JPS61284630A

JPS61284630A - 圧覚センサ

Info

Publication number: JPS61284630A
Application number: JP60125246A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Kobayashi; 光男小林
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1985-06-11
Filing date: 1985-06-11
Publication date: 1986-12-15
Also published as: JPH0546889B2

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］本発明は圧力の大きさと方向を検出する圧覚センサに関
し、詳しくは受圧板に作用する荷重を互いに直交する３
方向の分力に分解して検出することが可能な３方向分力
検知感圧モジュールをアレ必要がある場合に、その触覚
検知を得ようとする箇所に使用することを主な目的とし
て、研究開発が進められてきた。

第３図はこのような従来の圧覚センサの一例を示す、こ
こで、１および２は下部基板３の溝４に垂直に保持され
た感圧セルである。２つの互いに並列に配置されたこれ
らの感圧セルｌおよび２間の上面にそれぞれ受圧板５が
設けられて、１単位としての圧覚センサモジュール６が
構成されている。

また１個々の感圧セル１および２には、例えば第４図に
示すように、その側面の所定の位置に複数のストレンゲ
−シフが形成されており、個々の受圧板５に作用する荷
重を感圧セルを介してこれらのストレンゲ−シフに伝達
させることにより、受圧板５に沿った水平分力Ｆｘ　、
　Ｆｙおよび受圧板５に垂直方向の分力Ｆｚに分解して
、検出することができる。

上述の感圧セル１．２を例えば単結晶シリコンウェハで
構成し、その表面に半導体プロセスの拡散一ギの結果圧
覚センサモジュール６も小型化でき１−１Ｓ゛る。

このような小型化した感圧セルの形状としては、第５図
および第６図に示すものが従来知られている。第５図の
感圧セル８はリング形状の感圧セルであり、その中心部
に円形孔９を有し、受圧板に垂直方向の両端に溝へ挿入
するための突起部１０が形成されている。また、第８図
の感圧セルｌ’１はその外周が８角形状の圧覚セルであ
り、その中心部に円形孔１２を有し、受圧板に垂直方向
の両端に溝へ挿入するための突起部１３が形成されてい
る。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、このような従来の感圧セルには次のよう
な欠点がある。

■外周加工が困難である。

第５図のリング形セル８では外周を曲面に加工し、また
第６図の８角形セルでは外周を多面に仕上げなければな
らない、ところが、硬脆材料であるシリコンを、このよ
うな複雑な形状に精度よく加工することは非常に困難で
あり、また加工できたとしても、加工時間が長くかが２
にあらゆる方向の力が加わる。ところが、第５図および
第８図の感圧セル８，１１の場合は溝へ１４．１５があ
るので、この部分１４．１５に応力集中の生じる可能性
がある。この応力集中部に発生する応力は実験によれば
、感圧セルに発生する応力のうちで最大となる場合があ
り、感圧セルが破壊する原因になる恐れがある。

■配線取出し部のパッド密度が高い。

感圧セル内の信号を外部に取り出すために、感圧セル１
と下部基板３の配線間を接続するが、それぞれの配線の
先端部には配線の接続を容易にするために、パッド部を
設ける必要がある。第５図および第６図のような感圧セ
ル８．１１の場合は突起部１０．１３の根元部分にパッ
ドを設ける必要があるが、この部分は幅が狭くなってい
るので、パッドを小さくしてその密度を高くしなければ
ならない。

■組立て作業が煩雑である。

感圧センサを第３図のように組立てるには。

感圧セルを小さくしなければならないので、この挿入お
よび組立て作業は煩雑なものとなる。

このような組立て作業の煩雑さを避けるために、複数個
の感圧セルを連結したままで組立てて、接着が完了した
後に個々の圧覚センサモジュールに切断して分離すると
いう圧覚センサの製造方法が、本発明人によりすでに提
案されている（特願昭５８−２０１９８２号、特願昭５
８−２０５２５１号）。

本発明は、上述の点に鑑み、上述の組立て作業が容易な
圧覚センサの製造方法に適し、かつ感圧セルの外周加工
が容易になり、応力集中を避けることができるとともに
、配線取出し部を幅広くとることが可能となる形状の感
圧セルを具えた圧覚センサを提供することを目的とする
。

［問題点を解決するための手段］本目的を達成するため、本発明は基板上で垂直に、かつ
対向して配置されたリング状またはこれに近い形状の単
結晶シリコンからなる２個の感圧セルと、２個の感圧セ
ルの上面に取付けられた受圧板とにより、１個の感圧モ
ジュールが構成され、感圧セルの側面に形成されたスト
レンゲージにより受圧板に加えられる荷重を感圧セルの
側面に平行な水平分力Ｆｘと、感圧セルの側面に直角な
互いに隣接する２個の感圧セル間の中間の第１の孔と、
第１の孔の上下位置にお互いに重なり合った第２の孔と
、第１と第２の孔を連通ずる切込み溝とによって形作ら
れる形状を有することを特徴とする。

［作用］本発明では、単位感圧セルの形状を、中心孔と外周面を
形成する複数個の孔と、隣接する感圧セル分離用の切込
みとによって形成するようにした　　　　　、ので、外
周面の加工が容易になって、加工精度が向上するととも
に、切欠き部がなくなって応力集中がなくなる。更に、
いかなる方向の荷重が感圧　　　　　□゛セル加わって
も、応力の発生の少ない腕部が感圧セルに形成されてい
るので、この腕部に応力の影響を避ける必要のある半導
体素子を形成することが可能になる。

また１本発明では、複数の感圧セルがその下部において
連結しているので、複数の感圧セルを一体として取扱う
ことができ、組立作業が容易にな以下、図面を参照して
本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は本発明の圧覚センサの構成例を示す斜視図、第
２図はその圧覚センサを構成する感圧センサの実施例を
示す、第２図には、３個の感圧セル２５がその下部にお
いて連結している短冊形状の３連セル２６を示すが、感
圧セルの数はこの３個に限定されるものではなく、必要
に応じてその数を揃ＡＩ−Ｆ−五孟１つ虎斗かい　１９
＼ｌ−威午セル９５の表面に半導体プロセスによりスト
レンゲージやその他の半導体素子を形成するので、現在
の半導体プロセスの歩留りを考慮すれば、連結する個数
はほぼ３〜５個が最適であると考えられる。

本例の感圧セル２５は、本図示のように、円形の中心孔
２７を有し、その中心孔２７の外周部に隣接する１両側
の２個の感圧セルとの中間の中央部にそれぞれ形成した
比較的小形の円形孔２８と、その円形孔２８の上下位置
に水平方向に多少ずらして互いに重なりあった２重の円
形孔２Ｂおよび上述の中間位置に上部を開口して形成し
た切込み溝３０とを有このような形状の感圧セル２５で
は、第５図ならびに第６図に示したような切欠き部１４
．１５が無くなるので、応力集中を避けることができる
。また、この形状では小径孔２Ｂと大径孔２９との間に
必然的に腕部３１が形成されることになるが、いかなる
荷重がこの感圧センサに２５に加わっても、その腕部３
１に発生する応力は他の部分に発生する応力よりも非常
に小さ′いことが実験的に確められている。従って、腕
部３１には、応力を受けると困る半導体素子（例えば、
アナログスイッチや感温センサ等）を形成することがで
きる。

さらに、感圧セル２５を構成する単結晶シリコンは硬脆
材料であるので比較的加工が困難であるが、番孔２７，
２８．２９は円形孔であるので、その孔加工はレーザビ
ーム加工等により比較的容易にかつ精度よくできる。

従って、このような円形孔の組合せと直線の切込みのみ
で外形が得られる加工容易な形状の複数連の感圧セルを
圧覚センサに採用すれば、感圧セルの加工時間が短縮さ
れるとともに、各感圧セルの寸法精度が良くなって、形
状が揃うので感圧セル２５の検出精度のばらつきが少な
くなるという利点が得られる。

また、上述のように腕部３１に発生する応力は小さいの
で、腕部３１の長さが多少変化しても、これが全体の応
力状態に及ぼす影響は少ない、従って、２（ｌｌの感圧
セルの中間の切込み溝３０はその位置や溝幅において加
工精度が多少悪くなっても、感圧セル２５の検出精度に
大きな影響を及ぼすことはない。

さらに、感圧セル２５を下部で連結している連結部３２
に感圧セル内の信号を取出すためのパッド３３を設ける
ことができる。連結部２２は、その幅が広いのでパッド
３３を十分な余裕をもって形成することが可能である。

また、３連セル２８では３個の感圧セル２５を一体に取
扱うことができるのでこれを基板４０の溝４１に挿入す
る組立作業が容易になることは言うまでもない。

上述の３連セル２Ｂから第１図に示すような圧覚センサ
ユニット４２を製造する方法は、すでに本発明人により
提案されているので（特願昭５９−２７２０２５号）、
その詳細な説明は省略する。なお、４３は受圧板である
。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、圧覚センサの感
圧セルをその下部において複数個連結し、かつ中心孔を
有する各々の感圧セルの外周を複数個の孔と隣接する感
圧セル間の切込み溝とに■　応力集中を避けることがで
きる。

■　配線取出し用パッドを余裕をもって配置できる。

■　組立て作業が容易になる。

■　アナログスイッチや感温センサを形成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の圧覚センサユニー／　）の−例を示す
斜視図、第２図はその圧覚センサユニットを構成する感圧セルの
形状を示す正面図、第３図は従来の圧覚センサの一例を示す斜視図、第４図
は従来の感圧セルの表面に形成されたストレンゲージ位
置を示す斜視図、第５図および第６図はそれぞれ従来の感圧セルの形状を
示す正面図である。２５・・・感圧セル、２Ｇ・・・３連セル、２７・・・中心孔。２８・・・孔、２８・・・重なり合った孔、３０・・・切込み溝、＋３１・・・腕部、３２・・・連結部、３３・・・パッド。４０・・・下部基板、４１・・・溝、４２・・・圧覚センサユニー／　ト、４３・・・受圧板。

Claims

【特許請求の範囲】基板上で垂直に、かつ対向して配置されたリング状また
はこれに近い形状の単結晶シリコンからなる２個の感圧
セルと、該２個の感圧セルの上面に取付けられた受圧板
とにより、１個の感圧モジュールが構成され、前記感圧
セルの側面に形成されたストレンゲージにより前記受圧
板に加えられる荷重を前記感圧セルの側面に平行な水平
分力Ｆｘと、前記感圧セルの側面に直角な水平分力Ｆｙ
と、前記受圧板に垂直な方向の垂直分力Ｆ＿２とにそれ
ぞれ分解して検出する圧覚センサにおいて、複数個の前
記感圧セルがその下部において連結し、かつ中心孔を有する各々の該感圧セルの外周が互いに隣
接する２個の感圧セル間の中間の第１の孔該第１の孔の
上下位置にお互いに重なり合った第２の孔と、前記第１と第２の孔を連通する切込み溝とによって形作
られる形状を有することを特徴とする圧覚センサ。