JP2000193544A

JP2000193544A - 力センサ

Info

Publication number: JP2000193544A
Application number: JP10371561A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Namekawa; 政彦滑川; Kazuyoshi Shibata; 和義柴田
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1998-12-25
Filing date: 1998-12-25
Publication date: 2000-07-14
Also published as: US6523423B1

Abstract

(57)【要約】【課題】外部から作用する物理量の方向及び大きさを
三次元的に測定することができ、検出感度を低下させる
ことなく、急激に加わる衝撃力或いは大きな外力の作用
による損傷や破損の防止を図った、信頼性に優れる力セ
ンサを提供する。【解決手段】力センサ１は、中空部４を有する支台３
と、少なくとも１個の検知素子６を有し、かつ、支台３
の中空部４に横架された可撓板５Ａと、支台３の中空部
４において可撓板５Ａに釣支された作用体２から構成さ
れる。作用体２の外周と支台３の内周との間の任意の位
置、例えば中央部Ｃから、作用体２の外周へ向けて、及
び／又は支台３の内周へ向けて、可撓板５Ａの強度を傾
斜的に高強度化した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、作用体の変位そ
のもの、或いは作用体の変位によって可撓板に生ずる歪
みを検知素子により検知することにより、外部から作用
する物理量の方向及び大きさを三次元的に測定するセン
サであって、検出感度を低下させることなく、急激に加
わる衝撃力或いは大きな外力の作用による可撓板の損傷
／破損の防止を図った信頼性に優れる力（ちから）セン
サに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車産業や機械産業の分野において
は、加速度、磁気等の物理量を正確に検出できるセンサ
の需要が高まっている。特に、二次元あるいは三次元の
成分ごとにこれらの物理量を検出し得る小型のセンサが
望まれている。例えば、加速度センサは、自動車が急ハ
ンドルや横風等によって体勢を崩した場合に自動的に体
勢を整える機構や衝突感知機構、クレーン等の自立安定
性を調整する機構、或いは配管中を流れる流体速度の変
化を感知して流量の調整或いはバルブの開閉を行う機構
等に用いることができる。

【０００３】このようなセンサとして、特開平５−２
５７４４号公報には、図１５に示すように、重錘９６を
釣支した可撓板９７上に複数個の圧電素子９８を配置し
たセンサ９５が開示されている。また、特開平８−９４
６６１号公報には、図１４に示すように、支台９３と可
撓板９２及びセンサ内部に配設された重錘９４が圧電材
料で一体的に形成されたセンサ９０であって、円筒状の
支台９３の一端面が可撓板９２によって閉塞され、支台
９３の中空部中央において円柱状の重錘９４を可撓板９
２に釣支し、可撓板９２の表面には複数の上部電極９１
Ａ〜９１Ｅが設けられ、また支台９３、可撓板９２、重
錘９４の下面には下部電極９１Ｆが設けられたセンサ９
０が開示されている。

【０００４】これらのセンサは、外部から重錘に作用
する直接的な力、加速度による慣性力、磁気による引力
といった物理量に対応した力により可撓板が撓むように
構成されており、可撓板の撓みに応じて圧電体に発生す
る電荷を検出することで、重錘に作用した物理量（力）
の方向及び大きさを検出することができる。以下、この
ようなセンサを「力（ちから）センサ」ということとす
る。

【０００５】力センサにおける三次元的な力の検出、
即ち、直交座標系を表すＸ、Ｙ、Ｚ軸方向（以下、「三
軸方向」という。）の力の検出は、図１４記載のセンサ
を例に取ると、重錘９４がその釣支方向であるＺ軸方向
に変位した場合には、上部電極９１Ｅに生ずる電荷によ
りその変位量を検出することができる。このとき、上部
電極９１Ａと９１Ｂに生じた電荷が互いに相殺され、ま
た、上部電極９１Ｃと９１Ｄに生じた電荷も互いに相殺
されるように配線することにより、Ｘ軸方向及びＹ軸方
向の力を検出しないようにする。同様にして、Ｘ軸方向
に重錘９４が変位した場合には上部電極９１Ａと９１Ｂ
に生じた電荷により、Ｙ軸方向に重錘９４が変位した場
合には上部電極９１Ｃと９１Ｄに生じた電荷により、そ
れぞれの方向の変位量を測定することができる。こうし
て、任意の方向に重錘９４が変位した場合には、検出さ
れた各軸方向の成分を合成することで、重錘に加わった
力の向きと大きさを知ることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した力センサは
重錘の変位によって可撓板に生じる応力を用いたもので
あるが、この応力が可撓板の破壊強度を越えて大きくな
ると、可撓板にクラックが生じて破損に至る。例えば、
過誤等によりセンサを落下等して地面に衝突させてしま
った場合には、重錘に過大な加速度がかかって、重錘と
可撓板との境界部にクラック（亀裂）が生ずる等して、
センサの破損を招くことがあった。

【０００７】また、長期の使用によって可撓板の疲労
が進むと、可撓板に生ずる応力が材料破壊強度に至らな
くとも破損に至る場合がある。これは、従来は、検出を
行うべき最大加速度をセンサに与えたときに、可撓板が
破壊に至らず、かつ所望する検出感度が得られるよう
に、各部材の材料の種類や形状等が設定されていたため
である。

【０００８】そこで、可撓板の厚みを厚くして強度を
大きくすることにより、前述した突発的に大きい外力が
作用した場合等においてもある確率で破損を回避するこ
とが可能であるが、この場合には、可撓板が撓み難くな
るためにセンサ感度が低下する問題があった。

【０００９】例えば、図１６（ａ）は、圧電体からな
る可撓板７１、作用体７２及び支台７３からなる、図１
４に示した加速度センサ９０と同等の構造を有する加速
度センサ７０に、Ｚ軸方向、１Ｇの加速度をかけて作用
体７２を変位させたときの可撓板７１に生ずる歪応力を
ＦＥＭシミュレーションにより求めた結果の一例であ
る。ここで、パラメータとしては、支台７３については
内径３．５ｍｍφのジルコニアからなるものを、作用体
７２については１．８ｍｍφ×０．６３５ｍｍ厚の形状
を有し、ジルコニアからなるものを、可撓板７１につい
ては０．０１５ｍｍ厚のジルコニア板上に０．０２ｍｍ
厚のＰＺＴ素子を積層形成したものをそれぞれ用いた。
また、シミュレーションに使用したジルコニアとＰＺＴ
素子の物性は表１に示した。

【００１０】

【表１】

【００１１】図１６（ａ）の歪応力を表す曲線（歪応
力曲線）に示されるように、Ｚ軸方向に加速度をかけた
場合には、Ｘ軸方向及びＹ軸方向で大きな歪応力が生
じ、しかも歪応力曲線は先端の尖った尖頭形を有してい
ることから、特定の狭い長さ（横軸）範囲に歪応力が集
中して生じていることがわかる。従って、従来は、この
最大歪応力を落下衝突時の過大応力と仮定する等して、
可撓板の破壊限界を超えないように可撓板全体の厚みを
調節して破壊を回避する設計がなされていた。しかしな
がら、この方法では歪応力の発生の形態は変化しないた
めに、歪応力のピーク値を可撓板の破壊限界以下とする
と、発生する歪応力の全体の大きさも小さくなることと
なり、センサ感度の低下を招く問題が生ずる。

【００１２】このことを別の視点から説明する。歪応
力の全体の大きさはセンサの検出感度をも表しており、
歪応力曲線と可撓板の長さを示す横軸とで囲まれる面積
は検出感度を表している。このため、図１６（ｂ）に示
すように、全体的な歪応力の発生の形態、即ち、歪応力
曲線の概略形が尖頭形のまま変化することなくピーク値
のみが低くなると、歪応力曲線と横軸とで囲まれる面積
が小さくなり、検出感度が低下することとなるのであ
る。

【００１３】さて、力センサにおいては、上述した感
度の信頼性との釣り合いの問題の他に、生産性を向上さ
せることも重要である。可撓板は十分な感度を得るため
に可撓性が高いことが要求される一方、重錘及び支台は
受けた加速度を純粋に検出するため、剛性が高く撓み難
いことが要求される。これらの特性を満足すべく、別体
として作製した重錘、支台、可撓板の各部材を組み立て
てセンサを作製することは可能であるが、多くの部品と
工数を要し、生産性の向上は望み難い。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は上述した従来
技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その主な目
的とするところは、歪応力のピーク値を低下させつつ、
一方で可撓板に生ずる全体的な歪応力の大きさは減少さ
せずに所望の検出感度が得られる信頼性に優れた力セン
サであって、しかも生産性に優れる力センサを提供する
ことにある。

【００１５】即ち、本発明によれば、中空部を有する
支台と、少なくとも１個の検知素子を有し、かつ、当該
支台の中空部に横架された可撓板と、当該支台の中空部
において当該可撓板に釣支された作用体から構成された
力センサであって、当該作用体の外周と当該支台の内周
との間の任意の位置から、当該作用体の外周へ向けて、
及び／又は当該支台の内周へ向けて、当該可撓板の強度
が傾斜的に高強度化されていることを特徴とする力セン
サ、が提供される。ここで、可撓板の強度の傾斜的な高
強度化（以下、「傾斜高強度化」という。）は、作用体
の外周と支台の内周との間の任意の位置から、作用体の
外周へ向けて、及び当台の内周へ向けての両方向におい
て行うことが好ましい。なお、本発明の力センサには、
一軸方向（線方向）のみの力の検出を行うことができる
力センサと、任意の二軸方向（平面方向）のみの力の検
出を行うことができる力センサ、並びに三軸方向の力を
検出する力センサ、の全てが含まれる。これらの力セン
サにおける検出方位の選択は、力センサの用途に応じ
て、検知素子の配置状態や配線状態を変えることにより
行うことができる。

【００１６】この本発明の力センサにおいては、可撓
板の傾斜高強度化の一つの方法として、作用体の外周と
支台の内周との間の任意の位置、例えば中央部から、作
用体の外周へ向けて、及び／又は支台の内周へ向けて、
可撓板の肉厚を傾斜的に厚くする方法が好適に用いられ
る。このとき、可撓板と作用体との境界部分及び／又は
可撓板と支台との境界部分が、曲率を有する形状に形成
されているも好ましく、これら二ヶ所の境界部分の曲率
を異なるものとしても構わない。

【００１７】また、作用体の外周と支台の内周との間
の任意の位置から作用体の外周へ向けての可撓板の厚み
の変化と、支台の内周へ向けての可撓板の厚みの変化と
を、互いに異ならしめることも好ましい。この肉厚の傾
斜は連続的であることが好ましいが、階段状であっても
構わない。可撓板の肉厚傾斜を階段状とする場合には、
生産性に優れるグリーンシート積層法を用いることが可
能であり、好ましい。

【００１８】また、可撓板の傾斜高強度化が、作用体
の外周と支台の内周との間の任意の位置から、作用体の
外周へ向けて、及び／又は支台の内周へ向けて、可撓板
の組成を傾斜させることによって行われることも好まし
い。この場合にあっても、可撓板の傾斜高強度化は、作
用体の外周と支台の内周との間の任意の位置から、作用
体の外周へ向けて、及び支台の内周へ向けての両方向に
おいて行うことが好ましく、作用体の外周と支台の内周
との間の任意の位置から、作用体の外周へ向けての可撓
板の組成の傾斜状態と、支台の内周へ向けての可撓板の
組成の傾斜状態とを、互いに異ならしめることも好まし
い。勿論、この組成の傾斜化と前述した肉厚の傾斜化と
を同時に用いても構わない。

【００１９】さて、本発明によれば、上述した力セン
サに加えて、中空部を有する支台と、少なくとも１個の
検知素子を有し、かつ、当該支台の中空部に横架された
可撓板と、当該支台の中空部において当該可撓板に釣支
された作用体から構成された力センサであって、当該可
撓板と当該作用体との境界部分、及び／又は当該可撓板
と当該支台との境界部分が曲率を有して形成されている
ことを特徴とする力センサ、もまた提供される。このよ
うな力センサにおいては、可撓板と作用体との境界部
分、及び可撓板と支台との境界部分の両方に曲率を設け
ることが好ましく、可撓板と作用体との境界部分と、可
撓板と支台との境界部分をそれぞれ曲率が異なる状態に
設計することも好ましい。なお、境界部分は階段状に形
成してもよい。

【００２０】上述した全ての本発明の力センサにおい
ては、検知素子として、圧電素子が好適に用いられる。
また、作用体と支台並びに可撓板とを一体成形しつつ、
作用体、支台、可撓板のうち少なくとも１つの部材の化
学組成を異なるものとすることが好ましい。なお、可撓
板のみを、ＴｉＯ₂換算で０．１〜０．６重量％のＴｉ
及び／又はＭｇＯ換算で０．００５〜０．１重量％のＭ
ｇを含有するジルコニアセラミックスから形成すると、
可撓性を良好なものとすることができ、好ましい。更に
この範囲であっても、ＴｉＯ₂換算で０．２〜０．５重
量％のＴｉ及び／又はＭｇＯ換算で０．０１〜０．０５
重量％のＭｇを含有する範囲とすると、より良好な可撓
性が得られ、好ましい。

【００２１】一方、可撓板の一部もしくは可撓板の上
面全体に形成された圧電部材の一部の硬度を、硬化材の
塗布、印刷、散布等して、他の部分に比して高めること
によって可撓板の強度を部分的に高めることも好まし
い。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
いて、検知素子として、本発明において好適に採用され
る圧電素子を用いた場合を例に、図面を参照しながら説
明する。これら各種の力センサは、作用体を重錘として
用いることで、外部から作用する加速度を検知する加速
度センサとして好適に用いられる。図１は、本発明の力
センサ（以下、「センサ」という。）の一実施形態を示
す断面図である。センサ１の基本構成部材は、中空部４
を有する支台３と、支台３の中空部４に横架された可撓
板５と、支台３の中空部４において可撓板５に釣支され
た作用体２である。また、圧電素子６が、可撓板５Ａの
上面を主として作用体２の外周部の上方、及び支台３の
内周部の上方にかかるように配設されている。このよう
な圧電素子６の配設位置は、先に図１６に示したＦＥＭ
シミュレーションにおける歪応力の発生範囲を考慮して
定めることができる。なお、作用体２は、センサ１では
中空部４（可撓板５）の中央部において釣支されている
が、必ずしもこのような位置に限定されるものではな
い。

【００２３】なお、センサ１において、重錘２が釣支
される方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向をセンサ１の上下
方向と規定する。また、Ｚ軸に垂直な可撓板５Ａの横架
方向にＸ軸及びＹ軸を設定する。このような座標軸の設
定は、後述する各種センサについても同様である。

【００２４】ここで、作用体とは外部からの力を受け
て変位する部材であり、支台は作用体や可撓板を保持す
るための基礎となる部材をいう。従って、作用体と支台
は、力によって変形することのない剛性の大きい材料、
例えば、セラミックや金属を用いて形成されることが好
ましく、作用体に比重の大きい材料を用いると小型化が
容易となる利点がある。

【００２５】可撓板は作用体を釣支しつつ、支台に横
架された板状部材であって、作用体の変位に基づいて撓
みを生ずるものである。従って、可撓板は作用体の変位
によって破損しない限りにおいて弾性変形が容易である
ほどセンサの感度を向上させることができ、好ましい。
具体的には、金属、セラミックス、ガラス、樹脂等が使
用できるが、ヤング率が高く、圧電素子に歪みを誘起し
易く、更に圧電素子の配設が容易であるセラミックスを
用いることが好ましい。なお、可撓板に金属材料を用い
た場合には、圧電素子が電極を有する関係上、圧電素子
との絶縁処理が必要となる場合がある。また、可撓板全
体を圧電体で構成してもよい。

【００２６】圧電素子は、可撓板に生じた撓みによっ
て応力を生じ、応力の大きさに応じて電圧を発生させる
部材であり、圧電体と少なくとも一組の電極から構成さ
れる。なお、本発明における圧電材料には電歪材料も含
まれる。また、圧電材体の材料としては、圧電特性が良
好である圧電セラミックスが好適に用いられるが、高分
子圧電材料を用いることもできる。

【００２７】さて、センサ１においては、作用体２の
外周と支台３の内周との間の中央部Ｃから、矢印Ｋ１で
示されるように作用体２の外周へ向けて、及び矢印Ｋ２
で示されるように支台３の内周へ向けて、可撓板５Ａの
肉厚を傾斜的に厚くする方法により、可撓板５Ａの強度
が傾斜的に強化されている。本発明においては、可撓板
の傾斜的な機械的強度の強化を「傾斜高強度化」と呼ぶ
こととする。

【００２８】なお、本発明におけるこのような傾斜高
強度化を目的とした可撓板の肉厚の傾斜は、可撓板の一
部の範囲、例えば、センサ１においては、可撓板５Ａの
中央部Ｃ近傍のように、その厚みが一定である部分を含
んでいても構わず、矢印Ｋ１・Ｋ２の向きにそれぞれ進
むにつれて、可撓板５の肉厚が薄くなるように変化する
部分を途中に含んでいなければよい。また、傾斜高強度
化は、必ずしも可撓板５Ａの中央部Ｃから作用体２の外
周へ向けて、及び／又は支台３の内周へ向けて行われな
ければならないものではなく、作用体２の外周と支台３
の内周との間の任意の位置を基準に、作用体２の外周へ
向けて、及び／又は支台３の内周へ向けて行うことがで
きる。

【００２９】更に、図１６に示したＦＥＭシミュレー
ションの結果に見られるように、可撓板と作用体との境
界部分と、可撓板と支台との境界部分とでは、発生する
応力の大きさが異なる場合が多いため、可撓板の傾斜高
強度化は、必ずしも、作用体の外周と支台の内周との間
の任意の位置を基準に、作用体の外周へ向けて、及び支
台の内周へ向けての両方向に施す必要はない。しかし、
信頼性の向上という観点からは、これら両方向において
傾斜高強度化を施すことが好ましい。本説明において
は、本発明の趣旨を明確かつ簡潔なものとするために、
傾斜高強度化の基準位置を作用体の外周と支台の内周と
の間の中央部に設定するとともに、この基準位置から作
用体の外周へ向けて、及び支台の内周へ向けての両方向
において傾斜高強度化を施した例を示すこととするが、
本発明の趣旨が、これらの形態に限定されるものでない
ことが理解されるべきである。

【００３０】さて、圧電素子に生ずる歪応力の分布
は、可撓板に生ずる歪応力の大きさに一致すると考えら
れるので、図１６に示したＦＥＭシミュレーションの結
果を踏まえると、可撓板５Ａに生ずる歪応力は、可撓板
５Ａと作用体２及び支台３との境界部分７Ａ・８Ａで最
も大きくなるものと考えられる。境界部分７Ａ・８Ａは
その厚みを厚くすることで機械的な強度が高められてい
るため、発生する歪応力の最大値を低下させることがで
きる。一方、可撓板５Ａの中央部Ｃは薄く形成された状
態に維持されているので、作用体２の変位によって撓み
易い構造となっている。

【００３１】つまり、センサ１においては、可撓板５
Ａを全体的に撓ませるように広い範囲に渡って歪応力が
発生するようになり、一方で境界部分７Ａ・８Ａに生ず
る歪応力の最大値は小さくなる。そして、この歪応力の
発生分布が、圧電素子にも反映されることとなる。この
状態を図２において、前述した図１６（ｂ）と同様にし
て図示すると、傾斜高強度化を行わない可撓板が一定厚
みを有する状態における歪応力曲線（左側）が、前述し
たように尖頭形を取るのに対し、傾斜高強度化を行うこ
とにより、歪応力曲線の先端はピーク値が低下しつつ鈍
角化された鈍頭形（右側）となる。これにより、歪応力
曲線によって与えられる面積の低下を招くことなく、即
ち検出感度を低下させることなく、最大ピーク値を低下
させて応力破壊を抑制することが可能となる。

【００３２】こうして、本発明のセンサ１は、可撓板
５Ａに所望するの撓みを発生させることができるので検
出感度を低下させることがなく、しかも可撓板５Ａと作
用体２及び支台３との境界部分７Ａ・８Ａに生ずる最大
歪応力を低減することができるので破壊し難く、従っ
て、高感度かつ高信頼性という優れた特徴を有するもの
となる。

【００３３】さて、センサ１における可撓板５Ａの厚
みの傾斜は、連続的に形成されており、これによって歪
応力の分布も連続的に変化することが期待され、歪応力
の集中が回避され、好ましい。可撓板５Ａと作用体２及
び作用体３との境界部分７Ａ・８Ａは、センサ１では鈍
角状に形成され、従来の厚み一定の可撓板を用いて境界
部分を９０゜の角度で構成した場合よりも、応力集中が
起こり難い構造となっており、好ましい。

【００３４】次に、図３〜図８に、本発明におけるセ
ンサの別の実施形態の可撓板の部分の拡大断面図を示
す。これら図３〜図８は、図１に示したセンサ１におい
て、その可撓板５Ａの形状のみを種々に異ならしめたも
のであって、圧電素子６の配置状態や作用体２並びに支
台３の形状はセンサ１と同等であり、その基本構造は図
１の左側に示されたものと同じである。

【００３５】図３に示された可撓板５Ｂは、その肉厚
の変化の状態は、前述した図１記載のセンサ１における
可撓板５Ａと同等であるが、作用体２及び支台３との境
界部分７Ｂ・８Ｂに、曲率を設けて、境界部分７Ｂ・８
Ｂにおける応力の分散性を向上させた実施形態を示して
いる。これにより、信頼性の更なる向上が図られる。な
お、境界部分７Ｂ・８Ｂの曲率は同じ曲率半径である必
要はなく、互いに異なる曲率を有するように形成しても
構わない。

【００３６】図４に示された可撓板５Ｃは、作用体２
の外周と支台３の内周との間の中央部Ｃから矢印Ｋ１で
示される作用体２の外周へ向けての可撓板５の厚み変化
の状態と、中央部Ｃから矢印Ｋ２で示される支台３の内
周へ向けての可撓板５Ｃの厚み変化の状態とを、互いに
異ならしめたものである。このようにして、可撓板５Ｃ
と、作用体２及び支台３との境界部分７Ｃ・８Ｃにおけ
る可撓板５Ｃを厚みを変えても構わない。なお、境界部
分７Ｃ・８Ｃは鈍角状に形成されているが、先に図３に
示した境界部分７Ｂ・８Ｂのように、曲率を設けてもよ
いことはいうまでもない。

【００３７】上述した可撓板５Ａ〜５Ｃに示されるよ
うに、可撓板の肉厚の傾斜は連続的に形成することが好
ましいが、階段状に形成しても構わない。図５に示した
可撓板５Ｄは、作用体２と支台３との中間部を薄板とし
て形成し、作用体２側及び支台３側の肉厚を厚く形成し
た実施形態を示している。本実施形態の場合には、可撓
板５Ｄと作用体２及び支台３との境界部分７Ｄ・８Ｄに
生ずる最大歪応力は低減するが、境界部分７Ｄ・８Ｄが
直角状に形成されるため、応力分散の効果が小さい点で
は、前述した可撓板５Ａ〜５Ｃに劣ることは否定できな
い。しかし、可撓板５Ｄのような階段状の肉厚傾斜は、
後述する生産性に優れたグリーンシート積層法を用いて
行うことができる利点がある。

【００３８】そして、グリーンシート積層法を用いた
場合には、図６に示す可撓板５Ｅのように、可撓板の肉
厚を変化させる段差数を多くすることも容易であるとい
う利点がある。可撓板５Ｅを用いた場合、微視的に見れ
ば可撓板５Ｅの肉厚変化は階段状であって、可撓板５Ｅ
と作用体２及び支台３との境界部分７Ｅ・８Ｅは直角状
であるが、巨視的に見れば可撓板５Ｅの肉厚変化は連続
的変化に近く、境界部分７Ｅ・８Ｅは鈍角状に形成され
ているものと見なすことができる。これにより可撓板の
撓み特性、最大歪応力の低減特性、歪応力の分散特性等
について、前述した可撓板５Ａ〜５Ｃと同等のものを得
ることができる。

【００３９】次に、可撓板の殆どの部分の肉厚を変え
ることなく、また、検出感度を低下させることなく、可
撓板に生ずる最大歪応力を低減させる方法として、可撓
板と作用体との境界部分、及び／又は可撓板と支台との
境界部分が曲率を有するように形成する方法が挙げられ
る。図７に示した可撓板５Ｆは、その一実施形態を示し
ており、可撓板５Ｆと作用体２及び支台３との境界部分
７Ｆ・８Ｆは、曲率を有する円弧状に形成されており、
可撓板５Ｆはその殆どの部分で薄板状に維持されてい
る。なお、境界部分７Ｆ・８Ｆの曲率半径がそれぞれ異
なるように、境界部分７Ｆ・８Ｆを形成しても構わな
い。また、このような曲率は、境界部分７Ｆ・８Ｆのそ
れぞれに発生する応力の大きさを考慮して、その一方の
みに形成してもよいが、信頼性の向上の観点からは、両
境界部分に形成することが好ましい。

【００４０】前述した肉厚を連続的に変化させた可撓
板５Ａ〜５Ｃに対して、階段状に肉厚を変化させた可撓
板５Ｅ・５Ｆを用いることができたように、境界部分７
Ｆ・８Ｆを階段状に形成することも可能である。図８に
示した可撓板８Ｇと作用体２及び支台３との境界部分７
Ｇ・８Ｇは、微視的には階段状に形成されているが、巨
視的に一定の曲率半径を有するものとみさすことがで
き、可撓板５Ｆを用いた場合と同等の特性を発揮するこ
とができる。なお、図８に示されるように、可撓板５Ｇ
の一定厚み部分が少なくなるように、境界部分７Ｇ・８
Ｇの曲率半径を大きくとっても構わず、このような曲率
半径の設計は、図７にも適用することが可能である。

【００４１】さて、本発明における可撓板の傾斜高強
度化は、作用体の外周と支台の内周との間の中央部か
ら、作用体の外周へ向けて、及び／又は支台の内周へ向
けて、可撓板の組成を傾斜させることによっても行うこ
とができる。図９はこの組成傾斜を示した模式図であ
り、可撓板５Ｈの中央部Ｃから、矢印Ｋ１で示される作
用体２の外周へ向けて、及び矢印Ｋ２で示される支台３
の内周へ向けて、可撓板５Ｈの機械的強度が高まるよう
に設計されている。なお、図９の上段図は、図１の右側
図や図３〜図８と同様のものを示している。

【００４２】この場合には、可撓板の形状は、従来と
同様に、厚みの一定な一枚板の状態であってもよく、ま
た、前述したように、種々に可撓板の厚みを変化させた
状態において、更に組成を傾斜させてもよい。また、組
成の傾斜の状態、即ち、機械的強度の変化の状態は、矢
印Ｋ１の向きと矢印Ｋ２の向きで、互いに異なるものと
しても構わず、階段状に変化させる等、必ずしも滑らか
な曲線状に変化させる必要はない。

【００４３】以上、本発明にかかる力センサの実施の
形態について、説明してきたが、このようなセンサにお
いては、作用体と支台並びに可撓板とを一体成形しつ
つ、作用体、支台、可撓板のうち少なくとも１つの部材
の化学組成を異なるものとすることが好ましい。例え
ば、可撓板の肉厚を変化させた場合にあっても、可撓板
は撓み易く、作用体と支台は剛性が高く変形を起こし難
い組成のものを用いることが好ましい。また、可撓板の
組成を傾斜させる場合にあっては、可撓板の中央部を基
本組成と仮定して、作用体及び／又は支台の組成を可撓
板の基本組成と異なるものとし、その上で更に可撓板に
組成傾斜を行って傾斜高強度化を施すことも好ましい。

【００４４】一体成形を行った場合には、各部材の接
合部をなくして信頼性を向上させるとともに、可撓性が
要求される可撓板と、高い剛性が要求される作用体及び
支台との特性を区別してそれぞれの要求特性を満足させ
ることが可能となる。なお、このような化学組成により
可撓板等の特性を制御する方法は、本発明で最も好適に
用いられるセラミックスの他、金属、合成樹脂を用いた
一体成形の場合においても有用である。具体的な可撓板
の化学組成については後述する。

【００４５】更に、可撓板の一部（可撓板の上面、下
面を問わない）もしくは可撓板の上面全体に形成された
圧電部材（圧電素子）の一部の硬度を、エポキシ樹脂等
の硬化材の塗布や印刷或いは、散布等により、他の部分
に比して高めることによって可撓板の強度を部分的に高
める方法を用いることもできる。このような方法を圧電
素子に適用する場合には、前述した可撓板の肉厚の傾斜
や組成の傾斜による傾斜高強度化と併用して用いること
ができる。また、可撓板と作用体及び／又は支台との境
界部分に、このような硬化材を塗布して曲率を持たせた
り、硬化材により擬似的に可撓板の肉厚を変化させるこ
とも可能である。

【００４６】続いて、本発明のセンサの製造方法につ
いて、先ず、可撓板の肉厚を傾斜的に変化させた場合に
ついて説明する。本発明のセンサは、各部材を個々に種
々の材料を用いて作製した後、接着剤等を用いて接合
し、作製することが可能である。また、肉厚を一定とし
た可撓板に、各種材料を塗布することで肉厚を変えるこ
とも可能である。しかし、このような作製方法を用いた
場合には、可撓板に種々の肉厚の変化を設ける等の精密
な加工が必要となるのみならず、部品点数が多くなっ
て、生産工程が複雑となり易いという問題がある。ま
た、各部品間に接合部が形成されることから、信頼性の
面で問題がある。

【００４７】そこで、本発明においては、可撓板にお
ける肉厚の変化が連続的なものであって、材料にセラミ
ックスを用いてなるものについては、プレス成形法、押
出成形法、射出成形法のいずれかの方法を用いて作製す
ることが好ましい。以下、これらの方法について説明す
る。

【００４８】プレス成形法を用いる場合には、図１０
に示すように、所定のセラミックス粉末にバインダ等を
添加して造粒を行った粉末５１を金型５２に充填し、プ
レス成形することで一体的な成型体を得ることができ
る。金型５２の所定位置に勾配を設けることで、可撓板
に肉厚の変化を設けることが可能である。そして、得ら
れた成形体を焼成し、その後に圧電素子を設ける等して
センサを作製することができる。

【００４９】なお、本方法においては、金型の形状が
複雑となるので、成形時に粉末５１に均等な圧力がかか
るように、粉末５１を充填することが重要である。成形
体において、粉末５１の充填密度に粗密が生ずると、焼
成時の変形の原因となり、好ましくないからである。ま
た、可撓板の全体的な厚みは、成形時から焼成収縮を見
込んで薄く成形することが、生産工程上は好ましいが、
この場合には成形割れを起こす確率が高くなる。従っ
て、可撓板は製品として必要とされる厚みよりも厚く成
形しておき、焼成後に研磨等により厚みを調整してもよ
い。

【００５０】押出成形法を用いる場合には、先ず、支
台の外周の形状に合わせた柱状体を成形し、所定の長さ
に切断する。このグリーンの状態で作用体を形成しつ
つ、可撓板に所定の肉厚変化が形成されるように加工を
行い、得られた加工体を焼成することにより、一体型の
センサを得ることができる。また、グリーンの状態の柱
状体を機械加工に耐え、かつ機械加工が容易に行える程
度の強度となるように仮焼し、得られた仮焼体を加工し
て、再度焼成してもよい。なお、圧電素子の形成は、焼
成前、焼成後のいずれの時点で行ってもよい。

【００５１】なお、押出成形法と同様の柱状体を得る
ことは、前述したプレス成形法を用いて行うこともでき
る。但し、プレス成形体のグリーンの状態での加工は、
添加されているバインダ量が少ないために脱粒を招きや
すく、加工精度が低下しがちであるので、仮焼後に機械
加工を行うことが好ましい。

【００５２】射出成形法は、言うまでもなく熱可塑性
樹脂と混合したセラミックスを、加熱された金型の中へ
充填した後、金型を冷却することにより一体成形された
成形体を得、脱脂、焼成してセンサを作製する方法であ
る。この方法を用いれば、寸法精度を良好なものとし、
後加工も殆ど必要としない利点があるが、射出成形機本
体及び金型の作製費等の設備費が高額である問題があ
る。

【００５３】なお、センサに金属材料を用いる場合に
は、粉末冶金の手法を用いれば、上述したプレス成形
法、押出成形法、射出成形法のいずれをも同様に用いる
ことが可能であり、樹脂材料を用いる場合には、セラミ
ックス材料を用いる場合と異なり、射出成形法を用いて
も金型の摩耗が小さく、好適に用いることができる。

【００５４】次に、可撓板における肉厚の変化が階段
状であって、材料にセラミックスを用いてなるセンサの
作製方法について説明する。ここでは、セラミックスグ
リーンシートを用いたグリーンシート積層法により、作
用体と支台並びに可撓板を一体焼成して形成する方法が
好適に採用される。

【００５５】グリーンシートはセラミックス粉末にバ
インダや溶剤、可塑剤等を混合して作製したスラリー
を、ドクターブレード法等のスリップキャスティングや
カレンダロール法を用いて、或いはセラミックス粉末に
バインダや溶剤、可塑剤を加えて混練してたものを押出
成形法等を用いて作製した一定厚みの薄板状シートであ
り、可撓性、加工性に富み、切断や穴開け、接着が容易
であるという特徴を有する。従って、所望形状の断層形
状に打ち抜き、切断等した複数のグリーンシートを所定
位置において積層し、熱圧着（熱プレス）等により一体
化した後、焼成することで、作用体と支台並びに可撓板
を所定形状として一体的に形成したセンサを得ることが
可能となる。以下、このような方法を「グリーンシート
積層法」という。

【００５６】例えば、図６に示した階段状の肉厚変化
を有する可撓板５Ｅを用いたセンサを作製する為には、
図１１に示すように、可撓板５Ｅの上端面の形成にあた
っては、シート部材の積層時の位置決めを行う基準孔２
５のみを設けたシート部材２１を用い、可撓板５Ｅの階
段部分を形成するためには、孔径Ｄ１の異なる支台３と
なる種々のシート部材２２Ａと、外径Ｄ２の異なる作用
体２となる種々のシート部材２２Ａを、それぞれシート
部材２１上に、シート部材２２Ａについてはその孔径Ｄ
１が大きくなるように、一方、シート部材２２Ｂではそ
の外径が小さくなるように積層し、最後に、支台３の主
な部分を形成するシート部材２３Ａと、作用体２の主な
部分を形成するシート部材２３Ｂを、所定厚みが得られ
るように複数層ほど積層して一体化し、焼成すればよ
い。

【００５７】なお、シート部材２１にシート部材２２
Ａ・２２Ｂを重ねた場合と同様の状態となるように、シ
ート部材２２Ａ・２２Ｂに代えて、シート部材２１に印
刷パターンを変えた多段印刷を施したものを用いてもよ
い。

【００５８】他の材料を用いて可撓板の肉厚変化を階
段状に形成したセンサについては、グリーンシート積層
法に粉末冶金の手法を適用して金属材料からなるセンサ
を作製することができる。また、樹脂からなるセンサは
射出成形により作製することができる。

【００５９】このようなグリーンシート積層法を用い
た場合には、センサ自体の薄板化が容易で、グリーンシ
ート毎の厚み再現性やグリーンシート全体の厚み均一性
に優れるため、可撓板の薄板化及び可撓板の厚みの精密
な制御が容易である利点がある。従って、グリーンシー
ト積層法により作製されたセンサは、可撓板を撓み易く
形成して検出感度を向上させることができると共に、可
撓板毎の、或いは可撓板の部位毎の撓みバラツキが小さ
く、このためセンサ毎の特性バラツキが小さくなる特徴
を有する。

【００６０】また、グリーンシートの厚さを制御し、
或いは一定厚みのグリーンシートを用いた場合であって
もグリーンシートの積層数を適宜選択することにより、
各部の厚み調整を容易に行うことができる。つまり、作
用体等を別体で作製する場合のように、いちいち設計形
状毎に異なる大きさの部品を作製する必要がない。こう
して、特にＸ軸、Ｙ軸方向の検出感度に影響を与える作
用体の厚みをグリーンシートの積層数により調整して、
Ｚ軸方向の検出感度と均衡させることも容易であり、電
気回路による電気的校正の手間を少なくし、或いは省く
ことができるようになる。

【００６１】更に、作用体、支台、可撓板の各々につ
いて断層形状に切断した薄板を積層するところ、部材毎
に異なる厚みのグリーンシートを選択することが可能と
なるため、可撓板には可撓性の高い肉薄のグリーンシー
トを、重錘及び支台には剛性の高い肉厚のグリーンシー
トを用いる等の使い分けが可能となり、一体成形であり
ながら、可撓部は撓み易く、作用体及び支台は剛性の高
い高感度かつ高精度なセンサを得ることが可能となる。

【００６２】なお、グリーンシート積層法を用いた場
合には、１枚のグリーンシートから、金型を用いた打抜
き等により多くのシート部品を得ることができるため、
生産性に優れ、高精度なセンサを低コストで提供可能で
あるといった利点や、グリーンシートにスクリーン印刷
等の厚膜法の技術を用いて下部電極、圧電体、上部電極
を形成して一体焼成することにより製造工程の短縮を容
易に図ることができる等の利点もある。

【００６３】続いて、可撓板において組成を傾斜させ
ることにより傾斜高強度化を施したセンサの作製方法に
ついて説明する。可撓板の形状を考慮して、先ず、上述
した種々の方法により、可撓板における組成傾斜が行わ
れていない成形体を作製し、次いで、可撓板の部分に、
例えばチタン源となるような異なる材質のソースをスク
リーン印刷やスラリーコート等して焼成し、固体拡散さ
せることにより、組成傾斜がされた可撓板を有するセン
サを作製することができる。

【００６４】この他にも、スパッタ法、ＣＶＤ法、イ
オン注入法等により添加する方法によっても同様の効果
を得ることが可能である。これらの方法を用いた場合
に、各部材間の固体拡散に起因して各部材の材質が完全
に区分されず、一定の濃度勾配を生じる場合があるが、
このようなものであっても、センサ全体が均一の化学組
成ではなく、かつ、化学組成により各部材の特性が制御
されている限りにおいて、本発明に包含される。

【００６５】次に、上述したグリーンシート積層法を
用いた場合の各部材に好適に使用される材料等について
説明する。グリーンシートを構成するセラミックス材料
としては、シート成形性が良好であり、焼結体において
は靭性が大きく、かつ高強度であるジルコニアを主成分
とするものが好適に用いられ、安定化ジルコニア、部分
安定化ジルコニアのいずれをも用いることが可能であ
る。

【００６６】ここで可撓板については、要求される可
撓性を良好なものとするために、可撓板のみを、チタニ
ア（ＴｉＯ₂）換算で０．１〜０．６重量％のチタン
（Ｔｉ）及び／又はマグネシア（ＭｇＯ）換算で０．０
０５〜０．１重量％のマグネシウム（Ｍｇ）を含有する
ジルコニアセラミックスで形成することが好ましい。セ
ラミックスからなる可撓板にＴｉ及び／又はＭｇを前記
範囲で含有させることにより可撓性を高める一方、作用
体や支台については前記範囲外の化学組成として、剛性
を高めることが可能となる。

【００６７】図１２・図１３は、安定化ジルコニアか
らなる可撓板における、Ｔｉ或いはＭｇの重量比率とヤ
ング率との相関を、Ｔｉ、Ｍｇを含有しない可撓板のヤ
ング率を１とした場合の比率で示したグラフである。グ
ラフから明らかなように、Ｔｉ或いはＭｇの重量比率が
前記範囲内にある場合に、可撓板のヤング率が最も低く
なって撓み易くなり、特に、ＴｉＯ₂換算で０．２〜
０．５重量％のＴｉ及び／又はＭｇＯ換算で０．０１〜
０．０５重量％のＭｇを含有する範囲が好ましいことが
わかる。

【００６８】なお、Ｔｉ或いはＭｇの重量比率が前記
範囲より低い場合には可撓板が撓み難くなるため、セン
サ感度が低下する問題がある。また、前記範囲より重量
比率が高い場合には可撓板の靱性が低下するため、可撓
板が破損し易くなり、センサの信頼性が低下する問題を
生ずる。このことは逆に、作用体や支台については、こ
れらの範囲の下限値以下とすると、靱性が低下せず、Ｔ
ｉの添加等も不要である点において好ましいことを示唆
している。

【００６９】グリーンシート積層法を用いた場合、各
シート部材の組成を変更したセンサの設計が容易であ
り、積層一体化された成形体の一体焼成が可能な範囲
で、種々の異なるセラミック材料を併用して用いること
も可能であり、測定感度の向上や機械的破壊に対する信
頼性の向上を図ることが容易である。なお、このような
化学組成により可撓板等の特性を制御する方法は、セラ
ミックスを用いた場合に限定されず、金属或いは樹脂を
用いた一体成形の場合においても有用である。

【００７０】次に、圧電素子を形成する圧電体につい
ては、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）やマグネシウム
ニオブ酸鉛（ＰＭＮ）、ニッケルニオブ酸鉛（ＰＮＮ）
等の圧電特性に優れた圧電セラミックスが好適に用いら
れる。また、電極材としては、銀（Ａｇ）、金（Ａ
ｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）或いはこれら
の合金を用いると、圧電体との同時焼成が容易であると
共に、可撓板５等との一体焼成も容易に行うことがで
き、好ましい。その他、作製工程に依存するが、銅（Ｃ
ｕ）やニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）等、種
々の金属材料を電極及び電極リードとして用いることが
できる。電極及び電極リードの形成方法としては、スク
リーン印刷法、スパッタ法等が好適に用いられる。

【００７１】なお、圧電体の気孔率は５０％以下であ
ることが好ましく、２０％以下であることが更に好まし
い。気孔率が高すぎると十分な圧電／電歪特性を得るこ
とが困難となるからである。この気孔率は、圧電体の断
面を脱粒しないように鏡面研磨し、その断面をＳＥＭ等
を用いて観察した場合の視野面積に対して気孔部分の面
積が占める割合で規定したものである。

【００７２】以上、本発明の力センサに関して、検知
素子として圧電素子を用い、また、傾斜高強度化の基準
位置を可撓板における作用体の外周と支台の内周との中
央部として、その実施の形態について説明してきたが、
本発明がこれらの実施の形態に限定されるものでないこ
とはいうまでもない。即ち、センサの構造に関しては、
各実施形態の特徴をそれぞれに組み合わせることがで
き、また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、
各部の形状等に種々の変更を加え得るものであることが
理解されるべきである。例えば、発明者らは、先に特願
平１０−８７１３３号に、可撓板の形状並びに組成を種
々に異ならしめた力センサ（三軸センサ）を開示してい
るが、このような力センサについても、本発明の主な趣
旨たる可撓板の傾斜高強度化を行い、或いは可撓板と作
用体及び支台との境界部分に曲率を設けることが可能で
あることはいうまでもない。

【００７３】また、上述した実施の形態においては、
Ｘ−Ｙ平面における支台の外形（支台の上面及び下面の
形状）は四角形であり、その中空部は円形であったが、
このような形状に限定されるものではない。例えば、Ｘ
−Ｙ平面における支台の外形を共に四角形等の多角形と
し、或いは円形、楕円形とする等、種々の形態を採用す
ることができる。このような形状の選択は、作用体の形
状についても同様であり、上述した円柱状の他、角柱状
等の種々の形状の作用体を用いることができる。可撓板
については、可撓板は支台上面において、中空部を完全
に閉塞するように支台に横架される必要はなく、傾斜高
強度化以外を目的として可撓板の一部の肉厚を変化させ
ることができることが理解されるべきである。例えば、
ある軸方向への作用体の変位を抑制すべく、可撓板に梁
を設ける等、傾斜高強度化を目的としない厚みの変化を
設けることは、本発明の傾斜高強度化に何ら悪影響を及
ぼさず、所定幅を有する板状の可撓板を、支台上面を完
全に閉塞することなく、中空部に跨設しても構わない。
このような各部材の形状は、検出する力の検出方位数の
選択とセンサの用途に応じて、適宜、決定すればよい。

【００７４】更に、検知素子は圧電素子に限られず、
作用体の変位そのもの、或いは作用体の変位に基づいて
可撓板に生ずる撓みを検知して、その撓み量を電気的信
号に変換するものであればよく、例えば、静電容量変化
を利用するもの、ピエゾ抵抗の変化を利用するもの等を
用いることができる。静電容量変化を利用するものとし
ては、可撓板或いは作用体の表面に設けた一対の電極
と、この電極に挟まれた誘電体と、電極に接続する電子
回路を有し、この特定の空間に荷電される静電容量を電
子回路により検出するものが挙げられる。ピエゾ抵抗の
変化を利用するものとしては、歪みゲージに代表される
素子を挙げることができる。なお、その他にも導体の伸
縮による抵抗変化を利用するもの等が挙げられる。

【００７５】

【発明の効果】上述の通り、本発明の力センサによれ
ば、可撓板の強度を傾斜高強度化し、あるいは可撓板と
作用体及び支台との境界部分に曲率を設けることによ
り、可撓板に生ずる最大歪応力を低減しつつ、応力の分
散が図られるために、検出感度の低下を招くことなく、
可撓板の破壊が回避される。これにより、高感度、高信
頼性の力センサが提供される顕著な効果を奏する。ま
た、グリーンシート積層法を用いることにより、各セン
サの特性を均質化しつつ、生産効率の向上を図ることが
可能である。従って、低コストで高精度なセンサを安価
に提供することが可能となる優れた効果をも奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の力センサの一実施形態を示す平面図
及び断面図である。

【図２】本発明の傾斜高強度化による可撓板の歪応力
の発生形態の変化を示す説明図である。

【図３】本発明の力センサにおける可撓板の構造の別
の実施形態を示す断面図である。

【図４】本発明の力センサにおける可撓板の構造の別
の実施形態を示す断面図である。

【図５】本発明の力センサにおける可撓板の構造の別
の実施形態を示す断面図である。

【図６】本発明の力センサにおける可撓板の構造の別
の実施形態を示す断面図である。

【図７】本発明の力センサにおける可撓板の構造の別
の実施形態を示す断面図である。

【図８】本発明の力センサにおける可撓板の構造の別
の実施形態を示す断面図である。

【図９】本発明の力センサにおける可撓板の組成傾斜
化及び傾斜高強度化の様子を示す説明図である。

【図１０】本発明の力センサの作製方法の一実施形態
を示す説明図である。

【図１１】グリーンシート積層法に用いられるグリー
ンシートの形状の一実施形態を示す平面図である。

【図１２】可撓板におけるＴｉの重量比率とヤング率
との関係を示すグラフである。

【図１３】可撓板におけるＭｇの重量比率とヤング率
との関係を示すグラフである。

【図１４】従来の力センサの一実施形態を示す斜視図
及び断面図である。

【図１５】従来の力センサの別の実施形態を示す断面
図である。

【図１６】（ａ）は、従来の力センサにおける圧電体
に生ずる歪応力のＦＥＭシミュレーション結果の一例を
示す説明図であり、（ｂ）は可撓板の強度を均一に強化
した場合の歪応力の低下の様子を示す説明図である。

【符号の説明】

１…力センサ（センサ）、２…作用体（重錘）、３…支
台、４…中空部、５Ａ〜５Ｈ…可撓板、６…圧電素子、
７Ａ〜７Ｇ・８Ａ〜８Ｇ…境界部分、２１・２２Ａ・２
２Ｂ・２３Ａ・２３Ｂ…シート部材、２５…基準孔、５
１…粉末、５１…金型、７０…センサ、７１…可撓板、
７２…作用体、７３…支台、９０…センサ、９１Ａ〜９
１Ｅ…上部電極、９１Ｆ…下部電極、９２…可撓板、９
３…支台、９４…重錘、９５…センサ、９６…重錘、９
７…可撓板、９８…圧電素子。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中空部を有する支台と、少なくとも１個の検知素子を有し、かつ、当該支台の中
空部に横架された可撓板と、当該支台の中空部において当該可撓板に釣支された作用
体から構成された力センサであって、当該作用体の外周と当該支台の内周との間の任意の位置
から、当該作用体の外周へ向けて、及び／又は当該支台
の内周へ向けて、当該可撓板の強度が傾斜的に高強度化
されていることを特徴とする力センサ。
【請求項２】当該可撓板の傾斜高強度化が、当該作用
体の外周と当該支台の内周との間の任意の位置から、当
該作用体の外周へ向けて、及び／又は当該支台の内周へ
向けて、当該可撓板の肉厚を傾斜的に厚くすることによ
り行われていることを特徴とする請求項１記載の力セン
サ。
【請求項３】当該作用体の外周と当該支台の内周との
間の任意の位置から、当該作用体の外周へ向けての当該
可撓板の厚みの変化と、当該支台の内周へ向けての当該
可撓板の厚みの変化とを、互いに異ならしめたことを特
徴とする請求項２記載の力センサ。
【請求項４】当該可撓板と当該作用体との境界部分及
び／又は当該可撓板と当該支台との境界部分が、曲率を
有する形状に形成されていることを特徴とする特徴とす
る請求項２又は３記載の力センサ。
【請求項５】当該可撓板と当該作用体との境界部分
と、当該可撓板と当該支台との境界部分のそれぞれの曲
率が異なることを特徴とする請求項４記載の力センサ。
【請求項６】当該可撓板の肉厚傾斜が、階段状になさ
れていることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項
に記載の力センサ。
【請求項７】グリーンシート積層法により作製されて
いることを特徴とする請求項６記載の力センサ。
【請求項８】当該可撓板の傾斜高強度化が、当該作用
体の外周と当該支台の内周との間の任意の位置から、当
該作用体の外周へ向けて、及び／又は当該支台の内周へ
向けて、当該可撓板の組成を傾斜させることにより行わ
れていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項
に記載の力センサ。
【請求項９】当該作用体の外周と当該支台の内周との
間の任意の位置から、当該作用体の外周へ向けての当該
可撓板の組成の傾斜状態と、当該支台の内周へ向けての
当該可撓板の組成の傾斜状態とを、互いに異ならしめた
ことを特徴とする請求項８記載の力センサ。
【請求項１０】中空部を有する支台と、少なくとも１個の検知素子を有し、かつ、当該支台の中
空部に横架された可撓板と、当該支台の中空部において当該可撓板に釣支された作用
体から構成された力センサであって、当該可撓板と当該作用体との境界部分、及び／又は当該
可撓板と当該支台との境界部分が曲率を有して形成され
ていることを特徴とする力センサ。
【請求項１１】当該可撓板と当該作用体との境界部分
と、当該可撓板と当該支台との境界部分のそれぞれの曲
率が異なることを特徴とする請求項１０記載の力セン
サ。
【請求項１２】当該境界部分が、階段状に形成されて
いることを特徴とする請求項１０又は１１記載の力セン
サ。
【請求項１３】当該検知素子が、圧電素子であること
を特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の力
センサ。
【請求項１４】当該作用体と当該支台並びに当該可撓
板とが一体成形され、当該作用体、当該支台、当該可撓
板のうち少なくとも１つの部材の化学組成が異なるもの
であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項
に記載の力センサ。
【請求項１５】当該可撓板のみが、ＴｉＯ₂換算で
０．１〜０．６重量％のＴｉ及び／又はＭｇＯ換算で
０．００５〜０．１重量％のＭｇを含有するジルコニア
セラミックスからなることを特徴とする請求項１〜１４
のいずれか一項に記載の力センサ。
【請求項１６】当該可撓板のみが、ＴｉＯ₂換算で
０．２〜０．５重量％のＴｉ及び／又はＭｇＯ換算で
０．０１〜０．０５重量％のＭｇを含有するジルコニア
セラミックスからなることを特徴とする請求項１５記載
の力センサ。
【請求項１７】当該可撓板の一部もしくは当該可撓板
の上面全体に形成された検知素子の一部の硬度が、硬化
材によって他の部分に比して高められていることを特徴
とする請求項１〜１６のいずれか一項に記載の力セン
サ。
【請求項１８】当該作用体を重錘として用い、加速度
センサとして使用されることを特徴とする請求項１〜１
７のいずれか一項に記載の力センサ。