JPS60195403A - ひずみ分布センサ - 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】 （従来技術とその問題点） 本発明は多数のひずみゲージを平面上に配置しく１） てそれらの抵抗変化を走査するひずみ分布センサに関す
る。

（従来技術とその問題点） 各種の物体を取り扱うロボットハンドは、取り扱う物体
の種類に応じて適正な力で把持することが望まれる。そ
のために把持力の面状分布を知る必要がある。そのよう
な分布の測定には、第１図に示すように縦横に格子状に
互に絶縁配置された導線１，２の各交叉点近くに二つの
導線１．２に両端が接続されるひずみゲージ３を配置し
てマトリックスを構成し、導線１，２の端末に設けられ
た端子４，５に順次電圧を印加して各ゲージ３を走査し
、流れる電流値から各ひずみゲージ３の抵抗変化を知っ
てひずみ分布を測定する。例えばひずみゲージ３１の抵
抗値を知るためには端子４１゜５１の間に電圧を印加す
るが、この際他のひずみゲージを通って廻り込む電流を
阻止するために各ゲージ３に直列にブロッキングダイオ
ード６を接続しておかなければならない。さらにまた、
ひずみゲージの抵抗値はゲージの方向とひずみの方向（
２） となす角度に依存するので、正確なひずみ量の分布を知
るためには各ゲージを所定の方向にそろえて配置しなけ
ればならない。精度のよいひずみ分布を測定するにはで
きるだけ多数のひずみゲージを配置しなければならず、
そのような多数のひずみを正確に方向をそろえて貼布す
るのは極めて困難な作業である。またそれらにそれぞれ
ブロッキングダイオードをひずみ分布に変化を与えない
ように接続するのもまた極めて困難な作業である。

（発明の目的） 本発明は上述の困難を排除し、それぞれ所定の方向に配
置されてマトリックスを形成する多数のひずみゲージと
それにそれぞれ接続されるブロッキングダイオードを容
易に形成できるひずみ分布センサを提供することを目的
とする。

（発明の要点） 本発明によれば、複数のひずみゲージの各々が複数の導
線よりなり互に絶縁された二つの導線群のそれぞれの一
つの導線の間に接続されるひずみ分布センサにおいて、
ひずみゲージが基板上に積層されてｐｎ接合を形成する
異なる導電形の半導体層よりなり、基板に接する層の一
端と基板より最も遠い層のその一端と反対側の端とがそ
れぞれ異なる導線群の導線に接続されていることにより
上記の目的が達成される。

（発明の実施例） 第２図は本発明の一実施例を示し、第１図と共通の部分
には同一の符号が付されている。この場合のひずみゲー
ジ９は、第３図に第２図Ａ−Ａ線断面図で示したような
構造を有する。基板７はポリイミドのような可とう性高
分子膜で厚さは４０〜１２０μｍである。この上に平行
に複数の金属導線２を形成する。金属導線２はＮｉ、　
Ｏｒ、ステンレス鋼、　Ｔｉ　またはＮｉ−０ｒＳＮｉ
−Ｏｒ−Ａｕ、　Ｔｉ−ｋｌ−Ｏｕ、　Ｔｉ−Ａｌ＝Ｎ
ｉの積層などからなり、電子ビーム蒸着、スパッタリン
グ蒸着により１０００〜５０００Ａの厚さに形成される
。次に導線２の一部を露出させて絶縁膜８により被覆す
る。この上に一端が導線２に接触するようなｐ型非晶質
シリコン（以下α−３１と記す）膜９１を形成する。こ
のα−８１膜９１はシランガスのグロー放電分解により
形成される。すなわち、水素ガスで１０〜３０倍に稀釈
したシランガスにジボランガスを添加し、１〜１０Ｔｏ
ｒｒの真空中で高周波電界を加えて分解する。

基板温度は１５０〜３００’Ｏに保持され、膜厚は２０
０ＯＡである。高周波の電力を上げていくと、５０〜２
０ＯＡの大きさの微結晶粒が膜の中に成長する。

微結晶化しないｐ型、ｎ型膜−８１の電気伝導度は１０
〜１０　（Ωｃｍ）であるが、微結晶化した場合は１〜
１０（ΩＣｔａ）　である。ついでノンドープα−８ｉ
膜９２、ｎ型膜−８ｉ膜９３をそれぞれ０．５１１％、
数百人の厚さに形成する。このような積層α−８１膜は
光蝕刻法により任意の形状にパターニングできる。つい
でこの積層α−８１膜９の他端に金属導線１を接触させ
る。図示しないがこの上をさらに保護膜で被覆する。α
−８１膜９の寸法はすべて同じに形成され、幅Ｑ、１ｍ
ｍ、長さｌｙｘｍの場合、金属導線１，２の間の抵抗は
約５００にΩで、ノンドープ膜９２．ｎ型α−８１膜９
３を設けないときも同じであった。このような構造にお
いてｐ型膜−８１膜９１より成るゲージ抵抗と、ｐ型膜
９１、ノンドープ膜９２、ｎ型膜９３より形成されるｐ
ｉｎ接合よりなるブロッキングダイオードとが直列接続
されるので、第１図と同様なマ）　ＩＪラックス構成さ
れ、電極４，５組合せ走、査して測定することにより面
内のひずみ分布を知ることができる。

第４図は、一対のひずみゲージを互に直角に配置してマ
トリックス状に構成した例を示す。この場合は導線２の
ほかに端子１１を有する複数の導線１０が形成されてお
り、α−８１膜よりなる導線１と２の間のひずみゲージ
９と直角に位置してひずみゲージ１２が存在する。第５
図は第４図のＢ−Ｂ線で切断した断面図で、第３図と共
通の部分には同一の符号が付されている。導線２．１０
が基板７の上に形成され、絶縁膜８を介してｐ型膜−８
１膜９１、ノンドープ膜９２，１１１型ａ−ｓｊ膜９３
が形成される。第６図は等両回路で、ｐｉｎ接合から形
成されるブロッキングダイオード６１゜６２により、各
ひずみゲージ９，１２を分離して走査測定することがで
きる。この場合は、ひずみゲージ９．１２の抵抗値の比
からひずみ角度の検出も可能である。なお、半導体薄膜
は非晶質に限定されず、結晶質半導体薄膜でもよい。

第７図は本発明によるひずみ分布センサの応用例を示し
、ロボットハンドの腕部１３は、手の部分１４．１５を
支え、さらに手の部分１４．１５の開閉を行う駆動部分
を有している。手の部分１４．１５の間にクッション１
６を備えている。ひずみ分布センサ１７は手の内側、外
側等必要な個所に貼付される。このロボットハンドが、
例えばコツプを挾んで持ち上げようとするとき、反力に
よって手の部分１４．１５にひずみが生ずる。このひず
みをセンサ１７で読みとり、許容範囲の力をコツプに加
えてコツプが割れないように持ち上げることができる。

この場合ロボットハンドの手の内の一点でなく、面内の
ひずみを測定することにより、コツプに加わる力を正し
く評価することができる。

（発明の効果） 本発明はマトリックスを構成するひずみゲージをｐｎ接
合を有する積層半導体薄膜により形成したもので、これ
により同時にゲージに直列接続のブロッキングダイオー
ドを内蔵させることができ、走査によって面内のひずみ
分布の測定が可能であ゛・る。しかも半導体薄膜は任意
の形状にパターニングできるので、多数の所定の方向に
配置されたひずみゲージを容易に形成でき、また導線と
の接続も簡単なので、低価格で製作可能である。このよ
うなひずみ分布センサを用いることにより、方向を揃え
たひずみゲージを必要な面に任意の寸法で装着でき、圧
覚などのセンサとして利用できるので、ロボットハンド
の感覚をより人に近づけることなどを可能とする。

【図面の簡単な説明】

第１図はひずみ分布センサの図式的平面図、第２図は本
発明の一実施例の図式的平面図、第３図はそのＡ　−Ａ
’線断面図、第４図は別の実施例の図式的平面図、第５
図はそのＢ−Ｅ線断面図、第６図は第５図の等価回路図
、第７図は本発明によるひずみ分布センサの応用例を示
す斜視図である。 ’ｉ、２，１０：導線、９．１２＋ひずみゲージ、９１
：ｐ耐α−８１膜、９２：ノンドープα−８１膜、９３
：ｎ耐α−８１膜。 第１　図 θ融嶋 第５図 １６２ ｒ　／　／／／／／／　／／／／＋　９□　−γ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）複数のひずみケージの各々が複数の導線よりなり互
   に絶縁された二つの導線群のそれぞれの一つの導線の間
   に接続されるものにおいて、ひずみケージが基板上に積
   層されてｐｎ接合を形成する異なる導電形の半導体層よ
   りなり、基板に接する層の一端と基板より最も遠い層の
   前記一端と反対側の端とがそれぞれ異なる導線群の導線
   に接続されたことを特徴とするひずみ分布センサ。 ２、特許請求の範囲第１項記載のセンサにおいて、半導
   体層が非晶質シリコンよりなることを特徴とするひずみ
   分布センサ。 ３）特許請求の範囲第２項記載のセンサにおいて、半導
   体層が微結晶化された非晶質シリコンよりなることを特
   徴とするひずみ分布センサ。