JPH03293531A - 触覚センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、触覚センサの製造方法に関し、詳しくは、複
数のセンサセルを共通の弾性床上にマトリックス状に配
列させ、個々のセンサセルに受圧部を介して加えられた
力の検出が可能な、ロボットハンド等に装着して使用さ
れるに好適な触覚センサの製造方法に関する。

［従来の技術〕 従来のロボットは、シーケンス制御あるいは開ループ制
御によって駆動されることが多く、特定の限られた環境
において作業が行なわれるために、その作業内容やロボ
ットとしての能力に限界があった。例えば、ビックアン
ドプレースロボットの場合は、流れ作業において部品の
装着を行うもので、特定の部品の把持なと一連の特定動
作に限られており、異種の部品を選択して把持するよう
な機能は有していない。しかし最近では、ロボットの知
能化が進むと共に人間の感覚に相当する視覚センサや触
覚センサが開発され、様々な環境に対応して動作可能な
ロボットが実用化しつつある。

かかる知能的ロボット用のセンサとして分布型触覚セン
サがある。このようなセンサはロボットハンド等に装着
され、ロボットハンドが物体を把持した場合、センサか
ら得られる信号を検出し、フィードバック制御すること
によって物体の把持力を制御したり、硬さを認識するこ
とができるものである。

第９図に、従来の触覚センサの一例を示す。本例は互に
直角方向に交わる細い導電性ゴム条Ａおよびゴム条Ｂを
２層にして組合せ、そのゴム条配列面に垂直方向に加え
られた力により、ゴム条接触部分の面積が増加し、抵抗
が変化するのを検出して加えられた力の大きさを知るよ
うにしたものである。ところが、このような触覚センサ
では、加えられた力に比例した出力が得られず出力が非
線形となり、また、力の分布を高密度に検出するには適
していない欠点を有していた。

以上に述べたような欠点を解決すべ（第１０〜１２Ｕに
示すような触覚センサが開発されている。第１ｆ１図お
よび１１図において、上は検出素子のセンサセル、２は
センサセル１上に形成され、把持力がほぼ垂直荷重とし
て加えられる受圧部、３Ａ〜３Ｄはセンサセル上上の受
圧部２の周囲部に配設され、センサセル１に発生する歪
を検出するための半導体ストレンゲージ、４は同じ（セ
ンサセル１上に配設されたバンブ電極、５はセンサセル
１を保持し弾性体として作用する弾性床である。

ここで、半導体ストレンゲージ３八〜３Ｄは第１２図に
示すようなホイートストンブリッジ回路に組込まれてお
り、半導体ストレンゲージ３八〜３Ｄにおける抵抗変化
を対角位置の端子から取り出すことによりセンサセル１
に加えられた力を歪の値として検出するもので、ブリッ
ジ回路への電源（Ｖ）の供給により半導体ストレンゲー
ジ３Ａ〜３Ｄがらの出力信号をバンブ電極４および不図
示のフレキシブル配線基板を介して外部に取り出すこと
ができる。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上述した形態の触覚センサは、弾性床、セン
サセル、センサセル上の受圧部と不図示のフレキシブル
配線基板、およびこれらを覆う表皮等で構成されている
が、このセンサセルと受圧部との接合方法および形状に
問題があった。

すなわち、第１３図はこのような従来の受圧部をセンサ
セル上に設ける場合の動作を示すもので、加熱されたヒ
ータ６上にセンサセル上を載置し、ビンセット７で受圧
部２を保持した上でその下面にフラックス８を塗布し、
更にフラックス８を介してはんだベレット９を付着させ
、図示のような形態に保ったまま矢印方向に下降させて
センサセル上の上面に形成されている例えば銅などの蒸
着膜ｌＯ上に手で１つずつ載置し、はんだベレット９を
ヒータ６の熱で溶融させて接合するようにしていた。

しかしながら、このような方法で接合すると、センサセ
ル上の中心に対する受圧部２の位置精度あるいはセンサ
セル上の平面に対する直角度などが不揃いとなるばかり
か作業性も悪く、製造コストが高くつく。

また、第１４図に示すように、受圧部２の上面とその周
囲の円筒部とに角部１１が形成されているために、繰返
し把持を行って力Ｐが加わるうちに表皮１２が図示のよ
うに破損する。このため被把持物にこの角部１１がひっ
かかり、ロボットのなめらかな動作が出来なかった。な
おここで、１３は前述のフレキシブル配線基板である。

本発明の目的は、上述した従来の課題に着目Ｑ１その解
決を図るべく、複数のセンサセルに対＋ｙ’ｃ同時に均
一な受圧部の接合が得られ、製造コストの低減と共にロ
ボットの安定した動作が保証できる信頼性の高い触覚セ
ンサの製造方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ かかる目的を達成するために、本発明は、上面に突設さ
れた受圧部と該受圧部の周囲に形成された複数の歪ゲー
ジとを有するセンサセルをマトリックス状に配設し、前
記センサセルに前記受圧部を介して伝達された力を前記
複数の歪ゲージを介して検出するようにした触覚センサ
の前記センサセルに前記受圧部を設けるにあたり、複数
の前記センサセルが構成可能なウェハ上における各セン
サセルの前記受圧部の形成位置に凹部を有する溶着可能
な金属蒸着層を形成し、該金属蒸着層の各凹部にフラッ
クスを注入した後、当該各凹部上に金属球を載置し、前
記ウェハを加熱することにより前記金属蒸着層を溶融さ
せて前記金属球の各々を前記各センサセルの受圧部形成
位置に固着させ、前記金属球からなる複数の受圧部を前
記ウェハ上に同時に形成することを特徴とするものであ
る。

１作　用］ 本発明によれば、半導体プロセス等によりウェハ上の各
センサセルの受圧部形成位置に設けた溶着可能な金属蒸
着層の凹部にそれぞれ金属球を載置してウェハを加熱し
、蒸着層な溶融させ、金属球を複数同時に固着させて受
圧部を形成するので作業性が良く、製造コストの低減が
図られる。また、受圧部の頭が球面であるので、表皮が
破れることもなくなり、安定したロボットの動作が可能
となる。

［実施例］ 以下に図面に基いて、本発明の実施例を詳細かつ具体的
に説明する。

第１図は、本発明の実施例による、触覚センサの受圧部
を接合する部分におけるウニへの断面を示す。ここで、
センサセル１を構成するウェハ１０１の上面には半導体
プロセスによって、不図示の金属蒸着層と半導体ストレ
ンゲージや配線パターン、更には受圧部の接合部分に形
成された銅蒸着膜１０およびはんだ層１０２などが先に
形成されている。第２図は、その触覚センサの１つのセ
ンサセルを取出して示す。ここで、１０２は上述のけん
だ膚を示し、はんだ層１０２は、センサセル上の中央部
に力を伝達する受圧部を接合するために銅蒸着膜１０上
に接して形成されるもので、その中心部に円筒状の凹部
１０３が設けられている。

このようにウェハ１０１上の銅蒸着膜１０８よび凹部１
０３を有するはんだ層１０２がセンサセル単位に形成さ
れたものを第３図の左側（Ａ）で示すようにヒータ６上
に載置する。なおここで、１０４および１０５はそれぞ
れ互に直交するＸおよびＹ方向に移動自在なテーブル（
以下でＸテーブルおよびＹテーブルという）であり、ヒ
ータ６を介してこれらの上に載置されたウェハｌＯ１を
紙面と平行の方向および紙面とは垂直の方向に移動させ
ることができる。

１０６はヒータ６に設けられ、ウェハ１０１を保持する
ためのバキュームチャック、１０７はフラックス１０８
を点滴自在に収容し、矢印方向に下降自在なシリンジで
あって、Ｘテーブル１０４およびＹテーブル１０５の操
作によりウェハ１０１上のはりだ層１０２がシリンジ１
０７の下方に移動されてくるたびに降下して数滴のフラ
ックス１０８をはんだ層の凹部１０３上に滴下する。第
４図はこのようにして１つのセンサセル１上にフラック
ス１０８が滴下された状態を示すもので、フラックス１
０８の滴下を終えたウェハ１０１は第３図の（Ａ）の位
置から例えばＸテーブル１０４によって１センサセル分
だけ矢印Ｘ方向に移動され、（Ｂ）の位置にセットされ
る。

第３図の（Ｂ）において、１１０はこのセット位置にお
けるはんだ層の凹部１０３の直上に待機可能な吸着保持
部材であり、その先端部１１０Ａに金属製の球体１１１
を例えば吸引して保持する。この金属製の球体（以下で
金属球と呼ぶ）１１１は後述するようにして固着され受
圧部を形成するもので、はんだ層１０２の溶融によって
銅蒸着膜ｌＯに溶着可能な材料である限りどのような材
料で形成されたものでもよい。か（して、（Ｂ）の位置
にウェハ１０１が移動されると、先にフラックス１０８
が滴下されたままの第４図に示されるような状態にある
はんだ層の凹部１０３上に吸着保持部材１１０から金属
球１１１が載置される。第５図はこのようにして金属球
１１１がはんだ層の凹部１０３内にその底部を粘着させ
、周囲にフラックス１０８が充満している状態を示す。

かくしてＸテーブル１０４およびＹテーブル１０５を適
宜に移動させ、上述の動作の繰返しにより１つのウェハ
ｌｏｔ上に複数個の金属球１１１が縦横に配置されたと
ころで窒素ガス雰囲気中でヒータ６を加熱する。ここで
ヒータ６ははんだ層１０２を溶融させるだけの温度に高
められるので、金属球１１１を各受圧部の位置に設けら
れた銅蒸着膜ｌＯ上にそれぞれ固着させることができる
。第６図はウェハ１０１上に金属球１１１が固着された
状態を示すもので、この状態から更にその下面側に弾性
床５を接着した上、各金属球１１１がそれぞれセンサセ
ル上の中央部に位置するようにしてグイシングツ−１１
２等によりウェハ１０１を格子状に切込めばよい。

第７図は個々のセンサセル上上に金属球１１１が固着さ
れ、その受圧部として機能する形態となった状態を示し
、１０２Ａは溶融されたはんだである。

また、第８図は触覚センサ１００として組立てられた完
成状態の１センサセル上を示す。同図において、１３は
フレキシブル配線基板、Ｉ２は保護を兼ねて最上面に設
けられた柔軟性のある表皮であり、以下の製造技術につ
いては従来と変わるところがないのでその説明は省略す
る。このように構成した触覚センサ１００では受圧部が
滑らかな金属球１１１で形成されているので、例えば把
持物により図示のような繰返しの荷重Ｐが表皮１２を介
して作用しても表皮１２が従来のように破れたりするこ
ともなく、また、金属を溶融させ球状とするのではなく
、最初から均一な金属球を使用して連続的に受圧部形成
作業を実施できるので信頼性があり、かつ均等な接合力
を有する受圧部の分布が得られる。

【発明の効果］ 以上説明してきたように、本発明によれば、ウェハ上の
個々のセンサセルに対し、その受圧部形成位置にそれぞ
れ凹部を有する溶着可能な金属蒸着層を形成し、その各
凹部にフラックスを注入した後それぞれに金属球を載置
してウェハを加熱し、−斉に金属蒸着層を溶融させて各
金属球を受圧部形成位置に固着させるもので、金属蒸着
層形成までを半導体プロセスで精度良く形成することが
できるのみならず、あとの受圧部形成までを連続的に作
業することが可能となり、均等した接合力を有する触覚
センサを廉価に得ることができて、信頼性のある安定し
た動作が可能なロボットの作成に大いに貢献できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一過程におけるセンサセ
ルの断面図および斜視図、 第３図は本発明の第１図および第２図に示す状態から次
の金属球接合工程を示す説明図、第４図および第Ｓ図は
本発明の第３図に示す工程でのフラックス塗布状態およ
び金属球載置状態を示す断面図、 第６図は本発明による金属球接合状態を示す説明図、 第７図は本発明による１つのセンサセルの切出された状
態を示す斜視図、 第８図は本発明による触覚センサの完成状態を示ｒ断面
図、 第９図は従来の触覚センサの一例を示す斜視図、 第１Ｏ図および第１１図は従来の触覚センサのセンサセ
ルの平面図および斜視図、 第１２図は第１Ｏ図の触覚センサのセンサセルに組込ま
れる回路の構成図、 第１３図は従来の受圧部形成動作の説明図、第１４図は
従来例による不具合状態の一例を示す断面図である。 １・・・センサセル、 ４・・・バンブ電極、 ５・・・弾性床、 ６・・・ヒータ、 １２・・・表皮、 １３・・・フレキシブル配線基板、 ｌＯ・・・銅蒸着膜、 １００・・・触覚センサ、 １０１・・・ウェハ、 １０２・・・はんだ層、 １０２Ａ・・・はんだ、 １０３・・・凹部、 １０８・・・フラックス、 １１１・・・金属球。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 上面に突設された受圧部と該受圧部の周囲に形成された
   複数の歪ゲージとを有するセンサセルをマトリックス状
   に配設し、前記センサセルに前記受圧部を介して伝達さ
   れた力を前記複数の歪ゲージを介して検出するようにし
   た触覚センサの前記センサセルに前記受圧部を設けるに
   あたり、複数の前記センサセルが構成可能なウェハ上に
   おける各センサセルの前記受圧部の形成位置に凹部を有
   する溶着可能な金属蒸着層を形成し、該金属蒸着層の各
   凹部にフラックスを注入した後、当該各凹部上に金属球
   を載置し、 前記ウェハを加熱することにより前記金属蒸着層を溶融
   させて前記金属球の各々を前記各センサセルの受圧部形
   成位置に固着させ、 前記金属球からなる複数の受圧部を前記ウェハ上に同時
   に形成することを特徴とする触覚センサの製造方法。