JPH0473632B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0473632B2 JPH0473632B2 JP59011587A JP1158784A JPH0473632B2 JP H0473632 B2 JPH0473632 B2 JP H0473632B2 JP 59011587 A JP59011587 A JP 59011587A JP 1158784 A JP1158784 A JP 1158784A JP H0473632 B2 JPH0473632 B2 JP H0473632B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure
- sensitive structure
- temperature sensor
- strain gauge
- receiving surface
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D48/00—Individual devices not covered by groups H10D1/00 - H10D44/00
- H10D48/50—Devices controlled by mechanical forces, e.g. pressure
Landscapes
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は、単結晶半導体よりなる感圧構造体の
受圧面に角度をなす面の一導電形の表面層に逆導
電形の複数のストレンゲージ領域を備え、ストレ
ンゲージの抵抗値に変化によつて受圧面に印加さ
れる力の３成分を検出する圧覚センサに関する。
受圧面に角度をなす面の一導電形の表面層に逆導
電形の複数のストレンゲージ領域を備え、ストレ
ンゲージの抵抗値に変化によつて受圧面に印加さ
れる力の３成分を検出する圧覚センサに関する。
各種の物体を取り扱うロボツトハンドにおい
て、物体の種類に応じた適正な把持力で物体を扱
うためには、把持力すなわちロボツトハンドのフ
インガに掛かる荷重とその分布を精密に検出して
把持力を制御しなければならない。そのような目
的で第１図に示すような小形の圧覚センサが提案
され、面状分布の検出にはこの圧覚センサによつ
てアレイを構成する。この圧覚センサは、例えば
Ｎ形シリコン単結晶からなるリング状感圧構造体
１の受圧面１１に垂直な面１２に拡散によりＰ形
ストレンゲージ領域２１〜２４，３１〜３４，４
１〜４４を形成し、受圧面に対向する底面１３に
より支持体に固定したものである。ストレンゲー
ジ２１〜２４から構成されるブリツジの出力電圧
により受圧面１１に加わる力の受圧面に垂直方向
成分Fz、ストレンゲージ３１〜３４から構成さ
れるブリツジの出力電圧により受圧面１１に平行
な方向の１成分Fx、ストレンゲージ４１〜４４
から構成されるブリツジの出力電圧により残りの
１成分Fyを検出する。しかしこのような拡散形
ストレンゲージは抵抗値および歪による抵抗変化
率すなわちゲージ率に大きな温度依存性がある。
しかもこの温度依存性は、例えばＰ形シリコン＜
111＞方向について第２図示すように不純物濃度
によつてもその値が大きく変化する。例えば
1018／cm3の不純物濃度の場合には、抵抗変化率α
が約30％／100℃、ゲージ率温度変化率βが約−
30％／100℃の大きな値を持つている。そのほか、
ストレンゲージで構成されるブリツジの力が零で
ある場合の出力、すなわち零点出力にも温度依存
性をもつている。従つてストレンゲージブリツジ
の出力信号から正確に力の３成分を算出するため
には、正確に温度を知る必要がある。
て、物体の種類に応じた適正な把持力で物体を扱
うためには、把持力すなわちロボツトハンドのフ
インガに掛かる荷重とその分布を精密に検出して
把持力を制御しなければならない。そのような目
的で第１図に示すような小形の圧覚センサが提案
され、面状分布の検出にはこの圧覚センサによつ
てアレイを構成する。この圧覚センサは、例えば
Ｎ形シリコン単結晶からなるリング状感圧構造体
１の受圧面１１に垂直な面１２に拡散によりＰ形
ストレンゲージ領域２１〜２４，３１〜３４，４
１〜４４を形成し、受圧面に対向する底面１３に
より支持体に固定したものである。ストレンゲー
ジ２１〜２４から構成されるブリツジの出力電圧
により受圧面１１に加わる力の受圧面に垂直方向
成分Fz、ストレンゲージ３１〜３４から構成さ
れるブリツジの出力電圧により受圧面１１に平行
な方向の１成分Fx、ストレンゲージ４１〜４４
から構成されるブリツジの出力電圧により残りの
１成分Fyを検出する。しかしこのような拡散形
ストレンゲージは抵抗値および歪による抵抗変化
率すなわちゲージ率に大きな温度依存性がある。
しかもこの温度依存性は、例えばＰ形シリコン＜
111＞方向について第２図示すように不純物濃度
によつてもその値が大きく変化する。例えば
1018／cm3の不純物濃度の場合には、抵抗変化率α
が約30％／100℃、ゲージ率温度変化率βが約−
30％／100℃の大きな値を持つている。そのほか、
ストレンゲージで構成されるブリツジの力が零で
ある場合の出力、すなわち零点出力にも温度依存
性をもつている。従つてストレンゲージブリツジ
の出力信号から正確に力の３成分を算出するため
には、正確に温度を知る必要がある。
本発明はこのような温度変化に対応して正確に
力の３成分の算出することが容易にできる圧覚セ
ンサを提供することを目的とする。
力の３成分の算出することが容易にできる圧覚セ
ンサを提供することを目的とする。
本発明によれば、圧覚センサの感圧構造体のス
トレンゲージ形成面に温度センサ領域を形成する
ことにより上記の目的を達成する。
トレンゲージ形成面に温度センサ領域を形成する
ことにより上記の目的を達成する。
第３図に示した一実施例ではＮ形感圧構造体１
の面１２の歪に小さい領域に拡散によりＰ形抵抗
領域５が形成されている。第４図は感受構造体の
シリコン基板の両面に形成されたエピタキシヤル
層の一方にFz検出用のストレンゲージ２１〜２
４（図ａ）、他面のエピタキシヤル層にFx検出用
のストレンゲージ３１〜３４およびFy検出用ス
トレンゲージ４１〜４４（図ｂ）を形成した場合
の実施例で、拡散抵抗形温度センサ５は歪の影響
を受けるので、歪の最も小さいゲージ２１と２２
の中間に配置され、図のように、端子６に配線７
により継続されている。一方の配線は、接触部８
から基板を経て端子９に至つている。第５図は温
度センサとしてトランジスタを形成した実施例を
示し、Ｐ形シリコンウエーハ１４上に設けたＮ形
エピタキシヤル層１５に、Ｐ形ストレンゲージ領
域２０を拡散し、P+拡散層１６により分離され
た領域にベース層としてのＰ形拡散層１７、コレ
クタ接触層としてのN+拡散層１８、さらにＰ形
層１７の中にエミツタ層としてのN+拡散層１９
を形成して感圧構造体内にNPNトランジスタを
構成したものである。同様に温度センサとしてダ
イオードを形成してもよい。これらの抵抗、トラ
ンジスタあるにはダイオードを制御回路に接続
し、特性の温度変化を利用して感圧構造体に加わ
つた力の算出あるいは零点出力の温度補償を行
う。
の面１２の歪に小さい領域に拡散によりＰ形抵抗
領域５が形成されている。第４図は感受構造体の
シリコン基板の両面に形成されたエピタキシヤル
層の一方にFz検出用のストレンゲージ２１〜２
４（図ａ）、他面のエピタキシヤル層にFx検出用
のストレンゲージ３１〜３４およびFy検出用ス
トレンゲージ４１〜４４（図ｂ）を形成した場合
の実施例で、拡散抵抗形温度センサ５は歪の影響
を受けるので、歪の最も小さいゲージ２１と２２
の中間に配置され、図のように、端子６に配線７
により継続されている。一方の配線は、接触部８
から基板を経て端子９に至つている。第５図は温
度センサとしてトランジスタを形成した実施例を
示し、Ｐ形シリコンウエーハ１４上に設けたＮ形
エピタキシヤル層１５に、Ｐ形ストレンゲージ領
域２０を拡散し、P+拡散層１６により分離され
た領域にベース層としてのＰ形拡散層１７、コレ
クタ接触層としてのN+拡散層１８、さらにＰ形
層１７の中にエミツタ層としてのN+拡散層１９
を形成して感圧構造体内にNPNトランジスタを
構成したものである。同様に温度センサとしてダ
イオードを形成してもよい。これらの抵抗、トラ
ンジスタあるにはダイオードを制御回路に接続
し、特性の温度変化を利用して感圧構造体に加わ
つた力の算出あるいは零点出力の温度補償を行
う。
本発明は圧覚センサの感圧構造体のストレンゲ
ージ形成面に温度センサを形成し、ストレンゲー
ジから得られる出力信号の温度補償に利用するも
ので、例えばロボツトハンドに本発明による圧覚
センサを用いる場合、温度の異なる物体を把持し
た際の圧覚センサの急激な温度変化を補償するこ
とができて正確な把持力の検出ができる。
ージ形成面に温度センサを形成し、ストレンゲー
ジから得られる出力信号の温度補償に利用するも
ので、例えばロボツトハンドに本発明による圧覚
センサを用いる場合、温度の異なる物体を把持し
た際の圧覚センサの急激な温度変化を補償するこ
とができて正確な把持力の検出ができる。
第１図は本発明の対象である圧覚センサ感圧構
造体の斜視図、第２図は半導体ストレンゲージ抵
抗の温度特性と不純物濃度の関係線図、第３図は
本発明の一実施例の感圧構造体の斜視図、第４図
は異なる実施例の感圧構造体を示し、ａは一方の
面の平面図、ｂは他方の面の平面図、第５図はさ
らに別の実施例の感圧構造体の要部断面図であ
る。 １……感圧構造体、１１……受圧面、１４……
基板、１５……エピタキシヤル層、５……拡散抵
抗形温度センサ、２０，２１〜２４，３１〜３
４，４１〜４４……ストレンゲージ領域。
造体の斜視図、第２図は半導体ストレンゲージ抵
抗の温度特性と不純物濃度の関係線図、第３図は
本発明の一実施例の感圧構造体の斜視図、第４図
は異なる実施例の感圧構造体を示し、ａは一方の
面の平面図、ｂは他方の面の平面図、第５図はさ
らに別の実施例の感圧構造体の要部断面図であ
る。 １……感圧構造体、１１……受圧面、１４……
基板、１５……エピタキシヤル層、５……拡散抵
抗形温度センサ、２０，２１〜２４，３１〜３
４，４１〜４４……ストレンゲージ領域。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 単結晶半導体よりなる感圧構造体の受圧面に
角度をなす面の一導電形の表面層に逆導電形の複
数のストレンゲージ領域を備え、ストレンゲージ
の抵抗値の変化によつて受圧面に印加される力の
３成分を検出するものにおいて、感圧構造体の前
記ストレンゲージ形成面に温度センサ領域が形成
されたことを特徴とする圧覚センサ。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のセンサにおい
て、温度センサが拡散抵抗であることを特徴とす
る圧覚センサ。 ３ 特許請求の範囲第１項記載のセンサにおい
て、温度センサがダイオードであることを特徴と
する圧覚センサ。 ４ 特許請求の範囲第１項記載のセンサにおい
て、温度センサがトランジスタであることを特徴
とする圧覚センサ。 ５ 特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれ
かに記載のセンサにおいて、感圧構造体が受圧面
を上方として中心部に円形穴を有するリング状構
造を成し、温度センサ領域が前記感圧構造体の内
周と外周とのほぼ中央領域であつて且つ前記感圧
構造体の上下方向ほぼ中央領域に位置することを
特徴とする圧覚センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59011587A JPS60154677A (ja) | 1984-01-25 | 1984-01-25 | 圧覚センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59011587A JPS60154677A (ja) | 1984-01-25 | 1984-01-25 | 圧覚センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60154677A JPS60154677A (ja) | 1985-08-14 |
| JPH0473632B2 true JPH0473632B2 (ja) | 1992-11-24 |
Family
ID=11782031
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59011587A Granted JPS60154677A (ja) | 1984-01-25 | 1984-01-25 | 圧覚センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60154677A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11099014B2 (en) | 2016-10-18 | 2021-08-24 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Chip module, signal processing method, and electronic equipment |
-
1984
- 1984-01-25 JP JP59011587A patent/JPS60154677A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60154677A (ja) | 1985-08-14 |
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