JPH073373B2 - 分布型圧覚センサの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、分布型圧覚センサの製造方法に関し、詳しく
はロボットハンドに装着されて把持物から受ける力を検
出する複数のセンサセルがマトリックス状に配列され、
これらのセンサセルにフレキシブルプリン配線基板が微
細はんだ付けされる分布型圧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
において作業が行われるため、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、ピックアンドプ
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ど一連の特定作業に
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圧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されつ
つある。かかる知能ロボット用の圧各センサとして分布
型圧覚センサがあるが、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出力を検出し、フィードバック
制御を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４図は、従来の分布型圧覚センサの１例を示す。本例
は互いに直角方向に交わる細かい導電性ゴム条101およ
び102を２層にして組合せ、ゴム条配列面に対して垂直
方向の力が加えられると、そのゴム条101と102との接触
部分の面積が増加し抵抗が変化するので、これを検出し
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、このような分布型圧覚センサでは、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
点がある。

そこで、このような欠点を解決すべく第５図〜第８図に
示すような分布型圧覚センサが提案されている。

第５図および第６において、１はセンサセル、２はセン
サセル１上に取付けられた受圧部、3A〜3Dはセンサセル
１上の受圧部２の周囲に配設され、センサセル１に発生
するひずみを検出するめの半導体ストレンゲージ、4Aは
同じくセンサセル１上に配設されたはんだバンプの電
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、６はセンサセル１上に配置されたはんだバンプ
の電極4Aと電気的に接続されるフレキシブルプリント配
線基板である。ここで半導体ストレンゲージ3A〜3Dは第
７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3A〜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供給および半導体ストレンゲージ3A
〜3Dからの出力信号を電極4A,フレキシブルプリント配
線基板６を介して外部に取出すことができる。

そこで、このような分布型圧覚センサの製造過程におい
て、センサセル１とフレキシブルプリント配線基板６と
の間に微細なはんだ付けをするにあたっては、従来の場
合、第８図に示すようにセンサセル１の受圧部２が挿入
できる孔の穿設されたフレーム７上にフレキシブルプリ
ント配線基板６を載置し、センサセル１を天地してその
受圧部２をフレキシブルプリント配線基板６の貫通孔6A
に嵌め込んだ上センサセル１の裏側からレーザ光を照射
し、電極4Aのはんだバンプを溶融してフレキシブルプリ
ント配線基板６上のはんだランド４に溶着し、電気的接
続を得るようにしていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述した従来の分布型圧覚センサの製造
方法では、はんだ付けを行う際に第９図に示すように、
センサセル１が局部的に加熱されることによってセンサ
セル１のはんだ付けされる方とは反対の側が跳ね上が
り、センサセル１が傾斜（ツームストンともいう）した
ままの状態で接続されてしまう。ところで、本来はセン
サセル１とフレキシブルプリント配線基板６とは平行に
接続されなければならず、上述のような接続状態では検
出機能が損なわれてしまう。また、第10図に示すよう
に、フレキシブルプリント配線基板６のはんだランド４
にセンサセル１がずれて載置されると、はんだランド４
の配列方向に対してセンサセル１がθ度だけ角度がずれ
て接続される。

本発明の目的は、上述した従来の問題点の解決を図り、
複数個のセンサセルの電極とフレキシブルプリント配線
基板のはんだランドとの間に信頼性が高く、正しい姿勢
で耐久性のある電気的接続が得られる分布型圧覚センサ
の製造方法を提案することにある。

〔課題を解決するための手段〕

かかる目的を達成するため、本発明は、歪検出用の半導
体ストレンゲージとはんだバンプの電極とを有し、荷重
を受圧する受圧部が突設されたセンサセルをマトリック
ス状に配設し、電極に電気的に接続される導体パターン
と受圧部を貫通させる貫通孔とが形成されたフレキシブ
ルプリント配線基板をセンサセル上に設けてなる分布型
圧覚センサを製造するにあたり、フレキシブルプリント
配線基板の形状に合せた凹部を有し、凹部に受圧部の嵌
め合せが可能な複数のセンサセル位置決め孔を設けた位
置決め部材と、フレキシブルプリント配線基板の形状に
対応した切抜窓を有し、フレキシブルプリント配線基板
の周囲を切抜窓の周囲で保持可能な固定枠とによりフレ
キシブルプリント配線基板を固定し、個々のセンサセル
の受圧部を位置決め部材のセンサセル位置決め孔に嵌め
合せて電極が導体パターンにそれぞれ接触を保つように
して位置決めし、切抜窓の上にガラス板を載置してガラ
ス板とフレキシブルプリント配線基板との間に形成され
る切抜窓の空間に個々のセンサセルが保持されるように
なし、ガラス板を介してセンサセルおよびフレキシブル
プリント配線基板を加熱して電極のはんだバンプを導体
パターンにはんだ接続することを特徴とするものであ
る。

〔作用〕

本発明によれば、フレキシブルプリント配線基板を位置
決めする位置決め部材と、切抜窓を有する固定枠との間
にフレキシブルプリント配線基板を固定保持させた上
で、保持されたフレキシブルプリント配線基板の貫通孔
を介して位置決め部材のセンサセル位置決め孔に各セン
サセルの受圧部を嵌め合せて位置決めし、この状態で各
センサセルの電極がフレキシブルプリント配線基板の導
体パターンと接触を保つようになして、固定枠の切抜窓
上にガラス板を載置し、ガラス板上から加熱して電極と
導体パターンとの間にはんだ付けが行われるようにする
もので、センサセルは切抜窓の空間に保持されており、
局部的に加熱された場合にも、ガラス板により跳ね上が
りは防止され、ツームストンが生じることはない。よっ
て常に、安定した信頼の高い電気的接続状態が得られ
る。

〔実施例〕

以下に、図面に基づいて本発明を詳細かつ具体的に説明
する。第１図は本発明を実施するための治具の一例を示
す。ここで、21はフレキシブルプリント配線基板６を位
置決めして保持するための位置決め部材であり、フレキ
シブルプリント配線基板６の外周に合わせた形状の凹部
22とねじ孔23およびフレキシブルプリント配線基板６に
設けられている貫通孔6Aと同じ間隔を保って穿設され、
センサセルの受け圧部が挿入可能なセンサセル位置決め
孔24とを有し、その凹部22の深さは、フレキシブルプリ
ント配線基板６の板厚より若干浅くしてある。また、一
方のフレキシブルプリント配線基板６には導体パターン
とはんだランド４と、センサセル１の受圧部２を突出さ
せるための上述した貫通孔6Aとが設けられている（第２
図参照）。

31はフレキシブルプリント配線基板６を位置決め部材21
に保持するための固定枠であり、固定枠31は、フレキシ
ブルプリント配線基板６の外周よりやや小さい相似形状
をなし、貫通されて、レーザ光を下方に導くための切抜
窓32を有し、更に切抜窓32の上から固定枠31にガラス板
９が嵌め込み可能な凹部33と固定孔34とを有する。

そこで、以上のような治具によってセンサセル１とフレ
キシブルプリント配線基板６とを組合せ、電気的接続が
得られるようにするが、それにはまず第２図に示すよう
に、位置決め部材21の凹部22にフレキシブルプリント配
線基板６を嵌め合せるようにして載置し、フレキシブル
プリント配線基板６の貫通孔6Aをセンサセル位置決め孔
24に合せた状態で、固定孔34を位置決め部材21のねじ孔
23に合せるようになして固定枠31を重ね合せボルト35に
より固定枠31と位置決め部材21との間にフレキシブルプ
リント配線基板６を保持させて固定する。

次に、フレキシブルプリント配線基板６のはんだランド
４の各々に表面活性剤を塗布した上で、センサセル１の
受圧部２をフレキシブルプリント配線基板６の貫通孔6A
に嵌め込み、センサセル１上のはんだバンプの電極4Aと
はんだランド４とを接触させた状態に保つ。そして、こ
の状態で固定枠31の上面の凹部33にガラス板９を載置す
る。このとき、センサセル１とガラス板９との間には多
少の余裕が保たれるようにするが、フレキシブルプリン
ト配線基板６とセンサセル１とは少なくとも許容される
程度の平行度に保たれることが望ましい。なお、センサ
セル１とガラス板９とが接触した状態であると、ガラス
板によりセンサセル１が押圧されセンサセルが破損した
り、押圧によりはんだバンプの電極4Aがつぶされてはん
だにブリッジが生じる危険があるが、本実施例において
は、上記のようにセンサセル１とガラス板９との間に多
少の隙間を設けているので、このような不具合が生じる
こはない。

このようにセットされた治具のガラス板９の上方からレ
ーザ光などによりセンサセル１およびフレキシブルプリ
ント配線基板６を局部加熱あるいは全体加熱することに
より、はんだバンプの電極4Aを溶融させ、はんだランド
４に電気的に接続させることができる。第３図に、この
ようにして本発明により個々のセンサセル１とフレキシ
ブルプリント配線基板６との間に正しい姿勢のままで複
数の微細はんだ付けを行うことのできた分布型圧覚セン
サの状態を示す。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明によれば、センサセル
の受圧部がそれぞれに嵌め合せ可能な複数のセンサセル
位置決め孔をフレキシブルプリント配線基板の形状に合
せた凹部に有する位置決め部材と、フレキシブルプリン
ト配線基板の形状に対応した切抜窓を有し、フレキシブ
ルプリント配線基板の周囲を保持可能な固定枠とにより
それらの間にフレキシブルプリント配線基板を保持させ
るようになした上で、個々のセンサセルの受圧部を位置
決め部材のセンサセル位置決め孔に嵌め合せてセンサセ
ルの電極がフレキシブルプリント配線基板の導体パター
ンとそれぞれ接触を保つように位置決めし、切抜窓の上
にガラス板に載置して切抜窓の空間に各センサセルが保
持されるようになして、ガラス板を介して加熱し、電極
と導体パターンとの間にはんだ付けが行われるようにし
たので、フレキシブルプリント配線基板とセンサセルと
を正常な姿勢を保ったまま加熱が行われることにより、
ツームストーンが生じたりすることがなく、はんだのね
れ性の良い信頼性の高い微細なはんだ付けを実施するこ
とができるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するための治具を分解して示す斜
視図、第２図は本発明の実施例の過程を示す断面図、第
３図は、本発明による分布型圧覚センサの構成を示す断
面図、第４図は従来の分布型圧覚センサの構成を示す斜
視図、第５図は本発明の適用が可能なセンサセルの平面
図、第６図は本発明の適用が可能な圧覚センサの断面
図、第７図はセンサセル上の半導体ストレンゲージ間に
構成されるブリッジ回路の構成図、第８図は従来のはん
だ付け方法の断面図、第９図は従来例の不具合状態を示
す断面図、第10図は従来例の他の不具合状態を示す平面
図である。 1:センサセル、2:受圧部、4:はんだランド、4A:電極、
6:フレキシブルプリント配線基板、6A:貫通孔、9:ガラ
ス板、21:位置決め部材、22:凹部、23:ねじ孔、24:セン
サセル位置決め孔、31:固定枠、32:切抜窓、33:凹部、3
4:固定孔。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】歪検出用の半導体ストレンゲージとはんだ
   バンプの電極とを有し、荷重を受圧する受圧部が突設さ
   れたセンサセルをマトリックス状に配設し、前記電極に
   電気的に接続される導体パターンと前記受圧部を貫通さ
   せる貫通孔とが形成されたフレキシブルプリント配線基
   板を前記センサセル上に設けてなる分布型圧覚センサを
   製造するにあたり、 前記フレキシブルプリント配線基板の形状に合せた凹部
   を有し、該凹部に前記受圧部の嵌め合せが可能な複数の
   センサセル位置決め孔を設けた位置決め部材と、前記フ
   レキシブルプリント配線基板の形状に対応した切抜窓を
   有し、前記フレキシブルプリント配線基板の周囲を前記
   切抜窓の周囲で保持可能な固定枠とにより前記フレキシ
   ブルプリント配線基板を固定し、 個々の前記センサセルの受圧部を前記位置決め部材のセ
   ンサセル位置決め孔に嵌め合せて前記電極が前記導体パ
   ターンにそれぞれ接触を保つようにして位置決めし、 前記切抜窓の上にガラス板を載置して該ガラス板と前記
   フレキシブルプリント配線基板との間に形成される前記
   切抜窓の空間に個々の前記センサセルが保持されるよう
   になし、 前記ガラス板を介して前記センサセルおよび前記フレキ
   シブルプリント配線基板を加熱して前記電極のはんだバ
   ンプを前記導体パターンにはんだ接続することを特徴と
   する分布型圧覚センサの製造方法。