JPS6093932A - 分布荷重センサの製造方法 - 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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は面状に分布された荷重の荷重分布を検出するセ
ンサに関する。

〔従来技術とその問題点〕

近時、単に荷重を測定ないし検出するのみでなく、その
荷重の面状分布を知ることが必要となって来ている。こ
の−例は第１図に示すような人体の動態実験に見られる
。この第１図には荷重計１の上を歩行する人の足２が示
されておシ、図の右方の状態では足のかかとが荷重計１
に接触しているが、袋状の矢印の先で示す図の左方の状
ｉ埼ま先が荷重計１に接触しているＯかかる歩行動態の
推移につれて荷重計にかかる荷重の分布状態はそれぞれ
その下方に示すように当然変わってくる。

ふつうの体重計によシかかる歩行動態での荷重を測定す
ると、測定荷重の時間的変動を測ることができたとして
も、あまり有用な情報が得られるわけではない。もし、
歩行動体中の荷重の面状分布を正確に測定することがで
きれば、歩行動態の個人差や身体上の障害の模様につい
て、非常に有用な情報が得られることが知られている。

かかる荷重分布の測定の必要性は産業分野においても広
く存在し、第２図にロボットの力覚センサの例を挙げる
。同図には多関節アーム３の先端に取シ付けられたロボ
ットハンド４０１対のフィンガ５，５により物体６が把
持された状態が示されている。物体が多くの工業部品の
ように十分な硬さと強度を有している場合はあまり問題
がないが、物体６が柔らかなまたは傷みやすいもの１例
えば果実類である場合には、強い力で把持することは許
されない。この種の物体を傷つけないでロボットで扱う
ために１１、把持力すなわちフィンガ５に川る荷重をか
なり精密に測定して、物体を傷つけずしかも落とすこと
がない適度の力で把持しなければならない。また把持が
正しくなされているかどうかを知るには荷重の面状分布
を知ることが有用である。例えば図示のような比較的細
長な物体６を把持する際には、把持する物体の部位によ
って荷重の面状分布が異なるから、面状分布が異常な場
合には把持が不適切に行なわれていることがわかる。

かかる要求に沿う荷重センサの概要を第３図に示す。図
示の荷重センサ１０け、基ｆｌｉ’３０の上に多数個の
感圧素子２０が面アレイ状に並べられておシ、各素子の
上に配された受圧板４０を介して荷重を受ける。各感圧
素子２０け受圧板４０に垂直方向の力ＦＺのほか、横方
向の力ＦＸ、Ｆｙをも検知する。これによって、例えば
第１図に例示するように荷重センサ１にかかる人体の体
重分布のほかに、後方に蹴る力ＦＸや歩行方向に対して
横方向に押し出す力Ｆｙの大きさと分布とを知ることが
できる。

第３図に例示したような分布荷重センサの実用化に当っ
ては、次の点を解決しなければならない。

ａ）受圧板１個の面積を大きくても数納角、できれば１
＋ｗ＋角以下に極小化してできるだけ多数個の感圧素子
を１個の分布荷重センサ内に集積化すること。

ｂ）荷重測定の精度が高く、荷重と検出出力との間の直
線性がよく、かつ測定上のヒステリシス誤差が小さいこ
と。

Ｃ）力の分力間の干渉が少なく、測定上の分解能がよい
こと。

このほか、分布荷重センサ自体はできるだけ剛性が高く
、荷重を受けたときにセンサ自体が変形して正しい分布
荷重が測定できなくなるようなことかないことが望まし
い。

本件出願人の知る限り、上述のような要求を満たし得る
実用的な分布荷重センサは知られていない。感圧ゴムシ
ートを用いた感圧センサによ）分布荷重を測定できる可
能性はあるが、一般に測定力 精度が不十分で、力の分子を分離して測定するととがむ
ずかしく、かつセンサ自体の剛性もあまり高くない。

〔発明の目的〕

本発明は前述のような要求を満たし従来技術の　５− もつ欠点を解消した精度の高い分布荷重センサを確実に
かつできるだけ手間の掛からない手段で製作することが
できる分布荷重センサの製造方法を得ることにある。

〔発明の要点〕

本発明においては、上述の目的達成のために、まず感圧
センサとして分力の分離に有利なリング状の感圧素子を
用いる。かかるリング状の感圧素子としては、公知のよ
うに高弾性鋼からなるリングの表面の要所にストレンゲ
ージとくにシリコンスドレンゲージを貼夛付けたもので
もよいが、リング自体を単結晶シリコンにより形成し拡
散法によりひすみゲージを要所に作シ込んだものが有利
である。公知のように単結晶シリコンはヒステリシスの
ない高弾性材料として優れており、進歩した拡散法を用
いて極小のひずみゲージをウエノ・内に作）込み、かつ
該ゲージへの配線を拡散法により集積化したシ、あるい
はさらに信号増幅用能動素子をリング内に集積化するこ
ともできる。また１個のウェハからこのように作られた
多数の小す　６− ングを切シ出すことも比較的容易である０つぎに分布荷
１センサの基板として、互いに平行な多数の溝を一方の
面に備えた基板、望ましくはアルミナ等のセラミック基
板を準備する。セラミック基板を用いた場合には、その
表面に厚膜回路を容易に集私化して、各感圧素子への接
続線とし、また測定回路を半導体チップの形でマウント
することができる。さらには基板を多層配線板として構
成するのが最も有利である。

つぎに組立工程に入り、感圧素子のリングの一端側を上
述のような基板の溝に嵌めこんで、所定個数の感圧素子
を谷溝に分布立設させる。これによシ多数の感圧素子が
谷溝に沿って行方向に分布して配設されるが、正確な測
定結果が得られるよう、感圧素子を列方向にも精密に整
列させる。この整列作業は、リングの内孔を利用してゲ
ージを内孔に挿通することによシ整列させてもよいし、
リングの外周面に専用のゲージを当てて行なってもよい
。このように整列された多数の感圧素子が基板に立設さ
れた状態で感圧素子を基板に固着し、かつ各感圧素子へ
の電気配線をすませる。感圧素子の固着には、接着剤と
くにセラミックス用接着剤を用いても十分な固着強度が
得られるし、また基板の溝壁にあらかじめメタライズ処
理を施しかつ感圧素子のリングの固着個所にめっきや予
備半田処理を施しておいて、加熱によ多金属を溶融させ
て固着してもよい。

つぎに受圧板の材料としての受圧素板を感圧素子の基板
と固着した側とは反対側の他端部に基板と平行するよう
に配した上で、上と同様にして各感圧素子リングと固着
する。この受圧素板の一方の面には基板と同様に溝を切
っておいて、感圧素子リングの他端側をこの溝に嵌めこ
んだ上で固着させてもよく、あるいは平担な受圧素板を
感圧素子の他端面に突き合わせを接合してもよい。最後
に受圧素板を切断して感圧区分ごとに分離された受圧板
金形成することによって作業を終える。この受圧板は複
数個ふつうは２個の感圧素子ごとに設けるのが受圧板を
機械的に安定させる上でよく、従ってふつうは２個の感
圧素子が一つの感圧区分を形成することになる。このよ
うに２個１組の感圧素子で感圧区分を形成することによ
り、特定の分力方向に対しては感圧信号を相加するよう
に接続して感度を向上させることができ、あるいは逆に
他の特定の分力方向に対しては感圧信号を相殺するよう
に接続して該分力方向の感度を０にし、さらには分力間
の干渉が生じないような補償がなされるように相互接続
をすることもできる。

〔発明の実施例〕

以下図を参照しながら本発明の実施例を詳しく説明する
。

第４図は感圧素子を示すもので、図には一点鎖線で示さ
れた受圧板４２を介してそれに垂直方向に感圧素子リン
グ２１にかかる荷重Ｆｚと、受圧板と平行な面内で素子
リング２１にかかる二つの荷重分力ＦＸ、Ｆｙとの方向
が示されている。これらの荷重分力Ｆｚ、Ｆｘ、Ｆｙを
互いに干渉しないように測定するためのストレンゲージ
の配置が第５図（＆）〜（Ｃ）に示されており、図には
ストレンゲージが検出する引張りないしは圧縮ひずみの
方向が線で示さ９− れており、この線の方向にストレンゲージがリング４２
に貼シ付けられ、あるいはその表面に作り込まれる。同
図（ａ）は垂直分力ＦＺの測定のだめのストレンゲージ
の配置を示し、図示のようにリング２１の外周面に２個
のストレンゲージ２２ｚｔ、２２ｚｔが、内周面に２個
のストレンゲージ２２ｚｃ、）２Ｚｅが設けられ、これ
らのストレンゲージは第６図（ａ）に示すようにブリッ
ジ測定回路の４辺にそれぞれ接続される。なお、ストレ
ンゲージを示す矢印については、図示の方向は垂直方向
の荷重Ｆｚが掛かったとき、互いに遠ざかるように示さ
れた矢印の個所では引張シひずみが、互いに近づくよう
に示された矢印の個所では圧縮ひずみを生じていること
を示す。以下も同様とする。

第５図（ｂ）は水平分力Ｆｘ測定用の４個のストレンゲ
ージ２２　ｘｔ　、　２２　ｘｔ　、　２２　ｘｃ　、
　２２　ｘｃの配置を、第６図中）はこれらストレンゲ
ージのブリッジ結線図を示す。第５図（ｂ）かられかる
ように、これらのストレンゲージはリング２１の上下端
からそれぞれ角度αの位置のリングの局面に設けられ、
公知のよ一１〇− うにこの角度αは３９．６°がよい。同様に他の水平分
力Ｆｙ測定用の４個のストレンゲージ２２７ｔ、２２ｙ
ｔ　、　２２　ｙｃ　、　２２　ｙｃは、第５図（Ｃ）
に示すように同じ角度αの部位に、ただし今度はリング
２１の端面に設けられ、第６図（ｃ）に示すようにブリ
ッジ接続される。第６図の各ブリッジ回路からの出力信
号Ｅｚ　、　Ｅｘ　ｒ　Ｅｙはそれぞれ荷重の分力ＦＺ
　、　ＦＸ　Ｉ　ＦＦの測定信号である。第７図は上述
の結果をまとめたもので、表の縦軸は荷重の分力を、横
軸はストレンゲージを示している。ストレンゲージから
の出力は引張シひずみか圧縮ひずみかに応じて増減する
から、この図では増減が十−で表わされており、０は増
減がないことを示す。ストレンゲージのブリッジ接続は
、この増減の同方向のものを対辺に配するようにされる
。第７図かられかるように荷重の分力が一方向のみであ
るとき、上述のストレンゲージの配置によれば、他方向
の分力測定用のゲージ出力は原理的にＯであシ、分力間
の干渉を生じることがない。また、仮に若干の干渉信号
が生じても、その大部分はブリッジ回路内で相殺されて
、実用上はあまシ問題が々くなる。

感圧素子リング２１としては、公知の高弾性鋼リングを
用い、ストレンゲージとして白金線ひずみゲージやシリ
コン・ストレンゲージを用いてリング表面に貼シ付ける
ことができる。また前述のようにシリコン単結晶をリン
グ材料として用い、ストレンゲージをいわゆる拡散形ゲ
ージの形でシリコンウェハ内に集積化することができる
。ストレンゲージは前述のように１個のリング内に１２
個作シ込む要があるので、電子ビームないしはイオンビ
ームを用いて不純物のインプランテーション法あるいは
不純物制御法によって作ル込むのが好適である。リング
の厚さはリングの径が例えば３■のときその２０チ、す
なわち０．３園程度がよいので、この寸法にあった厚さ
のシリコン単結晶・を材料として用いる。リングのウエ
ノ・からの切シ出しはレーザカット法や↓−ニング法が
よく、かなシ寸法精度のよいリングが得られるが、複数
分力の測定に適した外形精度を得かつウェハからの切シ
出し時に生じやすい表面の残留ひずみを除去するため、
切シ出したリングの外形とくに外周面の研削が望ましい
。この研削法としては機械研削が可能であり、この＃丘
か最近ミクロ加工法として知られて来たエラスチック・
エミッション法などを採用することもできる。なお、高
弾性鋼やシリコン単結晶からなるリングの内孔寸法とし
ては、理論的には外径にできるだけ近くなるよう大にす
るのが望ましいが、実用的には外径の５０チ程とするの
が、機械強度と荷重測定精度との兼ね合いの面から適当
である。

第８図はリング２１を２個組み合わせて１個の感圧素子
２０を構成する例を示す。この例における各リング２１
は第５図に示した例とは異なり、８角形の外周面２１ａ
を備えておシ、この内の斜面２１ｂが第５図で説明した
角度αに適合するように形成されている。内孔２１ｃは
円孔である０２個のリング２１，２１ｉ１１．１対の連
絡板２３．２３で相互に図示のように結合されており、
これによって機械的に丈夫な構造に一体化された感圧素
子の基本形が構成される。両連絡板の内の図の下方の連
絡板−１５＝ ２３が第３図に示した基板３０と固着ないしは一体化さ
れ、上下の連絡板２３が第３図に示した受圧板４０と固
着されないしはそれ自体が受圧板として用いられて、図
示のように測定すべき荷重の分力Ｆｘ　、　Ｆｙ　、　
Ｆｚを受ける。この図には示されていないが、荷重を検
出すべきストレンゲージはリング２１の周面および端面
に設けられる。かかる基本形の感圧素子を多数個差べて
第３図に示したような分布荷重センサ１０を構成するに
は、第９図に示すように第８図の下方の連絡板２３を共
通の基板３０とし、該基板３０の上にリング２１あるい
は２個をリングを組み合わせた上述の基本形の感圧素子
を並設するのが有利である。本発明においては、このよ
うな共通基板方式を採用しておシ、以下説明の便宜のた
め２個リング結合体を基本形とするものについて述べる
が、本発明の要旨はかかる基本形にとられれるととなく
、１個のリングまたは３個以上のリングを組み合わせた
ものを感圧素子の単位とする場合も含みうるものである
。

さて、第９図に示したように、共通の基板３０１４− の上に感圧素子のリング２１を多数個並設する際、基板
３０への取付は精度が荷重測定の精度に大きな影響を及
ばず。例えば同図（ａ）に示すように、リング２１の向
きが分力を測定すべき方向Ｘ、ｙに対してβで示す角度
傾いている場合には、もはやそのリング２１からの測定
出力は正しいＸ、ｙ方向の分力ＦＸ　、　Ｆｙを示し得
ない。また同図（ｂ）に示すように、傾きβがないよう
にリング２１が並べられてはいるが、正規の位置から図
示のようにＸ。

ｙ方向にδＸないしはδｙだけずれている場合も同様な
測定誤差が生じ、とくに２個のリング２１．２１を受圧
板４０（鎖線で示す）で連結して第８図に示すような基
本形を構成する際に誤差が大きくなｐｌあるいは複雑に
なって誤差を補正することがむつかしくなる。以下、か
かる問題のないようにかつ比較的簡単に精度のよい分布
荷重センサを製作しうる本発明方法について述べる。

本発明においては、第１０図に示すように基板３０の図
では上面として示された一方の面に互いに平行な複数個
の＠３１が設けられる。一方、同図では基板３０の上面
に載置された形で描かれたリング２１の図の下端側には
、前述の溝３１の深さに適合した寸法ｄを有する保合部
２１ｅがリング本体から突出して設けられている。また
この実施例ではリング２１の上端側にも同様な寸法ｄを
有する保合部２１ｆが設けられている。ストレンゲージ
２２はこの図ではリングの端面２１ｄにのみ設けられ、
付属配線とともに模式的に示されているが、その詳細は
後述する。このように形成されたリング２１はその下方
の係合部２１ｅを溝３１に嵌めこむことにより、第９図
（ａ）に示したような傾き誤差βおよび同図（ｂ）に示
したｙ方向の偏位誤差δｙが生じないように基板３０の
上に配設することができるＯ 第１１図にはリング２１の第９図（ｂ）に示したＸ方向
の偏位誤差δＸがないように、複数のリング２１を列状
に整列させる手段として円形断面の棒状の治具５１をリ
ング２１の内孔２１ｃに挿通した状態が示されている◇
リング２１はこの整列治具５１にあらがじめ通しておい
た上で、第１１図に示すようにその各係合部２１ｅを基
板３０の溝３１に嵌め込んでもよいし、また各リング２
１の係合部２１ｅをあらかじめ個々に溝列に嵌め込んで
おいた後に、その内孔２１ｃに整列治具５１を挿通する
ことによシ、複数のリング２１を整列させてもよいこと
はもちろんである。このようにして複数個のリング２１
を正しい配置に置いた後、各リングの係合部２１ｅを溝
３１に固着させる。固着手段としては費点の項とおいて
述べたように公知の固着手段から容易に選択することが
できる。整列治具５１はこの固着作業前あるいは作業後
に取り外される。

この段階でストレンゲージ２２からの配線２３を外部に
引き出す接続作業を終了させておくことが望ましいが、
この接続手段については後述する。

この実施例では第１０図に示したように各リング２１に
は上方の保合部２１ｆが備えられているので、これに対
応して第３図に示した受圧板４０の素材としての受圧素
板４１には、第１２図に示すようにその下面に溝４２が
設けられている０図示１７− のようにこの受圧素板４１は複数個のリング２１に対し
共通に設けられておシ、分布荷重センサに対して１枚、
あるいは係合部２１ｆを溝４２に嵌め込みやすいように
数枚に分割される。いずれにせよ、溝４２に各保合部２
１ｆを嵌め込むことによって、複数個のリング２１の位
置は正しい幾何学的配置に置かれる。この後、前と同様
な手段で溝４２と係合部２１ｆが固着される。なお受圧
素板の材料としては基板３０と同様にセラミックス材料
でもよいが、金属製とすれば機械的にしん性の高い受圧
板を得ることができる。

その後受圧素板４１には、第１３図に示すように縦横の
切溝４３が入れられてそれぞれ互いに分離された受圧板
４０に形成される。との受圧素板４１の切断は、例えｄ
受圧素板が金属性のときは機械加工用のカッタにより、
セラミックス族のときはダイヤモンドカッタやレーザカ
ッタにより容易に行なうことができる。また、この実施
例では受圧素板の切断は、１枚の受圧板が２枚のリング
２１を互いに結合するように、すなわち第８図に＝１８
− 示した基本形の感圧素子が得られるようになされる０ 以上説明したように、この実施例によれば比較的量産に
適した手段により、リング２１が正１−＜幾何学的に配
置され、かつ基板３０と受圧板４０とに強固に固着され
た多数の感圧素子を含む分布荷重センサを製造すること
ができる。

第１４図は本発明の異なる実施例を示すもので、この実
施例によれば各リング２１の係合部２１ｅが基板３０の
溝３１に嵌め込まれかつ固着されることは前の実施例と
同じであるが、受圧板４０は溝を備えておらず各リング
２１の上周面に直接固着される。従って、この実施例で
は各リング２１に第１０図に示ｌ〜たよりな上方の保合
部２１ｆをとくに設ける必要はなく、また受圧板４０の
素材としての受圧素板には溝なしの平板状のものを用い
、各リング２１の」三周面に載置した状態でリング２１
と突き合わせ固着したＬ〜で、第１４図に示すような分
離された受圧板４０に切断すればよい。との実施例にお
いては、被数個のリングの幾何学的配置が第１３図に仕
上が９状態を示した前の実施例と比べて若干精度が落ち
る可能性はあるが、各リング２１の位置が溝３１により
規制されかつ前述のようにすでに整列されているので、
実用的に十分な幾何学的精度を保つことができる。！、
た、組立ずみの状態において、各リング２１に強制的な
ひずみが残留しない長所もあり、さらには前の実施例よ
シも組立て作業が簡単で量産に適する利点もある。なお
前述の説明からも容易にわかるように、ここに図示はさ
れてないが、基板３０を溝なしとし、受圧板４０ないし
はその受圧素板を溝つきに構成しても、本発明の要旨と
均等な手段で同様な利点を有する分布荷重センサを容易
に製造することができることはあきらかである。

第１５図は本発明のさらに異なる実施例に示すもので、
この実施側によれば第１１図の工程におけるリング２１
の整列手段として、棒状の整列治具５１のかわシに、第
１５図に示すような多数のさん５２ａを有する枠状の整
列治具５２が用いられる。さん５２ａ相互間の隙間５２
ｂの幅すは、第１゜図に示したリング２１の幅すと同程
度に形成されている。この整列治具５２を用いる前の工
程では、第１０図で基板３０の上面に載置された状態で
示されていた各リング２１は、その係合部２１ｅを溝３
１に嵌めこむことにより、溝３１の方向いわば行方向に
は整列されて溝方向に摺動自在に係止されている。この
リング群２１０列方向の整列は、該整列治具５２を第１
０図の上方から挿入してその隙間５２ｂ内にリング２１
を納めることによってなされる。第１０図に示すように
各リング２１の周面には斜めの肩部２１ｇがあり、整列
治具５２の上方からの挿入に際してこの肩部が整列治具
５２のさん５２ａに当って、各リング２１全自動調心的
にその隙間５２ｂに案内する。リング２１が円形の外周
面を有するときも同様である。容易にわかるように、こ
の実施例における整列治具５２は、前の実施例における
整列治具５１よりも実用上量産工程に適している。

最後に各感圧素子からの測定用配線の接続手段の一例を
第１６回により説明する。この図には、２１− 基板３０の溝３１に係合部２１ｅが嵌め込まれかつ固着
されたシリコン単結晶からなるリング２１が一部断面の
形で示されており、該リングに設けられるストレンゲー
ジが前述の第５図に対応［７た符号で示されている。し
かし、この例では第５図と異な多すべてのストレンゲー
ジがリング２１の一方の端面２１ｄ内に設けられている
。例えば、Ｚ軸方向の荷重分力測定用のストレンゲージ
２２　ｚｃけ第５図（ａ）における内孔面のかわりに、
端面２１ｄの内孔２１ｃに最も近い部位に設けられてい
る。もちろん、このストレンゲージ２２　ｚｃは内孔面
に設けるのが最も望ましいのであるが、端面２１ｄの内
孔２１ｃに最も近い位置に設けても実用上は大差がなく
、むしろ端面２１ｄに設けることによって、すべてのス
トレンゲージをシリコン単結晶の一方の面２１ｄに拡散
法により一度に形成できる利点が生じる。他の２軸方向
のストレンゲージ２２ｚｔも同様に端面２１ｄの外周面
に最も近い位置に図示のように設けられる。Ｘ軸方向用
ストレンゲージ２２　Ｘｔ。

２２ｘｃも同様に外周面に近い位置に設けられてお２２
− リ、一方ｙ軸方向用ストレンゲージ２２　ｙｔは正規ど
おりこの端面２１の中間位置に図示のように設けられて
いる。

これらのストレンゲージ群からの配線２３は拡散法によ
りこの端面２１ｄ内に設けられており、図では鎖線でこ
の配ｆＩＭ２３が示されている。この配線の接続はリン
グ２１の下部に示された接続部２４を介してなされる。

接続部２４は強不純物拡散層の上につけられた半田めっ
き層あるいは半田パンツとして形成されており、もちろ
ん所定個数の接続端子部を含む。

一方、この接続部２４に対応して、セラミック基板とし
て構成された基板３０の上面の対応部位には、セラミッ
ク板上に印刷焼成された厚膜回路端子部３５が設けられ
、この端子部３５には接続部２４に対応１−た個数の端
子が同様に半田めっき層ないしは半田バンプの形で作ら
れる。この端部３５からの外部への接続線は図では配＠
３６として模式的に示されている。リング側の接続部２
４と基板側の端子部３５との相互接続は公知のアルミ線
や白金線によるボンデング法によシすることができ、あ
るいは図示のように可撓性の配線フィルム２５の熱圧着
法による接続を行なってもよい。

図ではこの配線フィルムの装着前と装着後の状態が理解
の便宜のために示されている。

さらにこの例では基板３０は多層基板として構成されて
おり、例えば図示のように３個の層３２゜３３．３４か
らなる。その最下層３４には複数個の接続ピン３７が立
て込まれていて、前述の端子部３５とこの接続ビン３７
との間の相互接続は最上層３２の上面の、あるいは各層
間に埋め込まれた配線３６を通じて、さらには多層配線
基板３０の製造時のいわゆるグリーンシートの状態で明
けられた図示しないスルーホールを通じて行なわれる。

本発明にかかる分布荷重センサには少なくとも数百の感
圧素子が組み込まれるので、多数の感圧素子からの配線
の錯綜を避けるためにこのような多層基板構成は非常に
有用であシ、溝３１は基板の最終焼成前にあらかじめ付
けておき、焼成後に仕げ加工を行なうなどの手段で容易
に多層配線基板にも設けることができる。また、端子部
３５からの検出圧力信号をすべて接続ビン３７に導出す
る必要はなく、むしろ最上層３２の上に図では例示的に
示されたマウント部３８の上に前述のブリッジ回路や付
縞増幅器などの信号処理回路を内部に集積化した図示し
ない半導体チップをマウントして、大力の信号処理を済
ませた上、外部に導出が必要な正味の検出信号のみを接
続ピン３７を介して取り出せばよい。かかる半導体チッ
プのマウントに適する手段としては例えば公知の厚膜回
路を最上層３２の上面に施せばよく、また信号処理回路
の一部ないＩ−全部をリング２１を構成するシリコン単
結晶中に公知の手段で作シ込むととも可能である。

なお、前述の実施例説明においては、荷重の３方向分力
すべてを測定可能な分布荷重センサについて述べたが、
分布荷重センサとしては荷重をこのようにベクトル的に
測定する必要が常にあるわ２５− 分布荷重センサとして構成されることも多く、本発明は
その要旨内においてこれらすべてに適用が可能なもので
ある。

〔発明の効果〕

本発明方法においては、前述のように基板に設けた互い
に千行彦溝に多数の感圧素子リングの一端側を嵌め込ん
で行方向に正しく配列させた上、列方向にも整列させて
この段階で該リングの一端側を基板に固着させるように
したので、本発明により製造された分布荷重センサは微
小な多数の感圧素子を組み込んでも、その感圧素子リン
グの幾何学的方向や配列が極めて正確で、従って誤信号
が少なく精度の高いものが得られる。また各感圧素子に
荷重を伝える受圧板の素拐としての受圧板を感圧素子リ
ングの他端側に共通に配して固着させた上、該素板を切
断分離して受圧素板を形成するようにしたため、簡単々
加工により１個の分布荷重センサ内に多数個の感圧素子
を集積化することが容易になシ、本質的に量産に適する
。これらの手段により、１個のセンサ内に数■自身下の
微２６− 小な感圧素子を少なくとも数百側あ１り手間をかけずに
集積化することが可能になり、かつ測定の精度が高く荷
重の各分力間の相互干渉の少ない分布荷重センサが得ら
れる。

このようにして得られる分布荷重センサは精密なロボッ
ト類の触覚センサ等として有用でかつ広い応用分野を持
ち、あるいは人間の行動や動態測定を通じて比較的未開
拓の学問へ諸分野の進歩のだめの有用なツールともなり
得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法によシ製造される分布荷重センサを
人体の歩行動態測定に利用した例を示す説明図、第２図
は該分布荷重センサをロボットハンドの制御用に応用し
た例を示す説明図、第３図は本発明方法にかかる分布荷
重センサーの基本構成を示す斜線図、第４図は該分布荷
重センサに用いられるリング状の感圧素子への荷重分力
の掛かシ方を示す側視図、第５図は該感圧素子リングの
基本構成を示す斜視図、第６図は感圧素子のストレンゲ
ージの接続の態様を示す結線図、第７図は感圧素子の各
荷重分力への応動態様を示す図、第８図は２個の感圧素
子リングを含む感圧区分としての感圧素子の基本形の例
を示す斜視図、第９図は分布荷重センサへの感圧素子の
組み込み配列上明方法の一実施例におけるそれぞれ異な
る工程段階を示す分布荷重センサの斜視図、第１４図は
本発明方法の異なる実施例における受圧板の態様を示す
斜視図、第１５図は本発明のさらに異なる実施例におけ
る感圧素子リングの整列に用いられる整列治具を示す斜
視図、第１６図は本発明方法中の電気的接続方法の一態
様を示す部分組立斜視図である。図において、 １．１０：分布荷重センサ、２０：感圧素子、２１：感
圧素子リング　２１ｅ：感圧素子リングを基板の溝に係
合させるための保合部、２２：感圧素子を構成するスト
レンゲージ、２４：感圧素子リング側の接続手段として
の接続部、２５：接続手段としての可撓性配線フィルム
、３０：基板、３１：溝、３５：基板側の接続手段とし
ての端子部、３６：接続手段と１−での配線、３７：接
続手段としての接続ピン、４０：　受圧板、４１：受圧
素板、４３：受圧素板を受圧板に切断する切溝、５１：
感圧素子リングの整列手段としての棒状の整列治具、５
２：感圧素子リングの整列手段としての枠状の整列治具
、である。 ２９− 才３図 に ト Ｎ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）複数個のリング状の感圧素子を共通の基板上に面状
   に分布させて立設し、受圧面内の感圧区分ごとに分離し
   て設けられた受圧板を介して前記感圧素子が検出すべき
   荷重を受け、受圧面に垂直な方向の荷重と平行な方向の
   荷重とを前記感圧区分ごとに検出するように構成された
   分布荷重センサの製造方法であって、互いに平行な複数
   個の溝を備えた基板を調製する工程と、感圧素子リング
   の一端側を該基板の溝に係合させて溝ごとに所定個数ず
   つ分布立設させる工程と、該溝に沿って行方向に分布立
   設された感圧素子を列方向に整列させる工程と、前記溝
   に係合された各感圧素子リングの一端側を基板に固着す
   る工程と、各感圧素子への配線を接続する工程と、複数
   個の感圧素子に対して共通に設けられた受圧素板を感圧
   素子リングの他端側に基板と平行に配して該他端側と固
   着する工程と、該受圧素板を切断して前記所定の感圧区
   分ごとに切シ離された前記受圧板を形成する工程とを備
   えたことを特徴とする分布荷重センサの製造方法。