力檢測裝置、機(jī)械手、以及移動(dòng)體的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供小型且降低了輸出漂移的力檢測裝置、使用了該力檢測裝置的機(jī)械手以及移動(dòng)體。力檢測裝置（1a）具備根據(jù)接受的外力來輸出電荷Q的電荷輸出元件（10a）；具有第一開關(guān)元件（23）和第一電容器（22），且將電荷Q轉(zhuǎn)換為電壓V并輸出上述電壓的轉(zhuǎn)換輸出電路（20）；具有第二開關(guān)元件（33）和第二電容器（32），并輸出補(bǔ)償用信號Voff的補(bǔ)償用信號輸出電路（30）；以及基于從轉(zhuǎn)換輸出電路（20）輸出的電壓V和從補(bǔ)償用信號輸出電路（30）輸出的補(bǔ)償用信號Voff，來檢測外力的外力檢測電路（40a）。第二電容器（32）的靜電容量比第一電容器（22）的靜電容量小。
【專利說明】力檢測裝置、機(jī)械手、以及移動(dòng)體
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及力檢測裝置、機(jī)械手、以及移動(dòng)體。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，以提高生產(chǎn)效率為目的，推進(jìn)對工廠等的生產(chǎn)施設(shè)導(dǎo)入工業(yè)用機(jī)械手。這樣的工業(yè)機(jī)械手具備能夠?qū)σ惠S或者多軸方向進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的臂、和安裝于臂前端側(cè)的手部、部件檢查用器具或者部件輸送用器具等末端執(zhí)行器，能夠執(zhí)行部件的組裝作業(yè)、部件加工作業(yè)等部件制造作業(yè)，部件輸送作業(yè)以及部件檢查作業(yè)等。
[0003]在這樣的工業(yè)用機(jī)械手中，在臂與末端執(zhí)行器之間設(shè)置有力檢測裝置。作為工業(yè)用機(jī)械手所使用的力檢測裝置，例如使用如專利文獻(xiàn)I所公開的力檢測裝置。專利文獻(xiàn)I的力檢測裝置由根據(jù)接受的外力來輸出電荷的電荷輸出兀件、對從電荷輸出兀件輸出的電荷進(jìn)行放大的放大器、用于將從電荷輸出兀件輸出的電荷轉(zhuǎn)換為電壓的電容器、以及使電容器的端子間短路，并具有用于使電容器中積蓄的電荷復(fù)位的機(jī)械式繼電器的復(fù)位電路構(gòu)成。通過具有這樣的構(gòu)成，專利文獻(xiàn)I的力檢測裝置能夠檢測沿著任意的一個(gè)軸對電荷輸出元件施加的外力。
[0004]然而，為了控制工業(yè)用機(jī)械手的末端執(zhí)行器，有時(shí)需要檢測6軸力(X、j、z軸方向的平移力成分以及x、y、z軸周圍的旋轉(zhuǎn)力成分)。在這樣的情況下，需要至少組合三個(gè)如專利文獻(xiàn)I公開的那樣的力檢測裝置來構(gòu)成能夠檢測出3軸力(x、y、z軸方向的平移力)的3軸力檢測裝置，并將該3軸力檢測裝置搭載于至少三個(gè)工業(yè)用機(jī)械手的肘節(jié)。
[0005]若搭載于這樣的工業(yè)用機(jī)械手的肘節(jié)的力檢測裝置的尺寸較大，則存在肘節(jié)的工作區(qū)域變得狹窄的情況。另外，若力檢測裝置的尺寸較厚，則存在由于從工業(yè)用機(jī)械手的關(guān)節(jié)部分到末端執(zhí)行器的末端的距離變長，所以工業(yè)用機(jī)械手的可搬重量減少的情況。因此，優(yōu)選力檢測裝置小型以及輕型。
[0006]為了解決這樣的課題，提出各種方法。例如，在專利文獻(xiàn)2中，公開有使用了半導(dǎo)體開關(guān)元件作為復(fù)位電路的力檢測裝置。與機(jī)械式繼電器相比較，半導(dǎo)體開關(guān)元件是小型以及輕型，所以通過使用半導(dǎo)體開關(guān)元件作為復(fù)位電路，能夠使裝置整體小型以及輕型化。
[0007]然而，若使用半導(dǎo)體開關(guān)元件作為復(fù)位電路，則產(chǎn)生由半導(dǎo)體開關(guān)元件的漏電流弓丨起的輸出漂移。這樣的輸出漂移使力檢測裝置的檢測分辨率以及檢測精度降低所以不優(yōu)選。并且，輸出漂移與力檢測裝置的測定(工作)時(shí)間成比例地積蓄，所以存在不能夠延長力檢測裝置的能夠測定的時(shí)間的問題。
[0008]另外，作為力檢測裝置，廣泛采用使用水晶作為電荷輸出元件的水晶式壓電傳感器。水晶式壓電傳感器具有較寬的動(dòng)態(tài)范圍、較高的剛性、較高的固有振動(dòng)頻率、較高的耐負(fù)荷性等優(yōu)異的特性，所以被廣泛應(yīng)用于工業(yè)用機(jī)械手。
[0009]然而，在這樣的水晶式壓電傳感器中，從水晶輸出的電荷微弱，所以不能夠忽略由轉(zhuǎn)換輸出電路的漏電流所引起的輸出漂移的影響。正在研究用于降低該輸出漂移的各種方法。例如，在專利文獻(xiàn)3中，公開有具備反向偏置電路的水晶式壓電傳感器，該反向偏置電路使用具有與轉(zhuǎn)換輸出電路的漏電流的特性相似的電流特性的二極管。專利文獻(xiàn)3的水晶式壓電傳感器通過從二極管供給與轉(zhuǎn)換輸出電路的漏電流大致相同的大小、流動(dòng)方向相反的校正電流，來降低輸出漂移。
[0010]然而，如專利文獻(xiàn)3的水晶式壓電傳感器那樣，在使用反向偏置電路的情況下，需要二極管等的追加部件，安裝面積擴(kuò)大，所以難以小型化。另外，存在需要進(jìn)行用于供給所希望的校正電流的部件精度管理的問題。
[0011]專利文獻(xiàn)1:日本特開平5 - 95237號公報(bào)
[0012]專利文獻(xiàn)2:日本特開平11 - 148878號公報(bào)
[0013]專利文獻(xiàn)3:日本特開平9 - 72757號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，目的在于提供小型且降低輸出漂移的力檢測裝置、使用該力檢測裝置的機(jī)械手、以及移動(dòng)體。
[0015]這樣的目的通過下述的發(fā)明來實(shí)現(xiàn)。
[0016]本發(fā)明的力檢測裝置的特征在于，具備:電荷輸出元件，其根據(jù)外力來輸出電荷；轉(zhuǎn)換輸出電路，其具有第一電容器，將上述電荷轉(zhuǎn)換為電壓并輸出上述電壓；補(bǔ)償用信號輸出電路，其具有第二電容器，并輸出補(bǔ)償用信號；以及外力檢測電路，其基于從上述轉(zhuǎn)換輸出電路輸出的上述電壓、和從上述補(bǔ)償用信號輸出電路輸出的上述補(bǔ)償用信號，來檢測上述外力，上述第二電容器的靜電容量比上述第一電容器的靜電容量小。
[0017]由此，能夠使用補(bǔ)償用信號輸出電路輸出的補(bǔ)償用信號，來補(bǔ)償從轉(zhuǎn)換輸出電路輸出的電壓。結(jié)果能夠進(jìn)行精度更高的檢測。另外，第二電容器的靜電容量比第一電容器的靜電容量小，所以補(bǔ)償用信號輸出電路能夠更準(zhǔn)確地從第二開關(guān)元件獲取補(bǔ)償用信號。結(jié)果能夠更準(zhǔn)確地對從轉(zhuǎn)換輸出電路輸出的電壓進(jìn)行補(bǔ)償。
[0018]在本發(fā)明的力檢測裝置中，優(yōu)選在將上述第一電容器的上述靜電容量設(shè)為Cl、將上述第二電容器的上述靜電容量設(shè)為C2時(shí)，C2 / Cl是0.1?0.8。
[0019]若靜電容量比C2 / Cl低于上述下限值,貝U存在第二電容器飽和的情況。另一方面，若靜電容量比C2 / Cl高于上述上限值，則存在不能夠從第二開關(guān)元件準(zhǔn)確地獲取補(bǔ)償用信號的情況。
[0020]在本發(fā)明的力檢測裝置中，優(yōu)選上述外力檢測電路具有增益校正部，其對從上述轉(zhuǎn)換輸出電路輸出了的上述電壓、和從上述補(bǔ)償用信號輸出電路輸出了的上述補(bǔ)償用信號的至少一方賦予增益來進(jìn)行校正，上述外力檢測電路基于通過上述增益校正部校正后的上述電壓和上述補(bǔ)償用信號，來檢測上述外力。
[0021]由此,能夠校正由第一電容器的靜電容量Cl與第二電容器的靜電容量C2之差所引起的、電壓與補(bǔ)償用信號的靈敏度差。
[0022]本發(fā)明的力檢測裝置的特征在于，具備:第一元件以及第二元件，其根據(jù)外力來輸出電壓；和外力檢測電路，其基于從上述第一元件以及上述第二元件輸出的上述電壓，來檢測上述外力，上述第一元件以及上述第二元件具備具有電軸，并根據(jù)沿著上述電軸的上述外力來輸出電荷的壓電體、和將從上述壓電體輸出的上述電荷轉(zhuǎn)換為上述電壓的轉(zhuǎn)換輸出電路，上述第一元件以及上述第二元件被配置成上述第一元件的上述壓電體具有的上述電軸的方向與上述第二元件的上述壓電體所具有的上述電軸的方向朝向相互相反的方向。
[0023]由此，雖然從第一元件輸出的電壓所包含的輸出漂移的符號與從第二元件輸出的電壓所包含的輸出漂移的符號一致，但是能夠使包含于從第一元件輸出的電壓且與根據(jù)外力從壓電體輸出的電荷的積蓄量成比例的電壓成分(真實(shí)值)的符號同包含于從第二兀件輸出的電壓且與根據(jù)外力從壓電體輸出的電壓的積蓄量成比例的電壓成分(真實(shí)值)的符號相反。因此，通過使用從第一元件輸出的電壓和從第二元件輸出的電壓來計(jì)算外力，能夠降低從第一元件以及第二元件輸出的電壓所包含的輸出漂移，并且能夠檢測外力。結(jié)果能夠提高力檢測裝置的檢測精度以及檢測分辨率。并且，無需像反向偏置電路那樣的用于減少輸出漂移的電路，所以能夠使力檢測裝置小型化。
[0024]在本發(fā)明的力檢測裝置中，優(yōu)選對于上述第一元件以及上述第二元件而言，上述第一壓電體的上述電軸的方向與上述第二壓電體的上述電軸的方向在同一軸上相互對置。
[0025]由此，能夠進(jìn)一步減少輸出漂移，并且檢測外力。
[0026]在本發(fā)明的力檢測裝置中，優(yōu)選上述各壓電體分別具有第一壓電板，其具有第一晶軸；第二壓電板，其與上述第一壓電板對置地設(shè)置，并具有第二晶軸；以及內(nèi)部電極，其設(shè)置在上述第一壓電板與上述第二壓電板之間，上述第一壓電板的上述第一晶軸與上述第二壓電板的上述第二晶軸極性不同。
[0027]由此，能夠使在內(nèi)部電極附近聚集的正電荷或者負(fù)電荷增加。
[0028]在本發(fā)明的力檢測裝置中，優(yōu)選上述外力檢測部通過獲取由從上述第一元件以及上述第二元件輸出的上述電荷轉(zhuǎn)換出的上述電壓的差量，來檢測對上述力檢測裝置施加的上述外力。
[0029]由此，能夠減少由輸出漂移所引起的檢測誤差。
[0030]在本發(fā)明的力檢測裝置中，優(yōu)選在將上述壓電體的層疊方向設(shè)為Y軸方向、將與上述Y軸方向正交且相互正交的方向分別設(shè)為α軸方向、β軸方向的情況下，上述壓電體之一是根據(jù)沿著上述α軸方向的上述外力輸出上述電荷的α軸用壓電體，上述壓電體之一是根據(jù)沿著上述β軸方向的上述外力輸出上述電荷的β軸用壓電體，上述壓電體之一是根據(jù)沿著上述Y軸方向的上述外力輸出上述電荷的Y軸用壓電體。
[0031]由此，壓電體能夠根據(jù)3軸力(x、y、ζ軸方向的平移力成分)輸出電荷。
[0032]優(yōu)選本發(fā)明的力檢測裝置具有兩個(gè)上述第一元件和兩個(gè)上述第二元件，一個(gè)上述第一元件以及一個(gè)上述第二元件的上述α軸用壓電體的上述電軸的方向朝向與另一個(gè)上述第一元件以及另一個(gè)上述第二元件的上述α軸用壓電體的上述電軸的方向相反的方向，上述一個(gè)第一元件以及上述一個(gè)第二元件的上述Y軸用壓電體的上述電軸的方向朝向與上述另一個(gè)第一元件以及上述另一方的第二元件的上述Y軸用壓電體的上述電軸的方向相反的方向。
[0033]由此，基于從第一元件以及第二元件輸出的電壓，能夠減少輸出漂移，并且檢測6軸力。
[0034]在本發(fā)明的力檢測裝置中，優(yōu)選具備賦予上述外力的、底板和與上述底板分離地設(shè)置的蓋板，上述各元件設(shè)置在上述底板與上述蓋板之間。
[0035]由此，能夠檢測對底板或者蓋板施加的外力。
[0036]在本發(fā)明的力檢測裝置中，優(yōu)選上述各元件沿著上述底板或者上述蓋板的周向以等角度間隔配置。
[0037]由此，能夠均勻地檢測外力。
[0038]本發(fā)明的機(jī)械手的特征在于，具備:至少一個(gè)臂連結(jié)體，其具有多個(gè)臂，且使上述多個(gè)臂的相鄰的上述臂彼此自由轉(zhuǎn)動(dòng)地連結(jié)；末端執(zhí)行器，其被設(shè)置在上述臂連結(jié)體的前端側(cè)；以及上述中的任意一個(gè)例子的力檢測裝置，其設(shè)置在上述臂連結(jié)體與上述末端執(zhí)行器之間，檢測對上述末端執(zhí)行器施加的外力。
[0039]另外，本發(fā)明的機(jī)械手的特征在于，具備:至少一個(gè)臂連結(jié)體，其具有多個(gè)臂，且使上述多個(gè)臂的相鄰的上述臂彼此自由轉(zhuǎn)動(dòng)地連結(jié)；末端執(zhí)行器，其被設(shè)置在上述臂連結(jié)體的前端側(cè)；以及上述中的任意一個(gè)例子的力檢測裝置，其設(shè)置在上述臂連結(jié)體與上述末端執(zhí)行器之間，檢測對上述末端執(zhí)行器施加的外力。
[0040]在這些機(jī)械手中，能夠反饋力檢測裝置所檢測出的外力，而更加精密地執(zhí)行作業(yè)。另外，根據(jù)力檢測裝置所檢測出的外力，能夠檢測末端執(zhí)行器與障礙物的接觸等。因此，能夠容易地進(jìn)行在以往的位置控制中困難的障礙物回避動(dòng)作、對象物損傷回避動(dòng)作等，且能夠更加安全地執(zhí)行作業(yè)。
[0041]本發(fā)明的移動(dòng)體的特征在于，具備:動(dòng)力部，其供給用于移動(dòng)的動(dòng)力；和上述中的任意一個(gè)例子的力檢測裝置，其檢測由于上述移動(dòng)而產(chǎn)生的外力。
[0042]另外，本發(fā)明的移動(dòng)體的特征在于，具備:動(dòng)力部，其供給用于移動(dòng)的動(dòng)力；和上述中的任意一個(gè)例子的力檢測裝置，其檢測由于上述移動(dòng)而產(chǎn)生的外力。
[0043]在這些力檢測裝置中，能夠檢測由伴隨移動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)、加速度等所引起的外力，移動(dòng)體能夠執(zhí)行姿勢控制、振動(dòng)控制以及加速控制等控制。并且，無需像反向偏置電路那樣的用于減少輸出漂移的電路，所以能夠使力檢測裝置小型化。因此，能夠使移動(dòng)體小型化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0044]圖1是示意性地表示本發(fā)明的力檢測裝置的第一實(shí)施方式的電路圖。
[0045]圖2是示意性地表示圖1所示的力檢測裝置的電荷輸出元件的剖視圖。
[0046]圖3是表示圖1所示的力檢測裝置的電容器的安裝例的俯視圖以及剖視圖。
[0047]圖4是示意性地表示本發(fā)明的力檢測裝置的第二實(shí)施方式的電路圖。
[0048]圖5是示意性地表示圖4所示的力檢測裝置的電荷輸出元件的剖視圖。
[0049]圖6是示意性地表示本發(fā)明的力檢測裝置的第三實(shí)施方式的立體圖。
[0050]圖7是示意性地表示本發(fā)明的力檢測裝置的第四實(shí)施方式的立體圖以及俯視圖。
[0051]圖8是示意性地表示圖7所示的力檢測裝置的電路圖。
[0052]圖9是示意性地表示圖7所示的力檢測裝置的電荷輸出元件的剖視圖。
[0053]圖10是示意性地表示本發(fā)明的力檢測裝置的第五實(shí)施方式的立體圖以及俯視圖。
[0054]圖11是示意性地表示圖10所示的力檢測裝置的電路圖。
[0055]圖12是示意性地表示圖10所示的力檢測裝置的電荷輸出元件的剖視圖。
[0056]圖13是表示使用了本發(fā)明的力檢測裝置的單臂機(jī)械手的一個(gè)例子的圖。
[0057]圖14是表示使用了本發(fā)明的力檢測裝置的移動(dòng)體的一個(gè)例子的圖。【具體實(shí)施方式】
[0058]以下，基于附圖所示的優(yōu)選的實(shí)施方式對本發(fā)明的力檢測裝置進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0059]第一實(shí)施方式
[0060]圖1是示意性地表示本發(fā)明的力檢測裝置的第一實(shí)施方式的電路圖。圖2是示意性地表示圖1所示的力檢測裝置的電荷輸出元件的剖視圖。圖3表示圖1所示的力檢測裝置的電容器的安裝例，圖1 (a)是俯視圖，圖1 (b)是剖視圖。
[0061]圖1所示的力檢測裝置Ia具有檢測沿著任意的一個(gè)軸(X軸、y軸或者ζ軸)施加的外力的功能。力檢測裝置Ia具備:電荷輸出元件10a，其根據(jù)沿著任意的一個(gè)軸施加的(接受的)外力來輸出電荷Q ;轉(zhuǎn)換輸出電路20，其將從電荷輸出元件IOa輸出的電荷Q轉(zhuǎn)換為電壓V，并輸出電壓V ;補(bǔ)償用信號輸出電路30，其輸出補(bǔ)償用信號Voff ；以及外力檢測電路40a，其基于從轉(zhuǎn)換輸出電路20輸出的電壓V、和從補(bǔ)償用信號輸出電路30輸出的補(bǔ)償用信號VofT來檢測施加的外力。
[0062]電荷輸出元件
[0063]圖2所示的電荷輸出元件IOa具有根據(jù)沿著圖2中的β軸施加的(接受的)外力(剪切力)來輸出電荷Q的功能。電荷輸出元件IOa具有兩個(gè)接地電極層11、和設(shè)置在兩個(gè)接地電極層11之間的壓電體12。此外，在圖2中，將接地電極層11以及壓電體12的層疊方向設(shè)為Y軸方向、將與Y軸方向正交且相互正交的方向分別設(shè)為α軸方向、β軸方向。
[0064]在圖示的構(gòu)成中，接地電極層11與壓電體12全部具有相等的寬度(圖中的左右方向的長度)，但本發(fā)明并不限于此。例如，接地電極層11的寬度也可以比壓電體12的寬度寬，也可以反之。
[0065]接地電極層11是與地線(基準(zhǔn)電位點(diǎn))GND連接的電極。構(gòu)成接地電極層11的材料并未特別限定，例如，優(yōu)選金、鈦、鋁、銅、鐵或者包含它們的合金。這些之中特別優(yōu)選使用鐵合金即不銹鋼。由不銹鋼構(gòu)成的接地電極層11具有優(yōu)異的耐久性以及耐腐蝕性。
[0066]壓電體12具有根據(jù)沿著β軸施加的(接受的)外力(剪切力)來輸出電荷Q的功能。該壓電體12構(gòu)成為根據(jù)沿著β軸的正方向施加的外力來輸出正電荷，根據(jù)沿著β軸的負(fù)方向施加的外力來輸出負(fù)電荷。
[0067]壓電體12具有第一壓電板121,其具有第一晶軸CAl ;第二壓電板123,其與第一壓電板121對置地設(shè)置，并具有第二晶軸CA2 ;以及內(nèi)部電極122，其設(shè)置于第一壓電板121與第二壓電板123之間,輸出電荷Q。
[0068]第一壓電板121由具有在β軸的負(fù)方向取向的第一晶軸CAl的壓電體構(gòu)成。在對第一壓電板121的表面施加了沿著β軸的正方向的外力的情況下，由于壓電效應(yīng)，在第一壓電板121內(nèi)感應(yīng)出電荷。結(jié)果在第一壓電板121的內(nèi)部電極122側(cè)表面附近聚集正電荷，在第一壓電板121的接地電極層11側(cè)表面附近聚集負(fù)電荷。同樣，在對第一壓電板121的表面施加了沿著β軸的負(fù)方向的外力的情況下，在第一壓電板121的內(nèi)部電極122側(cè)表面附近聚集負(fù)電荷，在第一壓電板121的接地電極層11側(cè)表面附近聚集正電荷。
[0069]第二壓電板123由具有在β軸的正方向取向的第二晶軸CA2的壓電體構(gòu)成。在對第二壓電板123的表面施加了沿著β軸的正方向的外力的情況下，由于壓電效應(yīng)，在第二壓電板123內(nèi)感應(yīng)出電荷。結(jié)果在第二壓電板123的內(nèi)部電極122側(cè)表面附近聚集正電荷，在第二壓電板123的接地電極層11側(cè)表面附近聚集負(fù)電荷。同樣，在對第二壓電板123的表面施加了沿著β軸的負(fù)方向的外力的情況下，在第二壓電板123的內(nèi)部電極122側(cè)表面附近聚集負(fù)電荷，在第二壓電板123的接地電極層11側(cè)表面附近聚集正電荷。
[0070]這樣，第一壓電板121的第一晶軸CAl的方向朝向與第二壓電板123的第二晶軸CA2的方向相反的方向。由此，與由僅第一壓電板121或者第二壓電板123的任意一方和內(nèi)部電極122構(gòu)成壓電體12的情況進(jìn)行比較，能夠增加聚集在內(nèi)部電極122附近的正電荷或者負(fù)電荷。結(jié)果能夠使從內(nèi)部電極122輸出的電荷Q增加。
[0071]此外，作為第一壓電板121以及第二壓電板123的構(gòu)成材料，列舉出水晶、黃玉、鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛(PZT:Pb (Zr, Ti) 03)、鈮酸鋰、鉭酸鋰等。在這些之中特別優(yōu)選水晶。由于由水晶構(gòu)成的壓電板具有較寬的動(dòng)態(tài)范圍、較高的剛性、較高的固有振動(dòng)頻率、較高的耐負(fù)荷性等優(yōu)異的特性。另外，如第一壓電板121以及第二壓電板123那樣，對沿著層的面方向施加的外力(剪切力)而產(chǎn)生電荷的壓電板能夠由Y切割(cut)水晶構(gòu)成。
[0072]內(nèi)部電極122具有將在第一壓電板121內(nèi)以及第二壓電板123內(nèi)產(chǎn)生的正電荷或者負(fù)電荷作為電荷Q輸出的功能。如上所述，在對第一壓電板121的表面或者第二壓電板123的表面施加了沿著β軸的正方向的外力的情況下，在內(nèi)部電極122附近聚集正電荷。結(jié)果從內(nèi)部電極122輸出正的電荷Q。另一方面，在對第一壓電板121的表面或者第二壓電板123的表面施加了沿著β軸的負(fù)方向的外力的情況下，在內(nèi)部電極122附近聚集負(fù)電荷。結(jié)果從內(nèi)部電極122輸出負(fù)的電荷Q。
[0073]另外，優(yōu)選內(nèi)部電極122的寬度為第一壓電板121以及第二壓電板123的寬度以上。在內(nèi)部電極122的寬度比第一壓電板121或者第二壓電板123窄的情況下，第一壓電板121或者第二壓電板123的一部分不與內(nèi)部電極122相接。因此，存在不能夠?qū)⒃诘谝粔弘姲?21或者第二壓電板123中產(chǎn)生的電荷的一部分從內(nèi)部電極122輸出的情況。結(jié)果從內(nèi)部電極122輸出的電荷Q減少。
[0074]這樣，由于電荷輸出元件IOa具有上述的接地電極層11、和壓電體12，所以能夠根據(jù)與圖2中的β軸平行或者大致平行的外力來輸出電荷Q。
[0075]此外，對作為電荷輸出元件10a，具有根據(jù)與β軸平行或者大致平行的外力(剪切力)輸出電荷Q的功能的例子進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限于此。通過使用第一晶軸CAl的取向方向與β軸方向不同的第一壓電板121、以及第二晶軸CA2的取向方向與β軸方向不同的第二壓電板123，能夠構(gòu)成根據(jù)與α軸平行或者大致平行的外力(剪切力)或者與Y軸平行或者大致平行的外力(壓縮/拉伸力)來輸出電荷Q的電荷輸出元件10a。這樣的情況也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0076]轉(zhuǎn)換輸出電路
[0077]轉(zhuǎn)換輸出電路20具有將從電荷輸出元件IOa輸出的電荷Q轉(zhuǎn)換為電壓V并輸出電壓V的功能。轉(zhuǎn)換輸出電路20具有運(yùn)算放大器21、作為第一電容器的電容器22、以及開關(guān)兀件23。運(yùn)算放大器21的第一輸入端子(負(fù)輸入)與電荷輸出兀件IOa的內(nèi)部電極122連接，運(yùn)算放大器21的第二輸入端子(正輸入)與地線(基準(zhǔn)電位點(diǎn))連接。另外，運(yùn)算放大器21的輸出端子與外力檢測電路40a連接。電容器22連接在運(yùn)算放大器21的第一輸入端子與輸出端子之間。開關(guān)元件23連接在運(yùn)算放大器21的第一輸入端子和輸出端子之間，并與電容器22并聯(lián)連接。另外，開關(guān)元件23與驅(qū)動(dòng)電路(未圖示)連接，開關(guān)元件23根據(jù)來自驅(qū)動(dòng)電路的接通/斷開信號，執(zhí)行開關(guān)動(dòng)作。[0078]在開關(guān)元件23斷開(off)的情況下，從電荷輸出元件IOa輸出的電荷Q被儲(chǔ)存到具有靜電容量Cl的電容器22，并作為電壓V輸出至外力檢測電路40a。接下來，在開關(guān)元件23接通(on)的情況下，電容器22的兩端子間被短路。結(jié)果儲(chǔ)存在電容器22的電荷Q被放電而成為O庫侖，輸出至外力檢測電路40a的電壓V成為O伏特。將開關(guān)元件23接通稱為對轉(zhuǎn)換輸出電路20進(jìn)行復(fù)位。
[0079]開關(guān)兀件23是M0SFET(MetalOxide Semiconductor Field Effect Transistor:金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)等半導(dǎo)體開關(guān)元件。半導(dǎo)體開關(guān)元件與機(jī)械式開關(guān)相比，小型以及輕型，所以有利于力檢測裝置Ia的小型化以及輕型化。以下，作為代表例，對使用MOSFET作為開關(guān)元件23的情況進(jìn)行說明。
[0080]開關(guān)元件23具有漏極電極、源極電極、以及柵極電極。開關(guān)元件23的漏極電極或者源極電極的一方與運(yùn)算放大器21的第一輸入端子連接，漏極電極或者源極電極的另一方與運(yùn)算放大器21的輸出端子連接。另外，開關(guān)元件23的柵極電極與驅(qū)動(dòng)電路(未圖示)連接。
[0081]從理想的轉(zhuǎn)換輸出電路20輸出的電壓V與從電荷輸出元件IOa輸出的電荷Q的積蓄量成比例。然而，在實(shí)際的轉(zhuǎn)換輸出電路20中，產(chǎn)生從開關(guān)元件23流入電容器22的漏電流。這樣的漏電流成為電壓V所包含的輸出漂移D。因此，若將與電荷Q的積蓄量成比例的電壓成分(真實(shí)值)設(shè)為Vt，則輸出的電壓V為V = Vt + D。
[0082]輸出漂移D成為相對于測定結(jié)果的誤差，所以存在力檢測裝置Ia的檢測精度以及檢測分辨率降低的問題。另外，漏電流與測定(驅(qū)動(dòng))時(shí)間成比例地累積，所以存在不能夠延長力檢測裝置Ia的測定時(shí)間的問題。
[0083]這樣的漏電流起因于柵極絕緣膜的絕緣性的不足、工序規(guī)則的微細(xì)化、半導(dǎo)體中的雜質(zhì)濃度的偏差等半導(dǎo)體構(gòu)造以及溫度、濕度等使用環(huán)境。由半導(dǎo)體構(gòu)造引起的漏電流在每個(gè)開關(guān)元件為固有的值，所以通過預(yù)先測定由半導(dǎo)體構(gòu)造引起的漏電流，能夠比較容易地進(jìn)行補(bǔ)償。然而，由使用環(huán)境引起的漏電流根據(jù)使用環(huán)境(狀況)而變動(dòng)，所以難以進(jìn)行補(bǔ)償。本實(shí)施方式的力檢測裝置Ia使用從以下說明的補(bǔ)償用信號輸出電路30輸出的補(bǔ)償用信號Voff，能夠降低(補(bǔ)償)由半導(dǎo)體構(gòu)造引起的漏電流以及由使用環(huán)境引起的漏電流的影響。
[0084]補(bǔ)償用信號輸出電路
[0085]補(bǔ)償用信號輸出電路30具有輸出用于補(bǔ)償從轉(zhuǎn)換輸出電路20輸出的電壓V的補(bǔ)償用信號Voff的功能。如圖所示，補(bǔ)償用信號輸出電路30也可以與轉(zhuǎn)換輸出電路20獨(dú)立地設(shè)置。這里所說的“獨(dú)立設(shè)置”是指，補(bǔ)償用信號輸出電路30的構(gòu)成要素(后述的運(yùn)算放大器31、作為第二電容器的電容器32以及開關(guān)元件33)與轉(zhuǎn)換輸出電路20的構(gòu)成要素(即，運(yùn)算放大器21、電容器22以及開關(guān)元件23)是不同的要素(部件)。即，補(bǔ)償用信號輸出電路30與轉(zhuǎn)換輸出電路20分開設(shè)置，不共享其構(gòu)成要素。
[0086]補(bǔ)償用信號輸出電路30具有運(yùn)算放大器31、作為第二電容器的電容器32、以及開關(guān)元件33。運(yùn)算放大器31的第一輸入端子(負(fù)輸入)與電容器32以及開關(guān)元件33連接，運(yùn)算放大器31的輸入端子(正輸入)與地線(基準(zhǔn)電位點(diǎn))連接。另外，運(yùn)算放大器31的輸出端子與外力檢測電路40a連接。電容器32連接在運(yùn)算放大器31的輸入端子與輸出端子之間。開關(guān)元件33連接在運(yùn)算放大器31的第一輸入端子與輸出端子之間，并與電容器32并聯(lián)連接。另外，在開關(guān)元件33連接有驅(qū)動(dòng)電路(未圖示)，根據(jù)來自驅(qū)動(dòng)電路的接通/斷開信號，開關(guān)元件33執(zhí)行開關(guān)動(dòng)作。
[0087]開關(guān)元件33是與轉(zhuǎn)換輸出電路20的開關(guān)元件23相同的半導(dǎo)體開關(guān)元件(M0SFET)。開關(guān)元件33具有漏極電極、源極電極、以及柵極電極。開關(guān)元件33的漏極電極或者源極電極的一方與運(yùn)算放大器31的第一輸入端子連接，漏極電極或者源極電極的另一方與運(yùn)算放大器31的輸出端子連接。另外，開關(guān)元件33的柵極電極與驅(qū)動(dòng)電路(未圖示)連接。
[0088]與開關(guān)元件33連接的驅(qū)動(dòng)電路可以是同與轉(zhuǎn)換輸出電路20的開關(guān)元件23連接的驅(qū)動(dòng)電路相同的驅(qū)動(dòng)電路，也可以是不同的驅(qū)動(dòng)電路。在與開關(guān)元件33連接的驅(qū)動(dòng)電路、和與開關(guān)元件23連接的驅(qū)動(dòng)電路是不同的驅(qū)動(dòng)電路的情況下，與開關(guān)元件33連接的驅(qū)動(dòng)電路輸出同與開關(guān)元件23連接的驅(qū)動(dòng)電路同步的接通/斷開信號。由此，開關(guān)元件33的開關(guān)動(dòng)作與開關(guān)元件23的開關(guān)動(dòng)作同步。即，開關(guān)元件33與開關(guān)元件23的接通/斷開定時(shí)一致。
[0089]開關(guān)元件33是與轉(zhuǎn)換輸出電路20的開關(guān)元件23相同的半導(dǎo)體開關(guān)元件。因此，由開關(guān)元件33的半導(dǎo)體構(gòu)造所引起的漏電流與由開關(guān)元件23的半導(dǎo)體構(gòu)造所引起的漏電流實(shí)際上相等。這里所說的“實(shí)際上相等”意味著由開關(guān)元件33的半導(dǎo)體構(gòu)造所引起的漏電流與由開關(guān)元件23的半導(dǎo)體構(gòu)造所引起的漏電流的差同由開關(guān)元件23、33的半導(dǎo)體構(gòu)造所引起的漏電流相比較，充分小到能夠忽略的程度。
[0090]另外，開關(guān)元件33被安裝在與轉(zhuǎn)換輸出電路20的開關(guān)元件23同等的使用環(huán)境下。這里所說的“使用環(huán)境”表示溫度以及濕度。由此，能夠使由開關(guān)元件33的使用環(huán)境所引起的漏電流與由開關(guān)元件23的使用環(huán)境所引起的漏電流實(shí)際上相等。這里所說的“實(shí)際上相等”意味著由開關(guān)元件33的使用環(huán)境所引起的漏電流與由開關(guān)元件23的使用環(huán)境所引起的漏電流之差同由開關(guān)元件23、33的使用環(huán)境所引起的漏電流相比較，充分小到能夠忽略的程度。
[0091]結(jié)果開關(guān)元件33的漏電流與開關(guān)元件23的漏電流聯(lián)動(dòng)。即，在開關(guān)元件23的漏電流增大時(shí)，開關(guān)元件33的漏電流也同樣增大，在開關(guān)元件23的漏電流減少時(shí)，開關(guān)元件33的漏電流也同樣減少。由此，補(bǔ)償用信號輸出電路30通過檢測開關(guān)元件33的漏電流，能夠間接地獲取開關(guān)元件23的漏電流。
[0092]上述“同等的使用環(huán)境下”例如列舉，在開關(guān)元件23的附近安裝有開關(guān)元件33的情況、開關(guān)元件23與開關(guān)元件33被安裝在同一個(gè)殼體內(nèi)的情況、開關(guān)元件23與開關(guān)元件33被安裝在同一個(gè)半導(dǎo)體基板上的情況等。
[0093]其中，優(yōu)選開關(guān)元件23與開關(guān)元件33被安裝在同一個(gè)半導(dǎo)體基板上。通過將開關(guān)元件23與開關(guān)元件33安裝在同一個(gè)半導(dǎo)體基板上，能夠容易地使開關(guān)元件23周邊的溫度以及濕度與開關(guān)元件33周邊的溫度以及濕度實(shí)際上相等。這里所說的“實(shí)際上相等”意味著開關(guān)元件33周邊的溫度以及濕度與開關(guān)元件23的溫度以及濕度之差充分小到能夠忽略的程度。
[0094]另外，在將開關(guān)元件23與開關(guān)元件33安裝在同一個(gè)半導(dǎo)體基板上的情況下，能夠利用同一工序來形成開關(guān)元件23和開關(guān)元件33，有利于縮短作業(yè)工序。另外，由于能夠利用同一工序來形成開關(guān)元件23和開關(guān)元件33，所以能夠抑制開關(guān)元件23和開關(guān)元件33的特性的偏差。因此，能夠以更高的精度使由開關(guān)元件23的半導(dǎo)體構(gòu)造所引起的漏電流與由開關(guān)元件33的半導(dǎo)體構(gòu)造所引起的漏電流相等。
[0095]在開關(guān)元件33斷開的情況下，在開關(guān)元件33中產(chǎn)生的漏電流流入具有靜電容量C2的電容器32，電荷被積蓄，從而作為補(bǔ)償用信號Voff被輸出至外力檢測電路40a。接下來，若接通開關(guān)元件33，則電容器32的兩端子間被短路。結(jié)果積蓄在電容器32中的電荷Q被放電而成為O庫侖，且輸出至外力檢測電路40a的補(bǔ)償用信號Voff成為O伏特。
[0096]在具有如轉(zhuǎn)換輸出電路20、補(bǔ)償用信號輸出電路30那樣的電壓轉(zhuǎn)換功能的電路中，若減小電容器的靜電容量，則電壓轉(zhuǎn)換靈敏度提高，但飽和電荷量變小。通常，像開關(guān)元件23、33這樣的半導(dǎo)體開關(guān)元件的漏電流比從電荷輸出元件IOa輸入的電荷Q小。因此，優(yōu)選電容器32的靜電容量C2比電容器22的靜電容量Cl小。由此，能夠更準(zhǔn)確地對在開關(guān)元件33中產(chǎn)生的漏電流進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換。
[0097]另外，電容器22的靜電容量Cl與電容器32的靜電容量C2的靜電容量比C2 / Cl優(yōu)選是0.1?0.8，更優(yōu)選是0.3?0.6。若靜電容量比C2 / Cl低于上述下限值，則存在電容器32因在開關(guān)元件33中產(chǎn)生的漏電流而飽和的情況。另一方面，若靜電容量比C2 /Cl高于上述上限值，則存在不能夠得到針對在開關(guān)元件33中產(chǎn)生的漏電流的足夠的靈敏度的情況。
[0098]圖3是表不將靜電容量不同的兩個(gè)電容器22以及電容器32安裝在同一半導(dǎo)體基板上的電路的一個(gè)例子的圖。圖3 (a)是具有電容器22以及電容器32的電路的俯視圖。此外，在圖3 (a)中，為了說明，一部分構(gòu)成要素為透明的狀態(tài)。圖3 (b)是圖3 (a)中的A-A線剖視圖。圖3的電路具有半導(dǎo)體基板50、設(shè)置在半導(dǎo)體基板50上的層間絕緣層60、70、設(shè)置在層間絕緣層60上的電容器22、32、配電層80a、80b、以及設(shè)置在層間絕緣層70內(nèi)的貫通孔71。
[0099]電容器22經(jīng)由配電層80a以及貫通孔71與在圖3中未圖示的運(yùn)算放大器21以及開關(guān)元件23電連接。同樣，電容器32經(jīng)由配電層80b以及貫通孔71與在圖3中未圖示的運(yùn)算放大器31以及開關(guān)元件33電連接。
[0100]具有靜電容量Cl的電容器22具有電容器下部電極層221、與電容器下部電極層221對置的兩個(gè)電容器上部電極層223、以及設(shè)置在電容器下部電極層221與電容器上部電極層223之間的電容器絕緣層222。
[0101]具有靜電容量C2的電容器32具有電容器下部電極層421、與電容器下部電極層421對置的電容器上部電極層423、以及設(shè)置在電容器下部電極層421與電容器上部電極層423之間的電容器絕緣層422。
[0102]具有如電容器22以及電容器32那樣的構(gòu)造的電容器的靜電容量與電容器上部電極層的面積成比例。在圖示的構(gòu)成中，電容器32的電容器上部電極層423的面積比電容器22的電容器上部電極層223的面積小。通過具有這樣的構(gòu)成，能夠在同一半導(dǎo)體基板50上安裝靜電容量不同的兩個(gè)電容器22、32。
[0103]使用圖3，對靜電容量不同的兩個(gè)電容器22、32的安裝例進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限于此。例如，補(bǔ)償用信號輸出電路30也可以具有串聯(lián)連接的多個(gè)電容器。由此，能夠減小補(bǔ)償用信號輸出電路30的電容器的靜電容量，并能夠使補(bǔ)償用信號輸出電路30的電容器的靜電容量比轉(zhuǎn)換輸出電路20的電容器的靜電容量小。另外，轉(zhuǎn)換輸出電路20也可以具有并聯(lián)連接的多個(gè)電容器。由此，能夠增大轉(zhuǎn)換輸出電路20的電容器的靜電容量，并能夠使補(bǔ)償用信號輸出電路30的電容器的靜電容量比轉(zhuǎn)換輸出電路20的電容器的靜電容量小。這樣的情況也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0104]外力檢測電路
[0105]外力檢測電路40a具有基于從轉(zhuǎn)換輸出電路20輸出的電壓V和從補(bǔ)償用信號輸出電路30輸出的補(bǔ)償用信號Voff來檢測施加的外力的功能。外力檢測電路40a具有與轉(zhuǎn)換輸出電路20連接的放大器41a、與補(bǔ)償用信號輸出電路30連接的放大器42a、以及與放大器41a、42a連接的差分放大器43a。
[0106]放大器41a的輸入端子與轉(zhuǎn)換輸出電路20的運(yùn)算放大器21的輸出端子連接，放大器41a的輸出端子與差分放大器43a的第一輸入端子(負(fù)輸入)連接。放大器42a的輸入端子與補(bǔ)償用信號輸出電路30的運(yùn)算放大器31的輸出端子連接，放大器42a的輸出端子與差分放大器43a的第二輸入端子(正輸入)連接。
[0107]放大器41a具有對從轉(zhuǎn)換輸出電路20輸出的電壓V賦予增益G = a，并進(jìn)行校正的功能。放大器42a具有對從補(bǔ)償用信號輸出電路30輸出的補(bǔ)償用信號Voff賦予增益G=b,并進(jìn)行校正的功能。
[0108]優(yōu)選放大器41a的增益系數(shù)a與放大器42a的增益系數(shù)b滿足a = Cl / C2Xb的關(guān)系式。這里，Cl是轉(zhuǎn)換輸出電路20的電容器22的靜電容量，C2是補(bǔ)償用信號輸出電路30的電容器32的靜電容量。由此，能夠?qū)τ呻娙萜?2的靜電容量Cl與電容器32的靜電容量C2之差所引起的、電壓V和補(bǔ)償用信號Voff的靈敏度差進(jìn)行校正。結(jié)果校正后的輸出漂移D (即，aXD)與校正后的補(bǔ)償用信號Voff (即，bXD)的值實(shí)際上相等。這里所謂的“實(shí)際上相等”意味著校 正后的輸出漂移D (即，aXD)與校正后的補(bǔ)償用信號Voff (BP,bXD)之差充分小到能夠忽略的程度。此外，a = I意味著不對電壓V進(jìn)行校正。同樣，b=I也意味著不對補(bǔ)償用信號VofT進(jìn)行校正。
[0109]差分放大器43a具有獲取被放大器41a校正后的電壓V與被放大器42a校正后的補(bǔ)償用信號Voff的差量，并輸出信號F的功能。如上述那樣，包含于校正后的電壓V、由漏電流所引起的輸出漂移D與校正后的補(bǔ)償用信號Voff的值幾乎相等。因此，從差分放大器43a的輸出端子輸出的信號F如以下所示。
[0110]F = aXV — bXVoff = aX (Vt + D) — bXVoff = aXVt + aXD —bXVoff ^ aXVt
[0111]這樣，通過獲取校正后的電壓V與校正后的補(bǔ)償用信號VofT的差量，能夠從校正后的電壓V中減少(除去)由漏電流所引起的輸出漂移D。外力檢測電路40a通過具有這樣的構(gòu)成，能夠輸出與從電荷輸出兀件IOa輸出的電荷Q的積蓄量成比例的信號F。由于該信號F與對電荷輸出元件10a施加的外力對應(yīng)，所以力檢測裝置la能夠檢測對電荷輸出元件IOa施加的外力。
[0112]這樣，本實(shí)施方式的力檢測裝置Ia通過具有補(bǔ)償用信號輸出電路30和外力檢測電路40a，能夠減少由轉(zhuǎn)換輸出電路20的開關(guān)元件23的漏電流所引起的輸出漂移D。結(jié)果能夠提高力檢測裝置Ia的檢測精度以及檢測分辨率。另外，上述的減少輸出漂移D的方法即使在測定時(shí)間延長的情況下也有效，所以能夠延長力檢測裝置Ia的測定時(shí)間。
[0113]第二實(shí)施方式[0114]接下來基于圖4以及圖5對本發(fā)明的第二實(shí)施方式進(jìn)行說明。以下，對于第二實(shí)施方式，以與上述的第一實(shí)施方式的不同點(diǎn)為中心來進(jìn)行說明，對于相同的事項(xiàng)，省略其說明。
[0115]圖4是示意性地表示本發(fā)明的力檢測裝置的第二實(shí)施方式的電路圖。圖5是示意性地表示圖4所示的力檢測裝置的電荷輸出元件的剖視圖。
[0116]圖4所示的力檢測裝置Ib具有檢測沿著相互正交的三個(gè)軸(a (X)軸、β (Y)軸、
Y(Z)軸)施加的外力的功能。力檢測裝置Ib具備電荷輸出元件10b，其分別根據(jù)沿著相互正交的三個(gè)軸施加的(接受的)外力來輸出三種電荷Qx、Qy> Qz ;轉(zhuǎn)換輸出電路20a，其將從電荷輸出元件IOb輸出的電荷Qx轉(zhuǎn)換為電壓Vx ;轉(zhuǎn)換輸出電路20b，其將從電荷輸出元件IOb輸出的電荷Qz轉(zhuǎn)換為電壓Vz ;轉(zhuǎn)換輸出電路20c，其將從電荷輸出元件IOb輸出的電荷Qy轉(zhuǎn)換為電壓Vy ;補(bǔ)償用信號輸出電路30，其輸出補(bǔ)償用信號Voff ；以及外力檢測電路40b，其檢測施加的外力。
[0117]電荷輸出元件
[0118]電荷輸出元件IOb具有分別根據(jù)沿著相互正交的三個(gè)軸施加的(接受的)外力來輸出三種電荷Qx、Qy、Qz的功能。如圖5所示，電荷輸出元件IOb具有四個(gè)接地電極層11，其與地線(基準(zhǔn)電位點(diǎn))GND連接；作為壓電體的第一壓電體12，其根據(jù)與β軸平行或者大致平行的外力(剪切力)輸出電荷Qy ;第二壓電體13，其根據(jù)與Y軸平行或者大致平行的外力(壓縮/拉伸力)來輸出電荷Qz ;以及第三壓電體14，其根據(jù)與α軸平行或者大致平行的外力(剪切力)來輸出電荷Qx，交替地層疊接地電極層11與各壓電體12、13、14。此外，在圖5中，將接地電極層11以及壓電體12、13、14的層疊方向設(shè)為Y軸方向，將與Y軸方向正交且相互正交的方向分別設(shè)為α軸方向、β軸方向。
[0119]在圖示的構(gòu)成中，從圖5中的下側(cè)開始，按照如下的順序?qū)盈B有第一壓電體12、第二壓電體13、第三壓電體14，但本發(fā)明并不限于此。壓電體12、13、14的層疊順序是任意的。
[0120]第一壓電體12具有根據(jù)與β軸平行或者大致平行的外力(剪切力)來輸出電荷Qy的功能。第一壓電體12具有與上述的第一實(shí)施方式的壓電體12相同的構(gòu)造以及功能。
[0121]第二壓電體13具有根據(jù)沿著Y軸施加的(接受的)外力(壓縮/拉伸力)來輸出電荷Qz的功能。第二壓電體13構(gòu)成為根據(jù)與Y軸平行或者大致平行的壓縮力來輸出正電荷，根據(jù)與Y軸平行或者大致平行的拉伸力來輸出負(fù)電荷。
[0122]第二壓電體13具備具有第三晶軸CA3的第三壓電板231、與第三壓電板231對置地設(shè)置，具有第四晶軸CA4的第四壓電板233、設(shè)置在第三壓電板231與第四壓電板233之間，并輸出電荷Qz的內(nèi)部電極232。
[0123]第三壓電板231由具有在Y軸的正方向取向的第三晶軸CA3的壓電體構(gòu)成。在對第三壓電板231的表面施加了與Y軸平行或者大致平行的壓縮力的情況下，由于壓電效應(yīng)，在第三壓電板231內(nèi)感應(yīng)出電荷。結(jié)果在第三壓電板231的內(nèi)部電極232側(cè)表面附近聚集正電荷，在第三壓電板231的接地電極層11側(cè)表面附近聚集負(fù)電荷。同樣，在對第三壓電板231的表面施加了 Y軸的方向的拉伸力的情況下，在第三壓電板231的內(nèi)部電極232側(cè)表面附近聚集負(fù)電荷，在第三壓電板231的接地電極層11側(cè)表面附近聚集正電荷。
[0124]第四壓電板233由具有在Y軸的負(fù)方向取向的第四晶軸CA4的壓電體構(gòu)成。在對第四壓電板233的表面施加了與Y軸平行或者大致平行的壓縮力的情況下，由于壓電效應(yīng)，在第四壓電板233內(nèi)感應(yīng)出電荷。結(jié)果在第四壓電板233的內(nèi)部電極232側(cè)表面附近聚集正電荷，在第四壓電板233的接地電極層11側(cè)表面附近聚集負(fù)電荷。同樣，在對第四壓電板233的表面施加了與Y軸平行或者大致平行的拉伸力的情況下，在第四壓電板233的內(nèi)部電極232側(cè)表面附近聚集負(fù)電荷，在第四壓電板233的接地電極層11側(cè)表面附近聚集正電荷。
[0125]作為第三壓電板231以及第四壓電板233的構(gòu)成材料，能夠使用與第一壓電板121以及第二壓電板123相同的構(gòu)成材料。另外，如第三壓電板231以及第四壓電板233那樣，針對與層的面方向垂直的外力(壓縮/拉伸力)而產(chǎn)生電荷的壓電板能夠由X切割水晶構(gòu)成。
[0126]內(nèi)部電極232具有將在第三壓電板231內(nèi)以及第四壓電板233內(nèi)產(chǎn)生的正電荷或者負(fù)電荷作為電荷Qz輸出的功能。如上所述，在對第三壓電板231的表面或者第四壓電板233的表面施加了與Y軸平行或者大致平行的壓縮力的情況下，在內(nèi)部電極232附近聚集正電荷。結(jié)果從內(nèi)部電極232輸出正的電荷Qz。另一方面，在對第三壓電板231的表面或者第四壓電板233的表面施加了與Y軸平行或者大致平行的拉伸力的情況下，在內(nèi)部電極232附近聚集負(fù)電荷。結(jié)果從內(nèi)部電極232輸出負(fù)的電荷Qz。
[0127]第三壓電體14具有根據(jù)沿著α軸施加的(接受的)外力(剪切力)來輸出電荷Qx的功能。第三壓電體14構(gòu)成為根據(jù)沿著α軸的正方向施加的外力來輸出正電荷，根據(jù)沿著α軸的負(fù)方向施加的外力輸出負(fù)電荷。
[0128]第三壓電體14具備具有第五晶軸CA5的第五壓電板241、與第五壓電板241對置地設(shè)置，并具有第六晶軸CA6的第六壓電板243、以及設(shè)置在第五壓電板241與第六壓電板243之間，并輸出電荷Qx的內(nèi)部電極242。
[0129]第五壓電板241由具有在α軸的負(fù)方向取向的第五晶軸CA5的壓電體構(gòu)成。在對第五壓電板241的表面施加了沿著α軸的正方向的外力的情況下，由于壓電效應(yīng)，在第五壓電板241內(nèi)感應(yīng)出電荷。結(jié)果在第五壓電板241的內(nèi)部電極242側(cè)表面附近聚集正電荷，在第五壓電板241的接地電極層11側(cè)表面附近聚集負(fù)電荷。同樣，在對第五壓電板241的表面施加了沿著α軸的負(fù)方向的外力的情況下，在第五壓電板241的內(nèi)部電極242側(cè)表面附近聚集負(fù)電荷，在第五壓電板241的接地電極層11側(cè)表面附近聚集正電荷。
[0130]第六壓電板243由具有在α軸的正方向取向的第六晶軸CA6的壓電體構(gòu)成。在對第六壓電板243的表面施加了沿著α軸的正方向的外力的情況下，由于壓電效應(yīng)，在第六壓電板243內(nèi)感應(yīng)出電荷。結(jié)果在第六壓電板243的內(nèi)部電極242側(cè)表面附近聚集正電荷，在第六壓電板243的接地電極層11側(cè)表面附近聚集負(fù)電荷。同樣，在對第六壓電板243的表面施加了沿著α軸的負(fù)方向的外力的情況下，在第六壓電板243的內(nèi)部電極242側(cè)表面附近聚集負(fù)電荷，在第六壓電板243的接地電極層11側(cè)表面附近聚集正電荷。
[0131]作為第五壓電板241以及第六壓電板243的構(gòu)成材料，能夠使用與第一壓電板121以及第二壓電板123相同的構(gòu)成材料。另外，如第五壓電板241以及第六壓電板243那樣，針對沿著層的面方向施加的外力(剪切力)而產(chǎn)生電荷的壓電板與第一壓電板121以及第二壓電板123同樣能夠由Y切割水晶構(gòu)成。
[0132]內(nèi)部電極242具有將在第五壓電板241內(nèi)以及第六壓電板243內(nèi)產(chǎn)生的正電荷或者負(fù)電荷作為電荷Qx輸出的功能。如上所述，在對第五壓電板241的表面或者第六壓電板243的表面施加了沿著α軸的正方向的外力的情況下，在內(nèi)部電極242附近聚集正電荷。結(jié)果從內(nèi)部電極242輸出正的電荷Qx。另一方面,在對第五壓電板241的表面或者第六壓電板243的表面施加了沿著α軸的負(fù)方向的外力的情況下，在內(nèi)部電極242附近聚集負(fù)電荷。結(jié)果從內(nèi)部電極242輸出負(fù)的電荷Qx。
[0133]這樣，第一壓電體12、第二壓電體13、以及第三壓電體14以各壓電體的力檢測方向相互正交的方式層疊。由此，各壓電體12、13、14能夠分別根據(jù)相互正交的力成分而感應(yīng)出電荷。因此，電荷輸出元件IOb能夠根據(jù)分別沿著三個(gè)軸(a (X)軸、β (Y)軸、Y (Z)軸)施加的外力來輸出三個(gè)電荷Qx、Qy、Qz。
[0134]另外，由Y切割水晶構(gòu)成的第一壓電體12以及第三壓電體14的每單位力的電荷產(chǎn)生量例如是8pC / N。由X切割水晶構(gòu)成的第二壓電體13的每單位力的電荷產(chǎn)生量例如是4pC / N。因此，通常，電荷輸出元件IOb對與Y軸平行或者大致平行的外力(壓縮/拉伸力)的靈敏度比電荷輸出元件IOb對與α軸或者β軸平行或者大致平行的外力(剪切力)的靈敏度低。因此，通常，從第二壓電體13輸出的電荷Qz比從第一壓電體12輸出的電荷Qy以及從第三壓電體14輸出的電荷Qx小。
[0135]轉(zhuǎn)換輸出電路
[0136]轉(zhuǎn)換輸出電路20a、20c具有與第一實(shí)施方式的轉(zhuǎn)換輸出電路20相同的構(gòu)成。轉(zhuǎn)換輸出電路20b除了電容器22的靜電容量C3之外，具有與第一實(shí)施方式的轉(zhuǎn)換輸出電路20相同的構(gòu)成。轉(zhuǎn)換輸出電路20a具有將從電荷輸出元件IOb輸出的電荷Qx轉(zhuǎn)換為電壓Vx的功能。轉(zhuǎn)換輸出電路20b具有將從電荷輸出元件IOb輸出的電荷Qz轉(zhuǎn)換為電壓Vz的功能。轉(zhuǎn)換輸出電路20c具有將從電荷輸出元件IOb輸出的電荷Qy轉(zhuǎn)換為電壓Vy的功能。
[0137]也可以在各轉(zhuǎn)換輸出電路20a、20b、20c的開關(guān)元件23上連接同一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，也可以連接分別不同的驅(qū)動(dòng)電路。從驅(qū)動(dòng)電路向各開關(guān)元件23輸入完全同步的接通/斷開信號。由此，各轉(zhuǎn)換輸出電路20a、20b、20c的開關(guān)元件23的動(dòng)作同步。即，各轉(zhuǎn)換輸出電路20a、20b、20c的開關(guān)元件23的接通/斷開定時(shí)一致。
[0138]如上述那樣，通常，從第二壓電體13輸出的電荷Qz比從第一壓電體12輸出的電荷Qy以及從第三壓電體14輸出的電荷Qx小。因此，優(yōu)選轉(zhuǎn)換輸出電路20b的電容器22的靜電容量C3比轉(zhuǎn)換輸出電路20a、20c的電容器22的靜電容量Cl小。由此，能夠?qū)㈦姾蒕z準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為電壓。
[0139]另外，優(yōu)選靜電容量Cl與靜電容量C3的靜電容量比C3 / Cl為0.3?0.8，更優(yōu)選是0.45?0.6。若靜電容量比C3 / Cl低于上述下限值，則存在因電荷Qz而電容器22飽和的情況。另一方面，若靜電容量比C3 / Cl高于上述上限值，則存在不能夠得到對電荷Qz的足夠的靈敏度的情況。
[0140]另外，各轉(zhuǎn)換輸出電路20a、20b、20c的開關(guān)元件23是相同的半導(dǎo)體開關(guān)元件，并且，被安裝在同等的使用環(huán)境下，所以各開關(guān)元件23的漏電流實(shí)際上相等。因此，各開關(guān)元件23的輸出漂移D實(shí)際上也相等。
[0141]上述所說的“同等的使用環(huán)境下”例如列舉，各開關(guān)元件23被安裝在彼此的附近的情況、各開關(guān)元件23被安裝在同一殼體內(nèi)的情況、各開關(guān)元件23被安裝在同一半導(dǎo)體基板上的情況等。
[0142]其中，優(yōu)選各開關(guān)元件23被安裝在同一半導(dǎo)體基板上。通過將各開關(guān)元件23安裝在同一半導(dǎo)體基板上，能夠使各開關(guān)元件23周邊的溫度以及濕度實(shí)際上相等。另外，在將各開關(guān)元件23安裝在同一半導(dǎo)體基板上的情況下，能夠利用同一工序來形成各開關(guān)元件23，有利于縮短作業(yè)工序。另外，由于能夠利用同一工序來形成各開關(guān)元件23，所以能夠抑制各開關(guān)元件23的特性偏差。因此，能夠以更高的精度使由各開關(guān)元件23的半導(dǎo)體構(gòu)造所引起的漏電流相等。
[0143]補(bǔ)償用信號輸出電路
[0144]補(bǔ)償用信號輸出電路30具有與第一實(shí)施方式的補(bǔ)償用信號輸出電路30相同的構(gòu)成。補(bǔ)償用信號輸出電路30具有輸出用于補(bǔ)償從轉(zhuǎn)換輸出電路20a輸出的電壓Vx、從轉(zhuǎn)換輸出電路20b輸出的電壓Vz、以及從轉(zhuǎn)換輸出電路20c輸出的電壓Vy的補(bǔ)償用信號VofT的功能。如圖所示，補(bǔ)償用信號輸出電路30也可以與轉(zhuǎn)換輸出電路20a、20b、20c獨(dú)立地設(shè)置。
[0145]另外，補(bǔ)償用信號輸出電路30的開關(guān)元件33被安裝在與各轉(zhuǎn)換輸出電路20a、20b,20c的開關(guān)元件23同等的使用環(huán)境下。由此，開關(guān)元件33的漏電流與各開關(guān)元件23的漏電流聯(lián)動(dòng)。因此，補(bǔ)償用信號輸出電路30通過檢測開關(guān)元件33的漏電流，能夠間接地獲取各開關(guān)元件23的漏電流。補(bǔ)償用信號輸出電路30將獲取的開關(guān)元件33的漏電流作為補(bǔ)償用信號Voff來輸出。
[0146]這樣，補(bǔ)償用信號輸出電路30通過檢測開關(guān)元件33的漏電流，能夠間接地獲取各轉(zhuǎn)換輸出電路20a、20b、20c的開關(guān)元件23的漏電流。因此，本實(shí)施方式的力檢測裝置Ib無需設(shè)置各轉(zhuǎn)換輸出電路20a、20b、20c所使用的三個(gè)漏電流檢測電路。因此，能夠減少力檢測裝置Ib所需的電路數(shù)量，能夠使力檢測裝置Ib小型化以及輕型化。
[0147]另外，優(yōu)選補(bǔ)償用信號輸出電路30的電容器32的靜電容量C2比轉(zhuǎn)換輸出電路20b的電容器22的靜電容量C3小。S卩，優(yōu)選設(shè)置在各轉(zhuǎn)換輸出電路20a、20b、20c的電容器22的靜電容量C1、C3與電容器32的靜電容量C2的大小關(guān)系是C2 < C3 < Cl。由此，能夠準(zhǔn)確地將電荷Qx、Qy、Qz以及開關(guān)元件33的漏電流轉(zhuǎn)換為電壓。
[0148]外力檢測電路
[0149]外力檢測電路40b具有基于從轉(zhuǎn)換輸出電路20a輸出的電壓Vx、從轉(zhuǎn)換輸出電路20b輸出的電壓Vz、從轉(zhuǎn)換輸出電路20c輸出的電壓Vy以及從補(bǔ)償用信號輸出電路30輸出的補(bǔ)償用信號Voff，來檢測施加的外力的功能。外力檢測電路40b具有與轉(zhuǎn)換輸出電路20a.20b.20c以及補(bǔ)償用信號輸出電路30連接的AD轉(zhuǎn)換器41b、和與AD轉(zhuǎn)換器41b連接的運(yùn)算電路42b。
[0150]AD轉(zhuǎn)換器41b具有將電壓Vx、Vy、Vz以及補(bǔ)償用信號Voff從模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的功能。通過AD轉(zhuǎn)換器41b進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換后的電壓Vx、Vy、Vz以及補(bǔ)償用信號Voff被輸入至運(yùn)算電路42b。
[0151]運(yùn)算電路42b具有增益校正部(未圖示)，其對數(shù)字轉(zhuǎn)換后的電壓Vx、Vy、Vz以及補(bǔ)償用信號VofT賦予增益并進(jìn)行校正；和運(yùn)算部(未圖示)，其基于通過增益校正部校正后的電壓Vx、Vy、Vz以及補(bǔ)償用信號Voff來運(yùn)算信號Fx、Fy、Fz，并輸出。
[0152]增益校正部具有通過對電壓Vx、Vy賦予增益G = a、對電壓Vz賦予增益G = C、對補(bǔ)償用信號Voff賦予增益G = b，進(jìn)行電壓Vx、Vy、Vz以及補(bǔ)償用信號Voff的校正的功能。優(yōu)選增益系數(shù)a與增益系數(shù)b滿足a = Cl / C2Xb的關(guān)系式。優(yōu)選增益系數(shù)c與增益系數(shù)b滿足c = C3 / C2Xb的關(guān)系式。
[0153]這里，Cl是轉(zhuǎn)換輸出電路20a、20c的電容器22的靜電容量，C2是補(bǔ)償用信號輸出電路30的電容器32的靜電容量，C3是轉(zhuǎn)換輸出電路20b的電容器22的靜電容量。由此，能夠?qū)τ赊D(zhuǎn)換輸出電路20a、20c的電容器22的靜電容量Cl與電容器32的靜電容量C2之差所引起的、電壓Vx、Vy與補(bǔ)償用信號Voff的靈敏度差進(jìn)行校正。同樣，能夠?qū)τ赊D(zhuǎn)換輸出電路20b的電容器22的靜電容量C3與電容器32的靜電容量C2之差所引起的、電壓Vz與補(bǔ)償用信號Voff的靈敏度差進(jìn)行校正。由此，包含于校正后的電壓Vx、Vy、Vz、且由漏電流所引起的輸出漂移D (即，aXD或者cXD)與校正后的補(bǔ)償用信號Voff (即，bXD)實(shí)際上相等。此外，a = I意味著不對電壓Vx、Vy進(jìn)行校正。b = I意味著不對補(bǔ)償用信號Voff進(jìn)行校正。同樣，c = I意味著不對電壓Vz進(jìn)行校正。
[0154]運(yùn)算部具有基于通過增益校 正部校正后的電壓Vx、Vy、Vz以及通過增益校正部校正后的補(bǔ)償用信號Voff，來運(yùn)算信號Fx、Fy、Fz，并輸出的功能。通過獲取被增益校正部校正后的電壓Vx (即，aXVx)、和被增益校正部校正后的補(bǔ)償用信號Voff (bXVoff)的差量來運(yùn)算信號Fx。因此，輸出的信號Fx如以下所示。
[0155]Fx = aXVx — bXVoff = aX (Vxt + D) — bXVoff = aXVxt + aXD — bXVoff
[0156]^aXVxt這里，Vxt是包含于電壓Vx、且與電荷Qx的積蓄量成比例的電壓成分
(真實(shí)值)。
[0157]同樣，通過獲取被增益校正部校正后的電壓Vy (即，aXVy)與被增益校正部校正后的補(bǔ)償用信號Voff (bXVoff)的差量來運(yùn)算信號Fy。因此，輸出的信號Fy如以下所示。
[0158]Fy = aXVy — bXVoff = aX (Vyt + D) — bXVoff = aXVyt + aXD — bXVoff
[0159]^aXVyt這里，Vyt是包含于電壓Vy、且與電荷Qy的積蓄量成比例的電壓成分(真實(shí)值)。
[0160]同樣，通過獲取被增益校正部校正后的電壓Vz (即，cXVz)與被增益校正部校正后的補(bǔ)償用信號Voff (bXVoff)的差量來運(yùn)算信號Fz。因此，輸出的信號Fz如以下所示。
[0161]Fz = cXVz — bXVoff = cX (Vzt + D)— bXVoff = cXVzt + cXD — bXVoff
[0162]^ cXVzt這里，Vzt是包含于電壓Vz、且與電荷Qz的積蓄量成比例的電壓成分(真實(shí)值)。
[0163]如上述那樣，包含于校正后的電壓Vx、Vy、Vz、且由漏電流所引起的輸出漂移D(即，aXD或者cXD)與校正后的補(bǔ)償用信號Voff (bXVoff)實(shí)際上相等，所以能夠從校正后的電壓Vx、Vy、Vz中減少(除去)由漏電流所引起的輸出漂移D。
[0164]運(yùn)算電路42b通過具有這樣的構(gòu)成，能夠輸出與從電荷輸出兀件IOb輸出的電荷Qx、Qy、Qz的積蓄量成比例的信號Fx、Fy、Fz。該信號Fx、Fy、Fz與對電荷輸出元件IOb施加的3軸力(剪切力以及壓縮/拉伸力)對應(yīng)，所以力檢測裝置Ib能夠檢測對電荷輸出元件IOa施加的3軸力。
[0165]這樣，本實(shí)施方式的力檢測裝置Ib通過具有補(bǔ)償用信號輸出電路30、和外力檢測電路40b，能夠減少由轉(zhuǎn)換輸出電路20a、20b、20c的開關(guān)元件23的漏電流所引起的輸出漂移D。結(jié)果能夠提高力檢測裝置Ib的檢測精度以及檢測分辨率。另外，上述的減少輸出漂移D的方法在測定時(shí)間延長的情況下也有效，所以能夠延長力檢測裝置Ib的測定時(shí)間。
[0166]第三實(shí)施方式[0167]接下來，基于圖6，對本發(fā)明的第三實(shí)施方式的6軸力檢測裝置(力檢測裝置)進(jìn)行說明。以下，對于第三實(shí)施方式，以與上述的第一以及第二實(shí)施方式的不同點(diǎn)為中心進(jìn)行說明，對于相同的事項(xiàng)省略其說明。
[0168]圖6是示意性地表示本發(fā)明的力檢測裝置的第三實(shí)施方式的立體圖。圖6的6軸力檢測裝置(力檢測裝置)100具有檢測6軸力U、y、ζ軸方向的平移力成分以及繞X、1、ζ軸的旋轉(zhuǎn)力成分)的功能。6軸力檢測裝置100具有第一基板101、與第一基板101對置的第二基板102、夾持(設(shè)置)在第一基板101與第二基板102之間的四個(gè)力檢測裝置lb、以及與四個(gè)力檢測裝置Ib連接的運(yùn)算部(未圖示)。此外，為了便于說明，第二基板102以透明的狀態(tài)示出于圖6。
[0169]如上述那樣，力檢測裝置Ib具有檢測沿著相互正交的三個(gè)軸(a (X)軸、β (Y)軸、Y (Z)軸)施加的外力的功能。另外，力檢測裝置Ib以朝向完全相同的方向的狀態(tài)被夾持(設(shè)置)在第一基板101與第二基板102之間。如圖所示，優(yōu)選力檢測裝置Ib沿著第一基板101或者第二基板102的周向以等角度間隔的方式配置，更優(yōu)選以等間隔配置成以第一基板101或者第二基板102的中心點(diǎn)為中心的同心圓狀。這樣，通過配置力檢測裝置lb，能夠均勻地檢測外力。
[0170]在施加了第一基板101以及第二基板102的相對位置在FxO方向上相互錯(cuò)開的外力的情況下，各力檢測裝置Ib分別輸出信號FX1、FX2、FX3、FX4。同樣，在施加了第一基板101以及第二基板102的相對位置在FyO方向相互錯(cuò)開的外力的情況下，各力檢測裝置Ib分別輸出信號Fyl、Fy2、Fy3、Fy4。另外，在施加了第一基板101以及第二基板102的相對位置在FzO方向相互錯(cuò)開的外力的情況下，各力檢測裝置Ib分別輸出信號Fzl、Fz2、Fz3、Fz4。
[0171]另外，第一基板101以及第二基板102能夠?qū)⑾嗷ダ@X軸旋轉(zhuǎn)的相對位移、繞y軸旋轉(zhuǎn)的相對位移、以及繞ζ軸旋轉(zhuǎn)的相對位移、伴隨各旋轉(zhuǎn)的外力傳遞到力檢測裝置lb。
[0172]運(yùn)算部具有基于從各力檢測裝置Ib輸出的信號來運(yùn)算X軸方向的平移力成分FxO、y軸方向的平移力成分FyO、ζ軸方向的平移力成分FzOj^ χ軸的旋轉(zhuǎn)力成分y軸的旋轉(zhuǎn)力成分My、繞ζ軸的旋轉(zhuǎn)力成分Mz的功能。各力成分能夠通過以下的式子求出。
[0173]FxO = Fxl + Fx2 + Fx3 + Fx4
[0174]FyO = Fyl + Fy2 + Fy3 + Fy4
[0175]FzO = Fzl + Fz2 + Fz3 + Fz4
[0176]Mx = bX (Fz4 — Fz2)
[0177]My = aX (Fz3 — Fzl)
[0178]Mz = bX (Fx2 — Fx4) + aX (Fyl — Fy3)
[0179]這里，a、b是常量。
[0180]這樣，6軸力檢測裝置100通過具有第一基板101、第二基板102、多個(gè)力檢測裝置Ib以及運(yùn)算部，能夠檢測出6軸力。
[0181]此外，在圖示的構(gòu)成中，力檢測裝置Ib的數(shù)量是四個(gè)，但本發(fā)明并不限于此。6軸力檢測裝置100只要具有至少三個(gè)力檢測裝置lb，就能夠檢測6軸力。在力檢測裝置Ib為三個(gè)的情況下，力檢測裝置Ib的數(shù)量較少，所以能夠使6軸力檢測裝置100輕型化。在力檢測裝置Ib如圖示那樣為四個(gè)的情況下，如上述那樣能夠通過非常簡單的運(yùn)算求出6軸力，所以能夠使運(yùn)算部簡單化。另外，在力檢測裝置Ib為六個(gè)的情況下，能夠以更高的精度檢測6軸力。
[0182]第四實(shí)施方式
[0183]圖7 (a)是示意性地表示本發(fā)明的力檢測裝置的第四實(shí)施方式的立體圖。圖7(b)是示意性地表示本發(fā)明的力檢測裝置的第四實(shí)施方式的俯視圖。此外，在圖7 (a)中，為了說明，一部分構(gòu)成要素以透明的狀態(tài)來表示，在圖7 (b)中，為了說明，省略一部分構(gòu)成要素。圖8是示意性地表示圖7所示的力檢測裝置的電路圖。圖9是示意性地表示圖7所示的力檢測裝置的電荷輸出元件的剖視圖。
[0184]圖7所示的力檢測裝置IOla具有檢測剪切力(沿著圖7中的χ軸、y軸施加的外力)的功能。力檢測裝置IOla具有底板2、以與底板2對置的方式分離地設(shè)置的蓋板4、被夾持(設(shè)置)在底板2與蓋板4之間，并根據(jù)外力來輸出電壓的力檢測元件103a、103b、以及基于分別從力檢測元件103a、103b輸出的電壓來檢測外力的外力檢測電路105 (在圖7中未圖示，參照圖8)。這里，力檢測元件103a相當(dāng)于第一元件，力檢測元件103b相當(dāng)于第二元件。
[0185]力檢測元件
[0186]圖7所示的力檢測元件103a、103b具有根據(jù)施加的剪切力(沿著圖7中的χ軸、y軸施加的外力)來輸出電壓V的功能。
[0187]如圖8所示,力檢測元件103a、103b具有根據(jù)施加的剪切力來輸出電荷Q的電荷輸出元件131、和將從電荷輸出元件131輸出的電荷Q轉(zhuǎn)換為電壓V的轉(zhuǎn)換輸出電路132。若詳細(xì)敘述，力檢測元件103a具有輸出電荷Ql的電荷輸出元件131、和將電荷Ql轉(zhuǎn)換為電壓VI并輸出的轉(zhuǎn)換輸出電路132。另外，力檢測元件103b具有輸出電荷Q2的電荷輸出元件131、和將電荷Q2轉(zhuǎn)換為電壓V2并輸出的轉(zhuǎn)換輸出電路132。
[0188]電荷輸出元件
[0189]圖9所示的電荷輸出元件131具有根據(jù)圖9中的與β軸平行或者大致平行的外力(剪切力)來輸出電荷Q的功能。電荷輸出元件131具有兩個(gè)接地電極層310、和設(shè)置在兩個(gè)接地電極層310之間的β軸用壓電體320。此外，在圖9中，將接地電極層310以及β軸用壓電體320的層疊方向設(shè)為Y軸方向，將與Y軸方向正交且相互正交的方向分別設(shè)為α軸方向、β軸方向。
[0190]在圖示的構(gòu)成中，接地電極層310、和β軸用壓電體320具有完全相等的寬度(圖中的左右方向的長度)，但本發(fā)明并不限于此。例如，接地電極層310的寬度也可以比β軸用壓電體320的寬度寬，也可以相反。
[0191]接地電極層310是與地線(基準(zhǔn)電位點(diǎn))GND連接的電極。構(gòu)成接地電極層310的材料并不特別限定，優(yōu)選例如，金、鉻、鈦、鋁、銅、鐵或者包含它們的合金。
[0192]β軸用壓電體320具有根據(jù)與β軸平行或者大致平行的外力(剪切力)來輸出電荷Q的功能。該β軸用壓電體320構(gòu)成為根據(jù)沿著β軸的正方向施加的外力來輸出正電荷，根據(jù)沿著β軸的負(fù)方向施加的外力來輸出負(fù)電荷。即，β軸用壓電體320具有朝向β軸的正方向的電軸Pβ。
[0193]β軸用壓電體320具有第一壓電板321，其具有第一晶軸CAl ;第二壓電板323，其與第一壓電板321對置地設(shè)置，并具有第二晶軸CA2 ;以及內(nèi)部電極322，其設(shè)置在第一壓電板321與第二壓電板323之間，并輸出電荷Q。另外，構(gòu)成β軸用壓電體320的各層的層疊順序?yàn)閺膱D9中的下側(cè)開始，第一壓電板321、內(nèi)部電極322、第二壓電板323的順序。
[0194]第一壓電板321由具有在β軸的負(fù)方向取向的第一晶軸CAl的壓電體構(gòu)成。在對第一壓電板321的表面施加了沿著β軸的正方向的外力的情況下，由于壓電效應(yīng)，在第一壓電板321內(nèi)感應(yīng)出電荷。結(jié)果在第一壓電板321的內(nèi)部電極322側(cè)表面附近聚集正電荷，在第一壓電板321的接地電極層310側(cè)表面附近聚集負(fù)電荷。同樣，在對第一壓電板321的表面施加了 β軸的負(fù)方向的外力的情況下，在第一壓電板321的內(nèi)部電極322側(cè)表面附近聚集負(fù)電荷，在第一壓電板321的接地電極層310側(cè)表面附近聚集正電荷。
[0195]第二壓電板323由具有在β軸的正方向取向的第二晶軸CA2的壓電體構(gòu)成。在對第二壓電板323的表面施加了沿著β軸的正方向的外力的情況下，由于壓電效應(yīng)，在第二壓電板323內(nèi)感應(yīng)出電荷。結(jié)果在第二壓電板323的內(nèi)部電極322側(cè)表面附近聚集正電荷，在第二壓電板323的接地電極層310側(cè)表面附近聚集負(fù)電荷。同樣，在對第二壓電板323的表面施加了沿著β軸的負(fù)方向的外力的情況下，在第二壓電板323的內(nèi)部電極322側(cè)表面附近聚集負(fù)電荷，在第二壓電板323的接地電極層310側(cè)表面附近聚集正電荷。
[0196]這樣，第一壓電板321的第一晶軸CAl的方向朝向與第二壓電板323的第二晶軸CA2的方向相反的方向。由此，與由僅第一壓電板321或者第二壓電板323的某一方和內(nèi)部電極322構(gòu)成β軸用壓電體320的情況進(jìn)行比較，能夠使在內(nèi)部電極322附近聚集的正電荷或者負(fù)電荷增加。結(jié)果能夠使從內(nèi)部電極322輸出的電荷Q增加。
[0197]此外，作為第一壓電板321以及第二壓電板323的構(gòu)成材料，列舉水晶、黃玉、鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛(PZT:Pb (Zr，Ti) 03)、鈮酸鋰、鉭酸鋰等。其中特別優(yōu)選水晶。因?yàn)橛伤?gòu)成的壓電板具有較寬的動(dòng)態(tài)范圍、較高的剛性、較高的固有振動(dòng)頻率、較高的耐負(fù)荷性等優(yōu)異的特性。另外，如第一壓電板321以及第二壓電板323那樣，針對沿著層的面方向施加的外力(剪切力)而產(chǎn)生電荷的壓電板能夠由Y切割水晶構(gòu)成。
[0198]內(nèi)部電極322具有將在第一壓電板321內(nèi)以及第二壓電板323內(nèi)產(chǎn)生的正電荷或者負(fù)電荷作為電荷Q輸出的功能。如上所述，在對第一壓電板321的表面或者第二壓電板323的表面施加了沿著β軸的正方向的外力的情況下，在內(nèi)部電極322附近聚集正電荷。結(jié)果從內(nèi)部電極322輸出正的電荷Q。另一方面,在對第一壓電板321的表面或者第二壓電板323的表面施加了沿著β軸的負(fù)方向的外力的情況下，在內(nèi)部電極322附近聚集負(fù)電荷。結(jié)果從內(nèi)部電極322輸出負(fù)的電荷Q。
[0199]這樣，電荷輸出元件131通過具有上述的接地電極層310、和β軸用壓電體320，能夠根據(jù)與圖9中的β軸平行或者大致平行的外力(剪切力)來輸出電荷Q。
[0200]此外，作為電荷輸出元件131，對具有根據(jù)與β軸平行或者大致平行的外力(剪切力)來輸出電荷Q的功能的例子進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限于此。通過使用第一晶軸CAl的取向方向?yàn)榕cβ軸方向不同的α軸方向的第一壓電板321、以及第二晶軸CA2的取向方向?yàn)榕cβ軸方向不同的α軸方向的第二壓電板323，能夠構(gòu)成根據(jù)與α軸平行或者大致平行的外力(剪切力)來輸出電荷Q的電荷輸出元件131。這樣的情況也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0201]轉(zhuǎn)換輸出電路
[0202]轉(zhuǎn)換輸出電路132具有將從電荷輸出元件131輸出的電荷Q (Q1、Q2)轉(zhuǎn)換成電壓V(V1、V2)的功能。轉(zhuǎn)換輸出電路132具有運(yùn)算放大器133、電容器134、以及開關(guān)元件135。運(yùn)算放大器133的第一輸入端子(負(fù)輸入)與電荷輸出元件131的內(nèi)部電極322連接，運(yùn)算放大器133的第二輸入端子(正輸入)與地線(基準(zhǔn)電位點(diǎn))連接。另外，運(yùn)算放大器133的輸出端子與外力檢測電路105連接。電容器134連接在運(yùn)算放大器133的第一輸入端子與輸出端子之間。開關(guān)元件135連接在運(yùn)算放大器133的第一輸入端子與輸出端子之間，并與電容器134并聯(lián)連接。另外，開關(guān)元件135與驅(qū)動(dòng)電路(未圖示)連接，根據(jù)來自驅(qū)動(dòng)電路的接通/斷開信號，執(zhí)行開關(guān)動(dòng)作。
[0203]在開關(guān)元件135斷開的情況下，從電荷輸出元件131輸出的電荷Q被儲(chǔ)存于具有靜電容量Cl的電容器134，并作為電壓V輸出至外力檢測電路105。接下來，在開關(guān)元件135接通的情況下，電容器134的兩端子間被短路。結(jié)果儲(chǔ)存在電容器134中的電荷Q被放電而成為O庫侖，輸出至外力檢測電路105的電壓V成為O伏特。將開關(guān)元件135接合稱為對轉(zhuǎn)換輸出電路132進(jìn)行復(fù)位。
[0204]開關(guān)兀件135 是 MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor)等半導(dǎo)體開關(guān)元件。半導(dǎo)體開關(guān)元件與機(jī)械式開關(guān)相比是小型以及輕型的，所以有利于力檢測裝置IOla的小型化以及輕型化。以下，作為代表例，對使用MOSFET作為開關(guān)元件135的情況進(jìn)行說明。
[0205]開關(guān)元件135具有漏極電極、源極電極、以及柵極電極。開關(guān)元件135的漏極電極或者源極電極的一方與運(yùn)算放大器133的第一輸入端子連接，漏極電極或者源極電極的另一方與運(yùn)算放大器133的輸出端子連接。另外，開關(guān)元件135的柵極電極與驅(qū)動(dòng)電路(未圖示)連接。
[0206]從理想的轉(zhuǎn)換輸出電路132輸出的電壓V與從電荷輸出元件131輸出的電荷Q的積蓄量成比例。然而，在實(shí)際的轉(zhuǎn)換輸出電路132中，產(chǎn)生從開關(guān)元件135流入電容器134的漏電流。這樣的漏電流成為電壓V所包含的輸出漂移D。因此，若將與電荷Q的積蓄量成比例的電壓成分(真實(shí)值)設(shè)為Vt，則輸出的電壓V為V = Vt + D。
[0207]輸出漂移D為相對于測定結(jié)果的誤差，所以存在因漏電流(輸出漂移D)，而力檢測元件103a、103b的檢測精度以及檢測分辨率降低的問題。另外，漏電流與測定(驅(qū)動(dòng))時(shí)間成比例地累積，所以存在不能夠延長力檢測裝置IOla的測定時(shí)間的問題。
[0208]這樣的漏電流起因于柵極絕緣膜的絕緣性的不足、工序規(guī)則的微細(xì)化、半導(dǎo)體中的雜質(zhì)濃度的偏差等半導(dǎo)體構(gòu)造以及溫度、濕度等使用環(huán)境。由于由半導(dǎo)體構(gòu)造所引起的漏電流為每個(gè)開關(guān)元件固有的值，所以通過預(yù)先測定由半導(dǎo)體構(gòu)造所引起的漏電流，能夠比較容易地進(jìn)行補(bǔ)償。然而，由使用環(huán)境所引起的漏電流根據(jù)使用環(huán)境(狀況)而變動(dòng)，所以難以進(jìn)行補(bǔ)償。本實(shí)施方式的力檢測裝置IOla使用形成元件對的力檢測元件103a、103b、和基于分別從力檢測元件103a、103b輸出的電壓V1、V2來檢測外力的外力檢測電路105，能夠減少由漏電流帶來的影響(輸出漂移D)。
[0209]接下來，參照圖7，對形成元件對的力檢測元件103a、103b的位置關(guān)系進(jìn)行詳細(xì)敘述。此外，在圖7 (b)中，為了說明，省略蓋板4。另外，在圖7 (b)中，將左右方向設(shè)為χ軸方向，將與χ軸方向正交的方向，即上下方向設(shè)為y軸方向。
[0210]力檢測元件103a具有沿著上述的β軸的電軸P β I,并根據(jù)沿著β軸施加的外力(剪切力)來輸出電壓VI。同樣，力檢測元件103b具有沿著上述的β軸的電軸P β 2，并根據(jù)沿著β軸施加的外力(剪切力)來輸出電壓V2。
[0211]力檢測元件103a、103b設(shè)置(夾持)在底板2與蓋板4之間。力檢測元件103a的電軸Ρβ I具有角度Θ1。同樣，力檢測元件103b的電軸Ρβ 2具有角度Θ2。此外，角度Θ1、Θ 2是與圖7 (b)的基準(zhǔn)坐標(biāo)系(χ軸、y軸)的χ軸呈的角度。
[0212]如圖7 (b)所示，力檢測元件103a、103b的力檢測元件103a的電軸Ρβ I的方向和力檢測元件103b的電軸Ρβ 2的方向朝向相互不同的方向，在本實(shí)施方式中以朝向相互相反方向的方式配置。這里所說的“朝向相互相反方向”并不限于如圖7 (b)所示，電軸Ρβ I的方向與電軸Ρβ 2的方向?qū)χ玫那闆r，即，角度Θ1、Θ2滿足Θ1= Θ 2的關(guān)系的情況。至少，在分別將電軸Ρβ I以及電軸Ρβ 2分解為正交的χ軸方向的向量成分以及y軸方向的向量成分時(shí)，電軸Ρβ I的χ軸方向的向量成分與電軸Ρβ 2的χ軸方向的向量成分是相反方向，或者，電軸P β I的y軸方向的向量成分與電軸P β 2的y軸方向的向量成分是相反方向即可。
[0213]另外，優(yōu)選力檢測元件103a、103b以電軸Ρβ I的x軸方向的向量成分與電軸P β 2的X軸方向的向量成分是相反方向、以及電軸Ρβ I的y軸方向的向量成分與電軸Ρβ 2的y軸方向的向量成分是相反方向的方式，即，以滿足I Θ1 — Θ2 I < / 2的關(guān)系的方式配置。由此，能夠檢測后述的剪切力Fx、Fy。在以下的說明中，作為代表，對力檢測元件103a、103b以滿足I Θ I — Θ 2 I < / 2的關(guān)系的方式配置的情況進(jìn)行說明。
[0214]另外，更優(yōu)選力檢測元件103a、103b以電軸P β I的方向與電軸Ρβ 2的方向?qū)χ玫姆绞?，即，以滿足Θ1= Θ 2的關(guān)系的方式配置。由此，后述的外力檢測電路105能夠進(jìn)一步減少輸出漂移D，并且檢測剪切力Fx、Fy。
[0215]另外，只要力檢測元件103a的電軸Ρβ I的方向與力檢測元件103b的電軸P β 2的方向以朝向相互相反方向的方式配置，則力檢測元件103a、103b的配置并特別限定，但優(yōu)選如圖7 (b)所示,力檢測元件103a與力檢測元件103b配置在同一軸上。由此,能夠均勻地檢測對底板2或者蓋板4施加的剪切力(沿著圖中的χ軸、y軸施加的外力)。
[0216]另外，圖7 (b)的力檢測元件103a的電軸Ρβ I以及力檢測元件103b的電軸Ρβ 2朝向底板2的外側(cè)(離心方向)，但本發(fā)明并不限于此。即，只要配置成力檢測元件103a的電軸Ρβ I的方向與力檢測元件103b的電軸Ρβ 2的方向朝向相互相反方向，則力檢測元件103a的電軸Ρβ I以及力檢測元件103b的電軸Ρβ 2也可以朝向底板2的中心方向(向心方向)。
[0217]若將與從力檢測元件103a的電荷輸出元件131輸出的電荷Ql的積蓄量成比例的電壓成分(真實(shí)值)設(shè)為Vtl，將與從力檢測元件103b的電荷輸出元件131輸出的電荷Q2的積蓄量成比例的電壓成分(真實(shí)值)設(shè)為Vt2，則從力檢測元件103a輸出的電壓Vl以及從力檢測元件103b輸出的電壓V2如以下所示。
[0218]公式I
[0219]Vl = Vtl+D
[0220]V2 = Vt2+D
[0221]此外，力檢測元件103a的開關(guān)元件135與力檢測元件103b的開關(guān)元件135是相同的半導(dǎo)體開關(guān)元件，其漏電流實(shí)際上相等。因此，電壓Vl所包含的輸出漂移D與電壓V2所包含的輸出漂移D實(shí)際上相等。這里所說的“實(shí)際上相等”是指在獲取到比較的兩個(gè)值的差量時(shí)，該差量與原來的值相比較小到能夠忽略的程度。
[0222]另外，力檢測元件103a、103b被配置成力檢測元件103a的電軸Ρβ I的方向與力檢測元件103b的電軸Ρβ2的方向朝向相互相反方向，所以電壓Vl所包含的電壓成分Vtl與電壓V2所包含的電壓成分Vt2的符號不一致。例如，若電壓成分Vtl的符號是正,則電壓成分Vt2的符號為負(fù)。同樣，若電壓成分Vtl的符號是負(fù),則電壓成分Vt2的符號為正。因此，在獲取到從力檢測元件103a輸出的電壓Vl與從力檢測元件103b輸出的電壓V2的差量的情況下，電壓成分Vtl與電壓成分Vt2的差量的絕對值不會(huì)減少。
[0223]另一方面，電壓Vl所包含的輸出漂移D和電壓V2所包含的輸出漂移D并不取決于電軸Ρβ 1、Ρβ 2的方向，所以電壓Vl所包含的輸出漂移D的符號和電壓V2所包含的輸出漂移D的符號一致。因此，在獲取到從力檢測元件103a輸出的電壓Vl與從力檢測元件103b輸出的電壓V2的差量的情況下，電壓Vl所包含的輸出漂移D與從電壓V2所包含的輸出漂移D的差量的絕對值減少。
[0224]外力檢測電路
[0225]外力檢測電路105具有通過獲取從力檢測元件103a輸出的電壓Vl與從力檢測元件103b輸出的電壓V2的差量，檢測對力檢測裝置IOla施加的剪切力(沿著圖中的χ軸、y軸施加的外力)的功能。
[0226]外力檢測電路105能夠通過如以下那樣獲取電壓V1、V2的差量，來檢測對力檢測裝置IOla施加的剪切力Fx、Fy。
[0227]公式2
[0228]Fx = Vlcos ( Θ I)-V2cos ( Θ2) = Vtlcos ( θ I)-Vt2cos(θ 2)+D{cos ( θ I)-cos (
Θ 2)}
[0229]Fy = Vlsin(θ I)-V2sin(θ 2) = Vtlsin( θ I)-Vt2sin( θ2)+D{sin(θ I)-sin(θ 2)}
[0230]這樣，在獲取了從力檢測元件103a輸出的電壓Vl與從力檢測元件103b輸出的電壓V2的差量的情況下,不會(huì)使電壓成分Vtl與電壓成分Vt2的差量的絕對值減少,而輸出漂移D的絕對值減少。因此，能夠減少輸出漂移D。結(jié)果能夠使由漏電流(輸出漂移D)所引起的檢測誤差相對減小，提高力檢測裝置IOla的檢測精度以及檢測分辨率。另外，上述的減少輸出漂移D方法在測定時(shí)間延長了的情況下也有效，所以能夠延長力檢測裝置IOla的測定時(shí)間。
[0231]并且，在角度Θ 1、Θ 2滿足Θ I = Θ 2的情況下，即，力檢測元件103a、103b被配置成電軸Ρβ I的方向與電軸Ρβ 2的方向?qū)χ玫那闆r下，上述Fx、Fy的計(jì)算式被簡單化，如以下所示。
[0232]公式3
[0233]Fx = (Vtl-Vt2) cos ( θ I)
[0234]Fy = (Vtl_Vt2) sin ( θ I)
[0235]在該情況下，能夠除去(進(jìn)一步減少)輸出漂移D。結(jié)果能夠進(jìn)一步提高力檢測裝置IOla的檢測精度以及檢測分辨率。另外，能夠進(jìn)一步延長力檢測裝置IOla的測定時(shí)間。
[0236]這樣，由于本實(shí)施方式的力檢測裝置IOla具有配置成力檢測元件103a的電軸Ρβ I的方向和力檢測元件103b的電軸Ρβ 2的方向朝向相互相反方向的力檢測元件103a、103b、和通過獲取從力檢測元件103a輸出的電壓Vl與從力檢測元件103b輸出的電壓V2的差量來檢測對力檢測裝置IOla施加的剪切力的外力檢測電路105，所以能夠減少由轉(zhuǎn)換輸出電路132的開關(guān)元件135的漏電流所引起的輸出漂移D。結(jié)果能夠提高力檢測裝置IOla的檢測精度以及檢測分辨率。另外，上述的減少輸出漂移D的方法在測定時(shí)間延長了的情況下也有效，所以能夠延長力檢測裝置IOla的測定時(shí)間。并且，在本實(shí)施方式的力檢測裝置IOla中，無需如反向偏置電路那樣的用于減少輸出漂移D的電路，所以能夠使力檢測裝置IOla小型化。
[0237]此外，本實(shí)施方式的力檢測裝置IOla具有一對力檢測元件103a、103b，但本發(fā)明并不限于此。力檢測裝置IOla也可以具有多對力檢測元件103a、103b，那樣的情況還是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0238]第五實(shí)施方式
[0239]接下來基于圖10、圖11以及圖12對本發(fā)明的第五實(shí)施方式進(jìn)行說明。以下，對于第五實(shí)施方式，以與上述的第四實(shí)施方式的不同點(diǎn)為中心進(jìn)行說明，對于相同的事項(xiàng)省略其說明。
[0240]圖10 (a)是示意性地表示本發(fā)明的力檢測裝置的第五實(shí)施方式的立體圖。圖10(b)是示意性地表示本發(fā)明的力檢測裝置的第五實(shí)施方式的俯視圖。圖11是示意性地表示圖10所示的力檢測裝置的電路圖。圖12 (a)是示意性地表示圖10所示的第一力檢測裝置的電荷輸出元件的剖視圖。圖12 (b)是示意性地表示圖10所示的第二力檢測裝置的電荷輸出元件的剖視圖。此外，在圖10 (a)中，為了說明，一部分構(gòu)成要素以透明的狀態(tài)示出，在圖10 (b)中，為了說明，省略一部分構(gòu)成要素。
[0241]圖10所示的力檢測裝置IOlb具有檢測6軸力(x、y、ζ軸方向的平移力成分以及圍繞X、1、Z軸的旋轉(zhuǎn)力成分)的功能。力檢測裝置IOlb具有底板2、以與底板2對置的方式分尚設(shè)置的蓋板4、設(shè)置(夾持)在底板2與蓋板4之間，并根據(jù)外力來輸出電壓Va、νβ、Vy的力檢測元件30a、30b、30c、30d、以及基于分別從力檢測元件30a、30b、30c、30d輸出的電壓Va ,νβ ,Vy來檢測6軸力的外力檢測電路50 (在圖10中未圖示，參照圖11)。
[0242]力檢測元件
[0243]力檢測元件30a、30b、30c、30d具有根據(jù)分別沿著相互正交的三個(gè)軸(α軸、β軸、Y軸)施加的外力來輸出電壓Va、νβ、Vy的功能。另外，力檢測元件30a、30c構(gòu)成第一元件對，力檢測元件30b、30d構(gòu)成第二元件對。屬于第一元件對的力檢測元件30a、30c具有相互相同的構(gòu)成。屬于第二兀件對的力檢測兀件30b、30d具有相互相同的構(gòu)成。
[0244]如圖11所不，屬于第一兀件對的力檢測兀件30a、30c具有第一電荷輸出兀件301a，其根據(jù)沿著相互正交的三個(gè)軸(α軸、β軸、Υ軸)施加的外力來輸出電荷Q a、Q β、QY ;轉(zhuǎn)換輸出電路132a，其將從第一電荷輸出元件301a輸出的電荷Qa轉(zhuǎn)換為電壓Va ；轉(zhuǎn)換輸出電路132b，其將從第一電荷輸出元件301a輸出的電荷Q Y轉(zhuǎn)換為電壓Vy ;以及轉(zhuǎn)換輸出電路132c,其將從第一電荷輸出兀件301a輸出的電荷QP轉(zhuǎn)換為電壓νβ。屬于第二元件對的力檢測元件30b、30d除了具有與第一電荷輸出元件301a構(gòu)造不同的第二電荷輸出元件301b這一點(diǎn)之外，具有與屬于第一元件對的力檢測元件30a、30c相同的構(gòu)成。
[0245]電荷輸出元件
[0246]圖12 (a)所示的第一電荷輸出元件301a具有根據(jù)分別沿著圖12中的相互正交的三個(gè)軸(α軸、β軸、Υ軸)施加的外力來輸出電荷Qa、、QY的功能。如圖12 (a)所示，第一電荷輸出元件30Ia具有與地線(基準(zhǔn)電位點(diǎn))GND連接的四個(gè)接地電極層310、根據(jù)與β軸平行或者大致平行的外力(剪切力)來輸出電荷QP的β軸用壓電體320、根據(jù)與Y軸平行或者大致平行的外力(壓縮/拉伸力)來輸出電荷Q Y的第一 Y軸用壓電體330、根據(jù)與α軸平行或者大致平行的外力(剪切力)來輸出電荷Qa的第一 α軸用壓電體340，且接地電極層310與各壓電體320、330、340交替層疊。此外，在圖12中，將接地電極層310以及各壓電體320、330、340的層疊方向設(shè)為Y軸方向，將與Y軸方向正交并且相互正交的方向分別設(shè)為α軸方向、β軸方向。
[0247]在圖示的構(gòu)成中，從圖12中的下側(cè)開始，依次層疊有β軸用壓電體320、第一 Y軸用壓電體330、第一 α軸用壓電體340，但本發(fā)明并不限于此。各壓電體320、330、340的
層疊順序是任意的。
[0248]β軸用壓電體320具有根據(jù)與β軸平行或者大致平行的外力(剪切力)來輸出電荷QP的功能。β軸用壓電體320具有與上述的第四實(shí)施方式的β軸用壓電體320相同的構(gòu)造以及功能。
[0249]第一 Υ軸用壓電體330具有根據(jù)與Y軸平行或者大致平行的外力(壓縮/拉伸力)來輸出電荷Q Y的功能。第一 Y軸用壓電體330構(gòu)成為根據(jù)沿著Y軸的正方向施加的外力來輸出正電荷，根據(jù)沿著Y軸的負(fù)方向施加的外力來輸出負(fù)電荷。即，第一 Y軸用壓電體330具有朝向圖12中的Y軸的正方向的電軸PY。
[0250]第一 Υ軸用壓電體330具有第三壓電板331，其具有第三晶軸CA3 ;第四壓電板333，其與第三壓電板331對置地設(shè)置，且具有第四晶軸CA4 ;以及內(nèi)部電極332，其設(shè)置在第三壓電板331與第四壓電板333之間，并輸出電荷Q Y。另外,構(gòu)成第一 Y軸用壓電體330的各層的層疊順序是從圖12中的下側(cè)開始，第三壓電板331、內(nèi)部電極332、第四壓電板333的順序。
[0251]第三壓電板331由具有在Y軸的正方向取向的第三晶軸CA3的壓電體構(gòu)成。在對第三壓電板331的表面施加了沿著Y軸的正方向的外力的情況下，由于壓電效應(yīng)，在第三壓電板331內(nèi)感應(yīng)出電荷。結(jié)果在第三壓電板331的內(nèi)部電極332側(cè)表面附近聚集正電荷，在第三壓電板331的接地電極層310側(cè)表面附近聚集負(fù)電荷。同樣，在第三壓電板331的表面施加了沿著Y軸的負(fù)方向的外力的情況下，在第三壓電板331的內(nèi)部電極332側(cè)表面附近聚集負(fù)電荷，在第三壓電板331的接地電極層310側(cè)表面附近聚集正電荷。
[0252]第四壓電板333由具有在Y軸的負(fù)方向取向的第四晶軸CA4的壓電體構(gòu)成。在對第四壓電板333的表面施加了沿著Y軸的正方向的外力的情況下，由于壓電效應(yīng)，在第四壓電板333內(nèi)感應(yīng)出電荷。結(jié)果在第四壓電板333的內(nèi)部電極332側(cè)表面附近聚集正電荷，在第四壓電板333的接地電極層310側(cè)表面附近聚集負(fù)電荷。同樣，在對第四壓電板333的表面施加了沿著Y軸的負(fù)方向的外力的情況下，在第四壓電板333的內(nèi)部電極332側(cè)表面附近聚集負(fù)電荷，在第四壓電板333的接地電極層310側(cè)表面附近聚集正電荷。
[0253]作為第三壓電板331以及第四壓電板333的構(gòu)成材料能夠使用與第一壓電板321以及第二壓電板323相同的構(gòu)成材料。另外，如第三壓電板331以及第四壓電板333那樣，針對與層的面方向垂直的外力(壓縮/拉伸力)而產(chǎn)生電荷的壓電板能夠由X切割水晶構(gòu)成。[0254]內(nèi)部電極332具有將在第三壓電板331內(nèi)以及第四壓電板333內(nèi)產(chǎn)生的正電荷或者負(fù)電荷作為電荷QY輸出的功能。如上所述，在對第三壓電板331的表面或者第四壓電板333的表面施加了沿著Y軸的正方向的外力的情況下，在內(nèi)部電極332附近聚集正電荷。結(jié)果從內(nèi)部電極332輸出正的電荷Qy。另一方面，在對第三壓電板331的表面或者第四壓電板333的表面施加了沿著Y軸的負(fù)方向的外力的情況下，在內(nèi)部電極332附近聚集負(fù)電荷。結(jié)果從內(nèi)部電極332輸出負(fù)的電荷Qy。
[0255]第一 α軸用壓電體340具有根據(jù)與α軸平行或者大致平行的外力(剪切力)來輸出電荷Qa的功能。第一 α軸用壓電體340構(gòu)成為根據(jù)沿著α軸的正方向施加的外力來輸出正電荷，根據(jù)沿著a軸的負(fù)方向施加的外力來輸出負(fù)電荷。即，第一 a軸用壓電體340具有朝向圖12中的a軸的正方向的電軸Pa。
[0256]第一 a軸用壓電體340具有第五壓電板341,其具有第五晶軸CA5 ;第六壓電板343，其與第五壓電板341對置地設(shè)置，且具有第六晶軸CA6 ;以及內(nèi)部電極342，其設(shè)置在第五壓電板341與第六壓電板343之間，并輸出電荷Q a。另外,構(gòu)成第一 a軸用壓電體340的各層的層疊順序是從圖12中的下側(cè)開始，第五壓電板341、內(nèi)部電極342、第六壓電板343的順序。
[0257]第五壓電板341由具有在a軸的負(fù)方向取向的第五晶軸CA5的壓電體構(gòu)成。在對第五壓電板341的表面施加了沿著a軸的正方向的外力的情況下，由于壓電效應(yīng)，在第五壓電板341內(nèi)感應(yīng)出電荷。結(jié)果在第五壓電板341的內(nèi)部電極342側(cè)表面附近聚集正電荷，在第五壓電板341的接地電極層310側(cè)表面附近聚集負(fù)電荷。同樣，在對第五壓電板341的表面施加了沿著a軸的負(fù)方向的外力的情況下，在第五壓電板341的內(nèi)部電極342側(cè)表面附近聚集負(fù)電荷，在第五壓電板341的接地電極層310側(cè)表面附近聚集正電荷。
[0258]第六壓電板343由具有在a軸的正方向取向的第六晶軸CA6的壓電體構(gòu)成。在對第六壓電板343的表面施加了沿著a軸的正方向的外力的情況下，由于壓電效應(yīng)，在第六壓電板343內(nèi)感應(yīng)出電荷。結(jié)果在第六壓電板343的內(nèi)部電極342側(cè)表面附近聚集正電荷，在第六壓電板343的接地電極層310側(cè)表面附近聚集負(fù)電荷。同樣，在對第六壓電板343的表面施加了沿著a軸的負(fù)方向的外力的情況下，在第六壓電板343的內(nèi)部電極342側(cè)表面附近聚集負(fù)電荷，在第六壓電板343的接地電極層310側(cè)表面附近聚集正電荷。
[0259]作為第五壓電板341以及第六壓電板343的構(gòu)成材料能夠使用與第一壓電板321以及第二壓電板323相同的構(gòu)成材料。另外，如第五壓電板341以及第六壓電板343那樣，針對沿著層的面方向施加的外力(剪切力)而產(chǎn)生電荷的壓電板與第一壓電板321以及第二壓電板323相同，能夠由Y切割水晶構(gòu)成。
[0260]內(nèi)部電極342具有將在第五壓電板341內(nèi)以及第六壓電板343內(nèi)產(chǎn)生的正電荷或者負(fù)電荷作為電荷。*1輸出的功能。如上所述，在對第五壓電板341的表面或者第六壓電板343的表面施加了沿著a軸的正方向的外力的情況下，在內(nèi)部電極342附近聚集正電荷。結(jié)果從內(nèi)部電極342輸出正的電荷Q a。另一方面,在對第五壓電板341的表面或者第六壓電板343的表面施加了沿著a軸的負(fù)方向的外力的情況下，在內(nèi)部電極342附近聚集負(fù)電荷。結(jié)果從內(nèi)部電極342輸出負(fù)的電荷Qa。
[0261]β軸用壓電體320、第一 Y軸用壓電體330、以及第一 α軸用壓電體340以β軸用壓電體320的電軸P β的方向、第一 Y軸用壓電體330的電軸P Y的方向以及第一 a軸用壓電體340的電軸Pa的方向相互正交的方式層疊。由此，第一電荷輸出元件301a能夠具有三個(gè)電軸P α、P β、P Y，且能夠根據(jù)分別沿著三個(gè)軸(α軸、β軸、Υ軸)施加的外力來輸出三個(gè)電荷Qa、ζ)β、Qy。
[0262]接下來，參照圖12 (b)，對屬于第二元件對的力檢測元件30b、30d所具有的第二電荷輸出元件301b進(jìn)行詳細(xì)敘述。圖12 (b)所示的第二電荷輸出元件301b具有根據(jù)分別沿著圖12中的相互正交的三個(gè)軸(a軸、β軸、Υ軸)的外力來輸出電荷Q a ,Qy的功能。如圖12 (b)所示，第二電荷輸出元件301b具有與地線(基準(zhǔn)電位點(diǎn))GND連接的四個(gè)接地電極層310、根據(jù)與β軸平行或者大致平行的外力(剪切力)來輸出電荷Q β的β軸用壓電體320、根據(jù)與Y軸平行或者大致平行的外力(壓縮/拉伸力)來輸出電荷Q Y的第二 Y軸用壓電體350、以及根據(jù)與α軸平行或者大致平行的外力(剪切力)來輸出電荷Qa的第二 a軸用壓電體360，接地電極層310與各壓電體320、350、360交替層疊。因此，第二電荷輸出元件301b除了具有與第一 Y軸用壓電體330構(gòu)造不同的第二 Y軸用壓電體350和與第一 a軸用壓電體340構(gòu)造不同的第二 a軸用壓電體360這一點(diǎn)之外，具有與第一電荷輸出元件301a相同的構(gòu)造。此外，在圖12中，將接地電極層310以及各壓電體320、350、360的層疊方向設(shè)為、軸方向，將與Y軸方向正交并且相互正交的方向分別設(shè)為α軸方向、β軸方向。
[0263]在圖示的構(gòu)成中，從圖12中的下側(cè)開始，依次層疊有β軸用壓電體320、第二 Y軸用壓電體350、第二 α軸用壓電體360，但本發(fā)明并不限于此。各壓電體320、350、360的
層疊順序是任意的。
[0264]第二 Υ軸用壓電體350具有根據(jù)與Y軸平行或者大致平行的外力(壓縮/拉伸力)來輸出電荷Q Y的功能。第二 Y軸用壓電體350構(gòu)成為根據(jù)沿著Y軸的正方向施加的外力來輸出負(fù)電荷，根據(jù)沿著Y軸的負(fù)方向施加的外力來輸出正電荷。即，第二 Y軸用壓電體350具有朝向圖12中的Y軸的負(fù)方向的電軸P Y。因此，第二 Y軸用壓電體350的電軸P Y的方向朝向與第一 Y軸用壓電體330的電軸P Y的方向相反的方向。
[0265]第二 Y軸用壓電體350具有第四壓電板333，其具有第四晶軸CA4 ;第三壓電板331，其與第四壓電板333對置地設(shè)置，且具有第三晶軸CA3;以及內(nèi)部電極332，其設(shè)置在第四壓電板333與第三壓電板331之間，并輸出電荷Qy。另外,構(gòu)成第二 Y軸用壓電體350的各層的層疊順序是從圖12中的下側(cè)開始，第四壓電板333、內(nèi)部電極332、第三壓電板331的順序。因此，第二 Y軸用壓電體350除了第四壓電板333、內(nèi)部電極332、第三壓電板331的層疊順序之外，具有與第一 Y軸用壓電體330相同的構(gòu)造。
[0266]在對第四壓電板333的表面施加了沿著Y軸的正方向施加的外力的情況下，由于壓電效應(yīng)，在第四壓電板333內(nèi)感應(yīng)出電荷。結(jié)果在第四壓電板333的內(nèi)部電極332側(cè)表面附近聚集負(fù)電荷，在第四壓電板333的接地電極層310側(cè)表面附近聚集正電荷。同樣，在對第四壓電板333的表面施加了沿著Y軸的負(fù)方向的外力的情況下，在第四壓電板333的內(nèi)部電極332側(cè)表面附近聚集正電荷，在第四壓電板333的接地電極層310側(cè)表面附近聚集負(fù)電荷。
[0267]在對第三壓電板331的表面施加了沿著Y軸的正方向的外力的情況下，由于壓電效應(yīng)，在第三壓電板331內(nèi)感應(yīng)出電荷。結(jié)果在第三壓電板331的內(nèi)部電極332側(cè)表面附近聚集負(fù)電荷，在第三壓電板331的接地電極層310側(cè)表面附近聚集正電荷。同樣，在對第三壓電板331的表面施加了沿著Y軸的負(fù)方向的外力的情況下，在第三壓電板331的內(nèi)部電極332側(cè)表面附近聚集正電荷，在第三壓電板331的接地電極層310側(cè)表面附近聚集負(fù)電荷。
[0268]這樣，在對第三壓電板331的表面或者第四壓電板333的表面施加了沿著Y軸的正方向的外力的情況下，在內(nèi)部電極332附近聚集負(fù)電荷。結(jié)果從內(nèi)部電極332輸出負(fù)的電荷QY。另一方面，在對第三壓電板331的表面或者第四壓電板333的表面施加了沿著Y軸的負(fù)方向的外力的情況下，在內(nèi)部電極332附近聚集正電荷。結(jié)果從內(nèi)部電極332輸出正的電荷QY。
[0269]第二 α軸用壓電體360具有根據(jù)與α軸平行或者大致平行的外力(剪切力)來輸出電荷Qa的功能。第二 α軸用壓電體360構(gòu)成為根據(jù)沿著α軸的正方向的外力來輸出負(fù)電荷，根據(jù)沿著α軸的負(fù)方向施加的外力來輸出正電荷。即，第二 ct軸用壓電體360具有朝向圖12中的α軸的負(fù)方向的電軸Pa。因此，第二 α軸用壓電體360的電軸P a的方向朝向與第一 a軸用壓電體340的電軸Pa的方向相反的方向。
[0270]第二 a軸用壓電體360具有第六壓電板343，其具有第六晶軸CA6 ;第五壓電板341，其與第六壓電板343對置地設(shè)置，且具有第五晶軸CA5 ;以及內(nèi)部電極342，其設(shè)置在第六壓電板343與第五壓電板341之間，并輸出電荷Qa。另外，構(gòu)成第二 a軸用壓電體360的各層的層疊順序是從圖12中的下側(cè)開始，第六壓電板343、內(nèi)部電極342、第五壓電板341的順序。因此，第二 a軸用壓電體360除了第六壓電板343、內(nèi)部電極342、第五壓電板341的層疊順序之外，具有與第一 a軸用壓電體340相同的構(gòu)造。
[0271]在對第六壓電板343的表面施加了沿著a軸的正方向的外力的情況下，由于壓電效應(yīng)，在第六壓電板343內(nèi)感應(yīng)出電荷。結(jié)果在第六壓電板343的內(nèi)部電極342側(cè)表面附近聚集負(fù)電荷，在第六壓電板343的接地電極層310側(cè)表面附近聚集正電荷。同樣，在對第六壓電板343的表面施加了沿著a軸的負(fù)方向的外力的情況下，在第六壓電板343的內(nèi)部電極342側(cè)表面附近聚集正電荷，在第六壓電板343的接地電極層310側(cè)表面附近聚集負(fù)電荷。
[0272]在對第五壓電板341的表面施加了沿著a軸的正方向的外力的情況下，由于壓電效應(yīng)，在第五壓電板341內(nèi)感應(yīng)出電荷。結(jié)果在第五壓電板341的內(nèi)部電極342側(cè)表面附近聚集負(fù)電荷，在第五壓電板341的接地電極層310側(cè)表面附近聚集正電荷。同樣，在對第五壓電板341的表面施加了沿著a軸的負(fù)方向的外力的情況下,在第五壓電板341的內(nèi)部電極342側(cè)表面附近聚集正電荷，在第五壓電板341的接地電極層310側(cè)表面附近聚集負(fù)電荷。
[0273]這樣，在對第五壓電板341的表面或者第六壓電板343的表面施加了沿著a軸的正方向的外力的情況下，在內(nèi)部電極342附近聚集負(fù)電荷。結(jié)果從內(nèi)部電極342輸出負(fù)的電荷Qa。另一方面，在對第五壓電板341的表面或者第六壓電板343的表面施加了沿著a軸的負(fù)方向的外力的情況下，在內(nèi)部電極342附近聚集正電荷。結(jié)果從內(nèi)部電極322輸出正的電荷Qa。
[0274]β軸用壓電體320、第二 Y軸用壓電體350、以及第二 α軸用壓電體360以β軸用壓電體320的電軸P β的方向、第二 Y軸用壓電體350的電軸P Y的方向、以及第二 a軸用壓電體360的電軸P a的方向相互正交的方式層疊。另外，第二 Y軸用壓電體350的電軸P Y的方向朝向與第一 Y軸用壓電體330的電軸P Y的方向相反的方向。同樣，第二α軸用壓電體360的電軸Pa的方向朝向與第一 α軸用壓電體340的電軸P a的方向相反的方向。
[0275]另外，由Y切割水晶構(gòu)成的β軸用壓電體320、第一 α軸用壓電體340以及第二a軸用壓電體360的每單位力的電荷產(chǎn)生量例如是8pC / N。另一方面，由X切割水晶構(gòu)成的第一 Y軸用壓電體330以及第二 Y軸用壓電體350的每單位力的電荷產(chǎn)生量例如是4pC / No這樣，第一電荷輸出兀件301a以及第二電荷輸出兀件301b對與Y軸平行或者大致平行的外力(壓縮/拉伸力)的靈敏度為第一電荷輸出元件301a以及第二電荷輸出元件301b對與α軸或者β軸平行或者大致平行的外力(剪切力)的靈敏度以下。因此，從第一電荷輸出兀件301a以及第二電荷輸出兀件301b輸出的電荷Q Y為從第一電荷輸出兀件301a以及第二電荷輸出元件301b輸出的電荷Qa以及電荷Q0以下。
[0276]轉(zhuǎn)換輸出電路
[0277]轉(zhuǎn)換輸出電路132a、132c具有與第四實(shí)施方式的轉(zhuǎn)換輸出電路132相同的構(gòu)成。轉(zhuǎn)換輸出電路132b除了電容器134的靜電容量之外,還具有與第四實(shí)施方式的轉(zhuǎn)換輸出電路132相同的構(gòu)成。轉(zhuǎn)換輸出電路132a具有將從第一電荷輸出兀件301a或者第二電荷輸出元件301b輸出的電荷Qa轉(zhuǎn)換為電壓Va的功能。轉(zhuǎn)換輸出電路132b具有將從第一電荷輸出元件301a或者第二電荷輸出元件301b輸出的電荷Q Y轉(zhuǎn)換為電壓V Y的功能。轉(zhuǎn)換輸出電路132c具有將從第一電荷輸出兀件301a或者第二電荷輸出兀件301b輸出的電荷QP轉(zhuǎn)換為電壓Vβ的功能。
[0278]可以在各轉(zhuǎn)換輸出電路 132a、132b、132c的開關(guān)元件135連接同一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，也可以連接不同的驅(qū)動(dòng)電路。從驅(qū)動(dòng)電路向各開關(guān)元件135輸入完全同步的接通/斷開信號。由此，各轉(zhuǎn)換輸出電路132a、132b、132c的開關(guān)元件135的動(dòng)作同步。即，各轉(zhuǎn)換輸出電路132a、132b、132c的開關(guān)元件135的接通/斷開定時(shí)一致。
[0279]另外，在具有如轉(zhuǎn)換輸出電路132a、132b、132c那樣的電壓轉(zhuǎn)換功能的電路中，若減小電容器134的靜電容量，則電壓轉(zhuǎn)換靈敏度提高，但飽和電荷量變小。如上述那樣，通常，從第一電荷輸出兀件301a以及第二電荷輸出兀件301b輸出的電荷Q Y是從第一電荷輸出元件301a以及第二電荷輸出元件301b輸出的電荷Qa以及電荷QP以下。因此，從對電荷Q Y的靈敏度的觀點(diǎn)來看，優(yōu)選轉(zhuǎn)換輸出電路132b的電容器134的靜電容量C2是轉(zhuǎn)換輸出電路132a、132c的電容器134的靜電容量Cl以下。由此，能夠?qū)㈦姾蒕 Y準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為電壓V Y。
[0280]另外，各轉(zhuǎn)換輸出電路132a、132b、132c的開關(guān)元件135是相互相同的半導(dǎo)體開關(guān)元件，各開關(guān)元件135的漏電流實(shí)際上相等。因此，各開關(guān)元件135的輸出漂移D實(shí)際上也相等。
[0281]接下來，參照圖10(b)，對形成第一元件對的力檢測元件30a、30c以及形成第二元件對的力檢測元件30b、30d的位置關(guān)系進(jìn)行詳細(xì)敘述。此外，在圖10 (b)中，為了說明，省略蓋板4。另外，在圖10 (b)中，將左右方向設(shè)為χ軸方向，將與χ軸方向正交的方向，即上下方向設(shè)為I軸方向，將與χ軸方向以及I軸方向正交的方向設(shè)為ζ軸方向。
[0282]力檢測元件30a具有電軸Pa 1、Ρβ 1、PY1，根據(jù)分別沿著α軸、β軸、Υ軸施加的外力來輸出電壓V α 1>Υβ UVy 10力檢測元件3013具有電軸？0 2、？3 2、？￥2，根據(jù)分別沿著α軸、β軸、Υ軸施加的外力來輸出電壓Va 2、V β 2、V Y 2。力檢測元件30c具有電軸Pa 3、P β3、Ρ Y 3，根據(jù)分別沿著α軸、β軸、Υ軸施加的外力來輸出電壓V a 3、V β 3、
VY 3。同樣，力檢測元件30d具有電軸Pa 4、P β 4、P Y 4，根據(jù)分別沿著α軸、β軸、Υ軸施加的外力來輸出電壓V a 4、V β 4、V y 4。另外，在各力檢測元件30a、30b、30c、30d輸出的各電壓Va、νβ ,Vy中分別包含與電容器134所積蓄的電荷量成比例的電壓成分(真實(shí)值)Vat、Vi3t、VYt、以及由開關(guān)元件135的漏電流所引起的輸出漂移D。
[0283]力檢測元件30a、30b、30c、30d被設(shè)置(夾持)在底板2和與底板2分離地設(shè)置的蓋板4之間。力檢測元件30a的電軸P β I具有角度Θ I。力檢測元件30b的電軸P β 2具有角度Θ2。力檢測元件30c的電軸Ρβ 3具有角度Θ3。力檢測元件30d的電軸Ρβ4具有角度Θ4。此外，角度Θ1、Θ2、Θ3、Θ 4是與圖10 (b)的基準(zhǔn)坐標(biāo)系(χ軸、y軸、ζ軸)的χ軸呈的角度。
[0284]如圖10 (b)所示，形成第一元件對的力檢測元件30a、30c被配置成力檢測元件30a的電軸Pa 1、Ρβ I的方向、和力檢測元件30c的電軸Pa 3、Ρβ 3的方向分別朝向相互相反的方向。同樣，形成第二元件對的力檢測元件30b、30d被配置成力檢測元件30b的電軸P a 2、P β 2的方向、和力檢測元件30d的電軸P a 4、P β 4的方向分別朝向相互相反的方向。另外，形成第一元件對的力檢測元件30a、30c的電軸PY 1、P Y 3的方向、和形成第二元件對的力檢測元件30b、30d的電軸P Y 2、P Y 4的方向朝向相互相反的方向。
[0285]由于力檢測元件30a、30c被配置成力檢測元件30a的電軸Ρβ I的方向和力檢測元件30c的電軸Ρβ2 的方向朝向相互相反的方向，所以電壓νβ?所包含的電壓成分V^tl與電壓V β 3所包含的電壓成分V β t3的符號不一致。因此，在獲取到從力檢測元件30a輸出的電壓V β I與從力檢測元件30c輸出的電壓V β 3的差量的情況下，電壓成分V β tl與電壓成分Vi3t3的差量的絕對值不會(huì)減少。同樣，由于力檢測元件30a、30c被配置成力檢測元件30a的電軸Pa I的方向與力檢測元件30c的電軸Pa 2的方向朝向相互相反的方向，所以電壓V a I所包含的電壓成分V a 11與電壓V a 3所包含的的電壓成分V a t3的符號不一致。因此，在獲取到從力檢測元件30a輸出的電壓V a I與從力檢測元件30c輸出的電壓Va 3的差量的情況下，電壓成分Va tl與電壓成分Va t3的差量的絕對值不會(huì)減少。
[0286]另外，由于力檢測元件30b、30d被配置成力檢測元件30b的電軸P β 2的方向和力檢測元件30d的電軸P β 4的方向朝向相互相反的方向，所以電壓V β 2所包含的電壓成分V β t2與電壓V β 4所包含的電壓成分V β t4的符號不一致。因此，在獲取到從力檢測元件30b輸出的電壓νβ 2與從力檢測元件30d輸出的電壓νβ 4的差量的情況下，電壓成分V^t2與電壓成分Vi3t4的差量的絕對值不會(huì)減少。同樣，由于力檢測元件30b、30d被配置成力檢測元件30b的電軸P a 2的方向和力檢測元件30d的電軸P a 4的方向朝向相互相反的方向，所以電壓V a 2所包含的電壓成分V a t2與電壓V a 4所包含的電壓成分V a t4的符號不一致。因此，在獲取到從力檢測元件30b輸出的電壓V a 2與從力檢測元件30d輸出的電壓V a 4的差量的情況下，電壓成分V a t2與電壓成分V a t4的差量的絕對值不會(huì)減少。
[0287]另外，如上述那樣，由于力檢測元件30a、30c、30b、30d構(gòu)成為力檢測元件30a、30c的電軸PY 1、P Y3的方向與力檢測元件30b、30d的電軸P Y 2、Py4的方向朝向相互相反的方向，所以電壓V Y 1、V Y 3所包含的電壓成分￥￥^、￥￥七3與電壓￥^2、￥^4所包含的電壓成分VYt2、Vyt4的符號不一致。因此，在獲取到從力檢測元件30a、30c輸出的電壓VY 1、VY3與從力檢測元件30b、30d輸出的電壓Vy2、Vy4的差量的情況下，它們的差量的絕對值不會(huì)減少。
[0288]另一方面，從各力檢測元件30a、30b、30c、30d輸出的電壓Va、νβ、VY所包含的輸出漂移D不取決于電軸Pa、Ρβ、PY的方向，所以各電壓Va、νβ ,Vy所包含的輸出漂移D的符號一致。因此，在獲取了各輸出漂移D的差量的情況下，其差量的絕對值減少。
[0289]另外，優(yōu)選構(gòu)成第一元件對的力檢測元件30a、30c以電軸P β I的方向與電軸P β 3的方向?qū)χ玫姆绞?，即，以滿足Θ1= Θ 3的關(guān)系的方式配置。同樣，優(yōu)選構(gòu)成第二元件對的力檢測元件30b、30d以電軸Ρβ 2的方向與電軸Ρβ 4的方向?qū)χ玫姆绞?，即，以滿足Θ 2=Θ 4的關(guān)系的方式配置。由此，后述的外力檢測電路150能夠減少輸出漂移D，并且檢測出6軸力。
[0290]另外，更優(yōu)選力檢測元件30a、30b、30c、30d以構(gòu)成第一元件對的力檢測元件30a、30c的電軸Ρβ 1、Ρβ3的方向與構(gòu)成第二元件對的力檢測元件30b、30d的電軸Ρβ2、Ρβ4的方向正交的方式配置。由此，后述的外力檢測電路150能夠進(jìn)一步減少輸出漂移D，并且檢測出6軸力。
[0291]另外，只要以力檢測元件30a的電軸Ρβ I的方向與力檢測元件30c的電軸Ρβ3的方向朝向相互相反的方向的方式配置，則形成第一元件對的力檢測元件30a、30c的配置并不特別限定，但優(yōu)選如圖10 (b)所示，力檢測元件30a與力檢測元件30c配置在同一軸Al上。同樣，只要以力檢測元件30b的電軸P β 2的方向與力檢測元件30d的電軸P β 4的方向朝向相互相反的方向的方式配置，則形成第二元件對的力檢測元件30b、30d的配置并不特別限定，但優(yōu)選如圖10 (b)所示，力檢測元件30b與力檢測元件30d配置在同一軸A2上。由此，能夠均勻地檢 測對底板2或者蓋板4施加的6軸力。
[0292]另外，第一元件對與第二元件對的位置關(guān)系并不特別限定，但優(yōu)選如圖10 (b)所示，以連結(jié)屬于第一元件對的力檢測元件30a的中心與力檢測元件30c的中心的軸Al同連結(jié)屬于第二元件對的力檢測元件30b的中心與力檢測元件30d的中心的軸A2正交的方式配置第一元件對與第二元件對。由此，能夠均勻地檢測對底板2或者蓋板4施加的外力(沿著圖中的χ軸、y軸、ζ軸施加的外力)。
[0293]另外，優(yōu)選力檢測元件30a、30b、30c、30d沿著底板2或者蓋板4的周向以等角度間隔配置，更優(yōu)選以等間隔配置成以底板2或者蓋板4的中心點(diǎn)為中心的同心圓狀。由此，能夠均勻地檢測對底板2或者蓋板4施加的外力(沿著圖中的χ軸、y軸、ζ軸施加的外力)。
[0294]另外，在圖10 (b)的構(gòu)成中，力檢測元件30a、30b、30c、30d的電軸Ρβ 1、Ρβ2、?3 3、？0 4朝向底板2的外側(cè)(離心方向)，但本發(fā)明并不限于此。即，只要以力檢測元件30a的電軸Ρβ I的方向與力檢測元件30c的電軸Ρβ 3的方向朝向相互相反的方向、且力檢測元件30b的電軸Ρβ2的方向、與力檢測元件30d的電軸Ρβ 4的方向朝向相互相反的方向的方式配置，力檢測元件30a、30b、30c、30d的電軸P β 1、P β 2、P β 3、P β 4也可以朝向底板2的中心方向(向心方向)。由此，力檢測元件30a、30b、30c、30d的電軸Pa 1、Pa 2、Pa 3、Pa 4朝向以底板2的中心點(diǎn)為中心的圓的切線方向。因此，后述的外力檢測電路50能夠容易地檢測繞ζ軸的旋轉(zhuǎn)力成分Mz。
[0295]外力檢測電路[0296]外力檢測電路50具有通過獲取分別從力檢測元件30a、30b、30c、30d輸出的電壓Va、νβ、Vy的差量，來運(yùn)算χ軸方向的平移力成分(剪切力)Fx、y軸方向的平移力成分(剪切力)Fy,ζ軸方向的平移力成分(壓縮/拉伸力)χ軸的旋轉(zhuǎn)力成分y軸的旋轉(zhuǎn)力成分My、繞ζ軸的旋轉(zhuǎn)力成分Mz的6軸力的功能。各力成分能夠利用以下的式子求出。此外，為了式子的簡單化，如圖10 (b)所示，力檢測元件30a、30b、30c、30d配置成以底板2或者蓋板4的中心點(diǎn)為中心的半徑L的同心圓狀，但本發(fā)明并不限于此。
[0297]公式4 [0298]Fx= {V β 3cos ( θ 3) -V β Icos ( θ I)} + {V β 2cos ( θ 2) -V β 4cos ( θ 4)} + {V α Icos (31 /2- θ 1)-Va 3cos ( π/2-θ 3)} + {V a 4cos (π/2~θ 4) -V a 2cos (π/2~θ 2)} = (V β t3cos ( θ 3) -V β tlcos ( θ I)} + {V β t2cos ( θ 2) -V β t4cos ( θ 4)} + (V a tlcos (Ji /2- θ I) -V a t3cos (3? /2- θ 3)} + {Va t4cos (π/2~θ 4) -V a t2cos (π/2~θ 2)} +D {cos ( θ 3) -cos ( θ I) +cos ( θ 2) -cos ( θ 4)} +D {cos (Ji /2- θ I) -cos (Ji /2- θ 3) +cos (Ji /2- θ 4) -cos (Ji /2- θ 2)}
[0299]Fy = {V β Isin ( θ I) -V β 3sin ( θ 3)} + {V β 2sin ( θ 2) -V β 4sin ( θ 4)} + {V a Isin(31 /2- θ I) -V a 3sin ( π/2-θ 3)} + {V a 2sin (π/2~θ 2) -V a 4sin ( π /2- θ 4)} = {V β tlsin ( θ I) -V β t3sin ( θ 3)} + {V β t2sin ( θ 2) -V β t4sin ( θ 4)} + {Va tlsin(3i/2- θ I)-V at3sin (3? /2- θ 3)} + {V a t2sin ( π/2-θ 2) -V a t4sin ( π /2- θ 4)} +D {sin (Vl) -sin ( θ 3)+siη ( θ 2)—sin ( θ 4)} +D {sin (τι /2~ θ I)—sin ( π /2~ θ 3) +sin (τι /2~ θ 2)—sin (τι /2~ θ 4)}
[0300]Fz = V y 1-V y 2+V y 3-V y 4 = (Vy tl+D) -(Vy t2+D) + (Vy t3+D) -(Vy t4+D)=Vy tl-Vy t2+Vy t3-Vy t4
[0301]Mx = LX {-Vy lcos( Θ 1+3 π/2)+V y 2cos ( Θ 2+π/2)+V y 3cos ( Θ 3+3 π /2) -V y4cos ( Θ 4+ π /2)} = LX {-Vy tlcos ( Θ 1+3 ji /2) +V y t2cos ( Θ 2+ π /2) +V y t3cos ( Θ 3+3
/2)—V y t4cos ( Θ 4+ Ti /2)} +L X D cos ( Θ 1+3 Ti /2) +cos ( Θ 2+ Ti /2) +cos ( Θ 3+3 Ti /2) _cos ( Θ 4+ π /2)}
[0302]My = LX {Vy lsin( Θ 1+ji /2)+V y 2sin ( Θ 2+π /2)-V y 3sin ( θ 3+π /2)-Vy 4sin ( Θ 4+ π /2)} = LX {Vy tlsin( Θ 1+ji/2)+Vy t2sin ( Θ 2+ π /2) -V y t3sin ( Θ 3+ π /2)-Vy t4sin( Θ 4+π /2)}+LXD {sin ( Θ 1+ji /2)+sin( Θ 2+π/2)-sin ( Θ 3+π /2)-sin ( Θ 4+
π /2)}
[0303]Mz = LX {Va 1-V a 2+V a 3-V a 4} = LX {(V a tl+D) - (V a t2+D) + (V a t3+D) - (V at4+D)} = LX (V a tl-V a t2+V a t3_V a t4)
[0304]這里，L是常量。
[0305]這樣，通過獲取從各力檢測元件30a、30b、30c、30d輸出的各電壓Va、νβ、Vy的差量，能夠使與電容器134所積蓄的電荷量成比例的電壓成分(真實(shí)值)V a t、V β t、V Y t的差量的絕對值不減少，而使輸出漂移D的絕對值減少。結(jié)果能夠減少輸出漂移D，并能夠提高力檢測裝置IOlb的檢測精度以及檢測分辨率。另外，上述的減少輸出漂移D的方法在延長了測定時(shí)間的情況下也是有效的，所以能夠延長力檢測裝置IOlb的測定時(shí)間。
[0306]并且，在角度Θ 1、Θ 2、Θ 3、Θ 4滿足Θ I = Θ 3、Θ 2 = Θ 4的情況下，上述計(jì)算式被簡單化，如以下所示。
[0307]公式5
[0308]Fx = {V β t3cos ( θ 3) -V β tlcos ( θ I)} + {V β t2cos ( θ 2) -V β t4cos ( θ 4)} + {V αtlcos (31 /2- θ I) -v a t3cos ( ji/1-θ 3)} + {V α t4cos ( π /2- θ 4) -V α t2cos ( π/2-θ 2)}
[0309]Fy = {V β tlsin ( θ I) -V β t3sin ( θ 3)} + {V β t2sin ( θ 2) -V β t4sin ( θ 4)} + {V αtlsin ( π /2- θ 1)-Va t3sin ( π/2-θ 3)} + {V a t2sin ( π /2- θ 2) -V a t4sin ( π /2- θ 4)}
[0310]Fz = V Y tl-V Y t2+V Y t3_V Y t4
[0311]Mx = LX {-Vy tlcos( θ 1+3 π/2)+V y t2cos ( Θ 2+π/2)+V y t3cos ( Θ 3+3 π /2)-V y t4cos ( Θ 4+ π /2)}
[0312]My = LX {Vy tlsin( Θ 1+ji/2)+V y t2sin ( Θ 2+π/2)-V y t3sin ( Θ 3+ π /2) -V ytsin ( Θ 4+ π/2)}
[0313]Mz = LX (Va tl-Va t2+Va t3-Va t4)
[0314]在該情況下，能夠除去輸出漂移D。結(jié)果能夠進(jìn)一步提高力檢測裝置IOlb的檢測精度以及檢測分辨率。另外，能夠進(jìn)一步延長力檢測裝置IOIb的測定時(shí)間。
[0315]并且，在角度Θ 1、Θ 2、Θ 3、Θ 4 滿足 Θ1=Θ3=3Ι / 2, Θ 2 = Θ 4 = O 的情況下，上述計(jì)算式被進(jìn)一步簡單化，如以下所示。
[0316]公式6
[0317]Fx = V β t2-V β t4+V a tl-V a t3
[0318]Fy = V β tl-V β t3+V a t2~V a t4
[0319]Fz = V y tl-V y t2+V y t3-V y t4
[0320]Mx = LX (-Vy tl+Vy t3)
[0321 ] My = LX (Vy t2_V y t4)
[0322]Mz = LX (V a tl-V a t2+V a t3_V a t4)
[0323]這樣，外力檢測電路150通過獲取從各力檢測元件30a、30b、30c、30d輸出的各電壓Va、νβ、Vy的差量，能夠減少由轉(zhuǎn)換輸出電路132a、32b、32c的開關(guān)元件135的漏電流所引起的輸出漂移D，并檢測出6軸力。結(jié)果由漏電流(輸出漂移D)所引起的檢測誤差相對地減小，且能夠提高力檢測裝置IOlb的檢測精度以及檢測分辨率。另外，上述的減少輸出漂移D的方法在延長了測定時(shí)間的情況下也是有效的，所以能夠延長力檢測裝置IOlb的測定時(shí)間。并且，在本實(shí)施方式的力檢測裝置IOlb中，無需如反向偏置電路那樣的用于減少輸出漂移的電路，所以能夠使力檢測裝置IOlb小型化。
[0324]此外，本實(shí)施方式的力檢測裝置IOlb具有形成第一元件對的力檢測元件30a、30c以及形成第二元件對的力檢測元件30c、30d這兩對元件對，但本發(fā)明并不限于此。在力檢測裝置IOlb如圖10(b)所示具有第一元件對以及第二元件對這兩對元件對的情況下，能夠如上述那樣通過非常簡單的運(yùn)算求出6軸力，所以能夠使外力檢測電路50簡單化。另外，在力檢測裝置IOlb具有三對以上的元件對的情況下，能夠以更高的精度檢測6軸力。
[0325]第六實(shí)施方式
[0326]接下來，基于圖13，對本發(fā)明的第六實(shí)施方式的單臂機(jī)械手進(jìn)行說明。以下，對于第六實(shí)施方式，以與上述的實(shí)施方式的不同點(diǎn)為中心進(jìn)行說明，對于相同的事項(xiàng)，省略其說明。
[0327]圖13是表示使用了本發(fā)明的力檢測裝置I (la、lb、IOla或者101b)的單臂機(jī)械手的一個(gè)例子的圖。圖13的單臂機(jī)械手500具有基臺(tái)510、臂連結(jié)體520、設(shè)置在臂連結(jié)體520的前端側(cè)的末端執(zhí)行器530、以及設(shè)置在臂連結(jié)體520與末端執(zhí)行器530之間的力檢測裝置 I (la、lb、101a 或者 101b)。
[0328]基臺(tái)510具有收納產(chǎn)生用于使臂連結(jié)體520轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力的致動(dòng)器(未圖示)以及控制致動(dòng)器的控制部(未圖示)等的功能。另外，基臺(tái)510被固定在例如，地板、墻壁、天棚、可移動(dòng)的臺(tái)車上等。
[0329]臂連結(jié)體520通過具有第一臂521、第二臂522、第三臂523、第四臂524以及第五臂525，并使相鄰的臂彼此自由轉(zhuǎn)動(dòng)地連結(jié)而構(gòu)成。臂連結(jié)體520通過根據(jù)控制部的控制，以各臂的連結(jié)部為中心以復(fù)合的方式進(jìn)行旋轉(zhuǎn)或者彎曲來驅(qū)動(dòng)。
[0330]末端執(zhí)行器530具有把持對象物的功能。末端執(zhí)行器530具有第一指531以及第二指532。在通過臂連結(jié)體520的驅(qū)動(dòng)，而末端執(zhí)行器530到達(dá)規(guī)定的動(dòng)作位置后，調(diào)整第一指531以及第二指532的分開距離，從而能夠把持對象物。
[0331]力檢測裝置I具有使用上述的實(shí)施方式的力檢測裝置la、lb、101a、101b的某一個(gè)，來檢測對末端執(zhí)行器530施加的外力的功能。通過將力檢測裝置I檢測的外力反饋給基臺(tái)510的控制部，能夠使單臂機(jī)械手500執(zhí)行更加精密的作業(yè)。另外，根據(jù)力檢測裝置I檢測出的6軸力，單臂機(jī)械手500能夠檢測出末端執(zhí)行器530與障礙物的接觸等。因此，能夠容易地進(jìn)行在以往的位置控制中困難的障礙物回避動(dòng)作、對象物損傷回避動(dòng)作等，單臂機(jī)械手500能夠更加安全地執(zhí)行作業(yè)。并且，在本實(shí)施方式的力檢測裝置I中，無需像反向偏置電路那樣的用于減少輸出漂移的電路，所以能夠使力檢測裝置I小型化。因此，能夠使單臂機(jī)械手500小型化。
[0332]此外，在圖示的構(gòu)成中，臂連結(jié)體520由共計(jì)5根臂構(gòu)成，但本發(fā)明并不限于此。臂連結(jié)體520由一根臂構(gòu)成的情況、由2?4根臂構(gòu)成的情況、由6根以上的臂構(gòu)成的情況都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0333]第七實(shí)施方式
[0334]接下來，基于圖14，對作為本發(fā)明的第七實(shí)施方式的移動(dòng)體進(jìn)行說明。以下，對于第七實(shí)施方式，以與上述的實(shí)施方式不同的點(diǎn)為中心進(jìn)行說明，對于相同的事項(xiàng)，省略其說明。
[0335]圖14是表示使用了上述的力檢測裝置1( la、lb、IOla或者101b)的移動(dòng)體的一個(gè)例子的圖。圖14的移動(dòng)體900能夠通過被賦予的動(dòng)力來移動(dòng)。移動(dòng)體900并不特別限定，例如，是汽車、摩托車、飛機(jī)、船、電車等交通工具，雙足行走機(jī)器人、車輪移動(dòng)機(jī)器人等機(jī)器人等。
[0336]移動(dòng)體900具有主體910 (例如，交通工具的殼體、機(jī)械手的主體等)、供給用于使主體910移動(dòng)的動(dòng)力的動(dòng)力部920、檢測因主體910的移動(dòng)而產(chǎn)生的外力的力檢測裝置I(la、lb、101a或者101b)、以及控制部930。
[0337]若主體910通過從動(dòng)力部920供給的動(dòng)力而移動(dòng)，則伴隨移動(dòng)而產(chǎn)生振動(dòng)、加速度等。力檢測裝置I檢測由伴隨移動(dòng)而產(chǎn)生的振動(dòng)、加速度等所引起的外力。將由力檢測裝置I檢測出的外力傳遞至控制部930?？刂撇?30通過根據(jù)從力檢測裝置I傳遞出的外力來控制動(dòng)力部920等，能夠執(zhí)行姿勢控制、振動(dòng)控制以及加速控制等控制。并且，在力檢測裝置I中，無需像反向偏置電路那樣的用于減少輸出漂移的電路，所以能夠使力檢測裝置I小型化。因此，能夠使移動(dòng)體900小型化。
[0338]另外，力檢測裝置I (la、lb、101a、101b)也能夠應(yīng)用于振動(dòng)計(jì)、加速度計(jì)、重力計(jì)、動(dòng)力計(jì)、地震計(jì)或者傾斜計(jì)等各種測定設(shè)備，使用力檢測裝置I的各種測定設(shè)備也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0339]以上，基于圖示的實(shí)施方式，對本發(fā)明的力檢測裝置、及使用該力檢測裝置的機(jī)械手、以及移動(dòng)體進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限于此，各部的構(gòu)成也能夠置換為具有相同的功能的任意的構(gòu)成。另外，也可以對本發(fā)明附加其他的任意的構(gòu)成物。另外，本發(fā)明也可以是組合了上述實(shí)施方式中的任意兩個(gè)以上的構(gòu)成(特征)而成的裝置。
[0340]附圖標(biāo)記說明
[0341]1、la、lb、10la、10Ib…力檢測裝置；2…底板；4…蓋板；10a、10b、131…電荷輸出元件、11...接地電極層、12...(第一)壓電體、13…第二壓電體、20、20a、20b、20c...轉(zhuǎn)換輸出電路;21…運(yùn)算放大器;22...電容器；23…開關(guān)兀件;30…補(bǔ)償用信號輸出電路；30a、30b、30c、30d…力檢測元件；40a、40b…外力檢測電路；41a、42a…放大器；41b…AD轉(zhuǎn)換器；42b…運(yùn)算電路；43a…差分放大器；50…半導(dǎo)體基板；60、70…層間絕緣層；71…貫通孔；80a、80b…配電層;100…6軸力檢測裝置(力檢測裝置)；101…第一基板；102…第二基板；103a、103b…力檢測兀件；105…外力檢測電路；121…第一壓電板；122…內(nèi)部電極；123…第二壓電板;132、132a、132b、132c…轉(zhuǎn)換輸出電路;133…運(yùn)算放大器；134…電容器；135…開關(guān)元件；221、421…電容器下部電極層；222、422…電容器絕緣層；223、423…電容器上部電極層；231…第三壓電板；232…內(nèi)部電極；233…第四壓電板；241…第五壓電板；242…內(nèi)部電極；243…第六壓電板；301a…第一電荷輸出兀件；301b…第二電荷輸出兀件；310…接地電極層；320…β軸用壓電體；321…第一壓電板；322…內(nèi)部電極；323…第二壓電板；330…第一 Y軸用壓電體；331…第三壓電板；332…內(nèi)部電極；333…第四壓電板；340…第一 α軸用壓電體；341…第五壓電板；342…內(nèi)部電極；343…第六壓電板;350…第二 Y軸用壓電體；360 …第二 α軸用壓電體；500…單臂機(jī)械手；900…移動(dòng)體。
【權(quán)利要求】
1.一種力檢測裝置，其特征在于，具備: 電荷輸出兀件，其根據(jù)外力來輸出電荷； 轉(zhuǎn)換輸出電路，其具有第一電容器，且將所述電荷轉(zhuǎn)換為電壓并輸出所述電壓； 補(bǔ)償用信號輸出電路，其具有第二電容器，并輸出補(bǔ)償用信號；以及外力檢測電路，其基于從所述轉(zhuǎn)換輸出電路輸出的所述電壓、和從所述補(bǔ)償用信號輸出電路輸出的所述補(bǔ)償用信號，來檢測所述外力， 其中，所述第二電容器的靜電容量比所述第一電容器的靜電容量小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的力檢測裝置，其特征在于， 在將所述第一電容器的所述靜電容量設(shè)為Cl、將所述第二電容器的所述靜電容量設(shè)為C2 時(shí)，C2 / Cl 為 0.1 ~0.8。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的力檢測裝置，其特征在于， 所述外力檢測電路具有增益校正部，該增益校正部對從所述轉(zhuǎn)換輸出電路輸出了的所述電壓、和從所述補(bǔ)償用信號輸出電路輸出了的所述補(bǔ)償用信號的至少一方賦予增益來進(jìn)行校正， 所述外力檢測電路基于通過所述增益校正部校正后的所述電壓和所述補(bǔ)償用信號，來檢測所述外力。
4.一種力檢測裝置，其特征在于，具備: 第一元件以及第二元件，其根據(jù)外力來輸出電壓；和 外力檢測電路，其基于從所述第一元件以及所述第二元件輸出了的所述電壓，來檢測所述外力， 所述第一元件以及所述第二元件具有: 壓電體，其具有電軸，根據(jù)沿著所述電軸的所述外力來輸出電荷；和 轉(zhuǎn)換輸出電路，其將從所述壓電體輸出了的所述電荷轉(zhuǎn)換為所述電壓， 其中，所述第一元件以及所述第二元件被配置成所述第一元件的所述壓電體具有的所述電軸的方向與所述第二元件的所述壓電體所具有的所述電軸的方向朝向相互相反的方向。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的力檢測裝置，其特征在于， 對于所述第一元件以及所述第二元件而言，所述第一元件的所述壓電體的所述電軸的方向與所述第二元件的所述壓電體的所述電軸的方向在同一軸上相互對置。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或者5所述的力檢測裝置，其特征在于， 所述各壓電體分別具有: 第一壓電板，其具有第一晶軸； 第二壓電板，其與所述第一壓電板對置地設(shè)置，并具有第二晶軸；以及 內(nèi)部電極，其設(shè)置在所述第一壓電板與所述第二壓電板之間， 其中，所述第一壓電板的所述第一晶軸與所述第二壓電板的所述第二晶軸極性不同。
7.根據(jù)權(quán)利要求4~6中的任意一項(xiàng)所述的力檢測裝置，其特征在于， 所述外力檢測部通過獲取從所述第一元件以及所述第二元件輸出了的所述電壓的差量，來檢測對所述力檢測裝置施加的所述外力。
8.根據(jù)權(quán)利要求4~7中的任意一項(xiàng)所述的力檢測裝置，其特征在于，在將所述壓電體的層疊方向設(shè)為Y軸方向、將與所述Y軸方向正交且相互正交的方向分別設(shè)為α軸方向、β軸方向的情況下， 所述壓電體之一是根據(jù)沿著所述α軸方向的所述外力來輸出所述電荷的α軸用壓電體， 所述壓電體之一是根據(jù)沿著所述β軸方向的所述外力來輸出所述電荷的β軸用壓電體， 所述壓電體之一是根據(jù)沿著所述Y軸方向的所述外力來輸出所述電荷的Y軸用壓電體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的力檢測裝置，其特征在于， 所述力檢測裝置具有兩個(gè)所述第一元件、和兩個(gè)所述第二元件， 一個(gè)所述第一元件以及一個(gè)所述第二元件的所述α軸用壓電體的所述電軸的方向朝向與另一個(gè)所述第一元件以及另一個(gè)所述第二元件的所述α軸用壓電體的所述電軸的方向相反的方向， 所述一個(gè)第一元件以及所述一個(gè)第二元件的所述Y軸用壓電體的所述電軸的方向朝向與所述另一個(gè)第一元件以及所述另一個(gè)第二元件的所述Y軸用壓電體的所述電軸的方向相反的方向。
10.根據(jù)權(quán)利要求1~9中的任意一項(xiàng)所述的力檢測裝置，其特征在于， 所述力檢測裝置具備賦予所述外力的、底板和與所述底板分離地設(shè)置的蓋板， 所述各元件設(shè)置在所述底板與所述蓋板之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的力檢測裝置，其特征在于， 所述各元件沿著所述底板或者所述蓋板的周向以等角度間隔配置。
12.—種機(jī)械手，其特征在于，具備: 至少一個(gè)臂連結(jié)體，其具有多個(gè)臂，并使所述多個(gè)臂的相鄰的所述臂彼此自由轉(zhuǎn)動(dòng)地連結(jié)； 末端執(zhí)行器，其被設(shè)置在所述臂連結(jié)體的前端側(cè)；以及 權(quán)利要求1~3中的任意一項(xiàng)所述的力檢測裝置，其設(shè)置在所述臂連結(jié)體與所述末端執(zhí)行器之間，并檢測對所述末端執(zhí)行器施加的外力。
13.一種機(jī)械手，其特征在于，具備: 至少一個(gè)臂連結(jié)體，其具有多個(gè)臂，并使所述多個(gè)臂的相鄰的所述臂彼此自由轉(zhuǎn)動(dòng)地連結(jié)； 末端執(zhí)行器，其被設(shè)置在所述臂連結(jié)體的前端側(cè)；以及 權(quán)利要求4~11中的任意一項(xiàng)所述的力檢測裝置，其設(shè)置在所述臂連結(jié)體與所述末端執(zhí)行器之間，并檢測對所述末端執(zhí)行器施加的外力。
14.一種移動(dòng)體,其特征在于,具備: 動(dòng)力部，其供給用于移動(dòng)的動(dòng)力；和 權(quán)利要求1~3中的任意一項(xiàng)所述的力檢測裝置，其檢測由于所述移動(dòng)而產(chǎn)生的外力。
15.—種移動(dòng)體,其特征在于,具備: 動(dòng)力部，其供給用于移動(dòng)的動(dòng)力；和 權(quán)利要求4~11中的任意一項(xiàng)所述的力檢測裝置，其檢測由于所述移動(dòng)而產(chǎn)生的外力。
【文檔編號】B25J19/00GK103994845SQ201410053005
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年2月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月19日
【發(fā)明者】神谷俊幸, 松本隆伸, 岡秀明, 河合宏紀(jì) 申請人:精工愛普生株式會(huì)社