(57)【要約】【課題】フィードバック制御のための回路を設けることなく、圧電体の位置が変動しても押圧力の検出結果の変動を抑制する。【解決手段】力センサ１００は１次コイル２と外部から受ける押圧力に応じてインピーダンスが変化する圧電体３とを備える。また力センサ１００は、基台１に対して圧電体３を支持し、圧電体３が受ける押圧力により弾性変形する弾性体で形成された支持部材２０を備える。更に力センサ１００は、圧電体３の両面に設けられた一対の電極４，５と、一対の電極に接続され、１次コイル２と電磁結合する２次コイル６と、を備える。１次コイル２は直列接続された第１コイル片２１及び第２コイル片２２に分割されている。第１コイル片２１及び第２コイル片２２は支持部材２０の弾性変形に基づく圧電体３の移動方向Ｘに互いに間隔をあけて配置されている。２次コイル６は移動方向Ｘに対して第１コイル片２１と第２コイル片２２との間に配置されている。【選択図】図１
2013130443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源に接続される１次コイルと、
前記１次コイルが固定される基台と、
外部から受ける押圧力に応じてインピーダンスが変化する平板状の圧電体と、
前記基台と前記圧電体との間に介在され、前記基台に対して前記圧電体を支持し、前記圧電体が受ける前記押圧力により弾性変形する弾性体で形成された支持部材と、
前記圧電体の両面に設けられた一対の電極と、
前記一対の電極に接続され、前記１次コイルと電磁結合する２次コイルと、
前記押圧力として前記圧電体のインピーダンスの変化を検出する検出部と、を備え、
前記１次コイル及び前記２次コイルのうち一方のコイルが、直列接続された第１コイル片及び第２コイル片に分割されており、
前記第１コイル片及び前記第２コイル片が、前記支持部材の弾性変形に基づく前記圧電体の移動方向に、互いに間隔をあけて配置され、
前記１次コイル及び前記２次コイルのうち他方のコイルが、前記移動方向に対して前記第１コイル片と前記第２コイル片との間に配置されている、
ことを特徴とする力センサ。
【請求項２】
前記一方のコイルが前記１次コイルであり、
前記圧電体は、前記移動方向に対して前記第１コイル片と前記第２コイル片との間に配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の力センサ。
【請求項３】
前記一方のコイルが前記２次コイルであり、
前記第１コイル片は、前記圧電体の一方の平面に設けられ、前記第２コイル片は、前記圧電体の他方の平面に設けられており、
前記１次コイルは、前記圧電体の側面と相対する位置に配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の力センサ。
【請求項４】
前記第１コイル片は、前記圧電体の一方の平面に成膜された渦巻状の第１コイルパターンであり、
前記第２コイル片は、前記圧電体の他方の平面に成膜された渦巻状の第２コイルパターンである、
ことを特徴とする請求項３に記載の力センサ。
【請求項５】
前記検出部は、前記押圧力として、前記圧電体のインピーダンスに応じて変化する前記１次コイルの電圧及び電流の少なくとも一方を検出する、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体に交流電圧を印加した状態で圧電体に作用する押圧力を検出する力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、組立ロボットのエンドエフェクタ、例えば平行グリッパーや多点支持装置等のロボットハンドには、ワークの把持力を検出するために、力センサが設けられている。従来の力センサとして、歪ゲージ、静電容量式等が開発されているが、これらを利用した力センサはいずれも部材の変形を利用しているため、測定の高感度化、高範囲化を実現するためには十分な変形量が必要となる。そのため外形寸法を小型化した際には、十分な変形量が得ることができないため、出力信号振幅が低下し、外来雑音ノイズよりも信号振幅が低下する状況が生じてしまい精度が低いものであった。
【０００３】
そこで、圧電体を用いた力センサが知られている（特許文献１参照）。圧電体は、瞬間的な力に対しては電圧を発生させるが、定常的な力に対しては電圧が発生しない。従って、圧電体に交流電圧を印加して圧電体に振動を発生させ、圧電体に外部から作用する押圧力により圧電体のインピーダンスが変化することに基づき、そのときの圧電体の両端の電圧振幅の変化量により力を検出している。この特許文献１では、交流電源に接続された１次コイルと一対の電極に接続された２次コイルとを電磁結合させて、非接触で一対の電極に給電するようにしている。
【０００４】
この種の力センサに対する給電構造としては、図７に示すように、圧電体３０に固定して設けられた一対の電極３１，３２に外部から引き回した電線３３，３４を半田や導電性接着剤等で接続する構造が一般的である。
【０００５】
また、力センサの発明とは異なるが、コイル間の結合度の変動による給電変動を補償する方法が提案されている（特許文献２参照）。この特許文献２では、２次コイルからの出力を検出してフィードバック制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２７５５４８号公報
【特許文献２】特開２００９−１８９１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、力センサへの給電のために、図７に示すように、外部から引き回した電線３３，３４を電極３１，３２に接続する構造では、電線３３，３４の質量のばらつきや電線３３，３４の引き回し方によって圧電体３０の振動特性が変化してしまう。そのため、電極３１，３２に電線３３，３４を接続した構成で、押圧力を高精度に検出することが困難であった。
【０００８】
また、従来の構成では、２次コイルが圧電体とは別体に設けられているが、２次コイルを圧電体に一体に設けることも考えられる。圧電体を剛体である基台に直接設けた場合、小さな押圧力で圧電体の振動状態が急激に変化し、検出出力がすぐに飽和するため、検出可能な押圧力の範囲を確保するために、圧電体と圧電体が設けられる基台との間には、弾性変形する支持部材を介在させることがある。このように支持部材を介在させると、押圧力による支持部材の圧縮変形により圧電体の位置が変化するので、１次コイルと２次コイルとの相対位置が変化し、コイル間の結合度が変化し、力センサの出力が変化するという別の問題が発生する。
【０００９】
また、特許文献２のようにフィードバック制御する場合には、フィードバック制御のための複雑な回路が必要となり、コストが高く大型化するという問題が生じる。
【００１０】
そこで、本発明は、フィードバック制御のための回路を設けることなく、圧電体の位置が変動しても押圧力の検出結果の変動を抑制することができる力センサを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、交流電源に接続される１次コイルと、前記１次コイルが固定される基台と、外部から受ける押圧力に応じてインピーダンスが変化する平板状の圧電体と、前記基台と前記圧電体との間に介在され、前記基台に対して前記圧電体を支持し、前記圧電体が受ける前記押圧力により弾性変形する弾性体で形成された支持部材と、前記圧電体の両面に設けられた一対の電極と、前記一対の電極に接続され、前記１次コイルと電磁結合する２次コイルと、前記押圧力として前記圧電体のインピーダンスの変化を検出する検出部と、を備え、前記１次コイル及び前記２次コイルのうち一方のコイルが、直列接続された第１コイル片及び第２コイル片に分割されており、前記第１コイル片及び前記第２コイル片が、前記支持部材の弾性変形に基づく前記圧電体の移動方向に、互いに間隔をあけて配置され、前記１次コイル及び前記２次コイルのうち他方のコイルが、前記移動方向に対して前記第１コイル片と前記第２コイル片との間に配置されている、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、一対の電極への給電を、１次コイル及び２次コイルの電磁結合により非接触で行うことができ、一対の電極に外部からの給電線を接続する必要がないので給電線の接続状態や接触状態の影響を受けず、押圧力の検出結果の変動を抑えることができる。更に、圧電体の位置が変化し、１次コイルと２次コイルとの位置関係が変動した場合でも、押圧力の検出結果の変動を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る力センサの概略構成を示す断面図である。
【図２】圧電ユニットを示す説明図であり、（ａ）は圧電ユニットの正面図、（ｂ）は圧電ユニットの断面図、（ｃ）は圧電ユニットの底面図である。
【図３】力センサの回路構成を示す電気回路図である。
【図４】力センサの変形例の回路構成を示す電気回路図であり、（ａ）は検出部がインピーダンス素子の端子間電圧を検出する回路構成を示す電気回路図、（ｂ）は検出部が１次コイルに流れる電流を検出する回路構成を示す電気回路図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る力センサの概略構成を示す断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る力センサの概略構成を示す断面図である。
【図７】従来の力センサの概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る力センサの概略構成を示す断面図である。図１に示すように、力センサ１００は、剛体である基台１と、基台１に固定された１次コイル２と、平板状の圧電体（圧電振動子ともいう）３と、圧電体３の両面３ａ，３ｂに設けられた一対の電極４，５と、を備えている。また、力センサ１００は、一対の電極４，５に接続され、１次コイル２と非接触に配置され、１次コイル２と電磁結合する２次コイル６を備えている。
【００１６】
一対の電極４，５のうち、一方の電極（第１電極）４は、圧電体３の一方の平面３ａに固定して設けられ、他方の電極（第２電極）５は、圧電体３の他方の平面３ｂに固定して設けられている。２次コイル６は、本第１実施形態では圧電体３の両面３ａ，３ｂに跨って固定して設けられている。これら圧電体３、一対の電極４，５、２次コイル６により圧電ユニット８が構成されている。
【００１７】
また、力センサ１００は、基台１と圧電体３（即ち圧電ユニット８）との間に介在され、基台１に対して圧電体３（即ち圧電ユニット８）を支持し、圧電体３が受ける押圧力Ｆにより弾性変形（圧縮変形）する弾性体で形成された支持部材２０を備えている。この支持部材２０は、例えばゴムやスポンジ等の弾性体である。
【００１８】
また、力センサ１００は、圧電体３の支持部材２０と対向する平面３ｂとは反対の平面３ａに対向して設けられ、外部から作用する押圧力Ｆを圧電体３に均等に伝達する力伝達部材１９を備えている。本第１実施形態では、力伝達部材１９は、支持部材２０と同じ弾性体で構成されている。
【００１９】
基台１は、例えばロボットのエンドエフェクタにおけるフィンガ本体やロボットアームのロボット本体、あるいはこれら本体とは別体に構成され、本体に固定される固定体である。
【００２０】
基台１には、凹部１１が形成されている。凹部１１には、凹部１１の底面１１ａから開口端１１ｂに向かって、支持部材２０、圧電ユニット８、力伝達部材１９が順次積層して配置されている。支持部材２０は、底面１１ａと圧電体３との間に介在するように、凹部１１の底面１１ａ上に設けられている。
【００２１】
なお、図１では、説明の都合上、支持部材２０、圧電ユニット８、力伝達部材１９が間隔をあけて図示されているが、実際には、これら支持部材２０、圧電ユニット８、力伝達部材１９の隣接するもの同士は互いに接触している。
【００２２】
基台１の表面には、凹部１１を覆うように、即ち力伝達部材１９を覆うように、これら力伝達部材１９、圧電ユニット８及び支持部材２０を凹部１１に収容保持するカバー部材１２が固定して設けられている。このカバー部材１２によりこれら力伝達部材１９、圧電ユニット８及び支持部材２０が凹部１１から脱落しないように規制されている。このカバー部材１２は、ゴムやスポンジ等の弾性体で構成され、押圧力Ｆを力伝達部材１９に伝達することができる。
【００２３】
図２は、圧電ユニット８を示す説明図であり、図２（ａ）は、圧電ユニット８の正面図、図２（ｂ）は、圧電ユニット８の断面図、図２（ｃ）は、圧電ユニット８の底面図である。
【００２４】
本第１実施形態では、２次コイル６は、圧電体３の一方の平面３ａに形成された第１コイルパターン４１と、圧電体３の他方の平面３ｂに形成された第２コイルパターン５１と、を有し、これらコイルパターン４１，５１が配線パターン７で連結されて構成される。
第１コイルパターン４１及び第２コイルパターン４２のそれぞれは、それぞれの平面３ａ，３ｂに渦巻状に形成されている。配線パターン７は、圧電体３の側面、具体的には外側面３ｃの一部に形成されている。第１電極４は、圧電体３の一方の平面３ａに形成され、第２電極５は、圧電体３の他方の平面３ｂに形成されている。
【００２５】
電極４，５、コイルパターン４１，５１及び配線パターン７は、例えばスクリーン印刷、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）等により、マスクを用いて圧電体３に一体に成膜される。あるいは、圧電体３に導電膜を成膜した後、マスクを用いてエッチングを施し、電極４，５、コイルパターン４１，５１及び配線パターン７を形成してもよい。
【００２６】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、第１電極４と第１コイルパターン４１とは、同一の平面３ａに一体に成膜されている。したがって、第１電極４と第１コイルパターン４１とを半田や導電性接着剤等で接続する必要がない。また、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、第２電極５と第２コイルパターン５１とは、同一の平面３ｂに一体に成膜されている。したがって、第２電極５と第２コイルパターン５１とを半田や導電性接着剤等で接続する必要がない。
【００２７】
第１電極４と第２電極５とは、圧電体３を挟んで互いに正対している。第１コイルパターン４１の一端４１ａは配線パターン７に接続され、他端４１ｂは第１電極４に接続されている。また、第２コイルパターン５１の一端５１ａは配線パターン７に接続され、他端５１ｂは第２電極５に接続されている。
【００２８】
第１コイルパターン４１と第２コイルパターン５１とは、圧電体３を挟んで互いに正対している。つまり、これらコイルパターン４１，５１の一方を他方に投影した場合、それらが平面視重なるようになっている。
【００２９】
なお、本第１実施形態では、２次コイル６が、第１コイルパターン４１と第２コイルパターン５１とを直列接続した構成としたが、これに限定するものではない。２次コイル６が、圧電体３の両面３ａ，３ｂのうちいずれかの平面のみに設けられたコイルパターンであってもよい。また、２次コイル６は、一対の電極４，５と一体に成膜される場合について説明したが、これに限定するものではなく、圧電体３と一体に移動するよう圧電体３に固定されていればよい。その際、２次コイル６は、一対の電極４，５に電気的に接続していればよい。
【００３０】
図１に示す１次コイル２から２次コイル６に非接触で給電されることにより、一対の電極４，５には交流電圧が印加され、これらに挟まれる圧電体３には、一対の電極４，５による電界が印加され、これにより圧電体３は物理的に振動する。
【００３１】
この状態で外部からカバー部材１２及び力伝達部材１９を介して圧電体３に押圧力Ｆが作用すると、圧電体３を介して押圧力Ｆが支持部材２０に作用し、支持部材２０が圧縮変形する。これにより、圧電体３の一方の面３ａには、力伝達部材１９からの押圧力Ｆが作用すると共に、圧電体３の他方の面３ｂには、支持部材２０からの反作用による押圧力Ｆが作用することとなり、圧電体３には両面３ａ，３ｂから均等に押圧力Ｆが作用することとなる。そして、この押圧力Ｆにより圧電体３の振動状態が変化し、圧電体３のインピーダンスが押圧力Ｆに応じて変化する。
【００３２】
図３は、力センサの回路構成を示す電気回路図である。力センサ１００は、図３に示すように、１次コイル２に直列接続されたインピーダンス素子１４と、圧電体３に作用する押圧力Ｆとして、圧電体３のインピーダンスの変化を検出する検出部１５と、を備えている。この検出部１５は、１次コイル２の端子間に接続され、圧電体３のインピーダンスに応じて変化する１次コイル２の端子間電圧を直接検出する電圧検出器である。つまり、検出部１５は、圧電体３のインピーダンスの変化として、１次コイル２の端子間電圧を直接検出する。インピーダンス素子１４は、抵抗素子、コンデンサ素子、インダクタンス素子等の受動素子である。１次コイル２は、インピーダンス素子１４を介して交流電源Ｅに接続される。交流電源Ｅは、一定周波数で一定交流電圧を出力する定電圧電源である。１次コイル２は交流電源Ｅより供給される交流信号によって駆動される。
【００３３】
インピーダンス素子１４と１次コイル２とで構成される直列回路には、交流電源Ｅの高周波の交流電圧が印加される。そして、１次コイル２に印加された交流電圧により、２次コイル６には、交流電圧が誘起される。２次コイル６と一対の電極４，５で挟まれた圧電体３とにより電気共振回路が形成されており、一対の電極４，５には、交流電圧が印加され、圧電体３には交番電界が印加される。これにより圧電体３は、振動することとなる。
【００３４】
圧電体３に押圧力Ｆが作用し、振動状態が変化すると、圧電体３のインピーダンスが変化し、この変化に応じて電気共振回路の共振状態が変化し、２次コイル６側の電圧が変動する。これにより、１次コイル２の端子間電圧が変動する。つまり、１次コイル２と２次コイル６との間は電磁結合によって信号の授受がされるようになっている。
【００３５】
検出部１５は、押圧力Ｆとして、圧電体３のインピーダンスに応じて変化する１次コイル２の端子間電圧を検出する。即ち、検出部１５により検出される１次コイル２の電圧（電圧振幅）は圧電体３のインピーダンスに対応しており、検出部１５は、圧電体３のインピーダンス、つまりは圧電体３に作用する押圧力Ｆを示す信号を検出していることになる。
【００３６】
ところで、本第１実施形態では、１次コイル２及び２次コイル６のうち一方のコイルとして１次コイル２が、図１及び図３に示すように、直列接続された第１コイル片２１及び第２コイル片２２に分割されている。第１コイル片２１及び第２コイル片２２は、図１に示すように、支持部材２０の弾性変形（圧縮変形）に基づく圧電体３の移動方向Ｘに、互いに間隔をあけて配置されている。本第１実施形態では、移動方向Ｘは、基台１の凹部１１の底面１１ａに垂直な方向である。
【００３７】
１次コイル２及び２次コイル６のうち他方のコイルである２次コイル６は、移動方向Ｘに対して第１コイル片２１と第２コイル片２２との間に配置されている。つまり、２次コイル６が固定された圧電体３が、移動方向Ｘに対して第１コイル片２１と第２コイル片２２との間に配置されている。１次コイル２の第１コイル片２１は、凹部１１の開口端１１ｂ側に配置され、第２コイル片２２は、凹部１１の底面１１ａ側に配置されている。
【００３８】
なお、本第１実施形態では、コイル片２１，２２は、直接、基台１に固定されるが、固定具等を介して基台１に固定されていてもよい。
【００３９】
次に図１において、２次コイル６と一対の電極４，５で挟まれた圧電体３からなる圧電ユニット８に外力が作用し、基台１に対して図１の上下方向に移動した場合の動作について説明する。
【００４０】
圧電ユニット８が基台１に対して下方に動いた場合の動作について説明する。圧電ユニット８が下方に動いた場合、１次コイル２の第１コイル片２１と２次コイル６との距離が長くなる。これによって、コイル２１，６間の結合度が低下し、信号源である交流電源Ｅより１次コイル２の第１コイル片２１を経由して供給される信号により、２次コイル６に励起される電力が低下する。また同時に１次コイル２の第２コイル片２２と２次コイル６との距離が短くなる。これによってコイル２２，７間の結合度が上昇し、信号源である交流電源Ｅより１次コイル２の第２コイル片２２を経由して供給される信号により、２次コイル６に励起される電力が上昇する。このような動作によって、信号源である交流電源Ｅからの信号により一対の電極４，５に給電される電力は、圧電体３の移動による影響によらず、ほぼ一定に保たれる。
【００４１】
次に、圧電ユニット８が基台１に対して上方に動いた場合の動作について説明する。圧電ユニット８が上方に動いた場合、１次コイル２の第１コイル片２１と２次コイル６との距離が短くなる。これによって、コイル２１，６間の結合度が上昇し、信号源である交流電源Ｅより１次コイル２の第１コイル片２１を経由して供給される信号により、２次コイル６に励起される電力が上昇する。また同時に１次コイル２の第２コイル片２２と２次コイル６との距離が長くなる。これによってコイル２２，６間の結合度が低下し、信号源である交流電源Ｅより１次コイル２の第２コイル片２２を経由して供給される信号により、２次コイル６に励起される電力が低下する。このような動作によって、信号源である交流電源Ｅからの信号により一対の電極４，５に給電される電力は、圧電体３の移動による影響によらず、ほぼ一定に保たれる。
【００４２】
以上、本第１実施形態によれば、一対の電極４，５への給電を、１次コイル２及び２次コイル６の電磁結合により非接触で行うことができる。また、一対の電極４，５に外部からの給電線を接続する必要がないので給電線の接続状態や接触状態の影響を受けず、押圧力の検出結果の変動を抑えることができる。更に、圧電体３の位置が変化し、１次コイル２と２次コイル６との位置関係が変動した場合でも、検出部１５による押圧力の検出結果の変動を抑えることができる。したがって、フィードバック制御を行うための補償回路を別途設ける必要がなく、簡単な構成で検出部１５による検出結果を安定化させることができ、コスト高となるのを抑制することができ、補償回路を省略できるので力センサ１００の小型化を実現できる。
【００４３】
また、第１電極４と第１コイルパターン４１とが一体に圧電体３の一方の平面３ａに成膜され、第２電極５と第２コイルパターン５１とが一体に圧電体３の他方の平面３ｂに成膜されているので、半田や導電性接着剤を用いる場合よりも質量のばらつきが小さい。また、検出部１５は、押圧力Ｆとして、１次コイル２に生じた電圧を検出するので、一対の電極４，５に検出用の電線を接続する必要もない。したがって、圧電体３の振動特性が変動するのを抑制することができ、検出部１５による検出結果が安定し、精度よく押圧力Ｆを検出することができる。
【００４４】
また、圧電体３（即ち圧電ユニット８）が弾性体である支持部材２０及び力伝達部材１９に挟まれているので、圧電体３には両面３ａ，３ｂから押圧力Ｆが均等に作用する。従って、圧電体３の各位置における振動状態のばらつきが低減され、その結果、押圧力Ｆの検出精度が向上する。
【００４５】
なお、電圧検出器である検出部１５は、図４（ａ）に示すように、インピーダンス素子１４の端子間に接続され、インピーダンス素子１４の端子間電圧を検出することで、１次コイル２の端子間電圧を間接的に検出するようにしてもよい。交流電源Ｅが出力する交流電圧は一定であり、インピーダンス素子１４と１次コイル２とに分圧されているので、インピーダンス素子１４の端子間電圧は、１次コイル２の端子間電圧の変動に応じて変動する。いずれにしても、検出部１５により検出される電圧（電圧振幅）は圧電体３のインピーダンスに対応しており、検出部１５は、圧電体３のインピーダンス、つまりは圧電体３に作用する押圧力Ｆを示す信号を検出していることになる。
【００４６】
また、検出部１５が、図４（ｂ）に示すように、１次コイル２に流れる電流を検出する電流センサであってもよい。１次コイル２を流れる電流は、電圧と同様、圧電体３のインピーダンスに応じて変化するので、検出部１５は、この１次コイル２を流れる電流を検出することで、圧電体３に作用する押圧力Ｆを検出することになる。つまり、検出部１５は、１次コイル２の電圧及び電流の少なくとも一方を検出すればよく、一対の電極４，５に電線を接続する必要がないので、検出精度が向上するものである。
【００４７】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る力センサについて説明する。図５は、本発明の第２実施形態に係る力センサの概略構成を示す断面図である。なお、本第２実施形態において、上記第１実施形態と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
【００４８】
図５に示すように、本第２実施形態の力センサ１００Ａの１次コイル２の一対のコイル片２１，２２は、２次コイル６を挟み込むように、２次コイル６と相対する位置に配置されている。本第２実施形態では、第１コイル片２１は、圧電体３の一方の面３ａに対向して２次コイル６の第１コイルパターン４１と正対し、第２コイル片２２は、圧電体３の他方の面３ａに対向して２次コイル６の第２コイルパターン５１と正対している。
【００４９】
圧電体３は、支持部材２０の弾性変形（圧縮変形）により基台１の凹部１１の底面１１ａに垂直な移動方向Ｘに移動するが、各コイル片２１，２２は、コイルパターン４１，５１と相対している。従って、圧電体３の位置が変動しても、各コイル片２１，２２と、２次コイル６との正対状態が保持される。これにより、１次コイル２と２次コイル６との電磁結合度が高くなり、押圧力Ｆの検出感度が向上する。
【００５０】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る力センサについて説明する。図６は、本発明の第３実施形態に係る力センサの概略構成を示す断面図である。なお、本第３実施形態において、上記第１実施形態と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。図６に示すように、力センサ１００Ｂは、基台１に固定される１次コイル２Ａと、一対の電極４，５に接続され、１次コイル２Ａと非接触で電磁結合する２次コイル６Ａと、を備えている。
【００５１】
本第３実施形態では、１次コイル２Ａ及び２次コイル６Ａのうち、一方のコイルとして２次コイル６Ａが、直列接続された第１コイル片６１及び第２コイル片６２に分割されている。第１コイル片６１は、圧電体３の一方の平面３ａに成膜された渦巻状の第１コイルパターンであり、第２コイル片６２は、圧電体３の他方の平面３ｂに成膜された渦巻状の第２コイルパターンである。
【００５２】
第１コイル片６１と第１電極４とは、一方の平面３ａに一体に成膜され、第２コイル片６２と第２電極５とは、他方の平面３ｂに一体に成膜されている。したがって、これらを電気的に接続するのに半田や導電性接着剤等を用いる必要がない。
【００５３】
第１コイル片６１と第２コイル片６２とは、圧電体３の側面、本第３実施形態では、外側面３ｃに、これらコイル片６１，６２と一体に成膜された配線パターン６３で直列接続される。圧電体３、一対の電極４，５及び２次コイル６Ａにより圧電ユニット８Ａが構成されている。
【００５４】
２次コイル６Ａの第１コイル片６１が一方の平面３ａに固定して設けられ、第２コイル片６２が他方の平面３ｂに固定して設けられている。したがって、一対のコイル片６１，６２は、支持部材２０の弾性変形に基づく圧電体３の移動方向Ｘに互いに間隔をあけて配置されたこととなる。具体的には、一対のコイル片６１，６２は、圧電体３の厚み分だけ互いに間隔をあけて配置されている。
【００５５】
１次コイル２Ａ及び２次コイル６Ａのうち他方のコイルである１次コイル２Ａは、圧電体３の側面、本第３実施形態では外側面３ｃと相対する位置に配置されるよう基台１に固定されている。これにより、１次コイル２Ａは、移動方向Ｘに対して第１コイル片６１と第２コイル片６２との間に配置されていることとなる。
【００５６】
本第３実施形態の力センサ１００Ｂの動作について説明する。２次コイル６Ａと一対の電極４，５で挟まれた圧電体３とにより電気共振回路が形成されている。この共振回路に給電するために、１次コイル２Ａが２次コイル６Ａの一対のコイル片６１，６２の間に配置されており、１次コイル２Ａは不図示の交流電源より供給される信号によって駆動される。これによって１次コイル２Ａと２次コイル６Ａとの間は電磁結合によって信号の授受がされるようになっている。
【００５７】
次に、圧電体３に外力が作用し、図６の下方向に圧電ユニット８Ａが移動した場合の動作について説明する。圧電体３の両面３ａ，３ｂには、両面３ａ，３ｂに配置された力伝達部材１９及び支持部材２０を介して外力が均等に加えられる。
【００５８】
圧電ユニット８Ａが下方に動いた場合、１次コイル２Ａと２次コイル６Ａの第２コイル片６２との距離が長くなる。これによってコイル２Ａ，６２間の結合度が低下し、不図示の信号源である交流電源より１次コイル２Ａを経由して供給される信号により２次コイル６Ａの第２コイル片６２に励起される電力が低下する。また同時に１次コイル２Ａと２次コイル６Ａの第１コイル片６１との距離が短くなる。これによってコイル２Ａ，６１間の結合度が上昇し、信号源である交流電源より１次コイル２Ａを経由して供給される信号により第１コイル片６１に励起される電力が上昇する。
【００５９】
このような動作によって、信号源である交流電源より駆動された信号により一対の電極４，５に給電される電力は、圧電ユニット８Ａの移動による影響によらずほぼ一定に保たれる。
【００６０】
以上、本第２実施形態によれば、一対の電極４，５への給電を、１次コイル２Ａ及び２次コイル６Ａの電磁結合により非接触で行うことができる。また、一対の電極４，５に外部からの給電線を接続する必要がないので給電線の接続状態や接触状態の影響を受けず、押圧力の検出結果の変動を抑えることができる。更に、圧電体３の位置が変化し、１次コイル２Ａと２次コイル６Ａとの位置関係が変動した場合でも、検出部による押圧力の検出結果の変動を抑えることができる。したがって、フィードバック制御を行うための補償回路を設ける必要がなく、簡単な構成で検出部による検出結果を安定化させることができ、コスト高となるのを抑制することができ、補償回路を省略できるので力センサ１００Ｂの小型化を実現できる。
【００６１】
また、第１電極４と２次コイル６Ａの第１コイル片６１とが一体に圧電体３の一方の平面３ａに成膜され、第２電極５と２次コイル６Ａの第２コイル片６２とが一体に圧電体３の他方の平面３ｂに成膜されている。また、第１コイル片６１と第２コイル片６２とを接続する配線パターン７がこれらコイル片６１，６２と一体に成膜されている。この構成により、半田や導電性接着剤を用いる場合よりも質量のばらつきが小さい。また、検出部は、押圧力Ｆとして、１次コイル２Ａに生じた電圧を検出するので、一対の電極４，５に検出用の電線を接続する必要もない。したがって、圧電体３の振動特性が変動するのを抑制することができ、検出部による検出結果が安定し、精度よく押圧力Ｆを検出することができる。
【００６２】
また、圧電体３（即ち圧電ユニット８Ａ）が弾性体である支持部材２０及び力伝達部材１９に挟まれているので、圧電体３には両面３ａ，３ｂから押圧力Ｆが均等に作用する。従って、圧電体３の各位置における振動状態のばらつきが低減され、その結果、押圧力Ｆの検出精度が向上する。
【００６３】
なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１…基台、２…１次コイル、３…圧電体、４…第１電極、５…第２電極、６…２次コイル、１５…検出部、２０…支持部材、２１…第１コイル片、２２…第２コイル片、１００…力センサ
【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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