CN104614118A - 力检测装置、机器人以及电子部件输送装置 - Google Patents

力检测装置、机器人以及电子部件输送装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种力检测装置、机器人以及电子部件输送装置。力检测装置具备第一基部、第二基部、以及配置于它们之间的电荷输出元件。电荷输出元件具有由Y切向水晶板构成的第一基板以及由Y切向水晶板构成的第二基板，这些基板沿与第二基部的安装面的法线正交的方向层叠。而且，力检测装置基于与和第一基板的层叠方向正交的第一检测方向的剪切力对应的第一输出以及与和第二基板的层叠方向正交、和第一检测方向交叉的第二检测方向的剪切力对应的第二输出对外力进行检测。

Description

力检测装置、机器人以及电子部件输送装置
技术领域
本发明涉及力检测装置、机器人以及电子部件输送装置。
背景技术
近年来，以提高生产效率为目的，正在推进向工厂等生产施设导入工业用机器人。作为上述的工业用机器人，以针对铝板等母材实施机械加工的工作机械为代表。在工作机械中有内置有在实施机械加工时，检测针对母材的力的力检测装置的工作机械(例如，参照专利文献1)。
专利文献1所记载的力测量装置(力检测装置)能够使用作为压电元件的水晶，对剪切力、拉力、压缩力等进行检测。
专利文献1：日本特开平10-68665号公报
然而，在作为压电元件使用了水晶的力测量装置中，水晶因机械加工过程中产生的热而变形，其结果，导致容易产生压电元件的输出中的相对于真值的噪声成分。而且，在专利文献1所记载的力测量装置中，未考虑上述的噪声对策。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种不易受温度的变动而带来的影响的力检测装置、机器人以及电子部件输送装置。
本发明是为了解决上述课题的至少一部分而完成的，其能够作为下述的方式或者应用例来实现。
应用例1
本应用例所涉及的力检测装置的特征在于，具备：第一基部；第二基部；以及多个压电元件，它们被上述第一基部与上述第二基部夹持，而对施加于上述第一基部与上述第二基部的外力进行检测，上述第一基部包含固定于测量对象的第一安装面，上述第二基部包含固定于测量对象的第二安装面，上述压电元件具有由Y切向水晶板构成的第一基板以及由Y切向水晶板构成的第二基板，上述第一基板与上述第二基板平行地层叠，在上述第一基板与上述第二基板的层叠方向，上述第一基板的x轴与上述第二基板的x轴交叉，上述第一基板的z轴与上述第二基板的z轴交叉，上述压电元件被设置为上述第一安装面或者上述第二安装面的法线与上述层叠方向成为正交。
由此，力检测装置成为不易受温度的变动而带来的影响的装置，因此，能够对外力正确地进行检测。
应用例2
在上述应用例的力检测装置中，优选上述压电元件对上述第一基板以及上述第二基板的面内的正交的2个方向和与上述2个方向正交的1个方向合计3方向的外力进行检测。
由此，能够对三维中的外力可靠地进行检测。
应用例3
在上述应用例的力检测装置中，优选上述第一基部以及上述第二基部中的至少一方的基部由呈板状的部件构成，将上述部件的面内的正交的2个方向设为A轴、B轴，将与上述A轴以及上述B轴正交的方向设为C轴，将上述压电元件相对于上述A轴的倾斜角度设为ε，将上述压电元件的上述第一基板的x轴与上述部件所成的角度设为η，在上述多个压电元件中的两个压电元件中，在将施加于一方的压电元件的上述第一基板的x轴方向的力设为fx1-1以及将施加于一方的压电元件的上述第二基板的x轴方向的力设为fx1-2，将施加于另一方的压电元件的上述第一基板的x轴方向的力设为fx2-1以及将施加于另一方的压电元件的上述第二基板的x轴方向的力设为fx2-2时，上述A轴方向的力FA、上述B轴方向的力FB以及上述C轴方向的力FC分别由下述式(1)、(2)以及(3)表示。
FA＝fx1-1·cosη·cosε－fx1-2·sinη·cosε
－fx2-1·cosη·cosε+fx2-2·sinη·cosε··(1)
FB＝－fx1-1·cosη·sinε+fx1-2·sinη·sinε
－fx2-1·cosη·sinε+fx2-2·sinη·sinε··(2)
FC＝－fx1-1·sinη－fx1-2·cosη－fx2-1·sinη
－fx2-2·cosη··(3)
由此，能够在不易受温度的变动而带来的影响的状态下，对三维中的外力可靠地进行检测。
应用例4
在上述应用例的力检测装置中，优选具备多个设置于上述压电元件的周围并对上述压电元件施加加压的加压螺钉，上述加压螺钉的加压方向为与上述第一基板以及上述第二基板的层叠方向平行的方向。
由此，在对压电元件作用有剪切力时，可靠地产生构成压电元件的基板彼此之间的摩擦力，由此，能够对电荷可靠地进行检测。
应用例5
在上述应用例的力检测装置中，优选在上述多个压电元件包含有不相互配置于同一平面上，且不相互配置为平行的上述压电元件。
由此，压电元件在被施加外力时容易产生电荷。
应用例6
在上述应用例的力检测装置中，优选上述第一基部以及上述第二基部中的至少一方的基部呈板状，上述多个压电元件被配置为上述第一基板与上述第二基板相对于上述一方的基部垂直。
由此，压电元件在被施加外力时容易产生电荷。
应用例7
在上述应用例的力检测装置中，优选上述第一基部以及上述第二基部中的至少一方的基部呈板状，四个以上的上述压电元件分别被配置于从上述一方的基部固定于测量对象的安装面观察从上述一方的基部的中心部分离的位置。
由此，能够对外力不偏离地进行检测。
应用例8
在上述应用例的力检测装置中，优选上述压电元件具有由X切向水晶板构成的第三基板。
由此，能够以使用水晶板的简单的结构，对三维中的外力可靠地进行检测。
应用例9
本应用例所涉及的机器人的特征在于，具备：臂；末端执行器，其设置于上述臂；以及力检测装置，其设置于上述臂与上述末端执行器之间，而对施加于上述末端执行器的外力进行检测，上述力检测装置具备包含固定于测量对象的第一安装面的第一基部、包含固定于测量对象的第二安装面的第二基部、以及被上述第一基部与上述第二基部夹持而对施加于上述第一基部与上述第二基部的外力进行检测的压电元件，上述压电元件具有由Y切向水晶板构成的第一基板以及由Y切向水晶板构成的第二基板，上述第一基板与上述第二基板平行地层叠，在上述第一基板与上述第二基板的层叠方向，上述第一基板的x轴与上述第二基板的x轴交叉，上述第一基板的z轴与上述第二基板的z轴交叉，上述压电元件被设置为上述第一安装面或者上述第二安装面的法线方向与上述层叠方向正交。
由此，机器人成为不易受温度的变动而带来的影响的机器人，因此，能够对外力正确地进行检测，从而能够适当地进行基于末端执行器的作业。
应用例10
本应用例所涉及的电子部件输送装置的特征在于，具备：把持部，其对电子部件进行把持；以及力检测装置，其对施加于上述把持部的外力进行检测，上述力检测装置具备具有能够固定于测量对象的第一安装面的第一基部、具有能够固定于测量对象的第二安装面的第二基部、以及被上述第一基部与上述第二基部沿夹持方向夹持而对施加于上述第一基部与上述第二基部的外力进行检测的压电元件，上述压电元件具有由Y切向水晶板构成的第一基板以及由Y切向水晶板构成的第二基板，上述第一基板与上述第二基板平行地层叠，在上述第一基板与上述第二基板的层叠方向，上述第一基板的x轴与上述第二基板的x轴交叉，上述第一基板的z轴与上述第二基板的z轴交叉，上述压电元件被设置为上述第一安装面或者上述第二安装面的法线方向与上述层叠方向正交。
由此，电子部件输送装置成为不易受温度的变动而带来的影响的装置，因此，外力被正确地检测，从而能够适当地进行电子部件的输送。
应用例11
本应用例所涉及的力检测装置的特征在于，具备：第一基部；第二基部；以及压电元件，其被上述第一基部与上述第二基部夹持，而对施加于上述第一基部与上述第二基部的外力的成分进行检测，上述第一基部包含固定于测量对象的第一安装面，上述第二基部包含固定于测量对象的第二安装面，上述压电元件具备具有与上述第一安装面或者上述第二安装面的法线方向正交的层叠方向的第一基板以及第二基板，根据基于上述第一基板的、与上述法线方向相同的第一检测方向的剪切力的检测和基于上述第二基板的、与上述第一检测方向交叉的第二检测方向的剪切力的检测来对施加于上述第一基部与上述第二基部的外力进行检测。
由此，力检测装置成为不易受温度的变动而带来的影响的装置，因此，能够对外力正确地进行检测。
应用例12
在上述应用例的力检测装置中，优选上述第一基板、上述第二基板为Y切向水晶板，上述第一基板的水晶结晶的x轴与上述第二基板的水晶结晶的x轴正交。
由此，能够以使用水晶板的简单的结构，对外力可靠地进行检测。
应用例13
在上述应用例的力检测装置中，优选以将与第一平面和第二平面的交线平行的方向设为C轴的正交坐标轴A轴、B轴、C轴为坐标轴，从而将施加于上述第一基部与上述第二基部的外力检测为3轴方向的外力的成分，其中，上述第一平面与第一夹持方向正交，上述第二平面与第二夹持方向正交。
由此，能够对三维中的外力可靠地进行检测。
应用例14
在上述应用例的力检测装置中，优选在将上述A轴与上述第一平面所成的角度设为+ε，将上述A轴与上述第二平面所成的角度设为-ε，将上述第一压电元件的第一检测方向与包含上述A轴和上述B轴的平面所成的角度设为η，将上述第二压电元件的第三检测方向与包含上述A轴和上述B轴的平面所成的角度设为-η，将第一输出设为fx1-1，将第二输出设为fx1-2，将第三输出设为fx2-1，将第四输出设为fx2-2时，上述A轴方向的力成分FA、上述B轴方向的力成分FB以及上述C轴方向的力成分FC分别由下述式(1)、(2)以及(3)表示。
FA＝fx1-1·cosη·cosε－fx1-2·sinη·cosε
－fx2-1·cosη·cosε+fx2-2·sinη·cosε··(1)
FB＝－fx1-1·cosη·sinε+fx1-2·sinη·sinε
－fx2-1·cosη·sinε+fx2-2·sinη·sinε··(2)
FC＝－fx1-1·sinη－fx1-2·cosη－fx2-1·sinη
－fx2-2·cosη··(3)
由此，能够在不易受温度的变动而带来的影响的状态下，对三维中的外力可靠地进行检测。
应用例15
在上述应用例的力检测装置中，优选具备多个设置于上述压电元件的周围并对上述压电元件施加加压的加压螺钉，上述加压螺钉的加压方向为与上述第一基板以及上述第二基板的层叠方向平行的方向。
由此，在对压电元件作用有剪切力时，可靠地产生构成压电元件的基板彼此之间的摩擦力，因此，能够对电荷可靠地进行检测。
应用例16
本应用例所涉及的力检测装置的特征在于，具备：第一基部；第二基部；以及多个压电元件，它们被上述第一基部与上述第二基部夹持，而对施加于上述第一基部与上述第二基部的外力进行检测，上述第一基部包含固定于测量对象的第一安装面，上述第二基部包含固定于测量对象的第二安装面，上述压电元件被设置为上述第一安装面或者上述第二安装面的法线与上述压电元件的第一基板和第二基板的层叠方向成为正交，上述力检测装置的总重量比1kg轻。
由此，将力检测装置的重量设为比1kg轻，从而能够减少施加于安装的部位的、力检测装置的重量的负荷。另外，能够缩小对安装的部位进行驱动的促动器的容量，因此能够将安装的部位设计为小型。
应用例17
本应用例所涉及的力检测装置的特征在于，具备：第一基部；第二基部；以及多个压电元件，它们被上述第一基部与上述第二基部夹持，而对施加于上述第一基部与上述第二基部的外力进行检测，上述第一基部包含固定于测量对象的第一安装面，上述第二基部包含固定于测量对象的第二安装面，上述压电元件被设置为上述第一安装面或者上述第二安装面的法线与上述压电元件的第一基板和第二基板的层叠方向成为正交，在上述第一基部与上述第二基部之间的空间收纳将上述多个压电元件输出的电荷转换成电压的转换电路和根据上述电压来运算外力的运算电路。
由此，不另外配置运算电路，而将其内置化，由此不需要布线电缆等的牵引。
应用例18
在上述应用例的力检测装置中，优选在上述转换电路或者上述运算电路包含半导体开关或者MEMS开关的至少任一种。
由此，若将开关元件从以往的机械开关置换成半导体开关、MEMS开关，则能够实现轻型化。
应用例19
在上述应用例的力检测装置中，优选上述第一基部与上述第二基部形成具有圆形或者圆角正方形的剖面形状的收纳空间，上述压电元件的每一个与对应的上述第一安装面或者上述第二安装面的中心的距离相等。
由此，若将第一基部以及第二基部的剖面形状形成为圆形或者圆角正方形，将压电元件配置为圆周状，则应力能够均匀地分散，因此能够使第一基部以及第二基部的厚度变薄。
应用例20
本应用例的机器人的特征在于，是具备了具有对外力进行检测的多个压电元件的力检测装置和机器人臂的机器人，上述力检测装置的重量比上述机器人臂能够输送的最大重量的20％轻。
由此，力检测装置的重量比机器人臂能够输送的最大重量的20％轻，从而能够容易进行施加力检测装置的重量的机器人臂的控制。
应用例21
本应用例所涉及的力检测装置的特征在于，具备：第一基部；第二基部；以及多个压电元件，它们被上述第一基部与上述第二基部夹持，而对施加于上述第一基部与上述第二基部的外力进行检测，上述第一基部包含固定于测量对象的第一安装面，上述第二基部包含固定于测量对象的第二安装面，上述多个压电元件具有由Y切向水晶板构成的第一基板以及由Y切向水晶板构成的第二基板，上述第一基板与上述第二基板平行地层叠，在上述第一基板与上述第二基板的层叠方向，上述第一基板的x轴与上述第二基板的x轴交叉，上述第一基板的z轴与上述第二基板的z轴交叉，上述压电元件被设置为上述第一安装面或者上述第二安装面的法线与上述层叠方向不同。
由此，力检测装置成为不易受温度的变动而带来的影响的装置，因此，能够对外力正确地进行检测。
应用例22
在上述应用例的力检测装置中，优选上述压电元件对上述第一基板以及上述第二基板的面内的正交的2个方向和与上述2个方向正交的1个方向合计3个方向的外力进行检测。
由此，能够对外力三维地进行检测。
应用例23
在上述应用例的力检测装置中，优选上述第一基部以及上述第二基部中的至少一方的基部由呈板状的部件构成，在将上述部件的面内的正交的2个方向设为A轴、B轴，将与上述A轴以及上述B轴正交的方向设为C轴，将上述压电元件相对于上述部件的倾斜角度设为θ，将上述第一基板的x轴与上述A轴所成的角度设为将沿上述第一基板的x轴方向施加的力设为fx1，将沿上述第二基板的x轴方向施加的力设为fx2时，上述A轴方向的力FA、上述B轴方向的力FB以及上述C轴方向的力FC分别由下述式(4)、(5)以及(6)表示。
由此，能够在不易受温度的变动而带来的影响的状态下，对三维中的外力可靠地进行检测。
应用例24
在上述应用例的力检测装置中，优选具备多个设置于上述压电元件的周围并对上述压电元件施加加压的加压螺钉，上述加压螺钉的加压方向为与上述第一基板以及上述第二基板的层叠方向平行的方向。
由此，在对压电元件作用有剪切力时，可靠地产生构成压电元件的基板彼此之间的摩擦力，因此，能够对电荷可靠地进行检测。
应用例25
在上述应用例的力检测装置中，优选上述第一基部以及上述第二基部中的至少一方的基部呈板状，上述多个压电元件被配置为上述第一基板与上述第二基板相对于上述一方的基部倾斜。
由此，力检测装置成为不易受温度的变动而带来的影响的装置，因此，能够对外力正确地进行检测。
应用例26
在上述应用例的力检测装置中，优选上述第一基部以及上述第二基部中的至少一方的基部呈板状，上述压电元件设置有多个，在上述多个压电元件包含有配置为相对于上述一方的基部的中心轴对称的上述压电元件。
由此，能够对外力不偏离地进行检测。
应用例27
在上述应用例的力检测装置中，优选上述第一基部以及上述第二基部中的至少一方的基部呈板状，四个以上的上述压电元件分别被配置于从上述安装面观察从上述一方的基部的中心部分离的位置。
由此，能够对外力稳定地进行检测。
应用例28
在上述应用例的力检测装置中，优选上述压电元件具有由X切向水晶板构成的第三基板。
由此，能够以使用水晶板的简单的结构，对三维中的外力可靠地进行检测。
应用例29
本应用例所涉及的机器人的特征在于，具备：臂；末端执行器，其设置于上述臂；以及力检测装置，其设置于上述臂与上述末端执行器之间，而对施加于上述末端执行器的外力进行检测，上述力检测装置具备包含固定于测量对象的第一安装面的第一基部、包含固定于测量对象的第二安装面的第二基部、以及被上述第一基部与上述第二基部夹持而对施加于上述第一基部与上述第二基部的外力进行检测的压电元件，上述压电元件具有由Y切向水晶板构成的第一基板以及由Y切向水晶板构成的第二基板，上述第一基板与上述第二基板平行地层叠，在上述第一基板与上述第二基板的层叠方向，上述第一基板的x轴与上述第二基板的x轴交叉，上述第一基板的z轴与上述第二基板的z轴交叉，上述压电元件被设置为上述第一安装面或者上述第二安装面的法线方向与上述层叠方向不同。
由此，机器人成为不易受温度的变动而带来的影响的机器人，因此，能够对外力正确地进行检测，从而能够适当地进行基于末端执行器的作业。
应用例30
本应用例所涉及的电子部件输送装置的特征在于，具备：把持部，其对电子部件进行把持；以及力检测装置，其对施加于上述把持部的外力进行检测，上述力检测装置具备具有能够固定于测量对象的第一安装面的第一基部、具有能够固定于测量对象的第二安装面的第二基部、以及被上述第一基部与上述第二基部沿夹持方向夹持而对施加于上述第一基部与上述第二基部的外力进行检测的压电元件，上述压电元件具有由Y切向水晶板构成的第一基板以及由Y切向水晶板构成的第二基板，上述第一基板与上述第二基板平行地层叠，在上述第一基板与上述第二基板的层叠方向，上述第一基板的x轴与上述第二基板的x轴交叉，上述第一基板的z轴与上述第二基板的z轴交叉，上述压电元件被设置为上述第一安装面或者上述第二安装面的法线方向与上述层叠方向不同。
由此，电子部件输送装置成为不易受温度的变动而带来的影响的装置，因此，能够对外力正确地进行检测，从而能够适当地进行电子部件的输送。
应用例31
本应用例所涉及的力检测装置的特征在于，具备：第一基部；第二基部；以及压电元件，其被上述第一基部与上述第二基部夹持，而对施加于上述第一基部与上述第二基部的外力的成分进行检测，上述第一基部包含固定于测量对象的第一安装面，上述第二基部包含固定于测量对象的第二安装面，上述压电元件具备具有与上述第一安装面或者上述第二安装面的法线方向不同的层叠方向的第一基板以及第二基板，通过基于上述第一基板的、与上述法线方向相同的第一检测方向的剪切力的检测和基于上述第二基板的、与上述第一检测方向交叉的第二检测方向的剪切力的检测来对施加于上述第一基部与上述第二基部的外力进行检测。
由此，力检测装置成为不易受温度的变动而带来的影响的装置，因此，能够对外力正确地进行检测。
应用例32
在上述应用例的力检测装置中，优选上述第一基板、上述第二基板为Y切向水晶板，上述第一基板的水晶结晶的x轴与上述第二基板的水晶结晶的x轴正交。
由此，能够以使用水晶板的简单的结构，对外力可靠地进行检测。
应用例33
在上述应用例的力检测装置中，优选以将与第一平面和第二平面的交线平行的方向设为C轴的正交坐标轴A轴、B轴、C轴为坐标轴，将施加于上述第一基部与上述第二基部的外力检测为3轴方向的外力的成分，其中，上述第一平面与第一夹持方向正交，上述第二平面与第二夹持方向正交。
由此，能够对三维中的外力可靠地进行检测。
应用例34
在上述应用例的力检测装置中，优选设置有两个上述压电元件，在将上述两个压电元件中的一方的压电元件的检测方向设为第一检测方向，将另一方的压电元件的检测方向设为第二检测方向，将包含上述第一检测方向与上述第二检测方向的平面与包含上述A轴和上述B轴的平面所成的角度设为θ，将上述第一检测方向与上述A轴所成的角度设为将上述一方的压电元件的第一输出设为fx1，将上述另一方的压电元件的第二输出设为fx2时，上述A轴方向的力FA、上述B轴方向的力FB以及上述C轴方向的力FC分别由下述式(4)、(5)以及(6)表示。
由此，力检测装置成为不易受温度的变动而带来的影响的装置，因此，能够对外力正确地进行检测。
应用例35
在上述应用例的力检测装置中，优选具备多个设置于上述压电元件的周围并对上述压电元件施加加压的加压螺钉，上述加压螺钉的加压方向为与上述第一基板以及上述第二基板的层叠方向平行的方向。
由此，在对压电元件作用有剪切力时，可靠地产生构成压电元件的基板彼此之间的摩擦力，因此，能够对电荷可靠地进行检测。
应用例36
本应用例所涉及的力检测装置的特征在于，具备：第一基部；第二基部；以及多个压电元件，它们被上述第一基部与上述第二基部夹持，而对施加于上述第一基部与上述第二基部的外力进行检测，上述第一基部包含固定于测量对象的第一安装面，上述第二基部包含固定于测量对象的第二安装面，上述压电元件被设置为上述第一安装面或者上述第二安装面的法线与上述压电元件的第一基板和第二基板的层叠方向不同，上述力检测装置的总重量比1kg轻。
由此，将力检测装置的重量设为比1kg轻，从而能够减少施加于安装的部位的、力检测装置的重量的负荷。另外，能够缩小对安装的部位进行驱动的促动器的容量，因此能够将安装的部位设计为小型。
应用例37
本应用例所涉及的力检测装置的特征在于，具备：第一基部；第二基部；以及多个压电元件，它们被上述第一基部与上述第二基部夹持，而对施加于上述第一基部与上述第二基部的外力进行检测，上述第一基部包含固定于测量对象的第一安装面，上述第二基部包含固定于测量对象的第二安装面，上述压电元件被设置为上述第一安装面或者上述第二安装面的法线与上述压电元件的第一基板和第二基板的层叠方向不同，在上述第一基部与上述第二基部之间的空间收纳将上述多个压电元件输出的电荷转换成电压的转换电路和根据上述电压来运算外力的运算电路。
由此，不另外配置运算电路，而将其内置化，优选不需要布线电缆等的牵引。
应用例38
在上述应用例的力检测装置中，优选在上述转换电路或者上述运算电路包含有半导体开关或者MEMS开关的至少任一种。
由此，若将开关元件从以往的机械开关置换成半导体开关、MEMS开关，则能够实现轻型化。
应用例39
在上述应用例的力检测装置中，优选上述第一基部与上述第二基部形成具有圆形或者圆角正方形的剖面形状的收纳空间，上述压电元件的每一个与上述安装面的中心的距离相等。
由此，若将基部的剖面形状形成为圆形或者圆角正方形，将压电元件配置为圆周状，则应力能够均匀地分散，因此能够使基部的厚度变薄。
应用例40
本应用例的机器人的特征在于，是具备了具有对外力进行检测的多个压电元件的力检测装置与机器人臂的机器人，上述力检测装置的重量比上述机器人臂能够输送的最大重量的20％轻。
由此，力检测装置的重量能够比上述机器人臂能够输送的最大重量的20％轻，因此能够容易进行安装了力检测装置的重量的机器人臂的控制。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的力检测装置的剖视图。
图2是图1所示的力检测装置的俯视图。
图3是示意性地表示图1所示的力检测装置的电路图。
图4是示意性地表示图1所示的力检测装置的电荷输出元件的剖视图。
图5是表示被图1所示的力检测装置的电荷输出元件检测的力的作用状态的示意图。
图6是从图5中的箭头A方向观察的图。
图7是表示本发明的第二实施方式所涉及的力检测装置的剖视图。
图8是图7所示的力检测装置的俯视图。
图9是示意性地表示图7所示的力检测装置的电路图。
图10是表示本发明的第三实施方式所涉及的力检测装置的剖视图。
图11是示意性地表示图10所示的力检测装置的电路图。
图12是示意性地表示图10所示的力检测装置的电荷输出元件的剖视图。
图13是表示被图10所示的力检测装置的电荷输出元件检测的力的作用状态的示意图。
图14是从图13中的箭头A方向观察的图。
图15是表示本发明的第四实施方式所涉及的力检测装置的剖视图。
图16是图15所示的力检测装置的俯视图。
图17是示意性地表示图15所示的力检测装置的电路图。
图18是表示本发明的第五实施方式所涉及的力检测装置的剖视图。
图19是图18所示的力检测装置的俯视图。
图20是示意性地表示图18所示的力检测装置的电路图。
图21是示意性地表示图18所示的力检测装置的电荷输出元件的剖视图。
图22是表示被图18所示的力检测装置的电荷输出元件检测的力的作用状态的示意图。
图23是从图22中的箭头B方向观察的图。
图24是表示使用了第一实施方式所涉及的力检测装置的作为第六实施方式的单臂机器人的一个例子的图。
图25是表示使用了第一实施方式所涉及的力检测装置的作为第七实施方式的多臂机器人的一个例子的图。
图26是表示使用了第一实施方式所涉及的力检测装置的作为第八实施方式的电子部件检查装置以及部件输送装置的一个例子的图。
图27是表示使用了第一实施方式所涉及的力检测装置的作为第八实施方式的电子部件输送装置的一个例子的图。
图28是表示使用了第一实施方式所涉及的力检测装置的作为第九实施方式的部件加工装置的一个例子的图。
图29是表示使用了第一实施方式所涉及的力检测装置的作为第十实施方式的移动体的一个例子的图。
具体实施方式
以下，参照附图并基于优选的实施方式对本发明的力检测装置、机器人以及电子部件输送装置详细地进行说明。
第一实施方式
图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的力检测装置的剖视图。图2是图1所示的力检测装置的俯视图。图3是示意性地表示图1所示的力检测装置的电路图。图4是示意性地表示图1所示的力检测装置的电荷输出元件的剖视图。图5是表示被图1所示的力检测装置的电荷输出元件检测的力的作用状态的示意图。图6是从图5中的箭头A方向观察电荷输出元件的图。
此外，以下，为了便于说明，将图1中的上侧称为“上”或者“上方”，将下侧称为“下”或者“下方”。
图1、图2所示的力检测装置1具有对外力(包含力矩)进行检测的功能，即对沿着相互正交的三轴(α(A)轴、β(B)轴、γ(C)轴)施加的外力进行检测的功能。作为该正交坐标轴的α轴、β轴、γ轴是在与后述的层叠方向LD平行的平面内包含有α轴与β轴的正交坐标轴。
力检测装置1具备：第一基部2，其作为基板发挥功能；第二基部3，其配置为从第一基部2隔开规定的间隔，并作为与第一基部2对置的盖板发挥功能；四张模拟电路基板4，它们收纳于(设置于)第一基部2与第二基部3之间；一张数字电路基板5，其收纳于(设置于)第一基部2与第二基部3之间，并与模拟电路基板4电连接；两个传感器设备6，它们搭载于模拟电路基板4，并具有作为与被施加的外力对应地输出信号的传感器元件(压电元件)的电荷输出元件10以及对电荷输出元件10进行收纳的封装60；以及八根加压螺栓(加压螺钉)71，它们作为固定部件。在本实施方式中，有时将两个传感器设备6中的、位于图中的右侧的一方的传感器设备6称为“传感器设备6A”，将另一方的传感器设备6称为“传感器设备6B”。
第一基部2的外形呈板状，其平面形状呈角部带弧度的四边形。该第一基部2具有底板23与从底板23朝向上方立设的壁部24。壁部24呈“L”字状，并在与外侧相对的两个面分别突出形成有凸部26。各凸部26的顶面261为相对于底板23垂直的平面。
在本实施方式中，底板23的下表面在将力检测装置1例如固定于机器人来使用时，成为相对于该机器人(测量对象)的安装面(第一安装面)231。
第二基部3也优选外形呈板状，其平面形状与第一基部2的平面形状相同。该第二基部3具有顶板32与形成于顶板32的缘部，从该缘部朝向下方突出的四片侧壁33。
在本实施方式中，顶板32的上表面在将力检测装置1例如固定于机器人来使用时，成为相对于安装于该机器人的末端执行器(测量对象)的安装面(第二安装面)321。此外，该安装面321与第一基部2的安装面231在未施加外力的自然状态下成为平行。
而且，在第一基部2的两个凸部26中的一方的凸部26的顶面261与第二基部3的一片的侧壁33之间夹持有传感器设备6A。即，传感器设备6A的电荷输出元件10经由封装60被第一基部2的一方的凸部26的顶面261与第二基部3的一片的侧壁33夹持，并被加压。以下，将该被夹持的方向称为“夹持方向SD”。
此外，第一基部2与第二基部3如上所述对模拟电路基板4、数字电路基板5进行收纳，形成有收纳空间。该收纳空间具有圆形或者圆角正方形的剖面形状。而且，各传感器设备6的每一个与上述安装面321(或者安装面231)的中心的距离相等。通过上述的结构，若将传感器设备6配置为圆周状，则应力能够均匀地分散，因此能够使第一基部2、第二基部3的厚度变薄。
如图1、图4所示，该传感器设备6A的电荷输出元件10的姿势为构成该电荷输出元件10的各层相对于第一基部2垂直。即，构成该电荷输出元件10的各层所层叠的层叠方向LD与夹持方向SD相对于第一基部2成为平行。如图5所示，该电荷输出元件10的第一传感器12的x轴以及第三传感器14的z轴相对于α轴以倾斜角度ε倾斜。此外，对第一传感器12以及第三传感器14后述。
另外，在第一基部2的另一方的凸部26的顶面261与一片第二基部3的侧壁33之间夹持有传感器设备6B。即，传感器设备6B的电荷输出元件10经由封装60被第一基部2的另一方的凸部26的顶面261与第二基部3的一片的侧壁33夹持，并被加压。该传感器设备6B的电荷输出元件10的姿势也为构成该电荷输出元件10的各层相对于第一基部2垂直，即，层叠方向LD与夹持方向SD成为平行。如图5所示，该电荷输出元件10的第一传感器12的x轴以及第三传感器14的z轴也相对于α轴以倾斜角度ε倾斜。
如以上那样，在本实施方式中，α轴成为对传感器设备6A的电荷输出元件10与传感器设备6B的电荷输出元件10所成的角进行二等分的二等分线。因此，传感器设备6A与传感器设备6B不相互配置于同一平面上，且不相互配置为平行。
此外，如图6所示，各电荷输出元件10被允许倾斜至在将第一传感器12的x轴与第一基部2的底板23所成的角度设为η时，角度η满足0°≤η＜90°的程度。
另外，也可以将第一基部2与第二基部3的任一个设为施加力的一侧的基板，但在本实施方式中，将第二基部3设为施加力的一侧的基板进行说明。
如图3所示，连接于传感器设备6A的模拟电路基板4具备：将从传感器设备6A的电荷输出元件10输出的电荷Qy1转换成电压Vy1的转换输出电路90a、将从电荷输出元件10输出的电荷Qz1转换成电压Vz1的转换输出电路90b、以及将从电荷输出元件10输出的电荷Qx1转换成电压Vx1的转换输出电路90c。连接于传感器设备6B的模拟电路基板4具备：将从传感器设备6B的电荷输出元件10输出的电荷Qy2转换成电压Vy2的转换输出电路90a、将从电荷输出元件10输出的电荷Qz2转换成电压Vz2的转换输出电路90b、以及将从电荷输出元件10输出的电荷Qx3转换成电压Vx3的转换输出电路90c。
另外，数字电路基板5具备对被施加的外力进行检测的外力检测电路40。
各模拟电路基板4以及数字电路基板5分别支承于第一基部2的壁部24的不同的位置，从而被保护在第一基部2与第二基部3之间。
此外，作为第一基部2、第二基部3、模拟电路基板4的各元件以及各布线以外的部位、数字电路基板5的各元件以及各布线以外的部位的构成材料分别不被特别地限定，例如，能够使用各种树脂材料、各种金属材料等。
另外，第一基部2、第二基部3分别由外形呈板状的部件构成，但不限定于此，例如，也可以一方的基部由呈板状的部件构成，另一方的基部由呈块状的部件构成。
电荷输出元件
如上所述，力检测装置1具有对沿着相互正交的α轴、β轴、γ轴施加的外力进行检测的功能。α轴与β轴是沿着第一基部2以及第二基部3的平面内的正交的2个方向的轴，γ轴是沿着与α轴和β轴正交的1个方向的轴，即沿着第一基部2以及第二基部3的厚度方向的轴。而且，在力检测装置1内置有具有电荷输出元件10的传感器设备6A、6B作为检测该外力的部件。各电荷输出元件10为相同的结构，因此以一个电荷输出元件10为代表对其进行说明。
如图4所示，电荷输出元件10能够输出电荷Qx1或者Qx2(代表性地称为“电荷Qx”)、电荷Qy1或者Qy2(代表性地称为“电荷Qy”)、以及电荷Qz1或者Qz2(代表性地称为“电荷Qz”)。然后，基于输出的电荷，对沿着α轴、β轴、γ轴施加的(承受的)外力进行检测。
此外，电荷输出元件10能够输出电荷Qz，但如后所述，在力检测装置1中，在求得各外力时，不使用电荷Qz。输出的电荷Qz例如用于由加压螺栓(加压螺钉)71进行的加压的调整。
此处，作为在外力检测时不使用电荷Qz的理由，列举将力检测装置1使用于具有安装有末端执行器的臂的工业用机器人的情况为例进行说明。在该情况下，第一基部2或者第二基部3因来自设置于臂、末端执行器的马达等发热源的热传递而被加热而热膨胀，从而变形。因该变形，对于电荷输出元件10的加压从规定的值变化。对于该电荷输出元件10的加压变化作为力检测装置1的温度变化所引起的噪声成分，包含对电荷Qz带来显著的影响的程度。
电荷输出元件10的形状不被特别地限定，但在本实施方式中，从层叠方向LD观察，呈四边形。此外，作为电荷输出元件10的其他的外形形状例如能够列举五边形等其他的多边形、圆形、椭圆形等。
如图4所示，电荷输出元件10具有：连接于地面(基准电位点)的四个接地电极层11、与外力(剪切力)对应地输出电荷Qx的第一传感器12、与外力(压缩/拉力)对应地输出电荷Qz的第二传感器13、以及与外力(剪切力)对应地输出电荷Qy的第三传感器14，接地电极层11与各传感器12、13、14交替平行地层叠。该层叠方向LD成为与安装面321的法线NL2(或者安装面231的法线NL1)正交的方向。
在图示的结构中，从图4中的左侧观察，按第一传感器12、第二传感器13、第三传感器14的顺序层叠，但本发明不限定于此。传感器12、13、14的层叠顺序任意。
接地电极层11是连接于地面(基准电位点)的电极。构成接地电极层11的材料不被特别地限定，但例如优选金、钛、铝、铜、铁或者包含上述的合金。即便在这些中也特别地优选使用作为铁合金的不锈钢。由不锈钢构成的接地电极层11具有优越的耐久性以及耐腐蚀性。
第一传感器12具有与和层叠方向LD(第一夹持方向)正交的、即和法线NL2(法线NL1)的方向相同的方向的第一检测方向的外力(剪切力)对应地输出电荷Qx的功能。即，第一传感器12构成为与外力对应地输出正电荷或者负电荷。
第一传感器12具有：第一压电体层(第一基板)121、与第一压电体层121对置地设置的第二压电体层(第一基板)123、以及设置于第一压电体层121与第二压电体层123之间的输出电极层122。
第一压电体层121由Y切向水晶板构成，并具有作为相互正交的晶轴的x轴、y轴、z轴。y轴是沿着第一压电体层121的厚度方向的轴，x轴是沿着图4中的纸面进深方向的轴，z轴是沿着图4中的上下方向的轴。在图4所示的结构中，以图4中的纸面里侧为正方向，以其相反的一侧为负方向对x轴进行说明。以图4中的左侧为正方向，以其相反的一侧为负方向对y轴进行说明。以图4中的上侧为正方向，以其相反的一侧为负方向对z轴进行说明。
由水晶构成的第一压电体层121具有较宽的动态范围、较高的刚性、较高的固有振动频率、以及较高的耐载荷性等优越的特性。另外，Y切向水晶板相对于沿着其面方向的外力(剪切力)产生电荷。
而且，在对于第一压电体层121的表面施加沿着x轴的正方向的外力(剪切力)的情况下，通过压电效应，在第一压电体层121内感应有电荷。其结果，在第一压电体层121的输出电极层122侧表面附近汇集正电荷，在第一压电体层121的接地电极层11侧表面附近汇集负电荷。相同地，在对于第一压电体层121的表面施加沿着x轴的负方向的外力的情况下，在第一压电体层121的输出电极层122侧表面附近汇集负电荷，在第一压电体层121的接地电极层11侧表面附近汇集正电荷。
第二压电体层123也由Y切向水晶板构成，并具有作为相互正交的晶轴的x轴、y轴、z轴。y轴是沿着第二压电体层123的厚度方向的轴，x轴是沿着图4中的纸面进深方向的轴，z轴是沿着图4中的上下方向的轴。在图4所示的结构中，以图4中的纸面近前侧为正方向，以其相反的一侧为负方向对x轴进行说明。以图4中的右侧为正方向，以其相反的一侧为负方向对y轴进行说明。以图4中的上侧为正方向，以其相反的一侧为负方向对z轴进行说明。
由水晶构成的第二压电体层123也与第一压电体层121相同地，具有较宽的动态范围、较高的刚性、较高的固有振动频率、较高的耐载荷性等优越的特性，为Y切向水晶板，从而相对于沿着其面方向的外力(剪切力)产生电荷。
而且，在对于第二压电体层123的表面施加沿着x轴的正方向的外力(剪切力)的情况下，通过压电效应，在第二压电体层123内感应有电荷。其结果，在第二压电体层123的输出电极层122侧表面附近汇集正电荷，在第二压电体层123的接地电极层11侧表面附近汇集负电荷。相同地，在对于第二压电体层123的表面施加沿着x轴的负方向的外力的情况下，在第二压电体层123的输出电极层122侧表面附近汇集负电荷，在第二压电体层123的接地电极层11侧表面附近汇集正电荷。
另外，第一传感器12成为具有第一压电体层121与第二压电体层123的结构与仅由第一压电体层121以及第二压电体层123中的一方与输出电极层122构成的情况进行比较，能够使在输出电极层122附近汇集的正电荷或者负电荷增加。其结果，能够使从输出电极层122输出的电荷Qx增加。
输出电极层122具有将在第一压电体层121内以及第二压电体层123内产生的正电荷或者负电荷作为电荷Qx输出的功能。如上所述，在对第一压电体层121的表面或者第二压电体层123的表面施加沿着x轴的正方向的外力的情况下，在输出电极层122附近汇集正电荷。其结果，从输出电极层122输出正的电荷Qx。另一方面，在对第一压电体层121的表面或者第二压电体层123的表面施加沿着x轴的负方向的外力的情况下，在输出电极层122附近汇集负电荷。其结果，从输出电极层122输出负的电荷Qx。
另外，优选输出电极层122的大小为第一压电体层121以及第二压电体层123的大小以上。在输出电极层122比第一压电体层121或者第二压电体层123小的情况下，第一压电体层121或者第二压电体层123的一部分与输出电极层122不连接。因此，存在无法将在第一压电体层121或者第二压电体层123产生的电荷的一部分从输出电极层122输出的情况。其结果，从输出电极层122输出的电荷Qx减少。此外，关于后述的输出电极层132、142也相同。
第二传感器13具有与外力(压缩/拉力)对应地输出电荷Qz的功能。即，第二传感器13构成为与压缩力对应地输出正电荷，与拉力对应地输出负电荷。
第二传感器13具有：第三压电体层(第三基板)131、与第三压电体层131对置地设置的第四压电体层(第三基板)133、以及设置于第三压电体层131与第四压电体层133之间的输出电极层132。
第三压电体层131由X切向水晶板构成，并具有相互正交的x轴、y轴、z轴。x轴是沿着第三压电体层131的厚度方向的轴，y轴是沿着图4中的上下方向的轴，z轴是沿着图4中的纸面进深方向的轴。
而且，在对于第三压电体层131的表面施加与x轴平行的压缩力的情况下，通过压电效应，在第三压电体层131内感应有电荷。其结果，在第三压电体层131的输出电极层132侧表面附近汇集正电荷，在第三压电体层131的接地电极层11侧表面附近汇集负电荷。相同地，在对于第三压电体层131的表面施加与x轴平行的拉力的情况下，在第三压电体层131的输出电极层132侧表面附近汇集负电荷，在第三压电体层131的接地电极层11侧表面附近汇集正电荷。
第四压电体层133也由X切向水晶板构成，并具有相互正交的x轴、y轴、z轴。x轴是沿着第四压电体层133的厚度方向的轴，y轴是沿着图4中的上下方向的轴，z轴是沿着图4中的纸面进深方向的轴。
而且，在对于第四压电体层133的表面施加与x轴平行的压缩力的情况下，通过压电效应，在第四压电体层133内感应有电荷。其结果，在第四压电体层133的输出电极层132侧表面附近汇集正电荷，在第四压电体层133的接地电极层11侧表面附近汇集负电荷。相同地，在对于第四压电体层133的表面施加与x轴平行的拉力的情况下，在第四压电体层133的输出电极层132侧表面附近汇集负电荷，在第四压电体层133的接地电极层11侧表面附近汇集正电荷。
输出电极层132具有将在第三压电体层131内以及第四压电体层133内产生的正电荷或者负电荷作为电荷Qz输出的功能。如上所述，在对第三压电体层131的表面或者第四压电体层133的表面施加与x轴平行的压缩力的情况下，在输出电极层132附近汇集正电荷。其结果，从输出电极层132输出正的电荷Qz。另一方面，在对第三压电体层131的表面或者第四压电体层133的表面施加与x轴平行的拉力的情况下，在输出电极层132附近汇集负电荷。其结果，从输出电极层132输出负的电荷Qz。
第三传感器14具有与和层叠方向LD(第二夹持方向)正交的、即和在第一传感器12输出电荷Qx时作用的外力的第一检测方向交叉的第二检测方向的外力(剪切力)对应地输出电荷Qx的功能。即，第三传感器14构成为与外力对应地输出正电荷或者负电荷。
此外，在正交坐标轴α轴、β轴、γ轴中，以与第一平面和第二平面的交线平行的方向为γ轴，其中，第一平面与上述第一夹持方向正交，第二平面与上述第二夹持方向正交。
第三传感器14具有：第五压电体层(第二基板)141、与第五压电体层141对置地设置的第六压电体层(第二基板)143、以及设置于第五压电体层141与第六压电体层143之间的输出电极层142。
第五压电体层141由Y切向水晶板构成，并具有作为相互正交的晶轴的x轴、y轴、z轴。y轴是沿着第五压电体层141的厚度方向的轴，x轴是沿着图4中的上下方向的轴，z轴是沿着图4中的纸面进深方向的轴。在图4所示的结构中，以图4中的上侧为正方向，以其相反的一侧为负方向对x轴进行说明。以图4中的左侧为正方向，以其相反的一侧为负方向对y轴进行说明。以图4中的纸面近前侧为正方向，以其相反的一侧为负方向对z轴进行说明。
由水晶构成的第五压电体层141具有较宽的动态范围、较高的刚性、较高的固有振动频率、较高的耐载荷性等优越的特性。另外，Y切向水晶板相对于沿着其面方向的外力(剪切力)产生电荷。
而且，在对于第五压电体层141的表面施加沿着x轴的正方向的外力的情况下，通过压电效应，在第五压电体层141内感应有电荷。其结果，在第五压电体层141的输出电极层142侧表面附近汇集正电荷，在第五压电体层141的接地电极层11侧表面附近汇集负电荷。相同地，在对于第五压电体层141的表面施加沿着x轴的负方向的外力的情况下，在第五压电体层141的输出电极层142侧表面附近汇集负电荷，在第五压电体层141的接地电极层11侧表面附近汇集正电荷。
第六压电体层143也由Y切向水晶板构成，并具有作为相互正交的晶轴的x轴、y轴、z轴。y轴是沿着第六压电体层143的厚度方向的轴，x轴是沿着图4中的上下方向的轴，z轴是沿着图4中的纸面进深方向的轴。在图4所示的结构中，以图4中的下侧为正方向，以其相反的一侧为负方向对x轴进行说明。以图4中的右侧为正方向，以其相反的一侧为负方向对y轴进行说明。以图4中的纸面近前侧为正方向，以其相反的一侧为负方向对z轴进行说明。
由水晶构成的第六压电体层143也与第五压电体层141相同地，具有较宽的动态范围、较高的刚性、较高的固有振动频率、较高的耐载荷性等优越的特性，为Y切向水晶板，从而在相对于沿着其面方向的外力(剪切力)产生电荷。
而且，在对于第六压电体层143的表面施加沿着x轴的正方向的外力的情况下，通过压电效应，在第六压电体层143内感应有电荷。其结果，在第六压电体层143的输出电极层142侧表面附近汇集正电荷，在第六压电体层143的接地电极层11侧表面附近汇集负电荷。相同地，在对于第六压电体层143的表面施加沿着x轴的负方向的外力的情况下，在第六压电体层143的输出电极层142侧表面附近汇集负电荷，在第六压电体层143的接地电极层11侧表面附近汇集正电荷。
在电荷输出元件10中，在从层叠方向LD观察时，第一压电体层121以及第二压电体层123的各x轴与第五压电体层141以及第六压电体层143的各x轴交叉。另外，在从层叠方向LD观察时，第一压电体层121以及第二压电体层123的各z轴与第五压电体层141以及第六压电体层143的各z轴交叉。
输出电极层142具有将在第五压电体层141内以及第六压电体层143内产生的正电荷或者负电荷作为电荷Qy输出的功能。如上所述，在对第五压电体层141的表面或者第六压电体层143的表面施加沿着x轴的正方向的外力的情况下，在输出电极层142附近汇集正电荷。其结果，从输出电极层142输出正的电荷Qy。另一方面，在对第五压电体层141的表面或者第六压电体层143的表面施加沿着x轴的负方向的外力的情况下，在输出电极层142附近汇集负电荷。其结果，从输出电极层142输出负的电荷Qy。
如上，在电荷输出元件10中，第一传感器12、第二传感器13、以及第三传感器14层叠为各传感器的力检测方向相互正交。由此，各传感器能够分别与相互正交的力成分对应地感应电荷。因此，电荷输出元件10能够与沿着x轴、y轴以及z轴的各外力的每一个对应地输出三个电荷Qx、Qy、Qz。
另外，如图2所示，第一基部2与第二基部3通过加压螺栓71连接、固定。此外，通过加压螺栓71的“固定”允许两个固定对象物的相互的规定量的移动而进行。具体而言，第一基部2与第二基部3通过加压螺栓71而被允许相互的规定量的第二基部3的面方向的移动并被固定。此外，这在其他的实施方式中也相同。
另外，加压螺栓71具有四根(多个)，其中的两根隔着传感器设备6A配置于传感器设备6A的两侧，即，设置于传感器设备6A的周围，并对于该传感器设备6A施加加压。剩余的两根隔着传感器设备6B配置于传感器设备6B的两侧，即，设置于传感器设备6B的周围，并对于该传感器设备6B施加加压。此外，各加压螺栓71的加压方向成为与层叠方向LD平行的方向。
与各加压螺栓71螺合的内螺纹241设置于第一基部2的壁部24。而且，能够以在第一基部2与第二基部3之间夹持各传感器设备6的状态将加压螺栓71从第二基部3侧插入第一基部2的内螺纹241。由此，各电荷输出元件10按每个收纳该电荷输出元件10的封装60沿与第一基部2正交的方向施加有规定的大小的压力，即加压。而且，在对电荷输出元件10作用剪切力时，可靠地产生构成电荷输出元件10的层彼此之间的摩擦力，因此，能够对电荷可靠地进行检测。
另外，如图2所示，各加压螺栓71贯通模拟电路基板4。在模拟电路基板4的供加压螺栓71贯通的部分例如通过嵌合固定有由树脂材料等绝缘材料构成的管43。
此外，作为加压螺栓71的构成材料，不被特别地限定，例如，能够使用各种树脂材料、各种金属材料等。
传感器设备
传感器设备6具有上述电荷输出元件10与收纳电荷输出元件10的封装60。
如图1所示，封装60具有具有凹部611的基部(第一部件)61与接合于该基部61的盖体(第二部件)62。电荷输出元件10设置于基部61的凹部611，该基部61的凹部611被盖体62密封。由此，能够对电荷输出元件10进行保护，从而能够提供一种可靠性较高的力检测装置1。此外，电荷输出元件10的顶面与盖体62接触。另外，封装60的盖体62配置于第二基部3的侧壁33侧，基部61配置于第一基部2的壁部24侧，将该基部61固定于模拟电路基板4。通过该结构，基部61与盖体62被第一基部2的顶面261与第二基部3的侧壁33沿夹持方向SD夹持并加压，并且，电荷输出元件10也被该基部61与盖体62沿夹持方向SD夹持并加压。
另外，作为基部61的构成材料不被特别地限定，例如，能够使用陶瓷等绝缘性材料等。另外，作为盖体62的构成材料，不被特别地限定，例如，能够使用不锈钢等各种金属材料等。此外，基部61的构成材料与盖体62的构成材料可以相同，另外也可以不同。
另外，封装60的平面形状不被特别地限定，但在本实施方式中，呈四边形。此外，作为封装60的其他的形状例如能够列举五边形等其他的多边形、圆形、椭圆形等。另外，在封装60为多边形的情况下，例如，其角部可以带弧度，另外也可以倾斜地被切开。
另外，盖体62在本实施方式中呈板状，其中央部625与外周部626之间的部位弯曲，从而中央部625朝向第二基部3的侧壁33突出。中央部625的形状不被特别地限定，但在本实施方式中，在第一基部2的俯视时，呈与电荷输出元件10相同的形状，即四边形。此外，盖体62的中央部625的上表面以及下表面均为平面。
另外，在封装60的基部61的下表面的端部设置有与电荷输出元件10电连接的多个端子(未图示)。该各端子分别与模拟电路基板4电连接，由此电荷输出元件10与模拟电路基板4电连接。
此外，在模拟电路基板4的供电荷输出元件10配置的部位形成有供凸部26插入的孔41。该孔41是贯通模拟电路基板4的贯通孔。
转换输出电路
如图3所示，在各电荷输出元件10连接有转换输出电路90a、90b、90c。转换输出电路90a具有将从电荷输出元件10输出的电荷Qy转换成电压Vy的功能。转换输出电路90b具有将从电荷输出元件10输出的电荷Qz转换成电压Vz的功能。转换输出电路90c具有将从电荷输出元件10输出的电荷Qx转换成电压Vx的功能。转换输出电路90a、90b、90c相同，因此，以下，代表性地对转换输出电路90c进行说明。
转换输出电路90c具有将从电荷输出元件10输出的电荷Qx转换成电压Vx并输出电压Vx的功能。转换输出电路90c具有运算放大器91、电容器92、以及开关元件93。运算放大器91的第一输入端子(负输入)连接于电荷输出元件10的输出电极层122，运算放大器91的第二输入端子(正输入)连接于地面(基准电位点)。另外，运算放大器91的输出端子连接于外力检测电路40。电容器92连接于运算放大器91的第一输入端子与输出端子之间。开关元件93连接于运算放大器91的第一输入端子与输出端子之间，与电容器92并联连接。另外，开关元件93连接于驱动电路(未图示)，开关元件93根据来自驱动电路的开/关信号来执行开关动作。
在开关元件93断开的情况下，从电荷输出元件10被输出的电荷Qx储存于具有静电电容C1的电容器92，并作为电压Vx输出至外力检测电路40。接下来，在开关元件93接通的情况下，电容器92的两端子之间被短路。其结果，储存于电容器92的电荷Qx被放电而成为0库伦，从而输出至外力检测电路40的电压V成为0伏。将开关元件93接通的情况称为对转换输出电路90c进行复位。此外，理想的从转换输出电路90c输出的电压Vx与从电荷输出元件10被输出的电荷Qx的积蓄量成比例。
开关元件93例如是MOSFET(Metal Oxide Semiconductor FieldEffect Transistor金属氧化物半导体场效应晶体管)，除此之外为半导体开关或者MEMS开关等。上述的开关与机械式开关(机械开关)相比为小型以及轻型，因此有利于力检测装置1的小型化以及轻型化。以下，作为代表例，对使用了MOSFET作为开关元件93的情况进行说明。此外，如图3所示，上述的开关安装于转换输出电路90c、转换输出电路90a、90b，但除此之外也能够安装于AD转换器401。
开关元件93具有漏极、源极以及栅极。开关元件93的漏极或者源极的一方连接于运算放大器91的第一输入端子，漏极或者源极的另一方连接于运算放大器91的输出端子。另外，开关元件93的栅极连接于驱动电路(未图示)。
在各转换输出电路90a、90b、90c的开关元件93可以连接有同一驱动电路，也可以连接有分别不同的驱动电路。在各开关元件93从驱动电路输入有全部同步的开/关信号。由此，各转换输出电路90a、90b、90c的开关元件93的动作同步。即，各转换输出电路90a、90b、90c的开关元件93的开/关时机一致。
外力检测电路
外力检测电路40具有基于从各转换输出电路90a输出的电压Vy1、Vy2、从各转换输出电路90b输出的电压Vz1、Vz2、以及从各转换输出电路90c输出的电压Vx1、Vx2来对施加的外力进行检测的功能。外力检测电路40具有连接于转换输出电路(转换电路)90a、90b、90c的AD转换器401与连接于AD转换器401的运算部(运算电路)402。
AD转换器401具有将电压Vx1、Vy1、Vz1、Vx2、Vy2、Vz2从模拟信号向数字信号转换的功能。被AD转换器401数字转换的电压Vx1、Vy1、Vz1、Vx2、Vy2、Vz2输入至运算部402。
运算部402对于被数字转换的电压Vx1、Vy1、Vz1、Vx2、Vy2、Vz2例如进行消除各转换输出电路90a、90b、90c之间的灵敏度的差的修正等的各处理。而且，运算部402输出与从电荷输出元件10输出的电荷Qx1、Qy1、Qz1、Qx2、Qy2、Qz2的积蓄量成比例的三个信号。
α轴、β轴以及γ轴方向的力检测(力检测方法)
如上所述，各电荷输出元件10成为层叠方向LD与夹持方向SD相对于第一基部2平行，并且被设置为与安装面321的法线NL2正交的状态(参照图1)。
而且，本发明的发明者们发现了能够分别由下述式(1)、(2)以及(3)表示α轴方向的力FA、β轴方向的力FB以及γ轴方向的力FC。式(1)～(3)中的“fx1-1”是沿传感器设备6A的第一传感器12的x轴方向施加的力，即根据电荷Qx1(第一输出)求得的力，“fx1-2”是沿第三传感器14的x轴方向施加的力，即根据电荷Qy1(第二输出)求得的力。另外，“fx2-1”是沿传感器设备6B的第一传感器12的x轴方向施加的力(第三输出)，即根据电荷Qx2求得的力，“fx2-2”是沿第三传感器14的x轴方向施加的力，即根据电荷Qy2(第四输出)求得的力。
FA＝fx1-1·cosη·cosε－fx1-2·sinη·cosε
－fx2-1·cosη·cosε+fx2-2·sinη·cosε··(1)
FB＝－fx1-1·cosη·sinε+fx1-2·sinη·sinε
－fx2-1·cosη·sinε+fx2-2·sinη·sinε··(2)
FC＝－fx1-1·sinη－fx1-2·cosη－fx2-1·sinη
－fx2-2·cosη··(3)
例如，在为图1、图2所示的结构的力检测装置1的情况下，ε为45°，η为0°。若向式(1)～(3)的ε代入45°，向η代入0°，则力FA～FC分别成为：
FA＝fx1-1/√2－fx2-1/√2
FB＝－fx1-1/√2－fx2-1/√2
FC＝－fx1-2－fx2-2。
如上在力检测装置1中，在检测力FA～FC时，容易受温度的变动而带来的影响，即，能够不使用容易附着噪声的第二传感器13(电荷Qz)而进行该检测。因此，力检测装置1成为不易受温度的变动而带来的影响，例如减少为以往的力检测装置的1/20以下的装置。由此，力检测装置1即便在温度变化的频繁的环境下，也能够对力FA～FC正确稳定地进行检测。
另外，上述的结构的力检测装置1的总重量比1kg轻。由此，能够减少施加于安装的部位，例如机器人的手腕的、力检测装置1的重量的负荷。另外，能够缩小对机器人的手腕进行驱动的促动器的容量，因此能够将机器人的手腕设计为小型。并且，该力检测装置1的重量比机器人臂能够输送的最大重量的20％轻。由此，能够容易进行施加力检测装置1的重量的机器人臂的控制。
第二实施方式
图7是表示本发明所涉及的力检测装置的第二实施方式的剖视图。图8是图7所示的力检测装置的俯视图。图9是示意性地表示图7所示的力检测装置的电路图。
以下，参照上述的附图对本发明的力检测装置、机器人以及电子部件输送装置的第二实施方式进行说明，但以与上述的实施方式不同的点为中心进行说明，省略对相同的事项的说明。
本实施方式除了传感器设备的配置个数不同以外，与第一实施方式相同。
如图7、图8所示，在本实施方式中，传感器设备6(电荷输出元件10)设置有四个。以下，将各传感器设备6沿图8中的逆时针方向按顺序称为“传感器设备(第一传感器元件)6A”、“传感器设备(第二传感器元件)6B”、“传感器设备(第三传感器元件)6C”、以及“传感器设备(第四传感器元件)6D”。
而且，如图8所示，传感器设备6A以及传感器设备6B与传感器设备6C以及传感器设备6D被配置为相对于沿着第一基部2(一方的基部)的β轴的中心轴271对称。即，传感器设备6A～6D围绕着第一基部2的中心272等角度间隔地配置。根据上述的配置，能够对外力无偏离地进行检测。
传感器设备6A～6D优选配置于从安装面321观察从第一基部2的中心部(中心272)尽可能地分离的位置。由此，能够对外力稳定地进行检测。
外力检测电路
外力检测电路40具有基于从各转换输出电路90a输出的电压Vy1、Vy2、Vy3、Vy4、从各转换输出电路90b输出的电压Vz1、Vz2、Vz3、Vz4、以及从各转换输出电路90c输出的电压Vx1、Vx2、Vx3、Vx4对施加的外力进行检测的功能。外力检测电路40具有连接于转换输出电路90a、90b、90c的AD转换器401与连接于AD转换器401的运算部402。
AD转换器401具有将电压Vx1、Vy1、Vz1、Vx2、Vy2、Vz2、Vx3、Vy3、Vz3、Vx4、Vy4、Vz4从模拟信号向数字信号转换的功能。被AD转换器401数字转换的电压Vx1、Vy1、Vz1、Vx2、Vy2、Vz2、Vx3、Vy3、Vz3、Vx4、Vy4、Vz4输入至运算部402。
而且，本实施方式中的作为力检测装置1整体的力FA～FC分别成为基于由传感器设备6A～6D的各电荷输出元件10输出的电荷而被检测的力FA～FC合力(ΣFA、ΣFB、ΣFC)。
第三实施方式
图10是表示本发明所涉及的力检测装置的第三实施方式的剖视图。图11是示意性地表示图10所示的力检测装置的电路图。图12是示意性地表示图10所示的力检测装置的电荷输出元件的剖视图。图13是表示被图10所示的力检测装置的电荷输出元件检测的力的作用状态的示意图。图14是从图13中的箭头A方向观察的图。
此外，以下，为了便于说明，将图10中的上侧称为“上”或者“上方”，将下侧称为“下”或者“下方”。
图10所示的力检测装置1001具有对外力(包含力矩)进行检测的功能，即对沿着相互正交的3轴(α(A)轴、β(B)轴、γ(C)轴)施加的外力进行检测的功能。作为该正交坐标轴的α轴、β轴、γ轴是在与后述的层叠方向LD倾斜地交叉的平面内包含有α轴与β轴的正交坐标轴。
力检测装置1001具备：第一基部1002，其作为基板发挥功能；第二基部1003，其配置为从第一基部1002隔开规定的间隔，并作为与第一基部1002对置的盖板发挥功能；模拟电路基板1004，其收纳于(设置于)第一基部1002与第二基部1003之间；数字电路基板1005，其收纳于(设置于)第一基部1002与第二基部1003之间，并与模拟电路基板1004电连接；传感器设备1006，其搭载于模拟电路基板1004，并具有作为与被施加的外力对应地输出信号的传感器元件(压电元件)的电荷输出元件1010以及对电荷输出元件1010进行收纳的封装1060；以及两个加压螺栓(加压螺钉)1071，它们作为固定部件。
第一基部1002的外形呈板状，其平面形状不被特别地限定，但例如能够列举圆形、多边形等。在第一基部1002的缘部突出形成有具有相对于第一基部1002的下表面以倾斜角度θ倾斜的倾斜面1221的凸部1022。如图13、图14所示，该倾斜面1221与α轴平行。此外，倾斜角度θ满足0°＜θ＜90°。
在本实施方式中，第一基部1002的下表面在将力检测装置1001例如固定于机器人来使用时，成为相对于该机器人(测量对象)的安装面(第一安装面)1231。
第二基部1003也优选外形呈板状，其平面形状与第一基部1002的平面形状相同。在该情况下，第二基部1003优选为包含第一基部1002的程度的大小。该第二基部1003具有顶板1032与沿着顶板1032的缘部而形成，从该缘部朝向下方突出的侧壁1033。
在本实施方式中，顶板1032的上表面在将力检测装置1001例如固定于机器人来使用时，成为相对于安装于该机器人的末端执行器(测量对象)的安装面(第二安装面)1321。此外，该安装面1321与第一基部1002的安装面1231在未施加外力的自然状态下成为平行。
在该侧壁1033的与第一基部1002的倾斜面1221对置的部分形成有与倾斜面1221平行的、即以倾斜角度θ倾斜的倾斜面1331。而且，在第一基部1002的倾斜面1221与第二基部1003的倾斜面1331之间夹持有传感器设备1006。即，电荷输出元件1010经由封装1060被第一基部1002的倾斜面1221与第二基部1003的倾斜面1331夹持，并被加压。而且，该被夹持的电荷输出元件1010相对于第一基部1002以倾斜角度θ倾斜。以下，将该被夹持的方向称为“夹持方向SD”。
此外，也可以将第一基部1002与第二基部1003的任一个设为施加力的一侧的基板，但在本实施方式中，将第二基部1003设为施加力的一侧的基板进行说明。另外，电荷输出元件1010也可以配置于模拟电路基板1004的第一基部1002侧的面。
另外，如图14所示，电荷输出元件1010被允许倾斜至在将第一传感器1012的x轴与第一基部1002的倾斜面1221(α轴)所成的角度设为时，角度满足的程度。
另外，侧壁1033的隔着中心部与倾斜面1331相反的一侧的部分成为与第二基部1003连结、固定的固定部1332。
如图11所示，模拟电路基板1004具备：将从被搭载的传感器设备1006的电荷输出元件1010输出的电荷Qx转换成电压Vx的转换输出电路1090c、将从电荷输出元件1010输出的电荷Qz转换成电压Vz的转换输出电路1090b、以及将从电荷输出元件1010输出的电荷Qy转换成电压Vy的转换输出电路1090a。另外，数字电路基板1005具备对被施加的外力进行检测的外力检测电路1040。模拟电路基板1004、数字电路基板1005分别支承于第一基部1002上的不同的位置，从而被保护在第一基部1002与第二基部1003之间。
此外，作为第一基部1002、第二基部1003、模拟电路基板1004的各元件以及各布线以外的部位、数字电路基板1005的各元件以及各布线以外的部位的构成材料分别不被特别地限定，例如，能够使用各种树脂材料、各种金属材料等。
另外，第一基部1002、第二基部1003分别由外形呈板状的部件构成，但不限定于此，例如，也可以一方的基部由呈板状的部件构成，另一方的基部由呈块状的部件构成。
电荷输出元件
如上所述，力检测装置1001具有对沿着相互正交的α轴、β轴、γ轴施加的外力进行检测的功能。α轴与β轴是沿着第一基部1002以及第二基部1003的平面内的正交的2个方向的轴，γ轴是沿着与α轴和β轴正交的1个方向的轴，即沿着第一基部1002以及第二基部1003的厚度方向的轴。而且，在力检测装置1001内置有对该外力进行检测的电荷输出元件1010。
如图12所示，电荷输出元件1010能够输出电荷Qx、Qy、Qz。而且，基于输出的电荷，能够对沿着α轴、β轴、γ轴施加的(承受的)外力进行检测。
此外，电荷输出元件1010能够输出电荷Qz，但如后所述，在力检测装置1001中，在求得各外力时，不使用电荷Qz。输出的电荷Qz例如用于加压螺栓(加压螺钉)1071的加压的调整。
此处，作为在外力检测时不使用电荷Qz的理由，列举将力检测装置1001使用于具有安装有末端执行器的臂的工业用机器人的情况为例进行说明。在该情况下，第一基部1002或者第二基部1003因来自设置于臂、末端执行器的马达等发热源的热传递而被加热而热膨胀，从而变形。对于电荷输出元件1010的加压因该变形而从规定的值变化。对于该电荷输出元件1010的加压变化作为力检测装置1001的温度变化而引起的噪声成分，包含对电荷Qz带来显著的影响的程度。
电荷输出元件1010的形状不被特别地限定，但在本实施方式中，从相对于第一基部1002的倾斜面1221垂直的方向观察，呈四边形。此外，作为电荷输出元件1010的其他的外形形状例如能够列举五边形等其他的多边形、圆形、椭圆形等。
如图12所示，电荷输出元件1010具有：连接于地面(基准电位点)的四个接地电极层1011、与外力(剪切力)对应地输出电荷Qx的第一传感器1012、与外力(压缩/拉力)对应地输出电荷Qz的第二传感器1013、以及与外力(剪切力)对应地输出电荷Qy的第三传感器1014，接地电极层1011与各传感器1012、1013、1014交替平行地层叠。以下，将该层叠的方向称为“层叠方向LD”，而成为与安装面1321的法线NL2(或者安装面1231的法线NL1)不同的方向。
具体而言，电荷输出元件1010相对于与安装面1321平行的第一基部1002以倾斜角度θ倾斜，其结果，层叠方向LD以及夹持方向SD的任一个方向都相对于第一基部1002以倾斜角度θ倾斜。
在图示的结构中，从图12中的右下侧按第一传感器1012、第二传感器1013、第三传感器1014的顺序层叠，但本发明不限定于此。传感器1012、1013、1014的层叠顺序任意。
接地电极层1011是连接于地面(基准电位点)的电极。构成接地电极层1011的材料不被特别地限定，但例如优选金、钛、铝、铜、铁或者包含上述的合金。即便在这些中也特别地优选使用作为铁合金的不锈钢。由不锈钢构成的接地电极层1011具有优越的耐久性以及耐腐蚀性。
第一传感器1012具有与和层叠方向LD正交的、即相对于法线NL2(法线NL1)的方向倾斜的方向的第一检测方向的外力(剪切力)对应地输出电荷Qx的功能。即，第一传感器1012构成为与外力对应地输出正电荷或者负电荷。
第一传感器1012具有：第一压电体层1121、与第一压电体层1121对置地设置的第二压电体层1123、以及设置于第一压电体层1121与第二压电体层1123之间的输出电极层1122。
第一压电体层1121由Y切向水晶板构成，并具有作为相互正交的晶轴的x轴、y轴、z轴。y轴是沿着第一压电体层1121的厚度方向的轴，x轴是沿着图12中的纸面进深方向的轴，z轴是沿着图12中的倾斜方向的轴。在图12所示的结构中，以图12中的纸面里侧为正方向，以其相反的一侧为负方向对x轴进行说明。以图12中的右下侧为正方向，以其相反的一侧为负方向对y轴进行说明。以图12中的左下侧为正方向，以其相反的一侧为负方向对z轴进行说明。
由水晶构成的第一压电体层1121具有较宽的动态范围、较高的刚性、较高的固有振动频率、较高的耐载荷性等优越的特性。另外，Y切向水晶板相对于沿着其面方向的外力(剪切力)产生电荷。
而且，在对于第一压电体层1121的表面施加沿着x轴的正方向的外力(剪切力)的情况下，通过压电效应，在第一压电体层1121内感应有电荷。其结果，在第一压电体层1121的输出电极层1122侧表面附近汇集正电荷，在第一压电体层1121的接地电极层1011侧表面附近汇集负电荷。相同地，在对于第一压电体层1121的表面施加沿着x轴的负方向的外力的情况下，在第一压电体层1121的输出电极层1122侧表面附近汇集负电荷，在第一压电体层1121的接地电极层1011侧表面附近汇集正电荷。
第二压电体层1123也由Y切向水晶板构成，并具有作为相互正交的晶轴的x轴、y轴、z轴。y轴是沿着第二压电体层1123的厚度方向的轴，x轴是沿着图12中的纸面进深方向的轴，z轴是沿着图12中的倾斜方向的轴。在图12所示的结构中，以图12中的纸面近前侧为正方向，以其相反的一侧为负方向对x轴进行说明。以图12中的左上侧为正方向，以其相反的一侧为负方向对y轴进行说明。以图12中的左下侧为正方向，以其相反的一侧为负方向对z轴进行说明。
由水晶构成的第二压电体层1123也与第一压电体层1121相同地具有较宽的动态范围、较高的刚性、较高的固有振动频率、较高的耐载荷性等的优越的特性，为Y切向水晶板，从而相对于沿着其面方向的外力(剪切力)产生电荷。
而且，在对于第二压电体层1123的表面施加沿着x轴的正方向的外力(剪切力)的情况下，通过压电效应，在第二压电体层1123内感应有电荷。其结果，在第二压电体层1123的输出电极层1122侧表面附近汇集正电荷，在第二压电体层1123的接地电极层1011侧表面附近汇集负电荷。相同地，在对于第二压电体层1123的表面施加沿着x轴的负方向的外力的情况下，在第二压电体层1123的输出电极层1122侧表面附近汇集负电荷，在第二压电体层1123的接地电极层1011侧表面附近汇集正电荷。
另外，成为第一传感器1012具有第一压电体层1121与第二压电体层1123的结构与仅由第一压电体层1121以及第二压电体层1123中的一方与输出电极层1122构成的情况进行比较，能够使在输出电极层1122附近汇集的正电荷或者负电荷增加。其结果，能够使从输出电极层1122输出的电荷Qx增加。
输出电极层1122具有将在第一压电体层1121内以及第二压电体层1123内产生的正电荷或者负电荷作为电荷Qx输出的功能。如上所述，在对第一压电体层1121的表面或者第二压电体层1123的表面施加沿着x轴的正方向的外力的情况下，在输出电极层1122附近汇集正电荷。其结果，从输出电极层1122输出正的电荷Qx。另一方面，在对第一压电体层1121的表面或者第二压电体层1123的表面施加沿着x轴的负方向的外力的情况下，在输出电极层1122附近汇集负电荷。其结果，从输出电极层1122输出负的电荷Qx。
另外，优选输出电极层1122的俯视时的大小为第一压电体层1121以及第二压电体层1123的俯视时的大小以上。在输出电极层1122比第一压电体层1121或者第二压电体层1123小的情况下，第一压电体层1121或者第二压电体层1123的一部分不与输出电极层1122连接。因此，存在无法将在第一压电体层1121或者第二压电体层1123产生的电荷的一部分从输出电极层1122输出的情况。其结果，从输出电极层1122输出的电荷Qx减少。此外，关于后述的输出电极层1132、1142也相同。
第二传感器1013具有与外力(压缩/拉力)对应地输出电荷Qz的功能。即，第二传感器1013构成为与压缩力对应地输出正电荷，与拉力对应地输出负电荷。
第二传感器1013具有：第三压电体层1131、与第三压电体层1131对置地设置的第四压电体层1133、以及设置于第三压电体层1131与第四压电体层1133之间的输出电极层1132。
第三压电体层1131由X切向水晶板构成，并具有作为相互正交的晶轴的x轴、y轴、z轴。x轴是沿着第三压电体层1131的厚度方向的轴，y轴是沿着图12中的倾斜方向的轴，z轴是沿着图12中的纸面进深方向的轴。
而且，在对于第三压电体层1131的表面施加与x轴平行的压缩力的情况下，通过压电效应，在第三压电体层1131内感应有电荷。其结果，在第三压电体层1131的输出电极层1132侧表面附近汇集正电荷，在第三压电体层1131的接地电极层1011侧表面附近汇集负电荷。相同地，在对于第三压电体层1131的表面施加与x轴平行的拉力的情况下，在第三压电体层1131的输出电极层1132侧表面附近汇集负电荷，在第三压电体层1131的接地电极层1011侧表面附近汇集正电荷。
第四压电体层1133也由X切向水晶板构成，并具有作为相互正交的晶轴的x轴、y轴、z轴。x轴是沿着第四压电体层1133的厚度方向的轴，y轴是沿着图12中的倾斜方向的轴，z轴是沿着图12中的纸面进深方向的轴。
而且，在对于第四压电体层1133的表面施加与x轴平行的压缩力的情况下，通过压电效应，在第四压电体层1133内感应有电荷。其结果，在第四压电体层1133的输出电极层1132侧表面附近汇集正电荷，在第四压电体层1133的接地电极层1011侧表面附近汇集负电荷。相同地，在对于第四压电体层1133的表面施加与x轴平行的拉力的情况下，在第四压电体层1133的输出电极层1132侧表面附近汇集负电荷，在第四压电体层1133的接地电极层1011侧表面附近汇集正电荷。
输出电极层1132具有将在第三压电体层1131内以及第四压电体层1133内产生的正电荷或者负电荷作为电荷Qz输出的功能。如上所述，在对第三压电体层1131的表面或者第四压电体层1133的表面施加与x轴平行的压缩力的情况下，在输出电极层1132附近汇集正电荷。其结果，从输出电极层1132输出正的电荷Qz。另一方面，在对第三压电体层1131的表面或者第四压电体层1133的表面施加与x轴平行的拉力的情况下，在输出电极层1132附近汇集负电荷。其结果，从输出电极层1132输出负的电荷Qz。
第三传感器1014具有与和层叠方向LD正交的、即和在第一传感器1012输出电荷Qx时作用的外力的第一检测方向交叉的第二检测方向的外力(剪切力)对应地输出电荷Qy的功能。即，第三传感器1014构成为与外力对应地输出正电荷或者负电荷。
第三传感器1014具有：第五压电体层1141、与第五压电体层1141对置地设置的第六压电体层1143、以及设置于第五压电体层1141与第六压电体层1143之间的输出电极层1142。
第五压电体层1141由Y切向水晶板构成，并具有相互正交的x轴、y轴、z轴。y轴是沿着第五压电体层1141的厚度方向的轴，x轴是沿着图12中的倾斜方向的轴，z轴是沿着图12中的纸面进深方向的轴。在图12所示的结构中，以图12中的纸面左下侧为正方向，以其相反的一侧为负方向对x轴进行说明。以图12中的左下侧为正方向，以其相反的一侧为负方向对y轴进行说明。以图12中的纸面近前侧为正方向，以其相反的一侧为负方向对z轴进行说明。
由水晶构成的第五压电体层1141具有较宽的动态范围、较高的刚性、较高的固有振动频率、较高的耐载荷性等优越的特性。另外，Y切向水晶板相对于沿着其面方向的外力(剪切力)产生电荷。
而且，在对于第五压电体层1141的表面施加沿着x轴的正方向外力的情况下，通过压电效应，在第五压电体层1141内感应有电荷。其结果，在第五压电体层1141的输出电极层1142侧表面附近汇集正电荷，在第五压电体层1141的接地电极层1011侧表面附近汇集负电荷。相同地，在对于第五压电体层1141的表面施加沿着x轴的负方向的外力的情况下，在第五压电体层1141的输出电极层1142侧表面附近汇集负电荷，在第五压电体层1141的接地电极层1011侧表面附近汇集正电荷。
第六压电体层1143也由Y切向水晶板构成，并具有相互正交的x轴、y轴、z轴。y轴是沿着第六压电体层1143的厚度方向的轴，x轴是沿着图12中的倾斜方向的轴，z轴是沿着图12中的纸面进深方向的轴。在图12所示的结构中，以图12中的纸面左上侧为正方向，以其相反的一侧为负方向对x轴进行说明。以图12中的左上侧为正方向，以其相反的一侧为负方向对y轴进行说明。以图12中的纸面近前侧为正方向，以其相反的一侧为负方向对z轴进行说明。
由水晶构成的第六压电体层1143也与第五压电体层1141相同地，具有较宽的动态范围、较高的刚性、较高的固有振动频率、较高的耐载荷性等优越的特性，为Y切向水晶板，从而相对于沿着其面方向的外力(剪切力)产生电荷。
而且，在对于第六压电体层1143的表面施加沿着x轴的正方向的外力的情况下，通过压电效应，在第六压电体层1143内感应有电荷。其结果，在第六压电体层1143的输出电极层1142侧表面附近汇集正电荷，在第六压电体层1143的接地电极层1011侧表面附近汇集负电荷。相同地，在对于第六压电体层1143的表面施加沿着x轴的负方向的外力的情况下，在第六压电体层1143的输出电极层1142侧表面附近汇集负电荷，在第六压电体层1143的接地电极层1011侧表面附近汇集正电荷。
在电荷输出元件1010中，在从层叠方向LD俯视时，第一压电体层1121以及第二压电体层1123的各x轴与第五压电体层1141以及第六压电体层1143的各x轴交叉。另外，在从层叠方向LD俯视时，第一压电体层1121以及第二压电体层1123的各z轴与第五压电体层1141以及第六压电体层1143的各z轴交叉。
输出电极层1142具有将在第五压电体层1141内以及第六压电体层1143内产生的正电荷或者负电荷作为电荷Qy输出的功能。如上所述，在对第五压电体层1141的表面或者第六压电体层1143的表面施加沿着x轴的正方向的外力的情况下，在输出电极层1142附近汇集正电荷。其结果，从输出电极层1142输出正的电荷Qy。另一方面，在对第五压电体层1141的表面或者第六压电体层1143的表面施加沿着x轴的负方向的外力的情况下，在输出电极层1142附近汇集负电荷。其结果，从输出电极层1142输出负的电荷Qy。
如上，在电荷输出元件1010中，第一传感器1012、第二传感器1013、以及第三传感器1014层叠为各传感器的力检测方向相互正交。由此，各传感器分别能够与相互正交的力成分对应地感应电荷。因此，电荷输出元件1010能够与沿着x轴、y轴以及z轴的各外力的每一个对应地输出三个电荷Qx、Qy、Qz。
另外，如图10所示，第一基部1002与第二基部1003被加压螺栓1071连接、固定。该加压螺栓1071有两根，一方配置于比传感器设备1006更靠图10中纸面里侧，由虚线描述，另一方配置于比传感器设备1006更靠图10中纸面近前侧。此外，通过加压螺栓1071的“固定”允许两个固定对象物的相互的规定量的移动而进行。具体而言，第一基部1002与第二基部1003被加压螺栓1071允许相互的规定量的第二基部1003的面方向的移动而被固定。此外，这在其他的实施方式中也相同。
在图10所示的结构中，将与加压螺栓1071螺合的内螺纹(未图示)设置于第一基部1002的倾斜面1221。而且，以在第一基部1002与第二基部1003之间夹持传感器设备1006的状态将加压螺栓1071从第二基部1003侧插入第一基部1002的内螺纹，从而电荷输出元件1010按每个收纳该电荷输出元件1010的封装1060施加规定的大小的压力，即加压。由此，在对电荷输出元件1010作用剪切力时，可靠地产生构成电荷输出元件1010的层彼此之间的摩擦力，因此，能够对电荷可靠地进行检测。
此外，作为加压螺栓1071的构成材料不被特别地限定，例如能够使用各种树脂材料、各种金属材料等。
传感器设备
传感器设备1006具有电荷输出元件1010与对电荷输出元件1010进行收纳的封装1060。
如图10所示，封装1060具有具有凹部1611的基部(第一部件)1061、以及接合于其基部1061的盖体(第二部件)1062。电荷输出元件1010设置于基部1061的凹部1611，该基部1061的凹部1611被盖体1062密封。由此，能够对电荷输出元件1010进行保护，从而能够提供一种可靠性较高的力检测装置1001。此外，电荷输出元件1010的上表面与盖体1062接触。另外，封装1060的盖体1062配置于上侧，即第二基部1003侧，基部1061配置于下侧，即第一基部1002侧，该基部1061固定于模拟电路基板1004。通过该结构，基部1061与盖体1062被第一基部1002的倾斜面1221与第二基部1003的倾斜面1331沿夹持方向SD夹持并加压，并且，电荷输出元件1010也被该基部1061与盖体1062沿夹持方向SD夹持并加压。
另外，作为基部1061的构成材料不被特别地限定，例如，能够使用陶瓷等绝缘性材料等。另外，作为盖体1062的构成材料，不被特别地限定，例如，能够使用不锈钢等各种金属材料等。此外，基部1061的构成材料与盖体1062的构成材料可以相同，另外也可以不同。
另外，封装1060的形状不被特别地限定，但在本实施方式中，平面形状且呈四边形。此外，作为封装1060的其他的形状例如能够列举五边形等其他的多边形、圆形、椭圆形等。另外，在封装1060的形状为多边形的情况下，例如，其角部可以带弧度，另外也可以倾斜地被切开。
另外，盖体1062在本实施方式中呈板状，其中央部1625与外周部1626之间的部位弯曲，从而中央部1625朝向第二基部1003突出。中央部1625的形状不被特别地限定，但在本实施方式中，呈与电荷输出元件1010相同的形状，即四边形。此外，盖体1062的中央部1625的上表面以及下表面均为平面。
另外，在封装1060的基部1061的下表面的端部设置有与电荷输出元件1010电连接的多个端子(未图示)。该各端子分别与模拟电路基板1004电连接，由此，电荷输出元件1010与模拟电路基板1004电连接。
此外，在模拟电路基板1004的供电荷输出元件1010配置的部位形成有供凸部1022插入的孔1041。该孔1041是贯通模拟电路基板1004的贯通孔。
转换输出电路
如图11所示，在电荷输出元件1010连接有转换输出电路1090a、1090b、1090c。转换输出电路1090a具有将从电荷输出元件1010输出的电荷Qy转换成电压Vy的功能。转换输出电路1090b具有将从电荷输出元件1010输出的电荷Qz转换成电压Vz的功能。转换输出电路1090c具有将从电荷输出元件1010输出的电荷Qx转换成电压Vx的功能。转换输出电路1090a、1090b、1090c相同，因此，以下，代表性地对转换输出电路1090c进行说明。
转换输出电路1090c具有将从电荷输出元件1010输出的电荷Qx转换成电压Vx并输出电压Vx的功能。转换输出电路1090c具有运算放大器1091、电容器1092、以及开关元件1093。运算放大器1091的第一输入端子(负输入)连接于电荷输出元件1010的输出电极层1122，运算放大器1091的第二输入端子(正输入)连接于地面(基准电位点)。另外，运算放大器1091的输出端子连接于外力检测电路1040。电容器1092连接于运算放大器1091的第一输入端子与输出端子之间。开关元件1093连接于运算放大器1091的第一输入端子与输出端子之间，与电容器1092并联连接。另外，开关元件1093连接于驱动电路(未图示)，开关元件1093根据来自驱动电路的开/关信号执行开关动作。
在开关元件1093断开的情况下，从电荷输出元件1010输出的电荷Qx储存于具有静电电容C1的电容器1092，并作为电压Vx输出至外力检测电路1040。接下来，在开关元件1093接通的情况下，电容器1092的两端子之间被短路。其结果，储存于电容器1092的电荷Qx被放电而成为0库伦，从而输出至外力检测电路1040的电压V成为0伏。将开关元件1093接通的情况称为对转换输出电路1090c进行复位。此外，理想的从转换输出电路1090c输出的电压Vx与从电荷输出元件1010输出的电荷Qx的积蓄量成比例。
开关元件1093例如为MOSFET(Metal Oxide SemiconductorField Effect Transistor金属氧化物半导体场效应晶体管)，除此之外为半导体开关或者MEMS开关等。上述的开关与机械式开关(机械开关)相比为小型以及轻型，因此有利于力检测装置1001的小型化以及轻型化。以下，作为代表例，对使用了MOSFET作为开关元件1093的情况进行说明。此外，如图12所示，上述的开关安装于转换输出电路1090c、转换输出电路1090a、1090b，但除此之外也能够安装于AD转换器1401。
开关元件1093具有漏极、源极以及栅极。开关元件1093的漏极或者源极的一方连接于运算放大器1091的第一输入端子，漏极或者源极的另一方连接于运算放大器1091的输出端子。另外，开关元件1093的栅极连接于驱动电路(未图示)。
在各转换输出电路1090a、1090b、1090c的开关元件1093可以连接有同一驱动电路，也可以连接有分别不同的驱动电路。在各开关元件1093从驱动电路输入全部同步的开/关信号。由此，各转换输出电路1090a、1090b、1090c的开关元件1093的动作同步。即，各转换输出电路1090a、1090b、1090c的开关元件1093的开/关时机一致。
外力检测电路
如图11所示，外力检测电路1040具有基于从转换输出电路1090a输出的电压Vy、从转换输出电路1090b输出的电压Vz、以及从转换输出电路1090c输出的电压Vx对施加的外力进行检测的功能。外力检测电路1040具有连接于转换输出电路(转换电路)1090a、1090b、1090c的AD转换器1401与连接于AD转换器1401的运算部(运算电路)1402。
AD转换器1401具有将电压Vx、Vy、Vz从模拟信号向数字信号转换的功能。被AD转换器1401数字转换的电压Vx、Vy、Vz输入至运算部1402。
运算部1402对于被数字转换的电压Vx、Vy、Vz例如进行消除各转换输出电路1090a、1090b、1090c之间的灵敏度的差的修正等的各处理。而且，运算部1402输出与从电荷输出元件1010输出的电荷Qx、Qy、Qz的积蓄量成比例的三个信号。
α轴、β轴以及γ轴方向的力检测(力检测方法)
如上所述，电荷输出元件1010成为层叠方向LD与夹持方向SD被设置为相对于第一基部1002以倾斜角度θ倾斜的状态(参照图10、图13)。即，包含第一传感器1012输出电荷Qx时作用的外力的第一检测方向与第二传感器1013输出电荷Qz时作用的外力的第二检测方向的平面与包含α轴和β轴的平面所成的角度成为倾斜角度θ。
而且，本发明的发明者们发现了能够分别由下述式(4)、(5)以及(6)表示α轴方向的力FA、β轴方向的力FB以及γ轴方向的力FC。式(4)～(6)中的“fx1”是沿第一传感器1012的x轴方向施加的力，即根据电荷Qx(第一输出)求得的力，“fx2”是沿第三传感器1014的x轴方向施加的力，即根据电荷Qy(第二输出)求得的力。
例如，在为图10所示的结构的力检测装置1001的情况下，θ为45°，为0°。若向式(4)～(6)的θ代入45°，向代入0°，则力FA～FC分别成为：
FA＝fx1
FB＝fx2/√2
FC＝－fx2/√2。
如上在力检测装置1001中，在对力FA～FC进行检测时，容易受温度的变动而带来的影响，即，能够不使用容易附着噪声的第二传感器1013(电荷Qz)而进行该检测。因此，力检测装置1001成为不易受温度的变动而带来的影响，例如减少为以往的力检测装置的1/20以下的装置。由此，力检测装置1001即便在温度变化的频繁的环境下，也能够对力FA～FC正确稳定地进行检测。
另外，上述的结构的力检测装置1001的总重量比1kg轻。由此，能够减少施加于安装了力检测装置1001的重量的、机器人等的手腕的负荷，从而能够缩小对机器人等的手腕进行驱动的促动器的容量，进而能够将机器人等的手腕设计为小型。并且，该力检测装置1001的重量比机器人臂能够输送的最大重量的20％轻。由此，能够容易进行施加了力检测装置1001的重量的机器人臂的控制。
第四实施方式
图15是表示本结构所涉及的力检测装置的第四实施方式的剖视图。图16是图15所示的力检测装置的俯视图。图17是示意性地表示图15所示的力检测装置的电路图。
以下，参照上述的附图对本发明的力检测装置的第四实施方式进行说明，但以与上述的实施方式不同的点为中心进行说明，省略对相同的事项的说明。
本实施方式除了传感器设备的配置个数不同以外，与第三实施方式相同。
如图15、图16所示，在本实施方式中，传感器设备1006(电荷输出元件1010)设置有四个。以下，将各传感器设备1006沿图16中的顺时针方向按顺序称为“传感器设备(第一传感器元件)1006A”、“传感器设备(第二传感器元件)1006B”、“传感器设备(第三传感器元件)1006C”、以及“传感器设备(第四传感器元件)1006D”。
此外，第一基部1002与第二基部1003如上所述对模拟电路基板1004、数字电路基板1005进行收纳，从而形成有收纳空间。该收纳空间具有圆形或者圆角正方形的剖面形状。而且，各传感器设备1006的每一个与上述安装面1321(或者安装面1231)的中心的距离相等。通过上述的结构，若将传感器设备1006配置为圆周状，则应力能够均匀地分散，因此能够使第一基部1002、第二基部1003的厚度变薄。
另外，加压螺栓1071有八根(多个)，其中的各两根隔着各传感器设备1006配置于各传感器设备1006的两侧，即，设置于各传感器设备1006的周围，并对于该传感器设备1006施加加压。此外，各加压螺栓1071的加压方向成为与层叠方向LD平行的方向。
而且，如图16所示，传感器设备1006A与传感器设备1006C配置为相对于平面形状呈圆形的第二基部1003(一方的基部)的中心轴1641对称，传感器设备1006B与传感器设备1006D配置为相对于与中心轴1641错开90度的中心轴1642对称。即，传感器设备1006A～1006D围绕第二基部1003的中心1643等间隔角度地配置。通过上述的配置，能够对外力无偏离地进行检测。
传感器设备1006A～1006D优选配置于从安装面1321观察从第二基部1003的中心部(中心1643)尽可能分离的位置。由此，能够对外力稳定地进行检测。
此外，传感器设备1006A如也在上述第二实施方式中叙述的那样，具备沿层叠方向LD(第一层叠方向)层叠的第一传感器1012、第二传感器1013以及第三传感器1014。第一传感器1012具有与和层叠方向LD(第一层叠方向)正交的第一检测方向的外力对应地输出作为第一输出的电荷Qx的功能，并由第一压电体层1121、第二压电体层1123以及输出电极层1122构成。第二传感器1013具有输出电荷Qz的功能，并由第三压电体层1131、第四压电体层1133以及输出电极层1132构成。第三传感器1014具有与和第一层叠方向正交的、即和第一检测方向交叉的第二检测方向的外力对应地输出作为第二输出的电荷Qx的功能，并由第五压电体层1141、第六压电体层1143以及输出电极层1142构成。
传感器设备1006B为与传感器设备1006A相同的结构，具备沿层叠方向LD(第二层叠方向)层叠的第一传感器1012、第二传感器1013、以及第三传感器1014。第二层叠方向是与安装面1321的法线NL2不同，而相对于中心1643与第一层叠方向对称的方向。第一传感器1012具有与和第二层叠方向正交的第三检测方向的外力对应地输出作为第三输出的电荷Qx的功能，并由第一压电体层1121、第二压电体层1123以及输出电极层1122构成。第二传感器1013具有输出电荷Qz的功能，并由第三压电体层1131、第四压电体层1133以及输出电极层1132构成。第三传感器1014具有与和第二层叠方向正交的、即和第三检测方向交叉的第四检测方向的外力对应地输出作为第四输出的电荷Qx的功能，并具有第五压电体层1141、第六压电体层1143以及输出电极层1142。
传感器设备1006C也与传感器设备1006A相同的结构，具备沿层叠方向LD(第三层叠方向)层叠的第一传感器1012、第二传感器1013以及第三传感器1014。第一传感器1012具有与和层叠方向LD(第三层叠方向)正交的第五检测方向的外力对应地输出作为第五输出的电荷Qx的功能，并由第一压电体层1121、第二压电体层1123以及输出电极层1122构成。第二传感器1013具有输出电荷Qz的功能，并由第三压电体层1131、第四压电体层1133以及输出电极层1132构成。第三传感器1014具有与和第三层叠方向正交的、即和第五检测方向交叉的第六检测方向的外力对应地输出作为第六输出的电荷Qx的功能，并由第五压电体层1141、第六压电体层1143以及输出电极层1142构成。
传感器设备1006D也与传感器设备1006A相同的结构，具备沿层叠方向LD(第四层叠方向)层叠的第一传感器1012、第二传感器1013以及第三传感器1014。第四层叠方向是与安装面1321的法线NL2不同，而相对于中心1643与第三层叠方向对称的方向。第一传感器1012具有与和第四层叠方向正交的第七检测方向的外力对应地输出作为第七输出的电荷Qx的功能，并由第一压电体层1121、第二压电体层1123以及输出电极层1122构成。第二传感器1013具有输出电荷Qz的功能，并由第三压电体层1131、第四压电体层1133以及输出电极层1132构成。第三传感器1014具有与和第四层叠方向正交的、即和第七检测方向交叉的第八检测方向的外力对应地输出作为第八输出的电荷Qx的功能，并具有第五压电体层1141、第六压电体层1143以及输出电极层1142。
此外，力检测装置1001在本实施方式中具备传感器设备1006A～1006D，但不限定于此，例如，也可以省略传感器设备1006A～1006D中的传感器设备1006C与传感器设备1006D。在该情况下，成为结构简单的力检测装置1001。
转换输出电路
如图17所示，在传感器设备1006A～1006D的各电荷输出元件1010分别连接有转换输出电路1090a、1090b、1090c。各转换输出电路1090a、1090b、1090c与上述的第三实施方式的转换输出电路1090相同，因此省略其说明。
此外，传感器设备1006A的电荷输出元件1010输出电荷Qx1、Qy1、Qz1，传感器设备1006B的电荷输出元件1010输出电荷Qx2、Qy2、Qz2，传感器设备1006C的电荷输出元件1010输出电荷Qx3、Qy3、Qz3，传感器设备1006D的电荷输出元件1010输出电荷Qx4、Qy4、Qz4。
外力检测电路
外力检测电路1040具有基于从各转换输出电路1090a输出的电压Vy1、Vy2、Vy3、Vy4、从各转换输出电路1090b输出的电压Vz1、Vz2、Vz3、Vz4、以及从各转换输出电路1090c输出的电压Vx1、Vx2、Vx3、Vx4来对施加的外力进行检测的功能。外力检测电路1040具有连接于转换输出电路1090a、1090b、1090c的AD转换器1401与连接于AD转换器1401的运算部1402。
AD转换器1401具有将电压Vx1、Vy1、Vz1、Vx2、Vy2、Vz2、Vx3、Vy3、Vz3、Vx4、Vy4、Vz4从模拟信号向数字信号转换的功能。被AD转换器1401数字转换的电压Vx1、Vy1、Vz1、Vx2、Vy2、Vz2、Vx3、Vy3、Vz3、Vx4、Vy4、Vz4输入至运算部1402。
而且，本实施方式中的作为力检测装置1001整体的力FA～FC分别成为基于由传感器设备1006A～1006D的各电荷输出元件1010输出的电荷而检测的力FA～FC合力(ΣFA、ΣFB、ΣFC)。
第五实施方式
图18是表示本发明所涉及的力检测装置的第五实施方式的剖视图。图19是图18所示的力检测装置的俯视图。图20是示意性地表示图18所示的力检测装置的电路图。图21是示意性地表示图18所示的力检测装置的电荷输出元件的剖视图。图22是表示被图18所示的力检测装置的电荷输出元件检测的力的作用状态的示意图。图23是从图22中的箭头B方向观察的图。
以下，参照上述的附图对本发明的力检测装置的第五实施方式进行说明，但以与上述的实施方式不同的点为中心进行说明，省略对相同的事项的说明。
本实施方式除了传感器设备的配置个数以及姿势不同以外，与第三实施方式相同。此外，以下，为了便于说明，将图18中的上侧称为“上”或者“上方”、将下侧称为“下”或者“下方”。
如图18、图19所示，在本实施方式中，传感器设备1006(电荷输出元件1010)设置有两个。以下，将两个传感器设备1006中的、位于图19的右侧的一方的传感器设备1006称为“传感器设备1006A”，将另一方的传感器设备1006称为“传感器设备1006B”。此外，传感器设备1006的设置个数不限定于两个，例如也可以为三个以上。
第一基部1002的外形呈板状，其平面形状呈角部带弧度的四边形。该第一基部1002具有底板1023、与从底板1023朝向上方立设的壁部1024。壁部1024呈“L”字状，并在与外侧相对的两个面分别突出形成有凸部1026。各凸部1026的顶面1261为相对于底板1023垂直的平面。
第二基部1003的外形也呈板状，其平面形状与第一基部1002的平面形状相同。
而且，在第一基部1002的两个凸部1026中的一方的凸部1026的顶面1261与第二基部1003的侧壁1033之间夹持有传感器设备1006A。即，传感器设备1006A的电荷输出元件1010经由封装1060被第一基部1002的一方的凸部1026的顶面1261与第二基部1003的侧壁1033夹持，并被加压。如图18、图21所示，该传感器设备1006A的电荷输出元件1010的姿势成为构成该电荷输出元件1010的各层相对于第一基部1002垂直，即层叠方向LD与夹持方向SD相对于第一基部1002平行。如图22所示，该电荷输出元件1010是第一传感器1012的x轴以及第三传感器1014的z轴相对于α轴以倾斜角度ε倾斜。
另外，在第一基部1002的另一方的凸部1026的顶面1261与第二基部1003的侧壁1033之间夹持有传感器设备1006B。即，传感器设备1006B的电荷输出元件1010经由封装1060被第一基部1002的另一方的凸部1026的顶面1261与第二基部1003的侧壁1033夹持，并被加压。该传感器设备1006B的电荷输出元件1010的姿势也成为构成该电荷输出元件1010的各层相对于第一基部1002垂直，即层叠方向LD与夹持方向SD平行。如图22所示，该电荷输出元件1010也是第一传感器1012的x轴以及第三传感器1014的z轴相对于α轴以倾斜角度ε倾斜。
如以上那样，在本实施方式中，α轴成为对传感器设备1006A的电荷输出元件1010与传感器设备1006B的电荷输出元件1010所成的角进行二等分的二等分线。因此，传感器设备1006A与传感器设备1006B不相互配置于同一平面上，且不相互配置为平行。
此外，如图23所示，各电荷输出元件1010被允许倾斜至在将第一传感器1012的x轴与第一基部1002的底板1023所成的角度设为η时，角度η满足0°≤η＜90°的程度。
另外，对于各电荷输出元件1010的加压通过两根加压螺栓1071施加。与各加压螺栓1071螺合的内螺纹1241设置于第一基部1002的壁部1024。而且，能够以在第一基部1002与第二基部1003之间夹持各传感器设备1006的状态将加压螺栓1071从第二基部1003侧插入第一基部1002的内螺纹124。由此，各电荷输出元件1010能够按每个收纳该电荷输出元件1010的封装1060施加规定的大小的压力，即加压。而且，在对电荷输出元件1010作用有剪切力时，可靠地产生构成电荷输出元件1010的层彼此之间的摩擦力，因此，能够对电荷可靠地进行检测。
另外，如图19所示，各加压螺栓1071贯通模拟电路基板1004。在模拟电路基板1004的供加压螺栓1071贯通的部分例如通过嵌合固定有由树脂材料等绝缘材料构成的管1043。
如图18所示，数字电路基板1005支承于第一基部1002的壁部1024上。
转换输出电路
如图20所示，在传感器设备1006A、1006B的各电荷输出元件1010分别连接有转换输出电路1090a、1090b、1090c。各转换输出电路1090a、1090b、1090c与上述的第三实施方式的转换输出电路1090相同，因此省略其说明。
此外，传感器设备1006A的电荷输出元件1010输出电荷Qx1、Qy1、Qz1，传感器设备1006B的电荷输出元件1010输出电荷Qx2、Qy2、Qz2。
外力检测电路
外力检测电路1040具有基于从各转换输出电路1090a输出的电压Vy1、Vy2、从各转换输出电路1090b输出的电压Vz1、Vz2、以及从各转换输出电路1090c输出的电压Vx1、Vx2对施加的外力进行检测的功能。外力检测电路1040具有连接于转换输出电路1090a、1090b、1090c的AD转换器1401与连接于AD转换器1401的运算部1402。
AD转换器1401具有将电压Vx1、Vy1、Vz1、Vx2、Vy2、Vz2从模拟信号向数字信号转换的功能。被AD转换器1401数字转换的电压Vx1、Vy1、Vz1、Vx2、Vy2、Vz2输入至运算部1402。
α轴、β轴以及γ轴方向的力检测(力检测方法)
如上所述，各电荷输出元件1010成为层叠方向LD与夹持方向SD被设置为相对于第一基部1002平行的状态(参照图18)。
而且，本发明的发明者们发现了能够分别由下述式(7)、(8)以及(9)表示α轴方向的力FA、β轴方向的力FB以及γ轴方向的力FC。式(7)～(9)中的“fx1-1”是沿传感器设备1006A的第一传感器1012的x轴方向施加的力，即根据电荷Qx1求得的力，“fx1-2”是沿第三传感器1014的x轴方向施加的力，即根据电荷Qy1求得的力。另外，“fx2-1”是沿传感器设备1006B的第一传感器1012的x轴方向施加的力，即根据电荷Qx2求得的力，“fx2-2”是沿第三传感器1014的x轴方向施加的力，即根据电荷Qy2求得的力。
FA＝fx1-1·cosη·cosε－fx1-2·sinη·cosε
－fx2-1·cosη·cosε+fx2-2·sinη·cosε··(7)
FB＝－fx1-1·cosη·sinε+fx1-2·sinη·sinε
－fx2-1·cosη·sinε+fx2-2·sinη·sinε··(8)
FC＝－fx1-1·sinη－fx1-2·cosη－fx2-1·sinη
－fx2-2·cosη··(9)
例如，在为图18、图19所示的结构的力检测装置1001的情况下，ε为45°，η为0°。若向式(7)～(9)的ε代入45°，向η代入0°，则力FA～FC分别成为：
FA＝fx1-1/√2－fx2-1/√2
FB＝－fx1-1/√2－fx2-1/√2
FC＝－fx1-2－fx2-2。
如上在力检测装置1001中，与上述第三实施方式相同地，在对力FA～FC进行检测时，能够不使用容易受温度的变动而带来的影响，即容易附着噪声的第二传感器1013(电荷Qz)而进行该检测。因此，力检测装置1001成为不易受温度的变动而带来的影响，例如减少为以往的力检测装置的1/20以下的装置。由此，力检测装置1001即便在温度变化的频繁的环境下，也能够对力FA～FC正确稳定地进行检测。
第六实施方式
接下来，根据图24对作为本发明的第六实施方式所涉及的机器人的一实施方式的单臂机器人进行说明。以下，本实施方式以与上述的第一实施方式以及第二实施方式不同的点为中心进行说明，省略相同的事项的说明。
图24是表示使用了本发明所涉及的力检测装置的单臂机器人的一个例子的图。图24的单臂机器人500具有基台510、臂520、设置于臂520的前端侧的末端执行器530、设置于臂520与末端执行器530之间的力检测装置1。此外，在以下的说明中对具有力检测装置1的单臂机器人500进行说明，但也可以使用力检测装置1001。另外作为力检测装置1或者力检测装置1001，使用与上述的各实施方式相同的装置。
基台510具有收纳产生用于使臂520转动的动力的促动器(未图示)以及控制促动器的控制部(未图示)等的功能。另外，基台510例如固定于地板、墙壁、天花板、能够移动的台车上等。
臂520具有第一臂要素521、第二臂要素522、第三臂要素523、第四臂要素524以及第五臂要素525，通过将邻接的臂彼此以能够自由转动的方式连结而构成。臂520通过控制部的控制以各臂要素的连结部为中心复合地旋转或者弯曲从而进行驱动。
末端执行器530具有对对象物进行把持的功能。末端执行器530具有第一手指531以及第二手指532。在末端执行器530通过臂520的驱动而到达至规定的动作位置后，对第一手指531以及第二手指532的分离距离进行调整，从而能够对对象物进行把持。
此外，末端执行器530在此处为手，但在本发明中，不限定于此。作为末端执行器的其他的例子，例如能够列举部件检查用器具、部件输送用器具、部件加工用器具、部件组装用器具、测量器等。该情况在其他的实施方式的末端执行器中也相同。
力检测装置1具有对施加于末端执行器530的外力进行检测的功能。将力检测装置1检测的力反馈给基台510的控制部，从而单臂机器人500能够执行更加精密的作业。另外，根据力检测装置1检测的力，单臂机器人500能够对末端执行器530与障碍物的接触等进行检测。因此，能够容易地进行在以往的位置控制中较困难的障碍物回避动作、对象物损伤回避动作等，从而单臂机器人500能够更加安全地执行作业。
此外，在图示的结构中，臂520由合计五条臂要素构成，但本发明不限定于此。在臂520由一条臂要素构成的情况下、由两条～四条臂要素构成的情况下、由六条以上的臂要素构成的情况下也在本发明的范围内。
第七实施方式
接下来，根据图25对作为本发明的第七实施方式所涉及的机器人的一实施方式的多臂机器人进行说明。以下，本实施方式以与上述的实施方式不同的点为中心进行说明，省略相同的事项的说明。
图25是表示使用了本发明所涉及的力检测装置的多臂机器人的一个例子的图。图25的多臂机器人600具有：基台610、第一臂620、第二臂630、设置于第一臂620的前端侧的第一末端执行器640a、设置于第二臂630的前端侧的第二末端执行器640b、以及设置于第一臂620与第一末端执行器640a之间以及第二臂630与第二末端执行器640b之间的力检测装置1。此外，在以下的说明中对具有力检测装置1的多臂机器人600进行说明，但也可以使用力检测装置1001。另外，作为力检测装置1或者力检测装置1001使用与上述的各实施方式相同的装置。
基台610是具有收纳产生用于使第一臂620以及第二臂630转动的动力的促动器(未图示)以及控制促动器的控制部(未图示)等的功能。另外，基台610例如固定于地板、墙壁、天花板、能够移动的台车上等。
第一臂620通过将第一臂要素621以及第二臂要素622以能够自由转动的方式连结而构成。第二臂630通过将第一臂要素631以及第二臂要素632以能够自由转动的方式连结而构成。第一臂620以及第二臂630通过控制部的控制以各臂要素的连结部为中心复合地旋转或者弯曲从而进行驱动。
第一末端执行器640a、第二末端执行器640b具有对对象物进行把持的功能。第一末端执行器640a具有第一手指641a以及第二手指642a。第二末端执行器640b具有第一手指641b以及第二手指642b。在第一末端执行器640a通过第一臂620的驱动而到达至规定的动作位置后，对第一指641a以及第二指642a的分离距离进行调整，从而能够对对象物进行把持。相同地，在第二末端执行器640b通过第二臂630的驱动而到达至规定的动作位置后，对第一指641b以及第二指642b的分离距离进行调整，从而能够对对象物进行把持。
力检测装置1具有对施加于第一末端执行器640a与第二末端执行器640b的外力进行检测的功能。将力检测装置1检测的力反馈给基台610的控制部，从而多臂机器人600能够更加精密地执行作业。另外，根据力检测装置1检测的力，多臂机器人600能够对第一末端执行器640a、第二末端执行器640b与障碍物的接触等进行检测。因此，能够容易地进行在以往的位置控制中较困难的障碍物回避动作、对象物损伤回避动作等，从而多臂机器人600能够更加安全地执行作业。
此外，在图示的结构中，臂为合计两条，但本发明不限定于此。在多臂机器人600具有三条以上的臂的情况下也在本发明的范围内。
第八实施方式
接下来，根据图26、图27对作为本发明的第八实施方式的电子部件检查装置以及电子部件输送装置进行说明。以下，本实施方式以与上述的第一实施方式以及第二实施方式不同的点为中心进行说明，省略相同的事项的说明。
图26是表示使用了本发明所涉及的力检测装置1的电子部件检查装置以及部件输送装置的一个例子的图。图27是表示使用了本发明所涉及的力检测装置1的电子部件输送装置的一个例子的图。此外，在以下的说明中对具有力检测装置1的电子部件检查装置以及部件输送装置进行说明，但也可以使用力检测装置1001。另外作为力检测装置1或者力检测装置1001使用与上述的各实施方式相同的装置。
图26的电子部件检查装置700具有基台710与立设于基台710的侧面的支承台720。在基台710的上表面设置有载置并输送检查对象的电子部件711的上游侧工作台712u与载置并输送检查完毕的电子部件711的下游侧工作台712d。另外，在上游侧工作台712u与下游侧工作台712d之间设置有用于确认电子部件711的姿势的拍摄装置713与为了对电特性进行检查而安装电子部件711的检查台714。此外，作为电子部件711的例子能够列举半导体、半导体晶片、CLD、OLED等显示设备、水晶设备、各种传感器、喷墨头、各种MEMS设备等等。
另外，在支承台720以能够沿与基台710的上游侧工作台712u以及下游侧工作台712d平行的方向(Y方向)移动的方式设置有Y工作台731，从Y工作台731沿朝向基台710的方向(X方向)延设有臂部732。另外，在臂部732的侧面以能够沿X方向移动的方式设置有X工作台733。另外，在X工作台733设置有拍摄照相机734与内置了能够沿上下方向(Z方向)移动的Z工作台的电子部件输送装置740。另外，在电子部件输送装置740的前端侧设置有对电子部件711进行把持的把持部741。另外，在电子部件输送装置740的前端与把持部741之间设置有力检测装置1。并且，在基台710的前表面侧设置有对电子部件检查装置700的整体的动作进行控制的控制装置750。此外，作为力检测装置1使用与上述的各实施方式相同的装置。
电子部件检查装置700如以下那样进行电子部件711的检查。首先，检查对象的电子部件711被载置于上游侧工作台712u，并移动至检查台714的附近。接下来，使Y工作台731以及X工作台733移动，使电子部件输送装置740移动至载置于上游侧工作台712u的电子部件711的正上方的位置。此时，能够使用拍摄照相机734对电子部件711的位置进行确认。然后，若使用内置于电子部件输送装置740内的Z工作台使电子部件输送装置740下降，通过把持部741对电子部件711进行把持，则保持原样地使电子部件输送装置740在拍摄装置713的上方移动，使用拍摄装置713对电子部件711的姿势进行确认。接下来，使用内置于电子部件输送装置740的微调机构对电子部件711的姿势进行调整。然后，在使电子部件输送装置740移动到检查台714的上方后，使内置于电子部件输送装置740的Z工作台移动而将电子部件711安装于检查台714的上方。使用电子部件输送装置740内的微调机构对电子部件711的姿势进行调整，因此能够将电子部件711安装于检查台714的正确的位置。接下来，在使用检查台714检查电子部件711的电特性结束后，这次从检查台714拿起电子部件711，使Y工作台731以及X工作台733移动，使电子部件输送装置740移动至下游侧工作台712d上方，而将电子部件711放置在下游侧工作台712d。最后，使下游侧工作台712d移动，将检查结束的电子部件711输送至规定位置。
图27是表示包含力检测装置1的电子部件输送装置740的图。电子部件输送装置740具有：把持部741、连接于把持部741的6轴的力检测装置1、经由6轴的力检测装置1连接于把持部741的旋转轴742、以及以能够旋转的方式安装于旋转轴742的微调板743。另外，微调板743能够被引导机构(未图示)引导并沿X方向以及Y方向移动。
另外，朝向旋转轴742的端面搭载有旋转方向用的压电马达744θ，从而压电马达744θ的驱动凸部(未图示)按压于旋转轴742的端面。因此，使压电马达744θ动作，由此能够使旋转轴742(以及把持部741)沿θ方向旋转任意的角度。另外，朝向微调板743设置有X方向用的压电马达744x与Y方向用的压电马达744y，各自的驱动凸部(未图示)按压于微调板743的表面。因此，使压电马达744x动作，由此能够使微调板743(以及把持部741)沿X方向移动任意的距离，相同地，使压电马达744y动作，由此能够使微调板743(以及把持部741)沿Y方向移动任意的距离。
另外，力检测装置1具有对施加于把持部741的外力进行检测的功能。将力检测装置1进行检测的力反馈给控制装置750，从而电子部件输送装置740以及电子部件检查装置700能够更加精密地执行作业。另外，通过力检测装置1检测的力，能够对把持部741与障碍物的接触等进行检测。因此，能够容易地进行在以往的位置控制中较困难的障碍物回避动作、对象物损伤回避动作等，从而电子部件输送装置740以及电子部件检查装置700能够执行更加安全的作业。
第九实施方式
接下来，根据图28对本发明的第九实施方式所涉及的部件加工装置进行说明。以下，本实施方式以与上述的第一实施方式以及第二实施方式不同的点为中心进行说明，省略相同的事项的说明。
图28是表示使用了本发明所涉及的力检测装置的部件加工装置的一个例子的图。图28的部件加工装置800具有：基台810；直立形成于基台810的上表面的支柱820、设置于支柱820的侧面的输送机构830、以能够升降的方式安装于输送机构830的工具位移部840、连接于工具位移部840的力检测装置1、以及经由力检测装置1安装于工具位移部840的工具850。此外，在以下的说明中对具有力检测装置1的部件加工装置800进行说明，但也可以使用力检测装置1001。另外，作为力检测装置1或者力检测装置1001使用与上述的各实施方式相同的装置。
基台810是用于对被加工部件860进行载置、固定的台。支柱820是用于对输送机构830进行固定的柱。输送机构830具有使工具位移部840升降的功能。输送机构830具有输送用马达831以及基于来自输送用马达831的输出使工具位移部840升降的导轨832。工具位移部840具有对工具850给予旋转、振动等的位移的功能。工具位移部840具有：位移用马达841、设置于连结于位移用马达841的主轴(未图示)的前端的工具安装部843、以及安装于工具位移部840并对主轴进行保持的保持部842。工具850经由力检测装置1安装于工具位移部840的工具安装部843，并用于与从工具位移部840给予的位移对应地对被加工部件860进行加工。工具850不被特别地限定，但例如是扳手、十字改锥、一字改锥、刀具、圆盘锯、钳子、锥子、钻头、铣刀等。
力检测装置1具有对施加于工具850的外力进行检测的功能。将力检测装置1检测的外力反馈给输送用马达831、位移用马达841，从而部件加工装置800能够更加精密地执行部件加工作业。另外，根据力检测装置1检测的外力，能够对工具850与障碍物的接触等进行检测。因此，能够在障碍物等与工具850接触的情况下紧急停止，从而部件加工装置800能够执行更加安全的部件加工作业。
第十实施方式
接下来，根据图29对本发明的第十实施方式所涉及的移动体进行说明。以下，本实施方式以与上述的第一实施方式以及第二实施方式不同的点为中心说明，省略相同的事项的说明。
图29是表示使用了本发明所涉及的力检测装置的移动体的一个例子的图。图29的移动体900能够通过给予的动力移动。移动体900不被特别地限定，但例如是汽车、摩托车、飞机、船、电车等交通工具、双足步行机器人、车轮移动机器人等机器人等。
移动体900具有：主体910(例如，交通工具的框体、机器人的主体等)、供给用于使主体910移动的动力的动力部920、对通过主体910的移动而产生的外力进行检测的本发明的力检测装置1、以及控制部930。此外，在以下的说明中对具有力检测装置1的移动体900进行说明，但也可以使用力检测装置1001。另外，作为力检测装置1或者力检测装置1001使用与上述的各实施方式相同的装置。
若主体910通过从动力部920供给的动力移动，则伴随着移动而产生振动、加速度等。力检测装置1对伴随着移动而产生的振动、加速度等所引起的外力进行检测。被力检测装置1检测的外力传递至控制部930。控制部930与从力检测装置1传递的外力对应地对动力部920等进行控制，从而能够执行姿势控制、振动控制以及加速控制等控制。
在本发明所涉及的力检测装置1中，该装置的重量为330g的轻型，而实现最小检测载荷(动态分辨率)为0.005。虽在设置于机器人的手腕等的情况下要求为轻型，但通常若使装置的重量轻型化，则部件的变形的影响增大，从而无法缩小最小检测载荷。在本发明所涉及的力检测装置中，以装置载荷(g)为分母、分子为最小检测载荷(N)所计算的每装置重量的最小检测载荷实现15.1×10-6。
以上，根据图示的实施方式对本发明的力检测装置、机器人以及电子部件输送装置进行了说明，但本发明不限定于此，构成力检测装置、机器人以及电子部件输送装置的各部能够与能够发挥相同的功能的任意的结构的部件置换。另外，也可以附加有任意的构成物。
另外，本发明的力检测装置、机器人以及电子部件输送装置也可以组合上述各实施方式中的、任意的两个以上的结构(特征)。
另外，在本发明中，也可以省略封装，即基部以及盖体。
另外，在本发明中，代替加压螺栓，例如可以使用不具有对元件施加加压的功能的部件，另外也可以采用螺栓以外的固定方法。
另外，本发明的机器人只要具有臂，则不限定于臂型机器人(机器人臂)，也可以为其他的形式的机器人，例如、SCARA(SelectiveCompliance Assembly Robot Arm)机器人、脚式步行(行驶)机器人等。
另外，本发明的力检测装置不限定于机器人、电子部件输送装置、电子部件检查装置、部件加工装置以及移动体，也能够应用于其他的装置，例如其他的输送装置、其他的检查装置、振动计、加速度计、重力计、动力计、地震计、倾斜计等测量装置、输入装置等。
另外，力检测装置中的传感器设备的设置个数在第一实施方式中为两个，在第二实施方式中为四个，但不限定于此，例如也可以为三个或者五个以上。
符号说明
1…力检测装置；2…第一基部；23…底板；231…安装面；24…壁部；241…内螺纹；26…凸部；261…顶面；271…中心轴；272…中心；3…第二基部；32…顶板；321…安装面；33…侧壁；4…模拟电路基板；40…外力检测电路；401…AD转换器；402…运算部；41…孔；43…管；5…数字电路基板；6、6A、6B、6C、6D…传感器设备；60…封装；61…基部；611…凹部；62…盖体；625…中央部；626…外周部；71…加压螺栓；90a、90b、90c…转换输出电路；91…运算放大器；92…电容器；93…开关元件；10…电荷输出元件；11…接地电极层；12…第一传感器；121…第一压电体层；122…输出电极层；123…第二压电体层；13…第二传感器；131…第三压电体层；132…输出电极层；133…第四压电体层；14…第三传感器；141…第五压电体层；142…输出电极层；143…第六压电体层；500…单臂机器人；510…基台；520…臂；521…第一臂要素；522…第二臂要素；523…第三臂要素；524…第四臂要素；525…第五臂要素；530…末端执行器；531…第一手指；532…第二手指；600…多臂机器人；610…基台；620…第一臂；621…第一臂要素；622…第二臂要素；630…第二臂；631…第一臂要素；632…第二臂要素；640a…第一末端执行器；641a…第一手指；642a…第二手指；640b…第二末端执行器；641b…第一手指；642b…第二手指；700…电子部件检查装置；710…基台；711…电子部件；712u…上游侧工作台；712d…下游侧工作台；713…拍摄装置；714…检查台；720…支承台；731…Y工作台；732…臂部；733…X工作台；734…拍摄照相机；740…电子部件输送装置；741…把持部；742…旋转轴；743…微调板；744x、744y、744θ…压电马达；750…控制装置；800…部件加工装置；810…基台；820…支柱；830…输送机构；831…输送用马达；832…导轨；840…工具位移部；841…位移用马达；842…保持部；843…工具安装部；850…工具；860…被加工部件；900…移动体；910…主体；920…动力部；930…控制部；LD…层叠方向；SD…夹持方向；NL1、NL2…法线；Qx、Qy、Qz、Qx1、Qy1、Qz1、Qx2、Qy2、Qz2、Qx3、Qy3、Qz3、Qx4、Qy4、Qz4…电荷；Vx、Vy、Vz、Vx1、Vy1、Vz1、Vx2、Vy2、Vz2、Vx3、Vy3、Vz3、Vx4、Vy4、Vz4…电压；ε…倾斜角度；η…角度。

Claims (19)

1.一种力检测装置，其特征在于，具备：
第一基部；
第二基部；以及
多个压电元件，它们被所述第一基部与所述第二基部夹持，并对施加于所述第一基部与所述第二基部的外力进行检测，
所述第一基部包含固定于测量对象的第一安装面，所述第二基部包含固定于测量对象的第二安装面，
所述压电元件具有由Y切向水晶板构成的第一基板以及由Y切向水晶板构成的第二基板，所述第一基板与所述第二基板被平行地层叠，在所述第一基板与所述第二基板的层叠方向，所述第一基板的x轴与所述第二基板的x轴交叉，所述第一基板的z轴与所述第二基板的z轴交叉，
所述压电元件被设置为所述第一安装面或者所述第二安装面的法线与所述层叠方向正交。
2.根据权利要求1所述的力检测装置，其特征在于，
所述压电元件对所述第一基板以及所述第二基板的面内的正交的2个方向和与所述2个方向正交的1个方向合计3个方向的外力进行检测。
3.根据权利要求1或2所述的力检测装置，其特征在于，
所述第一基部以及所述第二基部中的至少一方的基部由呈板状的部件构成，将所述部件的面内的正交的2个方向设为A轴、B轴，将与所述A轴和所述B轴正交的方向设为C轴，
将所述压电元件相对于所述A轴的倾斜角度设为ε，
将所述压电元件的所述第一基板的x轴与所述部件所成的角度设为η，
在所述多个压电元件中的两个压电元件中，在将施加于一方的压电元件的所述第一基板的x轴方向的力设为fx1-1以及将施加于一方的压电元件的所述第二基板的x轴方向的力设为fx1-2，将施加于另一方的压电元件的所述第一基板的x轴方向的力设为fx2-1以及将施加于另一方的压电元件的所述第二基板的x轴方向的力设为fx2-2时，
所述A轴方向的力FA、所述B轴方向的力FB以及所述C轴方向的力FC分别由下述式(1)、(2)以及(3)表示，
FA＝fx1-1·cosη·cosε－fx1-2·sinη·cosε
－fx2-1·cosη·cosε+fx2-2·sinη·cosε··(1)
FB＝－fx1-1·cosη·sinε+fx1-2·sinη·sinε
－fx2-1·cosη·sinε+fx2-2·sinη·sinε··(2)
FC＝－fx1-1·sinη－fx1-2·cosη－fx2-1·sinη
－fx2-2·cosη··(3)。
4.根据权利要求1所述的力检测装置，其特征在于，
具备多个设置于所述压电元件的周围并对所述压电元件施加加压的加压螺钉，
所述加压螺钉的加压方向为与所述第一基板和所述第二基板的层叠方向平行的方向。
5.根据权利要求1所述的力检测装置，其特征在于，
在所述多个压电元件中包含不相互配置于同一平面上，且不相互配置为平行的所述压电元件。
6.根据权利要求1所述的力检测装置，其特征在于，
所述第一基部以及所述第二基部中的至少一方的基部呈板状，
所述多个压电元件被配置为所述第一基板与所述第二基板相对于所述一方的基部垂直。
7.根据权利要求1所述的力检测装置，其特征在于，
所述第一基部以及所述第二基部中的至少一方的基部呈板状，
四个以上的所述压电元件分别被配置于从所述一方的基部固定于测量对象的安装面观察从所述一方的基部的中心部分离的位置。
8.根据权利要求1所述的力检测装置，其特征在于，
所述压电元件具有由X切向水晶板构成的第三基板。
9.一种机器人，其特征在于，具备：
臂；
末端执行器，其设置于所述臂；以及
力检测装置，其设置于所述臂与所述末端执行器之间，并对施加于所述末端执行器的外力进行检测，
所述力检测装置具备包含固定于测量对象的第一安装面的第一基部、包含固定于测量对象的第二安装面的第二基部、以及被所述第一基部与所述第二基部夹持并对施加于所述第一基部与所述第二基部的外力进行检测的压电元件，
所述压电元件具有由Y切向水晶板构成的第一基板以及由Y切向水晶板构成的第二基板，所述第一基板与所述第二基板被平行地层叠，在所述第一基板与所述第二基板的层叠方向，所述第一基板的x轴与所述第二基板的x轴交叉，所述第一基板的z轴与所述第二基板的z轴交叉，
所述压电元件被设置为所述第一安装面或者所述第二安装面的法线方向与所述层叠方向正交。
10.一种电子部件输送装置，其特征在于，具备：
把持部，其对电子部件进行把持；以及
力检测装置，其对施加于所述把持部的外力进行检测，
所述力检测装置具备具有能够固定于测量对象的第一安装面的第一基部、具有能够固定于测量对象的第二安装面的第二基部、以及被所述第一基部与所述第二基部沿夹持方向夹持并对施加于所述第一基部与所述第二基部的外力进行检测的压电元件，
所述压电元件具有由Y切向水晶板构成的第一基板以及由Y切向水晶板构成的第二基板，所述第一基板与所述第二基板平行地层叠，在所述第一基板与所述第二基板的层叠方向，所述第一基板的x轴与所述第二基板的x轴交叉，所述第一基板的z轴与所述第二基板的z轴交叉，
所述压电元件被设置为所述第一安装面或者所述第二安装面的法线方向与所述层叠方向正交。
11.一种力检测装置，其特征在于，具备：
第一基部；
第二基部；以及
压电元件，其被所述第一基部与所述第二基部夹持，并对施加于所述第一基部与所述第二基部的外力的成分进行检测，
所述第一基部包含固定于测量对象的第一安装面，所述第二基部包含固定于测量对象的第二安装面，
所述压电元件具备具有与所述第一安装面或者所述第二安装面的法线方向正交的层叠方向的第一基板以及第二基板，通过基于所述第一基板的、与所述法线方向相同的第一检测方向的剪切力的检测和基于所述第二基板的、与所述第一检测方向交叉的第二检测方向的剪切力的检测来对施加于所述第一基部与所述第二基部的外力进行检测。
12.根据权利要求11所述的力检测装置，其特征在于，
所述第一基板、以及所述第二基板为Y切向水晶板，
所述第一基板的水晶结晶的x轴与所述第二基板的水晶结晶的x轴正交。
13.根据权利要求11或12所述的力检测装置，其特征在于，
以将与第一平面和第二平面的交线平行的方向设为C轴的正交坐标轴A轴、B轴、C轴为坐标轴，
将施加于所述第一基部与所述第二基部的外力检测为3轴方向的外力的成分，
其中，所述第一平面与第一夹持方向正交，所述第二平面与第二夹持方向正交。
14.根据权利要求12所述的力检测装置，其特征在于，
具备多个设置于所述压电元件的周围并对所述压电元件施加加压的加压螺钉，
所述加压螺钉的加压方向为与所述第一基板以及所述第二基板的层叠方向平行的方向。
15.一种力检测装置，其特征在于，具备：
第一基部；
第二基部；以及
多个压电元件，它们被所述第一基部与所述第二基部夹持，并对施加于所述第一基部与所述第二基部的外力进行检测，
所述第一基部包含固定于测量对象的第一安装面，所述第二基部包含固定于测量对象的第二安装面，
所述压电元件被设置为所述第一安装面或者所述第二安装面的法线与所述压电元件的第一基板和第二基板的层叠方向成为正交，
所述力检测装置总重量比1kg轻。
16.一种力检测装置，其特征在于，具备：
第一基部；
第二基部；以及
多个压电元件，它们被所述第一基部与所述第二基部夹持，并对施加于所述第一基部与所述第二基部的外力进行检测，
所述第一基部包含固定于测量对象的第一安装面，所述第二基部包含固定于测量对象的第二安装面，
所述压电元件被设置为所述第一安装面或者所述第二安装面的法线与所述压电元件的第一基板和第二基板的层叠方向成为正交，
在所述第一基部与所述第二基部之间的空间收纳将所述多个压电元件输出的电荷转换成电压的转换电路和根据所述电压来运算外力的运算电路。
17.根据权利要求15或16所述的力检测装置，其特征在于，
在所述转换电路或者所述运算电路包含半导体开关或者MEMS开关的至少任一种。
18.根据权利要求15或16所述的力检测装置，其特征在于，
所述第一基部与所述第二基部形成具有圆形或者圆角正方形的剖面形状的收纳空间，所述压电元件的每一个与对应的所述第一安装面或者所述第二安装面的中心的距离相等。
19.一种机器人，其特征在于，
是具备了具有对外力进行检测的多个压电元件的力检测装置和机器人臂的机器人，所述力检测装置的重量比所述机器人臂能够输送的最大可搬重量的20％轻。
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