模擬電路板4的各元件以及各布線以外的部位、數(shù)字電路板5的各元件以及各布線以外部位的構(gòu)成材料，分別沒有特別限定，例如能夠使用各種樹脂材料、各種金屬材料等。
[0072]<傳感器設(shè)備>
[0073]傳感器設(shè)備6具有電荷輸出元件10和收納電荷輸出元件10的殼體60。
[0074]殼體60具有:基部(第I部件)61，其具有凹部611 ;和蓋體(第2部件)62，其與該基部61卡合。電荷輸出元件10設(shè)置于基部61的凹部611，該基部61的凹部611由蓋體62密封。由此，能夠保護(hù)電荷輸出元件10，從而能夠提供可靠性高的力檢測裝置I。此外，電荷輸出元件10的上表面與蓋體62接觸。另外，殼體60的蓋體62配置于上側(cè)，即配置于第2基部3側(cè)，基部61配置于下側(cè)，即配置于第I基部2側(cè)，該基部61固定于模擬電路板4。通過該結(jié)構(gòu)，基部61與蓋體62被凸部21與第2基部3夾持而被加壓，從而利用該基部61與蓋體62對電荷輸出元件10進(jìn)行夾持并進(jìn)行加壓。
[0075]另外，作為基部61的構(gòu)成材料，沒有特別限定，例如能夠使用陶瓷等絕緣性材料等。另外，作為蓋體62的構(gòu)成材料，沒有特別限定，例如能夠使用不銹鋼等各種金屬材料等。此外，基部61的構(gòu)成材料與蓋體62的構(gòu)成材料可以相同，另外也可以不同。
[0076]另外，殼體60的形狀沒有特別限定，但在本實(shí)施方式中，如圖2所示，在俯視觀察第I基部2的情況下，呈四邊形。此外，作為俯視觀察殼體60的情況下的上述其他形狀，可舉出五邊形等其他多邊形、圓形、橢圓形等。另外，在殼體60的形狀為多邊形的情況下，例如其角部可以帶有弧度，另外也可以被斜切開。
[0077]另外，蓋體62在本實(shí)施方式中呈板狀，其中央部625與外周部626之間的部位彎曲，從而中央部625朝向第2基部3突出。中央部625的形狀沒有特別限定，但在本實(shí)施方式中，在俯視觀察第I基部2的情況下，呈與電荷輸出元件10相同的形狀，即呈四邊形。此夕卜，蓋體62的中央部625的上表面以及下表面均為平面。
[0078]另外，如圖4所示，凹部611具有臺階部613，臺階部613是凹部611的深度(A軸方向的長度)階段性地變化的部分。在臺階部613設(shè)置有4個端子63a、63b、63c、63d。
[0079]各端子63a、63b、63c、63d為大致相同的結(jié)構(gòu)，因此以下，代表性地對端子63a進(jìn)行說明。如圖4的(a)所示，端子63a具有:向凹部611內(nèi)露出的部分65 ;和埋設(shè)于基部61，且一部分向殼體60的外側(cè)露出的部分66。部分65利用連接電極181與電荷輸出元件10電連接。另一方面，部分66經(jīng)由未圖示的布線與模擬電路板4電連接。由此，電荷輸出元件10與模擬電路板4電連接。
[0080]在這種殼體60內(nèi)，收納有電荷輸出元件10。對于該電荷輸出元件10之后進(jìn)行詳述。
[0081]<轉(zhuǎn)換輸出電路>
[0082]如圖3所示，電荷輸出元件10連接著轉(zhuǎn)換輸出電路90a、90b、90c。轉(zhuǎn)換輸出電路90a具有將從電荷輸出元件10輸出的電荷Qa轉(zhuǎn)換為電壓Va的功能。轉(zhuǎn)換輸出電路90b具有將從電荷輸出元件10輸出的電荷Qb轉(zhuǎn)換為電壓Vb的功能。轉(zhuǎn)換輸出電路90c具有將從電荷輸出元件10輸出的電荷Qc轉(zhuǎn)換為電壓Vc的功能。轉(zhuǎn)換輸出電路90a、90b、90c相同，因此以下，代表性地對轉(zhuǎn)換輸出電路90c進(jìn)行說明。
[0083]轉(zhuǎn)換輸出電路90a具有將從電荷輸出元件10輸出的電荷Qa轉(zhuǎn)換為電壓Va并輸出電壓Va的功能。轉(zhuǎn)換輸出電路90a具有運(yùn)算放大器91、電容器92、以及開關(guān)元件93。運(yùn)算放大器91的第I輸入端子(負(fù)輸入)與電荷輸出元件10的輸出電極層124x、124y連接，運(yùn)算放大器91的第2輸入端子(正輸入)接地于地面(基準(zhǔn)電位點(diǎn))。另外，運(yùn)算放大器91的輸出端子與外力檢測電路40連接。電容器92連接于運(yùn)算放大器91的第I輸入端子與輸出端子之間。開關(guān)元件93連接于運(yùn)算放大器91的第I輸入端子與輸出端子之間，并與電容器92并聯(lián)連接。另外，開關(guān)元件93與驅(qū)動電路(未圖示)連接，根據(jù)來自驅(qū)動電路的接通/斷開(οη/ο??)信號，使開關(guān)元件93執(zhí)行開關(guān)動作。
[0084]在開關(guān)元件93斷開的情況下，從電荷輸出元件10輸出的電荷Qa蓄積于具有靜電電容Cl的電容器92，作為電壓Va被輸出至外力檢測電路40。接下來，在開關(guān)元件93接通的情況下，電容器92的兩端子間短路。其結(jié)果是，蓄積于電容器92的電荷Qa被放電而變?yōu)镺庫倫，輸出至外力檢測電路40的電壓V變?yōu)镺伏。將開關(guān)元件93接通的情況稱為復(fù)位轉(zhuǎn)換輸出電路90a。此外，理想的從轉(zhuǎn)換輸出電路90a輸出的電壓Va與從電荷輸出元件10輸出的電荷Qa的蓄積量成比例。
[0085]開關(guān)元件93 例如為 MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor:金氧半場效晶體管)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)相比小型且輕型，因此有利于力檢測裝置I的小型化以及輕型化。以下，作為代表例，對作為開關(guān)元件93使用了 MOSFET的情況進(jìn)行說明。
[0086]開關(guān)元件93具有漏極電極、源極電極以及柵極電極。開關(guān)元件93的漏極電極或者源極電極的一方與運(yùn)算放大器91的第I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91的輸出端子連接。另外，開關(guān)元件93的柵極電極與驅(qū)動電路(未圖示)連接。
[0087]在各轉(zhuǎn)換輸出電路90a、90b、90c的開關(guān)元件93可以連接有相同的驅(qū)動電路，也可以連接有各自不同的驅(qū)動電路。從驅(qū)動電路向各開關(guān)元件93輸入全部同步的接通/斷開信號。由此，各轉(zhuǎn)換輸出電路90a、90b、90c的開關(guān)元件93的動作同步。即，各轉(zhuǎn)換輸出電路90a、90b、90c的開關(guān)元件93的接通/斷開時機(jī)一致。
[0088]<外力檢測電路>
[0089]外力檢測電路40具有基于從轉(zhuǎn)換輸出電路90a輸出的電壓Va、從轉(zhuǎn)換輸出電路90b輸出的電壓Vb、以及從轉(zhuǎn)換輸出電路90c輸出的電壓Vc，來檢測被施加的外力的功能。外力檢測電路40具有與轉(zhuǎn)換輸出電路90a、90b、90c連接的AD轉(zhuǎn)換器401、以及與AD轉(zhuǎn)換器401連接的運(yùn)算部402。
[0090]AD轉(zhuǎn)換器401具有將電壓Va、Vc、Vb從模擬信號向數(shù)字信號轉(zhuǎn)換的功能。利用AD轉(zhuǎn)換器401數(shù)字轉(zhuǎn)換后的電壓Va、Vc、Vb被輸入運(yùn)算部402。
[0091]S卩，在被施加了第I基部2以及第2基部3的相對位置沿A軸方向相互錯開的外力的情況下，AD轉(zhuǎn)換器401輸出電壓Va。同樣，在被施加了第I基部2以及第2基部3的相對位置沿B軸方向相互錯開的外力的情況下，AD轉(zhuǎn)換器401輸出電壓Vb。另外，在被施加了第I基部2以及第2基部3的相對位置沿C軸方向相互錯開的外力的情況下，AD轉(zhuǎn)換器401輸出電壓Vc。
[0092]運(yùn)算部402對于數(shù)字轉(zhuǎn)換出的電壓Va、Vc、Vb，例如進(jìn)行消除靈敏度在各轉(zhuǎn)換輸出電路90a、90b、90c間的差異的修正等各種處理。而且，運(yùn)算部402輸出與從電荷輸出元件10輸出的電荷Qa、Qc、Qb的蓄積量成比例的3個信號。該3個信號與施加于電荷輸出元件10的3軸力(剪切力以及壓縮/拉伸力)對應(yīng)，因此力檢測裝置I能夠檢測施加于電荷輸出元件10的3軸力。
[0093]如圖1以及圖2所示，在該力檢測裝置I中，在第I基部2設(shè)置有凸部(第I凸部)21。在該第I基部2與第2基部3中，凸部21成為內(nèi)側(cè)，第I基部2的面與第2基部3的面隔開間隔地對置。此外，凸部21的上表面(與第2基部3對置的面)211為平面。該凸部21可以與第I基部2形成為一體，另外也可以利用其他部件形成。此外，凸部21的構(gòu)成材料沒有特別限定，例如可以與第I基部2相同。
[0094]另外，凸部21的位置沒有特別限定，但在本實(shí)施方式中，凸部21配置于第I基部2的中央部。
[0095]另外，凸部21的形狀沒有特別限定，但在本實(shí)施方式中，在俯視觀察第I基部2的情況下，呈與電荷輸出元件10相同的形狀，即呈四邊形。此外，作為俯視觀察凸部21的情況下的上述其他形狀，可舉出四邊形、五邊形等多邊形、橢圓形等。
[0096]另外，在模擬電路板4的配置有電荷輸出元件10的部位，即在中央部，形成有供凸部21插入的孔41。該孔41為貫通模擬電路板4的貫通孔?？?1的形狀沒有特別限定，但在本實(shí)施方式中，在俯視觀察第I基部2的情況下，呈與凸部21相同的形狀，即呈四邊形。此外，模擬電路板4支承于凸部21。
[0097]同樣，在數(shù)字電路板5的配置有電荷輸出元件10的部位，即在中央部，形成有供凸部21插入的孔51。孔51的形狀沒有特別限定，但在本實(shí)施方式中，在俯視觀察第I基部2的情況下，呈與凸部21相同的形狀，即呈四邊形。此外，數(shù)字電路板5支承于凸部21。
[0098]此外，在模擬電路板4形成有供兩個加壓螺栓71插入的兩個孔42，同樣，在數(shù)字電路板5形成有供兩個加壓螺栓71插入的兩個孔52。
[0099]凸部21插入模擬電路板4的孔41以及數(shù)字電路板5的孔51，并向電荷輸出元件10突出。而且，傳感器設(shè)備6被凸部21與第2基部3夾持，由此電荷輸出元件10隔著殼體60被凸部21與第2基部3夾持。此外，第2基部3的下表面(與第I基部2對置的面)36為平面，其下表面36抵接于傳感器設(shè)備6的蓋體62的中央部，凸部21的上表面211抵接于基部61。
[0100]另外，凸部21的尺寸沒有特別限定，但優(yōu)選為在俯視觀察第I基部2的情況下，凸部21的面積電荷輸出元件10的面積以上，更優(yōu)選為比電荷輸出元件10的面積大。此外，在圖示的結(jié)構(gòu)中，凸部21的面積比電荷輸出元件10的面積大。而且，電荷輸出元件10在俯視觀察第I基部2的情況下(從相對于第I基部2垂直的方向觀察)配置于凸部21內(nèi)，另外電荷輸出元件10的中心線與凸部21的中心線一致。在該情況下，電荷輸出元件10只要在俯視觀察第I基部2的情況下未從凸部21伸出即可。由此，能夠?qū)﹄姾奢敵鲈?0整體施加加壓，另外在力檢測時，對電荷輸出元件10整體施加外力，從而能夠進(jìn)行精度更尚的力檢測。
[0101]另外，第I基部2、與第2基部3利用兩個加壓螺栓71來固定。此外，利用加壓螺栓71進(jìn)行的“固定”是一邊允許兩個固定對象物彼此移動規(guī)定量一邊進(jìn)行的。具體而言，第I基部2、第2基部3被兩個加壓螺栓71 —邊允許在第2基部3的面方向彼此移動規(guī)定量一邊固定。此外，這在其他的實(shí)施方式中也同樣。
[0102]各加壓螺栓71分別以其頭部715成為第2基部3側(cè)的方式配置，從形成于第2基部3的孔35被插入，并插入模擬電路板4的孔42、數(shù)字電路板5的孔52，其外螺紋716與形成于第I基部2的內(nèi)螺紋25旋合。而且，利用各加壓螺栓71對電荷輸出元件10施加規(guī)定大小的Z軸方向(參照圖4)的壓力，即施加加壓。此外，上述加壓的大小沒有特別限定，
可適當(dāng)設(shè)定。
[0103]另外，各加壓螺栓71的位置沒有特別限定，但在本實(shí)施方式中，各加壓螺栓71以沿第I基部2、第2基部3、模擬電路板4、數(shù)字電路板5的周向，等角度間隔(180°間隔)地，即在俯視觀察第2基部3的情況下隔著電荷輸出元件10對置的方式配置。由此，能夠平衡性良好地固定第I基部2與第2基部3，另外能夠平衡性良好地對各電荷輸出元件10施加加壓。此外，加壓螺栓71的個數(shù)不限定于兩個，例如也可以為3個以上。
[0104]此外，作為各加壓螺栓71的構(gòu)成材料，沒有特別限定，例如能夠使用各種樹脂材料、各種金屬材料等。
[0105]如以上說明那樣，根據(jù)該力檢測裝置1，由于模擬電路板4以及數(shù)字電路板5設(shè)置于第I基部2與第2基部3之間，所以能夠使裝置小型化。
[0106]另外，能夠利用凸部21與第2基部3不隔著模擬電路板4以及數(shù)字電路板5地夾持傳感器設(shè)備6，即能夠隔著殼體60夾持電荷輸出元件10。由此，能夠?qū)﹄姾奢敵鲈?0充分地施加加壓，另外，能夠提高力檢測的精度。
[0107]另外，殼體60的蓋體62的中央部625向第2基部3突出，因此即便第2基部3的下表面36為平面也能夠?qū)﹄姾奢敵鲈?0充分地施加加壓，另外在力檢測時，能夠防止難以施加外力的情況。而且，由于第2基部3的下表面36為平面，所以在制造時不需要進(jìn)行第2基部3與電荷輸出元件10的對位，從而能夠容易地制造力檢測裝置I。
[0108]<電荷輸出元件(傳感器元件)>
[0109]接下來對電荷輸出元件10進(jìn)行說明。
[0110]電荷輸出元件10具有與沿相互正交的3軸(A軸、B軸、C軸)施加的(承受的)外力分別對應(yīng)地輸出3個電荷Qa、Qc、Qb的功能。
[0111]如圖4所示，電荷輸出元件10具有:輸出電荷Qa、Qc、Qb的層疊體110 ;與層疊體110電連接的側(cè)面電極171、172、173、174 ;以及與側(cè)面電極171、172、173、174分別電連接的連接電極181、182、183、184。另外，層疊體110被第I覆蓋基材161以及第2覆蓋基材162夾持。
[0112][層疊體]
[0113]如圖4所示，層疊體110的形狀沒有特別限定，但在本實(shí)施方式中，在俯視觀察第I基部2的情況下，即從相對于第I基部2垂直的方向觀察時，呈四邊形。此外，作為俯視觀察層疊體110的情況下的其他外形形狀，可舉出五邊形等其他多邊形、圓形、橢圓形等。
[0114]如圖4所示，層疊體110具有:接地于地面(基準(zhǔn)電位點(diǎn))的6個接地電極層151、
152、153、154、155、156 ;與平行于A軸的外力(壓縮/拉伸力)對應(yīng)地輸出電荷Qa的第I傳感器12 ;與平行于C軸的外力(剪切力)對應(yīng)地輸出電荷Qc的第2傳感器13 ;以及與平行于B軸的外力(剪切力)對應(yīng)地輸出電荷Qb的第3傳感器14。
[0115]如圖4、圖5所示，層疊體110按接地電極層156、第3傳感器14、接地電極層155、154、第2傳感器13、接地電極層153、152、第I傳感器12、以及接地電極層151的順序從A軸方向負(fù)側(cè)開始進(jìn)行層疊。此外，第I傳感器12、第2傳感器13、第3傳感器14的層疊順序是任意的，本發(fā)明不限定于圖4、圖5所示的第I傳感器12、第2傳感器13、第3傳感器14的層疊順序。
[0116]另外，在圖4、圖5中，將第I傳感器12、第2傳感器13、第3傳感器14的層疊方向設(shè)為A軸方向，將與A軸方向正交且相互正交的方向分別設(shè)為B軸方向、C軸方向。
[0117](第I傳感器)
[0118]如圖5所示，第I傳感器12具有與沿A軸施加的(承受的)外力(壓縮/拉伸力)對應(yīng)地輸出電荷Qa的功能。第I傳感器12構(gòu)成為與平行于A軸的壓縮力對應(yīng)地輸出正電荷，與平行于A軸的拉伸力對應(yīng)地輸出負(fù)電荷。
[0119]如圖5所示，第I傳感器12具有:第I壓電體層(第I基部)121 ;與第I壓電體層(第I基部)121對置設(shè)置的第2壓電體層123 ;設(shè)置于第I壓電體層121的下表面的第I輸出電極層(內(nèi)部電極)124x ;以及設(shè)置于第2壓電體層123的上表面的第2輸出電極層(內(nèi)部電極)124y。另外，第I輸出電極層124x與第2輸出電極層124y被粘合層125接合。
[0120]第I壓電體層121由X型切割結(jié)晶板構(gòu)成，具有相互正交的3個結(jié)晶軸，即X軸(結(jié)晶軸x)、y軸(結(jié)晶軸y)以及z軸(結(jié)晶軸z)。另外，如圖6所示，第I壓電體層121的X軸方向的熱膨脹系數(shù)為13.4X 10_6 (1/K)，y軸方向的熱膨脹系數(shù)為13.4X 10_6 (1/K)，z軸方向的熱膨脹系數(shù)為7.8X 10_6(1/K)。此外，與第I壓電體層121同樣，后述的壓電體層123、13