（ｂ）Ａ軸方向に圧縮力が加えられた状態、（ｃ）Ａ軸方向に引張力が加えられた状態）である。
【図８】Ｙカット板の結晶軸ｚの負方向から見たときの単位構造の状態を示す概念図（（ａ）自然状態、（ｂ）Ｃ軸の正方向に外力が加えられた状態、（ｃ）Ｃ軸の負方向に外力が加えられた状態）である。
【図９】電極層の形状をおよび側面電極との関係を示す概念図である。
【図１０】Ｙカット板の結晶軸ｚの負方向から見たときの単位構造の状態を示す概念図（（ａ）自然状態、（ｂ）Ｃ軸方向に圧縮力が加えられた状態）である。
【図１１】本発明に係る力検出装置（センサー素子）の第２実施形態を示す平面図である。
【図１２】図１１中のＡ−Ａ線での断面図である。
【図１３】図１１に示す力検出装置を概略的に示す回路図である。
【図１４】本発明に係る力検出装置（センサー素子）を用いた単腕ロボットの１例を示す図である。
【図１５】本発明に係る力検出装置（センサー素子）を用いた複腕ロボットの１例を示す図である。
【図１６】本発明に係る力検出装置（センサー素子）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１７】本発明に係る力検出装置（センサー素子）を用いた電子部品搬送装置の１例を示す図である。
【図１８】本発明に係る力検出装置（センサー素子）を用いた部品加工装置の１例を示す図である。
【図１９】本発明に係る力検出装置（センサー素子）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】
【００２２】
以下、本発明に係るセンサー素子、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。
《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（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（センサー素子）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に示すセンサーデバイスを概略的に示す断面図（（ａ）断面図、（ｂ）平面図）、図５は、図１に示す電荷出力素子を概略的に示す断面図、図６は、図１に示す電荷出力素子の熱膨張率および結晶軸を示す分解斜視図、図７は、Ｘカット板の結晶軸ｚの正方向から見たときの単位構造の状態を示す概念図（（ａ）外力を付与しない自然状態、（ｂ）Ａ軸方向に圧縮力が加えられた状態、（ｃ）Ａ軸方向に引張力が加えられた状態）、図８は、Ｙカット板の結晶軸ｚの負方向から見たときの単位構造の状態を示す概念図（（ａ）自然状態、（ｂ）Ｃ軸の正方向に外力が加えられた状態、（ｃ）Ｃ軸の負方向に外力が加えられた状態）、図９は、電極層の形状をおよび側面電極との関係を示す概念図、図１０は、Ｙカット板の結晶軸ｚの負方向から見たときの単位構造の状態を示す概念図（（ａ）自然状態、（ｂ）Ｃ軸方向に圧縮力が加えられた状態）である。なお、図１、図４〜図１０の上側を「上（上方）」、下側を「下（下方）」とも言う。
【００２３】
図１に示すように、力検出装置１は、第１の基部２と、第１の基部２から所定の間隔を隔てて配置され、第１の基部２に対向する第２の基部３と、第１の基部２と第２の基部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の基部２と第２の基部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。
【００２４】
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Ｑａを電圧Ｖａ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Ｑｂを電圧Ｖｂ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Ｑｃを電圧Ｖｃ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の基部２側、すなわち、アナログ回路基板４と第１の基部２との間に配置されている。
【００２５】
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の基部３側の面に配置され、第１の基部２に設けられた後述する凸部２１と第２の基部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の基部３とで挟持され、与圧されている。なお、第１の基部２と、第２の基部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の基部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の基部２側の面に配置されていてもよい。
【００２６】
第１の基部２、第２の基部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、図２に示すように、第１の基部２、第２の基部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の基部２、第２の基部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の基部２、第２の基部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、各種の樹脂材料、各種の金属材料等を用いることができる。
【００２７】
＜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の基部３側に配置され、基部６１は、下側、すなわち、第１の基部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の基部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。
【００２８】
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、図２に示すように、第１の基部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。
【００２９】
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の基部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の基部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。
また、図４に示すように、凹部６１１は、その深さ（Ａ軸方向の長さ）が段階的に変化した部分である段差部６１３を有している。段差部６１３には、４つの端子６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄが設けられている。
【００３０】
各端子６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｇは、略同様の構成であるため、以下、端子６３ａについて代表的に説明する。端子６３ａは、図４（ａ）に示すように、凹部６１１内に露出した部分６５と、基部６１埋設され、一部がパッケージ６０の外側に露出した部分６６とを有している。部分６５は、接続電極１８１により電荷出力素子１０と電気的に接続されている。一方、部分６６は、図示しない配線を介して、アナログ回路基板４と電気的に接続されている。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。
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。
【００３１】
＜変換出力回路＞
図３に示すように、電荷出力素子１０には、変換出力回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃが接続されている。変換出力回路９０ａは、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑａを電圧Ｖａ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Ｑｂを電圧Ｖｂ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Ｑｃを電圧Ｖｃ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。
【００３２】
変換出力回路９０ａは、電荷出力素子１０から出力された電荷Ｑａを電圧Ｖａに変換して電圧Ｖａを出力する機能を有する。変換出力回路９０ａ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１２４ｘ、１２４ｙ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。
【００３３】
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Ｑａは、静電容量Ｃ１を有するコンデンサー９２に蓄えられ、電圧Ｖａ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Ｑａ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９０ａをリセットするという。なお、理想的な変換出力回路９０ａから出力される電圧Ｖａは、電荷出力素子１０から出力される電荷Ｑａの蓄積量に比例する。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
＜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Ｖａと、変換出力回路９０ｂから出力される電圧Ｖｂと、変換出力回路９０ｃから出力される電圧Ｖｃ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。
【００３８】
ＡＤコンバーター４０１は、電圧Ｖａ、Ｖｃ、Ｖｂ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Ｖａ、Ｖｃ、Ｖｂは、演算部４０２に入力される。
すなわち、第１の基部２および第２の基部３の相対位置が互いにＡ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Ｖａを出力する。同様に、第１の基部２および第２の基部３の相対位置が互いにＢ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Ｖｂを出力する。また、第１の基部２および第２の基部３の相対位置が互いにＣ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Ｖｃを出力する。
【００３９】
演算部４０２は、デジタル変換された電圧Ｖａ、Ｖｃ、Ｖｂ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Ｑａ、Ｑｃ、Ｑｂ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。
【００４０】
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の基部２に、凸部（第１の凸部）２１が設けられている。この第１の基部２と第２の基部３とは、凸部２１が内側になり、第１の基部２の面と第２の基部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の基部３と対向する面）２１１は、平面である。この凸部２１は、第１の基部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の基部２と同様のものとすることができる。
【００４１】
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の基部２の中央部に配置されている。
また、凸部２１部の形状は、特に限定されないが、本実施形態では、第１の基部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。
【００４２】
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の基部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。
【００４３】
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の基部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。
【００４４】
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の孔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の基部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の基部３とで挟持されている。なお、第２の基部３の下面（第１の基部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。
【００４５】
また、凸部２１の寸法は、特に限定されないが、第１の基部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の基部２の平面視で（第１の基部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の基部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。
【００４６】
また、第１の基部２と、第２の基部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の基部２と、第２の基部３とは、２つの与圧ボルト７１により、互いの所定量の第２の基部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。
【００４７】
各与圧ボルト７１は、それぞれ、その頭部７１５が第２の基部３側となるように配置され、第２の基部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の基部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Ａ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。
【００４８】
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の基部２、第２の基部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の基部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の基部２と第２の基部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。
【００４９】
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。
以上説明したように、この力検出装置１によれば、アナログ回路基板４およびデジタル回路基板５が第１の基部２と第２の基部３との間に設けられているので、装置を小型化することができる。
【００５０】
また、凸部２１と第２の基部３とで、アナログ回路基板４およびデジタル回路基板５を介することなく、センサーデバイス６を挟持すること、すなわち、パッケージ６０を介して電荷出力素子１０を挟持することができる。これにより、電荷出力素子１０に対して十分に与圧を加えることができ、また、力検出の精度を向上させることができる。
また、パッケージ６０の蓋体６２の中央部６２５は、第２の基部３に向って突出しているので、第２の基部３の下面３６が平面であっても電荷出力素子１０に対して十分に与圧を加えることができ、また、力検出の際、外力が加わり難くなることを防止することができる。そして、第２の基部３の下面３６が平面であるので、製造時に第２の基部３と電荷出力素子１０との位置合わせが不要となり、容易に力検出装置１を製造することができる。
【００５１】
＜電荷出力素子（センサー素子）＞
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（Ａ軸、Ｂ軸、Ｃ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Ｑａ、Ｑｃ、Ｑｂを出力する機能を有する。
図７に示すように、電荷出力素子１０は、電荷Ｑａ、Ｑｃ、Ｑｂを出力する積層体１１０と、積層体１１０に電気的に接続された側面電極１７１、１７２、１７３、１７４と、側面電極１７１、１７２、１７３、１７４にそれぞれ電気的に接続された接続電極１８１、１８２、１８３、１８４とを有している。また、積層体１１０は、第１のカバー基材１６１および第２のカバー基材１６２により挟持されている。
【００５２】
［積層体］
図４に示すように、積層体１１０の形状は、特に限定されないが、本実施形態では、第１の基部２の平面視、すなわち、第１の基部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、積層体１１０の平面視における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。
【００５３】
図４に示すように、積層体１１０は、グランド（基準電位点）に接地された６つのグランド電極層１５１、１５２、１５３、１５４、１５５、１５６と、Ａ軸に平行な外力（圧縮／引張力）に応じて電荷Ｑａを出力する第１のセンサー１２と、Ｃ軸に平行な外力（せん断力）に応じて電荷Ｑｃを出力する第２のセンサー１３と、Ｂ軸に平行な外力（せん断力）に応じて電荷Ｑｂを出力する第３のセンサー１４とを有している。
【００５４】
図４、図５に示すように、積層体１１０は、グランド電極層１５６、第３のセンサー１４、グランド電極層１５５、１５４、第２のセンサー１３、グランド電極層１５３、１５２、第１のセンサー１２、およびグランド電極層１５１の順に、Ａ軸方向負側から積層されている。なお、第１のセンサー１２、第２のセンサー１３、第３のセンサー１４の積層順は任意であり、本発明は、図４、図５に示す第１のセンサー１２、第２のセンサー１３、第３のセンサー１４の積層順に限定されない。
また、図４、図５において、第１のセンサー１２、第２のセンサー１３、第３のセンサー１４の積層方向をＡ軸方向とし、Ａ軸方向に直交し且つ互いに直交する方向をそれぞれＢ軸方向、Ｃ軸方向としている。
【００５５】
（第１のセンサー）
図５に示すように、第１のセンサー１２は、Ａ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Ｑａを出力する機能を有する。第１のセンサー１２は、Ａ軸に平行な圧縮力に応じて正電荷を出力し、Ａ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。
【００５６】
図５に示すように、第１のセンサー１２は、第１の圧電体層（第１の基板）１２１と、第１の圧電体層（第１の基板）１２１と対向して設けられた第２の圧電体層１２３と、第１の圧電体層１２１の下面に設けられた第１の出力電極層（内部電極）１２４ｘと、第２の圧電体層１２３の上面に設けられた第２の出力電極層（内部電極）１２４ｙとを有している。また、第１の出力電極層１２４ｘと第２の出力電極層１２４ｙとは、接着層１２５により接合されている。
【００５７】
第１の圧電体層１２１は、Ｘカット結晶板で構成されており、互いに直交する３つの結晶軸であるｘ軸（結晶軸ｘ）、ｙ軸（結晶軸ｙ）およびｚ軸（結晶軸ｚ）を有している。また、第１の圧電体層１２１は、図６に示すように、ｘ軸方向の熱膨張係数が１３．４×１０−６（１／Ｋ）、ｙ軸方向の熱膨張係数が１３．４×１０−６（１／Ｋ）、ｚ軸方向の熱膨張係数７．８×１０−６（１／Ｋ）となっている。なお、後述する圧電体層１２３、１３１、１３３、１４１、１４３についても、第１の圧電体層１２１と同様に、ｘ軸方向の熱膨張係数が１３．４×１０−６（１／Ｋ）、ｙ軸方向の熱膨張係数が１３．４×１０−６（１／Ｋ）、ｚ軸方向の熱膨張係数７．８×１０−６（１／Ｋ）となっている。また、図５、図６に示すように、第１の圧電体層１２１では、ｘ軸方向とＡ軸方向とが一致しており、ｚ軸方向とＢ軸方向とが一致しており、ｙ軸方向とＣ軸方向とが一致している。
【００５８】
第２の圧電体層１２３は、第１の圧電体層１２１と同様に、Ｘカット結晶板で構成されており、第１の圧電体層１２１をＢ軸回りに１８０°回転させた状態で配置されている。
第１の出力電極層１２４ｘ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Ｑａｘとして出力する機能を有する。また、第２の出力電極層１２４ｙ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Ｑａｙとして出力する機能を有する。
【００５９】
また、第１の出力電極層１２４ｘおよび第２の出力電極層１２４ｙを構成する材料としては、特に限定されないが、第１の出力電極層１２４ｘおよび第２の出力電極層１２４ｙの熱膨張係数が、第１の圧電体層１２１の結晶軸ｙ方向（Ｃ軸方向）および第２の圧電体層１２３の結晶軸ｙ方向（Ｃ軸方向）の熱膨張係数とできる限り近いことが好ましい。これにより、例えば力検出装置１の温度環境下の変化に起因して電荷出力素子１０が熱変形した場合であっても、第１の出力電極層１２４ｘおよび第２の出力電極層１２４ｙと、第１の圧電体層１２１および第２の圧電体層１２３とが近似の収縮率または伸長率で変形する。これにより、第１の出力電極層１２４ｘおよび第２の出力電極層１２４ｙが、力検出装置１の温度変化に起因する不要な信号（誤差成分）を出力することをより効果的に抑制または防止することができる。
【００６０】
また、第１の出力電極層１２４ｘおよび第２の出力電極層１２４ｙの熱膨張係数は、第１の圧電体層１２１および第２の圧電体層１２３のｙ軸方向に沿った熱膨張係数の１０％以下であるのが好ましく、８％以下であるのがより好ましく、５％以下であるのがさらに好ましい。これにより、不要な信号を出力することをより効果的に抑制または防止することができる。
【００６１】
かかる条件を満足し得る第１の出力電極層１２４ｘおよび第２の出力電極層１２４ｙの構成材料としては、例えば、ニッケル、金、チタニウム、アルミニウム、銅、鉄等が挙げられ、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。中でもと特に、第１の出力電極層１２４ｘおよび第２の出力電極層１２４ｙは、ニッケル（Ｎｉ）を含む材料で構成されていることが好ましい。ニッケルは、前述したような圧電体層１２１、１２３の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有することから好ましい。
【００６２】
また、接着層１２５は、第１の出力電極層１２４ｘと第２の出力電極層１２４ｙとの導通を遮断する機能を有する。接着層１２５を構成する材料としては、特に限定されず、例えば、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。
このような構成の第１のセンサー１２がＡ軸に沿って加えられた外力に応じて電荷Ｑａを出力することについて、以下に、図７を参照しつつ説明する。
【００６３】
第１の圧電体層１２１は、前述したようにＸカット結晶板で構成されており、Ｂ軸の正方向からみたとき、６つの頂点にＳｉ原子とＯ原子とが交互に配置されたような六角形の単位構造を有している（図７（ａ）参照）。この単位構造は、Ｓｉ原子とＯ原子とを結ぶ３つの対角線のうちの１つの対角線が第１の圧電体層１２１の厚さ方向とほほ平行となるような状態となっている。
【００６４】
第１の圧電体層１２１の表面に対し、Ａ軸に平行な圧縮力が加えられた場合、単位構造が、図７（ｂ）に示すように、Ａ軸方向に押し潰されるように変形する。このため、第１の出力電極層１２４ｘに近接するＯ原子に隣り合う２つのＳｉ原子が、図７（ａ）より第１の出力電極層１２４ｘに近づいた状態となるとともに、グランド電極層１５１に近接するＳｉ原子に隣り合う２つのＯ原子が、図７（ａ）よりグランド電極層１５１に近づいた状態となる。その結果、第１の圧電体層１２１の第１の出力電極層１２４ｘ側表面近傍には正電荷が偏り、第１の圧電体層１２１のグランド電極層１５１側表面近傍には負電荷が偏った状態となる。したがって、第１の出力電極層１２４ｘからは、正の電荷Ｑａｘが出力される。
【００６５】
これとは逆に、第１の圧電体層１２１の表面に対し、Ａ軸に平行な引張力が加えられた場合、単位構造が、図７（ｃ）に示すように、Ａ軸方向に引き伸ばされるように変形する。このため、第１の出力電極層１２４ｘに近接するＯ原子に隣り合う２つのＳｉ原子が、図７（ａ）より第１の出力電極層１２４ｘから離れた状態となるとともに、グランド電極層１５１に近接するＳｉ原子に隣り合う２つのＯ原子が、図５（ａ）よりグランド電極層１５１から離れた状態となる。その結果、第１の圧電体層１２１の第１の出力電極層１２４ｘ側表面近傍には負電荷が偏り、第１の圧電体層１２１のグランド電極層１５１側表面近傍には正電荷が偏った状態となる。したがって、第１の出力電極層１２４ｘからは、負の電荷Ｑａｘが出力される。
【００６６】
また、第２の圧電体層１２３は、第１の圧電体層１２１と同様の結晶軸を有しており、第１の圧電体層１２１をＢ軸回りに１８０°回転させた状態で配置されている。すなわち、第２の圧電体層１２３では、Ｂ軸の正方向からみたとき、単位構造が第１の圧電体層１２１に対して上下反転した状態となっている。
したがって、第２の圧電体層１２３の表面に対し、Ａ軸に平行な圧縮力が加えられた場合、第２の圧電体層１２３の第２の出力電極層１２４ｙ側表面近傍には正電荷が偏り、第２の圧電体層１２３のグランド電極層１５２側表面近傍には負電荷が偏った状態となる。よって、第２の出力電極層１２４ｙからは、正の電荷Ｑａｙが出力される。
【００６７】
これとは逆に、第２の圧電体層１２３の表面に対し、Ａ軸に平行な引張力が加えられた場合、第２の圧電体層１２３の第２の出力電極層１２４ｙ側表面近傍には負電荷が偏り、第２の圧電体層１２３のグランド電極層１５２側表面近傍には正電荷が偏った状態となる。よって、第２の出力電極層１２４ｙからは、負の電荷Ｑａｙが出力される。
そして、図５に示すように、第１の出力電極層１２４ｘから出力された電荷Ｑａｘと、第２の出力電極層１２４ｙから出力された電荷Ｑａｙとは、加算回路９４で加算されてＱａとなる。
以上のようにして、力検出装置１にＡ軸に沿って外力が加えられると、第１のセンサー１２から電荷Ｑａが出力される。
【００６８】
（第２のセンサー）
第２のセンサー１３は、Ｃ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Ｑｃを出力する機能を有する。第２のセンサー１３は、Ｃ軸の負方向に沿って加えられた外力に応じて正電荷を出力し、Ｃ軸の正方向に沿って加えられた外力に応じて負電荷を出力するよう構成されている。
【００６９】
図５に示すように、第２のセンサー１３は、第３の圧電体層（第２の基板）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２の基板）１３３と、第３の圧電体層１３１の下面に設けられた第３の出力電極層（電極）１３４ｘと、第４の圧電体層１３３の上面に設けられた第４の出力電極層（電極）１３４ｙとを有している。また、第３の出力電極層１３４ｘと第４の出力電極層１３４ｙとは、接着層１３５により接合されている。
【００７０】
第３の圧電体層１３１は、Ｙカット結晶板で構成されており、互いに直交する３つの結晶軸であるｘ軸（結晶軸ｘ）、ｙ軸（結晶軸ｙ）およびｚ軸（結晶軸ｚ）を有している。第３の圧電体層１３１では、ｙ軸方向とＡ軸方向とが一致しており、ｚ軸方向とＢ軸方向とが一致しており、ｘ軸方向とＣ軸方向とが一致している。
第４の圧電体層１３３は、第３の圧電体層１３１と同様に、Ｙカット結晶板で構成されており、第３の圧電体層１３１をＢ軸回りに１８０°回転させた状態で配置されている。
【００７１】
第３の出力電極層１３４ｘ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Ｑｃｘとして出力する機能を有する。また、第４の出力電極層１３４ｙ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Ｑｃｙとして出力する機能を有する。
第３の出力電極層１３４ｘおよび第４の出力電極層１３４ｙを構成する材料としては、特に限定されず、前述した第１の出力電極層１２４ｘおよび第２の出力電極層１２４ｙで述べた材料を用いることができる。また、第３の出力電極層１３４ｘおよび第４の出力電極層１３４ｙは、第１の出力電極層１２４ｘおよび第２の出力電極層１２４ｙで述べた材料を用いることにより、前述した効果と同様の効果が得られる。
【００７２】
接着層１３５は、第３の出力電極層１３４ｘと第４の出力電極層１３４ｙとの導通を遮断する機能を有する。接着層１３５を構成する材料としては、特に限定されず、前述した接着層１２５で述べた材料を用いることができる。
このような構成の第２のセンサー１３がＣ軸に沿って加えられた外力に応じて電荷Ｑｃを出力することについて、以下に、図８を参照しつつ説明する。
【００７３】
第３の圧電体層１３１は、Ｂ軸の正方向からみたとき、６つの頂点にＳｉ原子とＯ原子とが交互に配置されたような六角形の単位構造を有している（図８（ａ）参照）
この単位構造は、Ｓｉ原子とＯ原子とを結ぶ３つの対角線のうちの１つの対角線が第３の圧電体層１３１の厚さ方向とほほ垂直となるような状態となっている。
第３の圧電体層１３１の表面に対し、Ｃ軸の負方向に沿った外力が加えられた場合、単位構造が、図８（ｂ）に示すように、Ｃ軸の負方向に傾斜する（歪む）ように変形する。このため、第３の出力電極層１３４ｘ側で第３の圧電体層１３１の厚さ方向とほぼ垂直な方向（面方向）に並ぶＯ原子とＳｉ原子とのうちのＯ原子が、図８（ａ）より第３の出力電極層１３４ｘから離れた状態となるとともに、グランド電極層１５３側で第３の圧電体層１３１の面方向に並ぶＯ原子とＳｉ原子とのうちのＳｉ原子が、図８（ａ）よりグランド電極層１５３から離れた状態となる。その結果、第３の圧電体層１３１のグランド電極層１５３側表面近傍には負電荷が偏り、第３の圧電体層１３１の第３の出力電極層１３４ｘ側表面近傍には正電荷が偏った状態となる。したがって、第３の出力電極層１３４ｘからは、正の電荷Ｑｃｘが出力される。
【００７４】
これとは逆に、第３の圧電体層１３１の表面に対し、Ｃ軸の正方向に沿った外力が加えられた場合、単位構造が、図８（ｃ）に示すように、Ｃ軸の正方向に傾斜する（歪む）ように変形する。このため、第３の出力電極層１３４ｘ側で第３の圧電体層１３１の面方向に並ぶＯ原子とＳｉ原子とのうちのＳｉ原子が、図８（ａ）より第３の出力電極層１３４ｘから離れた状態となるとともに、グランド電極層１５３側で第３の圧電体層１３１の面方向に並ぶＯ原子とＳｉ原子とのうちのＯ原子が、図８（ａ）よりグランド電極層１５３から離れた状態となる。その結果、第３の圧電体層１３１のグランド電極層１５３側表面近傍には正電荷が偏り、第３の圧電体層１３１の第３の出力電極層１３４ｘ側表面近傍には負電荷が偏った状態となる。したがって、第３の出力電極層１３４ｘからは、負の電荷Ｑｃｘが出力される。
【００７５】
また、第４の圧電体層１３３は、第３の圧電体層１３１と同様の結晶軸を有しており、第３の圧電体層１３１をＢ軸回りに１８０°回転させた状態で配置されている。すなわち、第４の圧電体層１３３では、Ｂ軸の正方向からみたとき、単位構造が第３の圧電体層１３１と上下反転した状態となっている。
したがって、第４の圧電体層１３３の表面に対し、Ｃ軸の負方向に沿った外力が加えられた場合、第４の圧電体層１３３の第４の出力電極層１３４ｙ側表面近傍には正電荷が偏り、第４の圧電体層１３３のグランド電極層１５４側表面近傍には負電荷が偏った状態となる。よって、第４の出力電極層１３４ｙからは、正の電荷Ｑｃｙが出力される。
【００７６】
これとは逆に、第４の圧電体層１３３の表面に対し、Ｃ軸の正方向に沿った外力が加えられた場合、第４の圧電体層１３３の第４の出力電極層１３４ｙ側表面近傍には負電荷が偏り、第４の圧電体層１３３のグランド電極層１５４側表面近傍には正電荷が偏った状態となる。よって、第４の出力電極層１３４ｙからは、負の電荷Ｑｃｙが出力される。
そして、図５に示すように、第３の出力電極層１３４ｘから出力された電荷Ｑｃｘと、第４の出力電極層１３４ｙから出力された電荷Ｑｃｙとは、加算回路９５で加算されてＱｃとなる。
以上のようにして、力検出装置１にＣ軸に沿って外力が加えられると、第２のセンサー１３から電荷Ｑｃが出力される。
【００７７】
（第３のセンサー）
第３のセンサー１４は、Ｂ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Ｑｂを出力する機能を有する。第３のセンサー１４は、Ｂ軸の正方向に沿って加えられた外力に応じて負電荷を出力し、Ｂ軸の負方向に沿って加えられた外力に応じて正電荷を出力するよう構成されている。
【００７８】
図５に示すように、第３のセンサー１４は、第５の圧電体層（第３の基板）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の基板）１４３と、第５の圧電体層１４１の下面に設けられた第５の出力電極層（電極）１４４ｘと、第６の圧電体層１４３の上面に設けられた第６の出力電極層（電極）１４４ｙとを有している。また、第５の出力電極層１４４ｘと第６の出力電極層１４４ｙとは、接着層１４５により接合されている。
【００７９】
第５の圧電体層１４１は、Ｙカット結晶板で構成されており、互いに直交する３つの結晶軸であるｘ軸（結晶軸ｘ）、ｙ軸（結晶軸ｙ）およびｚ軸（結晶軸ｚ）を有している。第５の圧電体層１４１では、ｙ軸方向とＡ軸方向とが一致しており、ｘ軸方向とＢ軸方向とが一致しており、ｚ軸方向とＣ軸方向とが一致している。
第６の圧電体層１４３は、第５の圧電体層１４１と同様に、Ｙカット結晶板で構成されており、第５の圧電体層１４１をＣ軸回りに１８０°回転させた状態で配置されている。
【００８０】
第５の出力電極層１４４ｘ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Ｑｂｘとして出力する機能を有する。また、第６の出力電極層１４４ｙ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Ｑｂｙとして出力する機能を有する。
第５の出力電極層１４４ｘおよび第６の出力電極層１４４ｙを構成する材料としては、特に限定されず、前述した第１の出力電極層１２４ｘおよび第２の出力電極層１２４ｙで述べた材料を用いることができる。また、第５の出力電極層１４４ｘおよび第６の出力電極層１４４ｙは、第１の出力電極層１２４ｘおよび第２の出力電極層１２４ｙで述べた材料を用いることにより、前述した効果と同様の効果が得られる。
【００８１】
接着層１４５は、第５の出力電極層１４４ｘと第６の出力電極層１４４ｙとの導通を遮断する機能を有する。接着層１４５を構成する材料としては、特に限定されず、前述した接着層１２５で述べた材料を用いることができる。
このような構成の第３のセンサー１４がＢ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Ｑｂを出力することについて、以下に説明する。
【００８２】
第５の圧電体層１４１は、Ｃ軸の正方向からみたとき、第３の圧電体層１３１で説明したのと同一の状態の単位構造を有している。
第５の圧電体層１４１の表面に対し、Ｂ軸の負方向に沿った外力が加えられた場合、第３の圧電体層１３１と同様に、第５の圧電体層１４１の第５の出力電極層１４４ｘ側表面近傍には正電荷が偏り、第５の圧電体層１４１のグランド電極層１５５側表面近傍には負電荷が偏った状態となる。したがって、第５の出力電極層１４４ｘからは、正の電荷Ｑｂｘが出力される。
【００８３】
これとは逆に、第５の圧電体層１４１の表面に対し、Ｂ軸の正方向に沿った外力が加えられた場合、第５の圧電体層１４１の第５の出力電極層１４４ｘ側表面近傍には負電荷が偏り、第５の圧電体層１４１のグランド電極層１５５側表面近傍には正電荷が偏った状態となる。したがって、第５の出力電極層１４４ｘからは、負の電荷Ｑｂｘが出力される。
また、第６の圧電体層１４３は、第５の圧電体層１４１と同様の結晶軸を有しており、第５の圧電体層１４１をＣ軸回りに１８０°回転させた状態で配置されている。すなわち、第６の圧電体層１４３では、Ｃ軸の正方向からみたとき、単位構造が第５の圧電体層１４１と上下反転した状態となっている。
【００８４】
第６の圧電体層１４３の表面に対し、Ｃ軸の正方向に沿った外力が加えられた場合、第４の圧電体層１３３と同様に、第６の圧電体層１４３の第６の出力電極層１４４ｙ側表面近傍には正電荷が偏り、第６の圧電体層１４３のグランド電極層１５６側表面近傍には負電荷が偏った状態となる。したがって、第６の出力電極層１４４ｙからは、正の電荷Ｑｃｙが出力される。
【００８５】
これとは逆に、第６の圧電体層１４３の表面に対し、Ｃ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の第６の出力電極層１４４ｙ側表面近傍には負電荷が偏り、第６の圧電体層１４３のグランド電極層１５６側表面近傍には正電荷が偏った状態となる。したがって、第６の出力電極層１４４ｙからは、負の電荷Ｑｃｙが出力される。
そして、図５に示すように、第５の出力電極層１４４ｘから出力された電荷Ｑｂｘと、第６の出力電極層１４４ｙから出力された電荷Ｑｂｙとは、加算回路９６で加算されてＱｂとなる。
以上のようにして、力検出装置１にＢ軸に沿って外力が加えられると、第３のセンサー１４から電荷Ｑｂが出力される。
【００８６】
以上説明したように、第１のセンサー１２、第２のセンサー１３および第３のセンサー１４は、各センサーの力検出方向が互いに直交するように積層されている。これにより、各センサーは、それぞれ、互いに直交する力成分に応じて電荷を誘起することができる。そのため、電荷出力素子１０は、３軸（Ａ軸、Ｃ軸、Ｂ軸）に沿った外力（ひずみ）のそれぞれに応じて３つの電荷Ｑａ、Ｑｃ、Ｑｂを出力することができる。
【００８７】
また、前述したように、各センサー１２、１３、１４では、圧電体層が２枚ずつ、互いにＢ軸またはＣ軸回りに１８０°回転させた状態で配置されている。このように２枚の圧電体層１２１、１２３で構成された第１のセンサー１２は、１枚の圧電体層によってセンサーを構成する場合と比較して、出力電極層近傍に偏る正電荷または負電荷を増加させることができる。また、同様に、２枚の圧電体層１３１、１３３で構成された第２のセンサー１３、および２枚の圧電体層１４１、１４３で構成された第３のセンサー１４も、１枚の圧電体層によってセンサーを構成する場合と比較して、出力電極層近傍に偏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、出力される電荷Ｑａ〜Ｑｃを増加させることができる。
【００８８】
図８に示すように、各圧電体層１２１、１２３、１３１、１３３、１４１、１４３は、ｘ軸方向の熱膨張係数が１３．４×１０−６（１／Ｋ）、ｙ軸方向の熱膨張係数が１３．４×１０−６（１／Ｋ）、ｚ軸方向の熱膨張係数７．８×１０−６（１／Ｋ）となっている。すなわち、本実施形態では、各圧電体層１２１、１２３、１３１、１３３、１４１、１４３は、ｘ軸方向の熱膨張係数とｙ軸方向の熱膨張係数が同じであり、ｚ軸方向の熱膨張係数がｘ軸方向の熱膨張係数およびｙ軸方向の熱膨張係数よりも小さい圧電体層１２１、１２３、１３１、１３３、１４１、１４３を用いている。
【００８９】
また、図６に示すように、第２の圧電体層１２３の結晶軸ｙ方向(Ｃ軸方向)の熱膨張係数と、第３の圧電体層１３１の結晶軸ｘ方向(Ｃ軸方向)とが、ともに１３．４となっている。すなわち、第２の圧電体層１２３のＣ軸方向(ｙ軸方向)の熟膨張係数と、第３の圧電体層１３１のＣ軸方向(ｘ軸方向)とが、実用上一致している。これにより、例えば力検出装置１の温度変化に起因して電荷出力素子１０が熱変形した場合であっても、第２の圧電体層１２３と第３の圧電体層１３１とが近似または同じ収縮率または伸長率で変形する。これにより、第２の圧電体層１２３に生じた電荷を出力する第２の出力電極層１２４ｙが、第３の圧電体層１３１が前記熱変形することに起因する不要な信号（誤差成分）を出力することを、より効果的に抑制または防止することができる。
【００９０】
なお、本明細書中では、「実用上一致」とは、第２の圧電体層１２３のｙ軸方向の熱膨張係数と第３の圧電体層１３１のｘ軸方向の熱膨張係数との差が、０％以上１％以下であることを言う。
また、各圧電体層１２１、１２３、１３１、１３３、１４１、１４３の平均厚さは特に限定されないが、５０μｍ〜６００μｍであるのが好ましく、８０μｍ〜３００μｍであるのがより好ましい。これにより、電荷出力素子１０の小型化と高感度化の両立をより一層図ることができる。
【００９１】
［第１のカバー基材および第２のカバー基材］
また、電荷出力素子１０は、積層体１１０を挟持するように設けられた第１のカバー基材１６１および第２のカバー基材１６２を有している。
第２のカバー基材１６２、積層体１１０、および第１のカバー基材１６１は、この順にＡ軸方向負側から積層されている。
【００９２】
第１のカバー基材１６１および第２のカバー基材１６２は、それぞれ絶縁体で構成されており、パッケージ６０と積層体１１０との導通を遮断する機能を有している。
第１のカバー基材１６１および第２のカバー基材１６２の構成材料は、特に限定されないが、本実施形態では、第１のカバー基材１６１および第２のカバー基材１６２は、Ｙカット結晶板で構成されている。第１のカバー基材１６１および第２のカバー基材１６２では、ｙ軸方向とＡ軸方向とが一致しており、ｚ軸方向とＢ軸方向とが一致しており、ｘ軸方向とＣ軸方向とが一致している。
【００９３】
図５に示すように、第１の圧電体層１２１の結晶軸ｙ方向(Ｃ軸方向)の熱膨張係数と、第１のカバー基材１６１の結晶軸ｘ方向(Ｃ軸方向)とが、ともに１３．４となっている。すなわち、第１の圧電体層１２１の結晶軸ｙ方向(Ｃ軸方向)の熟膨張係数と、第１のカバー基材１６１の結晶軸ｘ方向(Ｃ軸方向)とが、実用上一致している。これにより、例えば力検出装置１の温度環境下の変化に起因して電荷出力素子１０が熱変形した場合であっても、第１の圧電体層１２１と第１のカバー基材１６１とが近似または同じ収縮率または伸長率で変形する。これにより、第１の圧電体層１２１に生じた電荷を出力する第１の出力電極層１２４ｘが、第１のカバー基材１６１が前記熱変形することに起因する不要な信号（ノイズ成分）を出力することを、より効果的に抑制または防止することができる。
なお、前記「実用上一致」とは、第１の圧電体層１２１のＢ軸方向の熱膨張係数と、第１のカバー基材１６１のＢ軸方向の熱膨張係数との差が、０％以上１％以下であることを言う。  
【００９４】
［グランド電極層］
各グランド電極層１５１〜１５６は、グランド（基準電位点）に接地された内部電極である。
グランド電極層１５１〜１５６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、鉄またはこれらを含む合金が好ましい。中でも特に、各グランド電極層１５１〜１５６は、Ｎｉを含む材料で構成されていることが好ましい。これにより、各グランド電極層１５１〜１５６の熱膨張係数と、それに隣接する各圧電体層１２１、１２３、１３１、１３３、１４１、１４３の熱膨張力係数との差を、比較的小さくすることができる。そのため、電荷出力素子１０が熱変形する場合、各グランド電極層１５１〜１５６および各圧電体層１２１、１２３、１３１、１３３、１４１、１４が熱変形したとしても、これら（各グランド電極層および各圧電体層）の膨張率または収縮率の差を小さくすることができる。したがって、これら（各グランド電極層および各圧電体層）の膨張率または収縮率の差に起因して、各圧電体層に圧縮応力や引張応力が発生することを特に効果的に防止または抑制することができる。その結果、より高精度な電荷出力素子１０を得ることができる。
【００９５】
また、各グランド電極層１５１〜１５６を構成する材料としては、特に限定されないが、各グランド電極層１５１〜１５６の熱膨張係数が、第１の圧電体層１２１の結晶軸ｙ方向（Ｃ軸方向）および第２の圧電体層１２３の結晶軸ｙ方向（Ｃ軸方向）の熱膨張係数と、できる限り近いことが好ましい。これにより、例えば力検出装置１の温度環境下の変化に起因して電荷出力素子１０が熱変形した場合であっても、各グランド電極層１５１〜１５６と、第１の圧電体層１２１および第２の圧電体層１２３とが近似の収縮率または伸長率で変形する。これにより、第１の出力電極層１２４ｘおよび第２の出力電極層１２４ｙが、各グランド電極層１５１〜１５６の前記熱変形に起因する不要な信号（誤差成分）を出力することをより効果的に抑制または防止することができる。
【００９６】
また、各グランド電極層１５１〜１５６の熱膨張係数は、第１の圧電体層１２１および第２の圧電体層１２３のｙ軸方向に沿った熱膨張係数の１０％以下であるのが好ましく、８％以下であるのがより好ましく、５％以下であるのがさらに好ましい。これにより、第１の出力電極層１２４ｘおよび第２の出力電極層１２４ｙが、前記不要な信号（誤差成分）を出力することをより効果的に抑制または防止することができる。
【００９７】
かかる条件を満足し得る各グランド電極層１５１〜１５６の構成材料としては、例えば、ニッケル、金、チタニウム、アルミニウム、銅、鉄等が挙げられ、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。中でもと特に、各グランド電極層１５１〜１５６は、ニッケル（Ｎｉ）を含む材料で構成されていることが好ましい。ニッケルは、前述したような圧電体層１２１、１２３の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有することから好ましい。
【００９８】
また、全てのグランド電極層１５１〜１５６は、同一の材料で構成されていることが好ましい。これにより、第１の出力電極層１２４ｘおよび第２の出力電極層１２４ｙが、前記不要な信号（誤差成分）を出力することをより一層効果的に防止することができる。  また、接着層１２５は、第１の出力電極層１２４ｘと第２の出力電極層１２４ｙとの導通を遮断する機能を有する。接着層１２５を構成する材料としては、特に限定されず、例えば、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。
【００９９】
また、グランド電極層１５６と第２のカバー基材１６２とは、接着層１０４を介して接合されている。グランド電極層１５５とグランド電極層１５４とは、接着層１０３を介して接合されている。グランド電極層１５３とグランド電極層１５２とは、接着層１０２を介して接合されている。グランド電極層１５１と第１のカバー基材１６１とは、接着層１０１を介して接合されている。
各接着層１０１〜１０４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。
【０１００】
［側面電極］
図４示すように、電荷出力素子１０は、積層体１１０に電気的に接続された側面電極１７１、１７２、１７３、１７４を有している。
また、前述した構成の積層体１１０は、図４に示すように、４つの側面１１０ａ〜１１０ｄを備えている。これらの側面のうち、２つの側面１１０ａ、１１０ｃは、Ｃ軸（第１および第２の圧電体層１２１、１２３の結晶軸ｙ）を法線とする側面であり、２つの側面１１０ｂ、１１０ｄは、Ｂ軸（第１および第２の圧電体層１２１、１２３の結晶軸ｚ）を法線とする側面である。
【０１０１】
図４、図９に示すように、本実施形態では、第１の出力電極層１２４ｘおよび第２の出力電極層１２４ｙに接続され、電荷Ｑａを取り出すための第１の側面電極１７１が、第２の側面１１０ｂに設けられている。また、第５の出力電極層１４４ｘおよび第６の出力電極層１４４ｙに接続され、電荷Ｑｂを取り出すための第３の側面電極１７３が、第２の側面１１０ｂに設けられている。また、第３の出力電極層１３４ｘおよび第４の出力電極層１３４ｙに接続され、電荷Ｑｃを取り出すための第２の側面電極１７２が、第４の側面１１０ｄに設けられている。また、グランド電極層１５１、１５２、１５３、１５４、１５５、１５６に接続され、積層体１１０を接地するための第４の側面電極１７４が、第４の側面１１０ｄに設けられている
また、各側面電極１７１〜１７４は、積層体１１０の厚さ方向に沿って長尺状（側面視で帯状）をなしており、パッケージ６０の基部６１に設けられた端子６３ａ〜６３ｄに電気的に接続されている。かかる構成とすることにより、各側面電極１７１〜１７４を容易に形成することができるとともに、各接続電極１８１〜１８４との導通も取り易い。なお、このような側面電極１７１〜７１４は、例えば、スパッタ法、メッキ法等により形成することができる。
【０１０２】
また、図９に示すように、各出力電極層１２４ｘ、１２４ｙ、１３４ｘ、１３４ｙ、１４４ｘ、１４４ｙ、および各グランド電極層１５１〜１５６は、それぞれ、内部電極本体１９１と、内部電極本体１９１から側方に突出して、内部電極本体１９１と一体的に形成された接続部１９２とを備えている。各出力電極層１２４ｘ、１２４ｙ、１３４ｘ、１３４ｙ、１４４ｘ、１４４ｙ、および各グランド電極層１５１〜１５６は、接続部１９２の位置を異ならせることにより、対応する側面電極１７１〜１７４と選択的に接続されている。かかる構成とすることにより、側面電極１７１〜１７４同士の間で短絡するようなことはない。
【０１０３】
また、各側面電極１７１〜１７４を構成する材料としては、特に限定されないが、各側面電極１７１〜１７４の熱膨張係数が、第１の圧電体層１２１の結晶軸ｘ方向（Ａ軸方向）および第２の圧電体層１２３の結晶軸ｘ方向（Ａ軸方向）の熱膨張係数と、できる限り近いことが好ましい。これにより、例えば力検出装置１の温度環境下の変化に起因して電荷出力素子１０が熱変形した場合であっても、各側面電極１７１〜１７４と、第１の圧電体層１２１および第２の圧電体層１２３とが近似の収縮率または伸長率で変形する。これにより、第１の出力電極層１２４ｘおよび第２の出力電極層１２４ｙが、各側面電極１７１〜１７４の前記熱変形に起因する不要な信号（誤差成分）を出力することをより効果的に抑制または防止することができる。
【０１０４】
また、各側面電極１７１〜１７４の熱膨張係数は、第１の圧電体層１２１および第２の圧電体層１２３のｙ軸方向に沿った熱膨張係数の１０％以下であるのが好ましく、８％以下であるのがより好ましく、５％以下であるのがさらに好ましい。これにより、第１の出力電極層１２４ｘおよび第２の出力電極層１２４ｙが、前記不要な信号（誤差成分）を出力することをより効果的に抑制または防止することができる。
【０１０５】
かかる条件を満足し得る各グランド電極層１５１〜１５６の構成材料としては、例えば、ニッケル、金、チタニウム、アルミニウム、銅、鉄等が挙げられ、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。中でも特に、各側面電極１７１〜１７４は、ニッケル（Ｎｉ）を含む材料で構成されていることが好ましい。ニッケルは、前述したような第１の圧電体層１２１および第２の圧電体層１２３の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有することから好ましい。
【０１０６】
また、全ての各側面電極１７１〜１７４は、同一の材料で構成されていることが好ましい。これにより、第１の出力電極層１２４ｘおよび第２の出力電極層１２４ｙが、前記不要な信号（誤差成分）を出力することをより一層効果的に防止することができる。
また、各側面電極１７１〜１７４と、前述した各グランド電極層１５１〜１５６と、各出力電極層１２４ｘ、１２４ｙ、１３４ｘ、１３４ｙ、１４４ｘ、１４４ｙとは、全て、同一の材料で構成されていることが好ましい。特に、これらは、Ｎｉを含む材料で構成されていることがより好ましい。これにより、第１の出力電極層１２４ｘおよび第２の出力電極層１２４ｙが、前記不要な信号（誤差成分）を出力することを、より一層的確に防止することができる。
【０１０７】
なお、本実施形態では、２つの対向する対向面である第２の側面１１０ｂおよび第４の側面１１０ｄに、２つずつ側面電極が設けられているが、第２の側面１１０ｂおよび第４の側面１１０ｄの一方に４つの側面電極を設けてもよく、一方の側面に１つの側面電極と他方の側面に３つの側面電極を設けるようにしてもよい。
また、第２の側面１１０ｂおよび／または第４の側面１１０ｄには、各側面電極１７１〜１７４に加えて、電気的な接続を目的としないダミー側面電極を１つ以上設けるようにしてもよい。これにより、電荷出力素子１０の機械的強度の増大を図ることができる。
【０１０８】
［接続電極］
図４に示すように、電荷出力素子１０は、各側面電極１７１〜１７４に電気的に接続された各接続電極１８１〜１８４を有している。
第１の側面電極１７１には第１の接続電極１８１が電気的に接続されている。また、第１の接続電極１８１は、端子６３ａと電気的に接続されている。これにより、端子６３ａと第１の出力電極層１２４ｘおよび第２の出力電極層１２４ｙとが電気的に接続されている。
【０１０９】
また、第２の側面電極１７２には第２の接続電極１８２が電気的に接続されている。また、第２の接続電極１８２は、端子６３ｂと電気的に接続されている。これにより、端子６３ｂと第３の出力電極層１３４ｘおよび第４の出力電極層１３４ｙとが電気的に接続されている。
また、第３の側面電極１７３には第３の接続電極１８３が電気的に接続されている。また、第３の接続電極１８３は、端子６３ｃと電気的に接続されている。これにより、端子６３ｃと第５の出力電極層１４４ｘおよび第６の出力電極層１４４ｙとが電気的に接続されている。
【０１１０】
また、第４の側面電極１７４には第４の接続電極１８４が電気的に接続されている。また、第４の接続電極１８４は、端子６３ｄと電気的に接続されている。これにより、端子６３ｄと各グランド電極層１５１〜１５６とが電気的に接続されている。
また、各接続電極１８１〜１８４は、例えば、Ａｇペースト、Ｃｕペースト、Ａｕペースト等で形成することができるが、特に、Ａｇペーストを用いるのが好ましい。Ａｇペーストは、入手が容易であり、取扱性にも優れる。
【０１１１】
また、各接続電極１８１〜１８４は、積層体１１０の第３のセンサー１４側に位置している。このため、各接続電極１８１〜１８４と第１のセンサー１２とは離間している。具体的には、第１のセンサー１２の下面に位置するグランド電極層１５２と、各接続電極１８１〜１８４とは、２００μｍ以上離間している。すなわち、図４中に示すように、グランド電極層１５２と接続電極１８４との離間距離ｈは、２００μｍ以上となっている。なお、全ての接続電極１８１〜１８４が、グランド電極層１５２と２００μｍ以上離間している。
かかる構成により、第１のセンサー１２は、各接続電極１８１〜１８４の熱変形の影響を受けにくくなっている。すなわち、第１のセンサー１２と各接続電極１８１〜１８４とが２００μｍ以上離間するこことにより、各接続電極１８１〜１８４の熱変形に起因して第１のセンサー１２がＣ軸方向に熱変形することが防止または抑制されている。
【０１１２】
ここで、前述したように、第１のセンサー１２を構成する第１の圧電体層１２１は、それぞれ、Ａ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Ｑａを出力する機能を有する。しかしながら、第１の圧電体層１２１にＣ軸方向の圧縮力が加えられると、図７（ｃ）に示すように、第１の圧電体層１２１内の単位構造がＣ軸方向に押し潰されるように（Ａ軸方向に引き伸ばされるように）変形し、第１の出力電極層１２４ｘからは、負の電荷が出力されてしまう。また、第１の圧電体層１２１にＣ軸方向の引張力が付与されると、図７（ｂ）に示すように、第１の圧電体層１２１内の単位構造がＣ軸方向に引き伸ばされるように（Ａ軸方向に押し潰されるように）変形し、第１の出力電極層１２４ｘからは、正の電荷が出力されてしまう。このような電荷は、不要な信号（誤差成分）として検出され、電荷出力素子１０に何ら外力が付与されていないにもかかわらず、力検出装置１は、電荷出力素子１０に外力が付与されたものと判断してしまう。
【０１１３】
そこで、本発明では、前述したように、第１の圧電体層１２１および第２の圧電体層１２３に、例えば温度変化に起因する外力が加えられることを防止するよう、第１の圧電体層１２１および第２の圧電体層１２３と各接続電極１８１〜１８４とを２００μｍ以上離間させた。これにより、例えば力検出装置１の温度環境下の変化に起因して各接続電極１８１〜１８４が熱変形したとしても、第１の圧電体層１２１および第２の圧電体層１２３に圧縮応力または引張応力が発生するのを防止または抑制することができる。そのため、第１の出力電極層１２４ｘおよび第２の出力電極層１２４ｙが、各接続電極１８１〜１８４の前記熱変形に起因する不要な信号（誤差成分）を出力することをより効果的に抑制または防止することができる。
【０１１４】
また、Ａｇペーストの熱膨張係数は、第１の圧電体層１２１および第２の圧電体層１２３のｚ軸方向（Ｂ軸方向）の熱膨張係数に比べて極めて大きい。したがって、各接続電極１８１〜１８４をＡｇペーストで形成する場合に特に顕著に発揮される。
また、全ての接続電極１８１〜１８４が、グランド電極層１５２と２００μｍ以上離間している。これにより、Ｃ軸方における不要な圧縮応力または収縮応力がＸカット板に付与されるのをより確実に防止または抑制することができる。
【０１１５】
また、前述したように、グランド電極層１５２と各接続電極１８１〜１８４とは、２００μｍ以上離間していればよいが、特に２００μｍ以上７００μｍ以下離間していることが好ましく、３００μｍ以上６００μｍ以下であるのがより好ましい。これにより、不要な信号が検出されてしまうことをさらに防止または低減することができるとともに、積層体１１０の小型化を図ることができる。
【０１１６】
なお、Ｙカット結晶板で構成された第３の圧電体層１３１および第４の圧電体層１３３を備える第２のセンサー１３は、不要な信号を第１のセンサー１２よりも検出しにくい構成となっている。また、Ｙカット結晶板で構成された第５の圧電体層１４１および第６の圧電体層１４３を備える第３のセンサー１４も同様に、不要な信号を第１のセンサー１２よりも検出しにくい構成となっている。
【０１１７】
具体的には、Ｙカット結晶板で構成された第３の圧電体層１３１および第４の圧電体層１３３は、前述したように、Ｂ軸方向（結晶軸ｚ方向）には、Ｏ原子およびＳｉ原子が螺旋状をなすように配置されている（図示せず）。したがって、これらのカット板にＣ軸方向の圧縮力が加えられた場合、この螺旋の前述したような六角形の単位構造は、Ｃ軸方向に押し潰されるだけである。このため、厚さ方向における電荷の偏り（圧電効果）は生じないか、生じたとしても極めて小さい。
【０１１８】
また、第５、第６の圧電体層１４１、１４３を構成するＹカット板では、図１０に示すように、Ｂ軸方向の圧縮力が加えられると、前述した六角形の単位構造は、Ｙカット板の厚さ方向とほぼ垂直な方向に押し潰されるように変形するものの、出力電極層１４４ｘ、１４４ｙおよびグランド電極層１５５、１５６側において面方向に並ぶＯ原子とＳｉ原子と、出力電極層１４４ｘ、１４４ｙおよびグランド電極層１５５、１５６との距離は同様に変化する。このため、厚さ方向における電荷の偏り（圧電効果）は生じないか、生じたとしても極めて小さい。
【０１１９】
また、各接続電極１８１〜１８４は、前述したように、各側面電極１７１〜１７４を、第１の圧電体層１２１の結晶軸ｙ方向（Ｃ軸方向）および第２の圧電体層１２３の結晶軸ｙ方向（Ｃ軸方向）を法線とする側面１１０ａ、１１０ｃに設けず、第１の圧電体層１２１の結晶軸ｚ方向（Ｂ軸方向）および第２の圧電体層１２３の結晶軸ｚ方向（Ｂ軸方向）を法線とする側面１１０ｂ、１１０ｄに設けられている。構成により、各側面電極１７１〜１７４が、例え熱変形したとしても、力検出装置１が、電荷出力素子１０に外力が付与されたものと判断してしまうことを、より的確に防止または低減することができる。
【０１２０】
また、前述したように、積層体１１０は、第３のセンサー１４、第２のセンサー１３、および第１のセンサー１２の順にＡ軸方向に沿って積層されている。このような順に各センサー１２、１３、１４を積層することで、第１のセンサー１２を、各接続電極１８１〜１８４からより確実に離間させることができる。
したがって、第３のセンサー１４、第２のセンサー１３、および第１のセンサー１２の順にＡ軸方向に沿って積層することにより、第１のセンサー１２が、不要な信号が検出されてしまうことをさらに防止または低減することができるとともに、積層体１１０の小型化を図ることができる。
【０１２１】
＜第２実施形態＞
図１１は、本発明に係る力検出装置（センサー素子）の第２実施形態を示す平面図、図１２は、図１１中のＡ−Ａ線での断面図、図１３は、図１１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。
図１２および図１３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（Ａ、Ｂ、Ｃ軸方向の並進力成分（せん断力）およびＡ、Ｂ、Ｃ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。
【０１２２】
図１１および図１２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の基部２、第２の基部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。
【０１２３】
また、第１の基部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。
【０１２４】
＜変換出力回路＞
図１３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実施形態の変換出力回路９０ａ、９０ｂ、９０ｃと同様であるので、その説明は省略する。
【０１２５】
＜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Ｖａ１、Ｖａ２、Ｖａ３、Ｖａ４と、各変換出力回路９０ｂから出力される電圧Ｖｂ１、Ｖｂ２、Ｖｂ３、Ｖｂ４と、各変換出力回路９０ｃから出力される電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２、Ｖｃ３、Ｖｃ４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。
【０１２６】
ＡＤコンバーター４０１は、電圧Ｖａ１、Ｖｃ１、Ｖｂ１、Ｖａ２、Ｖｃ２、Ｖｂ２、Ｖａ３、Ｖｃ３、Ｖｂ３、Ｖａ４、Ｖｃ４、Ｖｂ４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Ｖａ１、Ｖｃ１、Ｖｂ１、Ｖａ２、Ｖｃ２、Ｖｂ２、Ｖａ３、Ｖｃ３、Ｖｂ３、Ｖａ４、Ｖｃ４、Ｖｂ４は、演算部４０２に入力される。
【０１２７】
すなわち、第１の基部２および第２の基部３の相対位置が互いにＡ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Ｖａ１、Ｖａ２、Ｖａ３、Ｖａ４を出力する。同様に、第１の基部２および第２の基部３の相対位置が互いにＣ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Ｖｃ１、Ｖｃ２、Ｖｃ３、Ｖｃ４を出力する。また、第１の基部２および第２の基部３の相対位置が互いにＢ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Ｖｂ１、Ｖｂ２、Ｖｂ３、Ｖｂ４を出力する。
【０１２８】
また、第１の基部２および第２の基部３は、互いにＡ軸周りに回転する相対変位、Ｂ軸周りに回転する相対変位、およびＣ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Ｖａ１、Ｖｃ１、Ｖｂ１、Ｖａ２、Ｖｃ２、Ｖｂ２、Ｖａ３、Ｖｃ３、Ｖｂ３、Ｖａ４、Ｖｃ４、Ｖｂ４に基づき、Ａ軸方向の並進力成分Ｆａ、Ｃ軸方向の並進力成分Ｆｃ、Ｂ軸方向の並進力成分Ｆｂ、Ａ軸周りの回転力成分Ｍａ、Ｃ軸周りの回転力成分Ｍｃ、Ｂ軸周りの回転力成分Ｍｂ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。
【０１２９】
Ｆａ＝Ｖａ１＋Ｖａ２＋Ｖａ３＋Ｖａ４
Ｆｃ＝Ｖｃ１＋Ｖｃ２＋Ｖｃ３＋Ｖｃ４
Ｆｂ＝Ｖｂ１＋Ｖｂ２＋Ｖｂ３＋Ｖｂ４
Ｍｂ＝ｋ×（Ｖａ４−Ｖａ２）
Ｍｃ＝ｊ×（Ｖａ３−Ｖａ１）
Ｍａ＝ｋ×（Ｖｂ２−Ｖｂ４）＋ｊ×（Ｖｃ１−Ｖｃ３）
ここで、ｊ、ｋは定数である。
【０１３０】
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１１および図１２に示すように、第１の基部２と、第２の基部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。
【０１３１】
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の基部２、第２の基部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の基部２と第２の基部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。
【０１３２】
《単腕ロボットの実施形態》
次に、図１４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１４は、本発明の力検出装置（センサー素子）を用いた単腕ロボットの１例を示す図である。図１４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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
《複腕ロボットの実施形態》
次に、図１５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および第２実施形態、および、単腕ロボットの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（センサー素子）を用いた複腕ロボットの１例を示す図である。図１５の複腕ロボット６００は、基台６１０と、第１のアーム６２０と、第２のアーム６３０と、第１のアーム６２０の先端側に設けられた第１のエンドエフェクター６４０ａと、第２のアーム６３０の先端側に設けられた第２のエンドエフェクター６４０ｂと、第１のアーム６２０と第１のエンドエフェクター６４０ａ間および第２のアーム６３０と第２のエンドエフェクター６４０ｂとの間に設けられた力検出装置１を有する。なお、力検出装置１としては、前述した各実施形態と同様のものを用いる。
【０１３７】
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。
【０１３８】
第１、第２のエンドエフェクター６４０ａ、６４０ｂは、対象物を把持する機能を有する。第１のエンドエフェクター６４０ａは、第１の指６４１ａおよび第２の指６４２ａを有している。第２のエンドエフェクター６４０ｂは、第１の指６４１ｂおよび第２の指６４２ｂを有している。第１のアーム６２０の駆動により第１のエンドエフェクター６４０ａが所定の動作位置まで到達した後、第１の指６４１ａおよび第２の指６４２ａの離間距離を調整することにより、対象物を把持することができる。同様に、第２のアーム６３０の駆動により第２のエンドエフェクター６４０ｂが所定の動作位置まで到達した後、第１の指６４１ｂおよび第２の指６４２ｂの離間距離を調整することにより、対象物を把持することができる。
【０１３９】
力検出装置１は第１、第２のエンドエフェクター６４０ａ、６４０ｂに加えられる外力を検出する機能を有する。力検出装置１が検出する力を基台６１０の制御部にフィードバックすることにより、複腕ロボット６００は、より精密に作業を実行することができる。また、力検出装置１が検出する力によって、複腕ロボット６００は、第１、第２のエンドエフェクター６４０ａ、６４０ｂの障害物への接触等を検知することができる。そのため、従来の位置制御では困難だった障害物回避動作、対象物損傷回避動作等を容易に行うことができ、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。
【０１４０】
《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１６、図１７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１６は、本発明の力検出装置（センサー素子）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１７は、本発明の力検出装置（センサー素子）を用いた電子部品搬送装置の１例を示す図である。
【０１４１】
図１６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、ＬＣＤ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。
【０１４２】
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（Ｂ）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（Ｃ）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（Ａ）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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
図１７は、力検出装置１を含む電子部品搬送装置７４０を示す図である。電子部品搬送装置７４０は、把持部７４１と、把持部７４１に接続された６軸の力検出装置１と、６軸の力検出装置１を介して把持部７４１に接続された回転軸７４２と、回転軸７４２に回転可能に取り付けられた微調整プレート７４３を有する。また、微調整プレート７４３は、ガイド機構（図示せず）によってガイドされながら、Ｘ方向およびＹ方向に移動可能である。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
《部品加工装置の実施形態》
次に、図１８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１８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１８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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
《移動体の実施形態》
次に、図１９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１９は、本発明に係る力検出装置を用いた移動体の１例を示す図である。図２０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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
以上、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、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。
【０１５３】
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、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（センサー素子）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】
【０１５４】
１…力検出装置  ２…第１の基部  ２１…凸部  ２１１…上面  ２５…雌ネジ  ３…第２の基部  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  ６１３…段差部  ６２…蓋体  ６２５…中央部  ６２６…外周部  ６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ…端子  ６５…部分  ６６…部分  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、９５、９６…加算回路  １０…電荷出力素子  １５１、１５２、１５３、１５４、１５５、１５６…グランド電極層  １２…第１のセンサー  １２１…第１の圧電体層  １２４ｘ…第１の出力電極層  １２４ｙ…第２の出力電極層  １２３…第２の圧電体層  １２５…接着層  １３…第２のセンサー  １３１…第３の圧電体層  １３４ｘ…第３の出力電極層  １３４ｙ…第４の出力電極層  １３３…第４の圧電体層  １３５…接着層  １４…第３のセンサー  １４１…第５の圧電体層  １４４ｘ…第５の出力電極層  １４４ｙ…第６の出力電極層  １４３…第６の圧電体層  １４５…接着層  １０１、１０２、１０３、１０４…接着層  １１０…積層体  １１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ…側面  １６１…第１のカバー基材  １６２…第２のカバー基材  １７１…第１の側面電極  １７２…第２の側面電極  １７３…第３の側面電極  １７４…第４の側面電極  １８１…第１の接続電極  １８２…第２の接続電極  １８３…第３の接続電極  １８４…第４の接続電極  １９１…内部電極本体  １９２…接続部  ５００…単腕ロボット  ５１０…基台  ５２０…アーム  ５２１…第１のアーム要素  ５２２…第２のアーム要素  ５２３…第３のアーム要素  ５２４…第４のアーム要素  ５２５…第５のアーム要素  ５３０…エンドエフェクター  ５３１…第１の指  ５３２…第２の指  ６００…複腕ロボット  ６１０…基台  ６２０…第１のアーム  ６２１…第１のアーム要素  ６２２…第２のアーム要素  ６３０…第２のアーム  ６３１…第１のアーム要素  ６３２…第２のアーム要素  ６４０ａ…第１のエンドエフェクター  ６４１ａ…第１の指  ６４２ａ…第２の指  ６４０ｂ…第２のエンドエフェクター  ６４１ｂ…第１の指  ６４２ｂ…第２の指  ７００…電子部品検査装置  ７１０…基台  ７１１…電子部品  ７１２ｕ…上流側ステージ  ７１２ｄ…下流側ステージ  ７１３…撮像装置  ７１４…検査台  ７２０…支持台  ７３１…Ｙステージ  ７３２…腕部  ７３３…Ｘステージ  ７３４…撮像カメラ  ７４０…電子部品搬送装置  ７４１…把持部  ７４２…回転軸  ７４３…微調整プレート  ７４４ｘ、７４４ｙ、７４４θ…圧電モーター  ７５０…制御装置  ８００…部品加工装置  ８１０…基台  ８２０…支柱  ８３０…送り機構  ８３１…送り用モーター  ８３２…ガイド  ８４０…工具変位部  ８４１…変位用モーター  ８４２…保持部  ８４３…工具取付け部  ８５０…工具  ８６０…被加工部品  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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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