传感器元件、力检测装置、机器人、电子部件输送装置、电子部件检查装置及部件加工装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及传感器元件、力检测装置、机器人、电子部件输送装置、电子部件检查装置以及部件加工装置。
【背景技术】
[0002]近年来，出于提高生产效率提高的目的，不断将工业用机器人导入工厂等的生产施设。这种工业机器人具备:能够相对于I个轴或者多个轴向进行驱动的臂；安装于臂前端侧的手；以及部件检查用机械、部件输送用机械、部件加工用工具等的末端执行器，并且能够执行部件的组装作业、部件加工作业、部件检查作业等部件制造作业、以及部件输送作业等各种作业。
[0003]在这种工业用机器人中，在臂与末端执行器之间设置有力检测装置。该力检测装置具备与被施加的外力对应地输出电荷的压电元件(电荷输出元件)、和将从上述压电元件输出的电荷转换为电压的转换电路(转换器)，从而能够检测施加于压电元件的外力。工业用机器人使用这种力检测装置，对部件制造作业时或者部件输送作业时所产生的外力进行检测，并基于检测结果，来控制臂以及末端执行器。其结果是，工业用机器人能够准确地执行部件制造作业或者部件输送作业等。
[0004]作为这种力检测装置有时使用水晶式压电传感器，该水晶式压电传感器使用水晶作为压电元件(例如，参照专利文献I)。该专利文献I所记载的水晶式压电传感器有较大的动态范围、高刚性、高固有频率、高抗负载性等优良的特性，因此适于工业用机器人的力检测装置。
[0005]然而，在这种水晶式压电元件中，由于从水晶输出的电荷较微弱，所以无法忽略由于温度变化而产生的输出漂移的影响。特别是，即便在未施加上述外力的情况下，也存在水晶会由于基于温度变化而引起的热膨胀或者热收缩而产生应力的担忧。由于该应力，在水晶式压电元件中即便在未施加有上述外力的情况下，也存在检测到电荷的担忧。
[0006]这样，在现有的水晶式压电元件中，存在由于温度变化的影响而产生检测精度降低这样的不良的可能性。
[0007]专利文献1:日本特开平10-68665号公报
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供能够抑制或者防止由于温度变化而引起的不良的传感器元件、力检测装置、机器人、电子部件输送装置、电子部件检查装置以及部件加工装置。
[0009](应用例I)
[0010]本发明的传感器元件具有:层叠体，其具备由X型切割水晶板构成的第I基板；由Y型切割水晶板构成的第2基板；以及由Y型切割水晶板构成的第3基板，上述层叠体由上述第I基板、上述第2基板以及上述第3基板沿层叠方向层叠而成，在从上述层叠方向的俯视下，上述第2基板的X轴与上述第3基板的X轴交叉，上述第2基板的z轴与上述第3基板的z轴交叉，上述层叠体具备与上述层叠方向平行的侧面；侧面电极，其设置于上述层叠体的上述侧面；以及连接电极，其配置于上述侧面电极与外部电极之间，并将上述侧面电极与上述外部电极电连接，在上述层叠体中具备设置于上述第I基板的至少一个面的内部电极，上述内部电极与上述连接电极的分离距离为200 μm以上。
[0011]由此，即便在连接电极发生了热变形(热膨胀或者热收缩)的情况下，也能够防止或者抑制作为外力而进行不必要的检测，即能够进一步提高检测精度，不会对于第I基板的压电效果造成影响。
[0012](应用例2)
[0013]在本发明的传感器元件中，优选上述层叠体按上述第I基板、上述第2基板以及上述第3基板的顺序层叠而成。
[0014]由此，能够使设置于第I基板的至少一个面的内部电极与连接电极分离规定距离，从而即便在连接电极发生了热变形的情况下，也能够更有效地防止或者抑制作为外力而进行不必要的检测，不会对第I基板的压电效果造成影响。另外，即便在第I基板以及第2基板由于温度变化而膨胀或者收缩的情况下，第I基板以及第2基板也膨胀或者收缩相同程度。因此，尤其能够抑制或者防止在第I基板以及第2基板由于热膨胀而产生压缩应力或者拉伸应力的情况。
[0015](应用例3)
[0016]在本发明的传感器元件中，优选上述第I基板的结晶轴y的热膨胀系数与上述第2基板的结晶轴X的热膨胀系数在实际使用上一致。
[0017]由此，即便在第I基板以及第2基板由于温度变化而膨胀或者收缩的情况下，也会使第I基板以及第2基板膨胀或者收缩相同的程度。因此，能够进一步抑制或者防止在第I基板以及第2基板由于热膨胀而产生压缩应力或者拉伸应力的情况。因此，能够进一步抑制或者进一步防止由于温度变化而输出电荷的情况。
[0018](应用例4)
[0019]在本发明的传感器元件中，优选上述侧面电极由含有Ni的材料构成。
[0020]由此，能够使第I基板的结晶轴X的热膨胀系数与侧面电极的热膨胀系数几乎相同，从而能够进一步减少或者消除由于第I基板与侧面电极的热变形的差异而对第I基板的压电效果造成影响，从而能够进行精度更高的力检测。
[0021](应用例5)
[0022]在本发明的传感器元件中，优选上述内部电极由含有Ni的材料构成。
[0023]由此，能够使第I基板的结晶轴y的热膨胀系数与电极的热膨胀系数几乎相同，从而能够进一步减少由于第I基板与电极的热变形的差异而对第I基板的压电效果造成影响，进而能够进彳丁精度更尚的力检测。
[0024](应用例6)
[0025]在本发明的传感器元件中，优选上述层叠体分别具有多个上述第I基板、上述第2基板以及上述第3基板。
[0026]由此，通过使输出的电荷变得更多，能够实现传感器元件的检测精度的提高。
[0027](应用例7)
[0028]本发明的力检测装置的特征在于，具备:传感器元件；以及基于从上述传感器元件输出的电荷来检测上述外力的外力检测电路，上述传感器元件具有:层叠体，其具备:由X型切割水晶板构成的第I基板；由Y型切割水晶板构成的第2基板；以及由Y型切割水晶板构成的第3基板，上述层叠体由上述第I基板、上述第2基板以及上述第3基板沿层叠方向层叠而成，在从上述层叠方向的俯视观察时，上述第2基板的X轴与上述第3基板的X轴交叉，上述第2基板的z轴与上述第3基板的z轴交叉，上述层叠体具备与上述层叠方向平行的侧面；侧面电极，其设置于上述层叠体的上述侧面；以及连接电极，其配置于上述侧面电极与外部电极之间，并将上述侧面电极与上述外部电极电连接，在上述层叠体中具备设置于上述第I基板的至少一个面的内部电极，上述内部电极与上述连接电极的分离距离为200 μπι 以上。
[0029]由此，能够得到与本发明的传感器元件相同的效果，并且能够基于从传感器元件输出的电荷来检测外力。
[0030](应用例8)
[0031]在本发明的力检测装置中，优选上述传感器元件设有4个以上。
[0032]由此，能够进行由3轴方向的平移力与绕3轴的旋转力构成的6轴力的力检测，并且能够通过相对的两个传感器元件的输出来补偿外力检测电路的漂移，从而能够实现力检测装置的检测精度的提高。
[0033](应用例9)
[0034]本发明的机器人的特征在于具备:至少一个臂连结体，其具有多条臂，并将上述多条臂的相邻的上述臂彼此连结为自由转动；末端执行器，其设置于上述臂连结体的前端侦h以及本发明的力检测装置，上述力检测装置设置于上述臂连结体与上述末端执行器之间，并对施加于上述末端执行器的外力进行检测。
[0035]由此，能够得到与上述本发明的传感器元件相同的效果。而且，对力检测装置检测出的外力进行反馈，从而能够更精密地执行作业。另外，通过力检测装置检测出的外力，能够对末端执行器与障碍物的接触等进行检测。因此，在现有的位置控制中能够容易地进行困难的障碍物避免动作、对象物损伤避免动作等，从而能够更安全地执行作业。
[0036](应用例10)
[0037]本发明的电子部件输送装置的特征在于，具备:把持电子部件的把持部；和本发明的力检测装置，其对施加于上述把持部的外力进行检测。
[0038]由此，能够得到与上述本发明的传感器元件相同的效果。而且，对力检测装置检测出的外力进行反馈，从而能够更精密地执行作业。另外，通过力检测装置检测出的外力，能够对把持部与障碍物的接触等进行检测。因此，在现有的位置控制中能够容易地进行困难的障碍物避免动作、对象物损伤避免动作等，从而能够更安全地执行电子部件输送作业。
[0039](应用例11)
[0040]本发明的电子部件检查装置的特征在于，具备:把持电子部件的把持部；检查上述电子部件的检查部；以及本发明的力检测装置，其对施加于上述把持部的外力进行检测。
[0041]由此，能够得到与上述本发明的传感器元件相同的效果。而且，对力检测装置检测出的外力进行反馈，从而能够更精密地执行作业。另外，通过力检测装置检测出的外力，能够对把持部与障碍物的接触等进行检测。因此，在现有的位置控制中能够容易地进行困难的障碍物避免动作、对象物损伤避免动作等，从而能够更安全地执行电子部件检查作业。
[0042](应用例12)
[0043]本发明的部件加工装置的特征在于，具备:安装工具并使上述工具位移的工具位移部；和本发明的力检测装置，其对施加于上述工具的外力进行检测。
[0044]由此，能够得到与上述本发明的传感器元件相同的效果。而且，通过对力检测装置检测出的外力进行反馈，部件加工装置能够更精密地执行部件加工作业。另外，通过力检测装置检测出的外力，能够对工具与障碍物的接触等进行检测。因此，能够在障碍物等与工具接触的情况下进行紧急停止，部件加工装置能够执行更安全的部件加工作业。
【附图说明】
[0045]图1是表示本发明的力检测装置(传感器元件)的第I实施方式的剖视图。
[0046]图2是图1所示的力检测装置(传感器元件)的俯视图。
[0047]图3是概括地表示图1所示的力检测装置的电路图。
[0048]图4是概括地表示图1所示的传感器设备的剖视图(图4的(a)为剖视图、图4的(b)为俯视图)。
[0049]图5是概括地表示图1所示的电荷输出元件的剖视图。
[0050]图6是表示图1所示的电荷输出元件的热膨胀率以及结晶轴的分解立体图。
[0051]图7是表示从X型切割板的结晶轴z的正方向观察时的单位构造的状态的概念图(图7的(a)为未赋予外力的自然状态，图7的(b)为沿A轴方向施加了压缩力的状态，图7的(c)为沿A轴方向施加了拉伸力的状态)。
[0052]图8是表示从Y型切割板的结晶轴z的负方向观察时的单位构造的状态的概念图(图8的(a)为自然状态、图8的(b)为沿C轴的正方向施加力外力的状态，图8的(c)为沿C轴的负方向施加了外力的状态)。
[0053]图9是表示电极层的形状以及与侧面电极的关系的概念图。
[0054]图10是表示从Y型切割板的结晶轴z的负方向观察时的单位构造的状态的概念图(图10的(a)为自然状态，图10的(b)为沿C轴方向施加了压缩力的状态)。
[0055]图11是表示本发明的力检测装置(传感器元件)的第2实施方式的俯视图。
[0056]图12是图11中的A-A线的剖视图。
[0057]图13是概括地表示图11所示的力检测装置的电路图。
[0058]图14是表示使用了本发明的力检测装置(传感器元件)的单臂机器人的I个例子的图。
[0059]图15是表示使用了本发明的力检测装置(传感器元件)的多臂机器人的I个例子的图。
[0060]图16是表示使用了本发明的力检测装置(传感器元件)的电子部件检查装置以及电子部件输送装置的I个例子的图。
[0061]图17是表示使用了本发明的力检测装置(传感器元件)的电子部件输送装置的I个例子的图。
[0062]图18是表示使用了本发明的力检测装置(传感器元件)的部件加工装置的I个例子的图。
[0063]图19是表示使用了本发明的力检测装置(传感器元件)的移动体的I个例子的图。
【具体实施方式】
[0064]以下，基于附图所示的优选实施方式，对本发明的传感器元件、力检测装置、机器人、电子部件输送装置、电子部件检查装置以及部件加工装置详细地进行说明。
[0065]《力检测装置》
[0066]〈第I实施方式〉
[0067]图1是表示本发明的力检测装置(传感器元件)的第I实施方式的剖视图，图2是图1所示的力检测装置(传感器元件)的俯视图，图3是概括地表示图1所示的力检测装置的电路图，图4是概括地表示图1所示的传感器设备的剖视图(图4的(a)为剖视图、图4的(b)为俯视图)，图5是概括地表示图1所示的电荷输出元件的剖视图，图6是表示图1所示的电荷输出元件的热膨胀率以及结晶轴的分解立体图，图7是表示从X型切割板的结晶轴z的正方向观察时的单位构造的状态的概念图(图7的(a)为未赋予外力的自然状态、图7的(b)为沿A轴方向施加了压缩力的状态、图7的(c)为沿A轴方向施加了拉伸力的状态)，图8是表示从Y型切割板的结晶轴z的负方向观察时的单位构造的状态的概念图(图8的(a)为自然状态、图8的(b)为沿C轴的正方向施加外力的状态、图8的(c)为沿C轴的负方向施加外力的状态)，图9是表示电极层的形状以及与侧面电极之间的关系的概念图，图10是表示从Y型切割板的结晶轴z的负方向观察时的单位构造的状态的概念图(图10的(a)为自然状态、图10的(b)为沿C轴方向施加压缩力的状态)。此外，也将图1、图4?图10的上侧称为“上(上方)”，将下侧称为“下(下方)”。
[0068]如图1所示，力检测装置I具备:第I基部2 ;第2基部3，其以从第I基部2隔开规定间隔的方式配置，并与第I基部2对置；模拟电路板(电路板)4，其设置于第I基部2与第2基部3之间；数字电路板5，其设置于第I基部2与第2基部3之间，并与模拟电路板4电连接；传感器设备6，其搭载于模拟电路板，具有电荷输出元件(传感器元件)10以及收纳电荷输出元件10的壳体60，电荷输出元件10与被施加的外力对应地输出信号；以及两个加压螺栓(固定部件)71。
[0069]如图3所示，模拟电路板4具备:转换输出电路90a，其将从所搭载的传感器设备6的电荷输出元件10输出的电荷Qa转换为电压Va ;转换输出电路90b，其将从电荷输出元件10输出的电荷Qb转换为电压Vb ;以及转换输出电路90c，其将从电荷输出元件10输出的电荷Qc转换为电压Vc。另外，数字电路板5具备检测被施加的外力的外力检测电路40。该数字电路板5配置于比模拟电路板4更靠第I基部2侧，即配置于模拟电路板4与第I基部2之间。
[0070]如图1所示，传感器设备6配置于模拟电路板4的在第2基部3侧的面，并被在第I基部2设置的后述的凸部21与第2基部3夹持。即，电荷输出兀件10隔着壳体60而被凸部21与第2基部3夹持并被加压。此外，可以将第I基部2和与第2基部3中的任意一个作为施加力的一侧的基板，但在本实施方式中，将第2基部3作为施加力的一侧的基板进行说明。另外，电荷输出元件10也可以配置于模拟电路板4的在第I基部2侧的面。
[0071]第I基部2、第2基部3、模拟电路板4、数字电路板5的形状分别没有特别限定，但在本实施方式中，如图2所示，在俯视观察第I基部2、第2基部3、模拟电路板4、数字电路板5的情况下，其外形形状呈圆形。此外，作为俯视观察第I基部2、第2基部3、模拟电路板4、数字电路板5的情况下的上述其他的外形形状，可举出四边形、五边形等多边形、椭圆形等。另外，作为第I基部2、第2基部3、