JP2013245937A - Force detection element, force detection module, force detection unit, and robot - Google Patents

Force detection element, force detection module, force detection unit, and robot Download PDF

Info

Publication number
JP2013245937A
JP2013245937A JP2012117252A JP2012117252A JP2013245937A JP 2013245937 A JP2013245937 A JP 2013245937A JP 2012117252 A JP2012117252 A JP 2012117252A JP 2012117252 A JP2012117252 A JP 2012117252A JP 2013245937 A JP2013245937 A JP 2013245937A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric substrate
force detection
force
electrode
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2012117252A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5942590B2 (en
Inventor
Hideaki Oka
秀明 岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2012117252A priority Critical patent/JP5942590B2/en
Publication of JP2013245937A publication Critical patent/JP2013245937A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5942590B2 publication Critical patent/JP5942590B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a force detection element, force detection module, and force detection unit that allows reduction in size; and a robot including them.SOLUTION: A force detection element includes: a crystal substrate 6; a force detection unit 10 which includes a first electrode 11 that is formed on one surface of the crystal substrate 6 and a second electrode 12 that is formed on another surface, and to which an external force is applied; a circuit unit 21 that is connected to the first electrode 11 or second electrode 12 and is on the crystal substrate 6 which is extended from the force detection unit 10; and a groove unit 27a which is arranged between the force detection unit 10 of the crystal substrate 6 and the circuit unit 21, and whose rigidity is adjusted so as to be different from the rigidity of the crystal substrate 6 from which the force detection unit 10 is formed. The circuit unit 21 includes a semiconductor element having a gate electrode.

Description

本発明は、力検出素子、力検出モジュール、力検出ユニットおよびロボットに関する。   The present invention relates to a force detection element, a force detection module, a force detection unit, and a robot.

外力の付加により圧電基板の表面に誘起される電荷を捉え、電荷の変化から加わった外力を検出する力センサー(力検出素子)が知られている(例えば、特許文献1参照)。
このような力検出素子において、力検出素子から検出された信号は配線を介して、別体の検出回路部に接続され、力の大きさを検知している。
2. Description of the Related Art A force sensor (force detection element) that captures an electric charge induced on the surface of a piezoelectric substrate by applying an external force and detects an external force applied from the change in electric charge is known (for example, see Patent Document 1).
In such a force detection element, a signal detected from the force detection element is connected to a separate detection circuit unit via a wiring to detect the magnitude of the force.

特開平4−231827号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 4-231827

近年、力検出素子においても小型化が要望されている。配線や検出回路を含む力検出素子の小型化を図るために、力を検出する力検出部に加えて、圧電基板上に半導体素子で回路部を構成させる提案がある。しかしながら、圧電基板上に半導体素子を構成した場合、力検出部に加わる力が回路部を変形させ、半導体素子のチャネル領域を変形させる。そして、このチャネル領域の変形により半導体素子の閾値電圧が変動することがある。このため、圧電基板上に力検出部と半導体素子とを形成して力検出素子の小型化を図ることは、実用化が難しいという課題がある。   In recent years, there is a demand for downsizing of the force detection element. In order to reduce the size of the force detection element including the wiring and the detection circuit, there is a proposal that a circuit unit is configured with a semiconductor element on a piezoelectric substrate in addition to a force detection unit that detects force. However, when the semiconductor element is configured on the piezoelectric substrate, the force applied to the force detection unit deforms the circuit unit and deforms the channel region of the semiconductor element. The threshold voltage of the semiconductor element may vary due to the deformation of the channel region. For this reason, it is difficult to reduce the size of the force detection element by forming the force detection unit and the semiconductor element on the piezoelectric substrate.

本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

[適用例1]本適用例にかかる力検出素子は、圧電基板と、前記圧電基板の一方の表面に形成された第1電極、および他方の表面に形成された第2電極を有し外力が加わる力検出部と、前記力検出部から前記圧電基板が延在され、延在された前記圧電基板上に前記第1電極または前記第2電極に接続される半導体素子が設けられた回路部と、前記圧電基板の前記力検出部と前記回路部との間に、前記力検出部が形成された前記圧電基板の剛性とは異なる剛性に調整された剛性調整部と、を備えたことを特徴とする。   [Application Example 1] A force detection element according to this application example includes a piezoelectric substrate, a first electrode formed on one surface of the piezoelectric substrate, and a second electrode formed on the other surface. An applied force detection unit; and a circuit unit in which the piezoelectric substrate extends from the force detection unit, and a semiconductor element connected to the first electrode or the second electrode is provided on the extended piezoelectric substrate; A rigidity adjusting unit adjusted to a stiffness different from the stiffness of the piezoelectric substrate on which the force detecting unit is formed, between the force detecting unit and the circuit unit of the piezoelectric substrate. And

この構成によれば、圧電基板に形成される力検出部と回路部との間に、力検出部の圧電基板の剛性とは異なる剛性に調整された剛性調整部が設けられている。剛性調整部としては、力検出部の圧電基板より剛性が低い剛性調整部、または剛性が高い剛性調整部が設けられる。
力検出部に加わった外力は圧電基板に応力を与え、この応力は力検出部の圧電基板から回路部にも伝わる。このとき、剛性調整部の剛性が力検出部の圧電基板より低い場合には、この剛性調整部にて圧電基板が変形して応力を緩和する。このため、回路部にはこの応力が伝わらず、回路部に形成された半導体素子のチャネル領域を変形させることがなく、チャネル領域の変形に起因する閾値電圧の変動を抑えることができる。
また、剛性調整部の剛性が力検出部の圧電基板より高い場合には、この剛性調整部にて圧電基板を変形させようとする応力を規制でき、回路部の圧電基板の変形を抑制する。このため、回路部にはこの応力が伝わらず、回路部に形成された半導体素子のチャネル領域を変形させることがなく、チャネル領域の変形に起因する閾値電圧の変動を抑えることができる。
このように、本適用例の力検出素子は、半導体素子の閾値電圧の変動を抑制することができることから、従来、実用化が難しかった圧電基板上に力検出部と回路部とを一体に形成することができ、力検出素子の小型を図ることが可能となる。
According to this configuration, the rigidity adjusting unit adjusted to a rigidity different from the rigidity of the piezoelectric substrate of the force detecting unit is provided between the force detecting unit formed on the piezoelectric substrate and the circuit unit. As the rigidity adjusting section, a rigidity adjusting section having a lower rigidity than the piezoelectric substrate of the force detecting section or a rigidity adjusting section having a high rigidity is provided.
The external force applied to the force detection unit applies stress to the piezoelectric substrate, and this stress is also transmitted from the piezoelectric substrate of the force detection unit to the circuit unit. At this time, if the rigidity of the rigidity adjusting unit is lower than the piezoelectric substrate of the force detecting unit, the piezoelectric substrate is deformed by the rigidity adjusting unit to relieve the stress. For this reason, this stress is not transmitted to the circuit portion, the channel region of the semiconductor element formed in the circuit portion is not deformed, and the fluctuation of the threshold voltage due to the deformation of the channel region can be suppressed.
Further, when the rigidity of the rigidity adjusting unit is higher than that of the piezoelectric substrate of the force detecting unit, it is possible to regulate the stress that causes the piezoelectric substrate to be deformed by the rigidity adjusting unit, thereby suppressing the deformation of the piezoelectric substrate of the circuit unit. For this reason, this stress is not transmitted to the circuit portion, the channel region of the semiconductor element formed in the circuit portion is not deformed, and the fluctuation of the threshold voltage due to the deformation of the channel region can be suppressed.
As described above, since the force detection element of this application example can suppress the fluctuation of the threshold voltage of the semiconductor element, the force detection unit and the circuit unit are integrally formed on the piezoelectric substrate, which has been difficult to put into practical use. Thus, the force detection element can be reduced in size.

[適用例2]上記適用例にかかる力検出素子において、前記圧電基板の厚み方向の平面視において、前記剛性調整部の前記力検出部と対向する長さは、前記回路部の前記力検出部と対向する長さよりも長く形成されることが好ましい。   Application Example 2 In the force detection element according to the application example described above, the length of the rigidity adjustment unit facing the force detection unit in a plan view in the thickness direction of the piezoelectric substrate is the length of the force detection unit of the circuit unit. It is preferable to form longer than the length facing.

この構成によれば、剛性調整部が力検出部と対向し、また回路部と対向している。そして、回路部は、回路部の力検出部と対向する全体の長さが剛性調整部と対向するように配置されている。つまり、回路部の力検出部と対向する長さをカバーして剛性調整部が力検出部との間に形成されている。
このことから、力検出部から伝わる応力は剛性調整部で緩和あるいは規制されて、回路部に伝わらない。
According to this configuration, the rigidity adjusting unit faces the force detection unit and faces the circuit unit. And the circuit part is arrange | positioned so that the whole length which opposes the force detection part of a circuit part may oppose a rigidity adjustment part. In other words, the rigidity adjusting portion is formed between the force detecting portion and the length of the circuit portion facing the force detecting portion.
For this reason, the stress transmitted from the force detection unit is relaxed or regulated by the stiffness adjusting unit and is not transmitted to the circuit unit.

[適用例3]上記適用例にかかる力検出素子において、前記剛性調整部として前記圧電基板に凹部を形成したことが好ましい。   Application Example 3 In the force detection element according to the application example described above, it is preferable that a recess is formed in the piezoelectric substrate as the rigidity adjusting unit.

この構成によれば、剛性が低い剛性調整部を圧電基板に凹部を作ることで形成することができる。また、凹部の形成は圧電基板にエッチングなどを施して容易に形成することができる。   According to this configuration, the rigidity adjusting portion with low rigidity can be formed by forming the recess in the piezoelectric substrate. The concave portion can be easily formed by etching the piezoelectric substrate.

[適用例4]上記適用例にかかる力検出素子において、前記剛性調整部として前記圧電基板を貫通する穴部を形成したことが好ましい。   Application Example 4 In the force detection element according to the application example described above, it is preferable that a hole penetrating the piezoelectric substrate is formed as the rigidity adjusting unit.

この構成によれば、剛性が低い剛性調整部を圧電基板に穴部を作ることで形成することができる。また、穴部の形成は圧電基板にエッチングなどを施して容易に形成することができる。   According to this configuration, it is possible to form the rigidity adjusting portion with low rigidity by making the hole in the piezoelectric substrate. The hole can be easily formed by etching the piezoelectric substrate.

[適用例5]上記適用例にかかる力検出素子において、前記剛性調整部として前記圧電基板に形成された凹部と、前記凹部に埋め込まれた前記圧電基板よりも剛性の低い軟質部材と、を有することが好ましい。   Application Example 5 The force detection element according to the application example described above includes a recess formed in the piezoelectric substrate as the rigidity adjusting unit, and a soft member having a rigidity lower than that of the piezoelectric substrate embedded in the recess. It is preferable.

この構成によれば、剛性調整部として凹部を形成し、その凹部に軟質部材を埋め込んでいる。このように、凹部を形成することにより剛性を低くする一方で、圧電基板の強度が低下することになるが、軟質部材をその凹部に付加することで圧電基板の強度を確保し、剛性の調整をすることができる。   According to this configuration, the concave portion is formed as the rigidity adjusting portion, and the soft member is embedded in the concave portion. In this way, the strength of the piezoelectric substrate is lowered while the rigidity is lowered by forming the concave portion, but the strength of the piezoelectric substrate is secured by adding a soft member to the concave portion, and the rigidity is adjusted. Can do.

[適用例6]上記適用例にかかる力検出素子において、前記剛性調整部として前記圧電基板に形成された穴部と、前記穴部に埋め込まれた前記圧電基板よりも剛性の低い軟質部材と、を有することが好ましい。   Application Example 6 In the force detection element according to the application example described above, a hole formed in the piezoelectric substrate as the rigidity adjusting unit, and a soft member having lower rigidity than the piezoelectric substrate embedded in the hole, It is preferable to have.

この構成によれば、剛性調整部として穴部を形成し、その穴部に軟質部材を埋め込んでいる。このように、穴部を形成することにより剛性を低くする一方で、圧電基板の強度が低下することになるが、軟質部材をその穴部に付加することで圧電基板の強度を確保し、剛性の調整をすることができる。   According to this configuration, the hole is formed as the rigidity adjusting portion, and the soft member is embedded in the hole. Thus, while the rigidity is lowered by forming the hole portion, the strength of the piezoelectric substrate is lowered, but the strength of the piezoelectric substrate is secured by adding a soft member to the hole portion, and the rigidity is increased. Can be adjusted.

[適用例7]上記適用例にかかる力検出素子において、前記剛性調整部として前記圧電基板に前記圧電基板に厚みを付加する付加部材が設けられたことが好ましい。   Application Example 7 In the force detection element according to the application example described above, it is preferable that an additional member that adds thickness to the piezoelectric substrate is provided as the rigidity adjusting unit.

この構成によれば、剛性調整部として圧電基板に厚みを付加する付加部材が設けられる。このように圧電基板よりも基板の厚みが厚くなることで、剛性調整部の剛性が増す。
このことから、この剛性調整部にて圧電基板を変形させようとする応力を規制でき、回路部の圧電基板の変形を抑制する。
According to this configuration, the additional member that adds thickness to the piezoelectric substrate is provided as the rigidity adjusting portion. Thus, the rigidity of the rigidity adjusting portion is increased by making the thickness of the substrate thicker than that of the piezoelectric substrate.
For this reason, the stress that attempts to deform the piezoelectric substrate can be regulated by the rigidity adjusting unit, and deformation of the piezoelectric substrate in the circuit unit is suppressed.

[適用例8]上記適用例にかかる力検出素子において、前記半導体素子がMOS型半導体素子であり、ポリシリコンTFTを有することが好ましい。   Application Example 8 In the force detection element according to the application example, it is preferable that the semiconductor element is a MOS type semiconductor element and includes a polysilicon TFT.

この構成によれば、半導体素子がMOS型半導体素子であり、ポリシリコンTFTを有することから、アンプ、ADコンバーターなどのアナログ回路や信号処理回路などのデジタル回路を圧電基板上に集積できる。   According to this configuration, since the semiconductor element is a MOS type semiconductor element and has a polysilicon TFT, an analog circuit such as an amplifier and an AD converter and a digital circuit such as a signal processing circuit can be integrated on the piezoelectric substrate.

[適用例9]上記適用例にかかる力検出素子において、前記半導体素子がMOS型半導体素子であり、前記MOS型半導体素子は酸化物系半導体材料で構成されていることが好ましい。   Application Example 9 In the force detection element according to the application example, it is preferable that the semiconductor element is a MOS type semiconductor element, and the MOS type semiconductor element is made of an oxide-based semiconductor material.

この構成によれば、MOS型半導体素子が酸化物系半導体材料で構成されていることから、製造プロセスにおけるプロセス温度の低温化が可能となり、圧電基板へのダメージを抑制することができる。   According to this configuration, since the MOS semiconductor element is made of an oxide semiconductor material, the process temperature in the manufacturing process can be lowered, and damage to the piezoelectric substrate can be suppressed.

[適用例10]上記適用例にかかる力検出素子において、前記回路部には、前記圧電基板の表面と直接もしくは絶縁層を介して接するバックゲート電極と、前記バックゲート電極を覆う絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成されたゲート電極を有する前記半導体素子と、が備えられ、前記圧電基板の厚み方向の平面視において、前記バックゲート電極は前記ゲート電極を含んで重なる位置に設けられ、前記バックゲート電極はグランドに接続されることが好ましい。   Application Example 10 In the force detection element according to the application example described above, the circuit unit includes a back gate electrode that is in direct contact with the surface of the piezoelectric substrate or via an insulating layer, an insulating film that covers the back gate electrode, The semiconductor element having a gate electrode formed on the insulating film, and in the plan view in the thickness direction of the piezoelectric substrate, the back gate electrode is provided at an overlapping position including the gate electrode, The back gate electrode is preferably connected to the ground.

この構成によれば、回路部の半導体素子のゲート電極の下方には圧電基板と直接もしくは絶縁層を介して接するバックゲート電極が設けられ、平面視において、バックゲート電極はゲート電極を含んで重なる位置に設けられ、バックゲート電極はグランドに接続される。
このため、圧電基板に外力などが加わり圧電基板の表面に電荷が誘起された場合でも、バックゲート電極において誘起電荷による電界を遮蔽でき、半導体素子の閾値電圧の変動を抑制することができる。
According to this configuration, the back gate electrode that is in contact with the piezoelectric substrate directly or via the insulating layer is provided below the gate electrode of the semiconductor element of the circuit portion, and the back gate electrode includes the gate electrode in plan view. The back gate electrode is connected to the ground.
For this reason, even when an external force or the like is applied to the piezoelectric substrate and a charge is induced on the surface of the piezoelectric substrate, the electric field due to the induced charge can be shielded at the back gate electrode, and fluctuations in the threshold voltage of the semiconductor element can be suppressed.

[適用例11]上記適用例にかかる力検出素子において、前記回路部には、前記圧電基板の表面と接続するバックゲート電極と、前記バックゲート電極を覆う絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成されたゲート電極を有する前記半導体素子と、が備えられ、前記圧電基板の厚み方向の平面視において、前記バックゲート電極は前記ゲート電極を含んで重なる位置に設けられ、前記バックゲート電極は一定の電位に固定されることが好ましい。   Application Example 11 In the force detection element according to the application example described above, the circuit unit is formed with a back gate electrode connected to the surface of the piezoelectric substrate, an insulating film covering the back gate electrode, and the insulating film formed on the insulating film. And the semiconductor element having the gate electrode formed, and in the plan view in the thickness direction of the piezoelectric substrate, the back gate electrode is provided at an overlapping position including the gate electrode, and the back gate electrode is fixed. It is preferable that the potential is fixed.

この構成によれば、回路部の半導体素子のゲート電極の下方には圧電基板と接続されたバックゲート電極が設けられ、平面視において、バックゲート電極はゲート電極を含んで重なる位置に設けられ、バックゲート電極は一定の電位に固定される。
このため、圧電基板に外力などが加わり圧電基板の表面に電荷が誘起された場合でも、バックゲート電極において誘起電荷による電界を遮蔽でき、半導体素子の閾値電圧の変動を抑制することができる。
According to this configuration, the back gate electrode connected to the piezoelectric substrate is provided below the gate electrode of the semiconductor element of the circuit unit, and the back gate electrode is provided at a position overlapping the gate electrode in plan view. The back gate electrode is fixed at a constant potential.
For this reason, even when an external force or the like is applied to the piezoelectric substrate and a charge is induced on the surface of the piezoelectric substrate, the electric field due to the induced charge can be shielded at the back gate electrode, and fluctuations in the threshold voltage of the semiconductor element can be suppressed.

[適用例12]本適用例にかかる力検出モジュールは、圧電基板を複数積層させた力検出モジュールであって、前記圧電基板の積層方向をz軸方向としたとき、前記z軸方向に直交する方向をx軸方向、z軸方向およびx軸方向に直交する方向をy軸方向とした場合、前記x軸方向の力を検出する第1力検出素子と、前記z軸方向の力を検出する第2力検出素子と、前記y軸方向の力を検出する第3力検出素子と、を備え、前記第1力検出素子は、第1圧電基板と、前記第1圧電基板の一方の表面に形成された第1電極と他方の表面に形成された第2電極とを有する第1力検出部と、前記第1力検出部から前記第1圧電基板が延在され、延在された前記第1圧電基板上に前記第1電極または前記第2電極に接続される半導体素子が設けられた第1回路部と、前記第1圧電基板の前記第1力検出部と前記第1回路部との間に、前記第1力検出部が形成された前記第1圧電基板の剛性とは異なる剛性に調整された第1剛性調整部と、が設けられ、前記第2力検出素子は、第2圧電基板と、前記第2圧電基板の一方の表面に形成された第3電極と他方の表面に形成された第4電極とを有する第2力検出部と、前記第2力検出部から前記第2圧電基板が延在され、延在された前記第2圧電基板上に前記第3電極または前記第4電極に接続される半導体素子が設けられた第2回路部と、前記第2圧電基板の前記第2力検出部と前記第2回路部との間に、前記第2力検出部が形成された前記第2圧電基板の剛性とは異なる剛性に調整された第2剛性調整部と、が設けられ、前記第3力検出素子は、第3圧電基板と、前記第3圧電基板の一方の表面に形成された第5電極と他方の表面に形成された第6電極とを有する第3力検出部と、前記第3力検出部から前記第3圧電基板が延在され、延在された前記第3圧電基板上に前記第5電極または前記第6電極に接続される半導体素子が設けられた第3回路部と、前記第3圧電基板の前記第3力検出部と前記第3回路部との間に、前記第3力検出部が形成された前記第3圧電基板の剛性とは異なる剛性に調整された第3剛性調整部と、が設けられたことを特徴とする。   Application Example 12 The force detection module according to this application example is a force detection module in which a plurality of piezoelectric substrates are stacked, and is orthogonal to the z-axis direction when the stacking direction of the piezoelectric substrates is the z-axis direction. When the direction is the x-axis direction, the z-axis direction, and the direction orthogonal to the x-axis direction is the y-axis direction, the first force detection element that detects the force in the x-axis direction and the force in the z-axis direction are detected. A second force detecting element and a third force detecting element for detecting a force in the y-axis direction, wherein the first force detecting element is provided on one surface of the first piezoelectric substrate and the first piezoelectric substrate. A first force detector having a formed first electrode and a second electrode formed on the other surface; and the first piezoelectric substrate is extended from the first force detector, and the first electrode is extended. A semiconductor element connected to the first electrode or the second electrode is provided on one piezoelectric substrate. A rigidity different from the rigidity of the first piezoelectric substrate in which the first force detection unit is formed between one circuit unit, the first force detection unit of the first piezoelectric substrate, and the first circuit unit. An adjusted first stiffness adjusting section, and the second force detecting element is formed on the second piezoelectric substrate, the third electrode formed on one surface of the second piezoelectric substrate, and the other surface. A second force detector having a fourth electrode formed thereon, and the second piezoelectric substrate is extended from the second force detector, and the third electrode or the second electrode is extended on the extended second piezoelectric substrate. The second force detection unit is formed between the second circuit unit provided with the semiconductor element connected to the four electrodes, and the second force detection unit and the second circuit unit of the second piezoelectric substrate. A second stiffness adjusting section adjusted to a stiffness different from the stiffness of the second piezoelectric substrate, and the third force detecting element is A third force detection unit having a third piezoelectric substrate, a fifth electrode formed on one surface of the third piezoelectric substrate, and a sixth electrode formed on the other surface; and from the third force detection unit A third circuit portion in which the third piezoelectric substrate is extended, and a semiconductor element connected to the fifth electrode or the sixth electrode is provided on the extended third piezoelectric substrate; A third stiffness adjusting unit adjusted to a stiffness different from the stiffness of the third piezoelectric substrate on which the third force sensing portion is formed between the third force sensing portion of the substrate and the third circuit portion; , Is provided.

この構成によれば、力検出モジュールには、直交する3軸方向の力を検出する第1力検出素子、第2力検出素子、第3力検出素子を備えている。そして、各力検出素子の圧電基板の力検出部と回路部との間に、力検出部が形成された圧電基板の剛性とは異なる剛性に調整された剛性調整部が設けられている。剛性調整部としては、力検出部の圧電基板より剛性が低い剛性調整部、または剛性が高い剛性調整部が設けられる。
力検出部に加わった外力は圧電基板に応力を与え、この応力は力検出部の圧電基板から回路部にも伝わる。このとき、剛性調整部の剛性が圧電基板より低い場合には、この剛性調整部にて圧電基板が変形して応力を緩和する。このため、回路部にはこの応力が伝わらず、回路部に形成された半導体素子のチャネル領域を変形させることがなく、チャネル領域の変形に起因する閾値電圧の変動を抑えることができる。
また、剛性調整部の剛性が圧電基板より高い場合には、この剛性調整部にて圧電基板を変形させようとする応力を規制でき、回路部の圧電基板の変形を抑制する。このため、回路部にはこの応力が伝わらず、回路部に形成された半導体素子のチャネル領域を変形させることがなく、チャネル領域の変形に起因する閾値電圧の変動を抑えることができる。
このように、本適用例の力検出モジュールは、半導体素子の閾値電圧の変動を抑制することができることから、従来、実用化が難しかった圧電基板上に力検出部と回路部とを一体に形成することができ、力検出モジュールの小型を図ることが可能となる。
According to this configuration, the force detection module includes the first force detection element, the second force detection element, and the third force detection element that detect forces in three orthogonal directions. In addition, a stiffness adjustment unit that is adjusted to a stiffness different from the stiffness of the piezoelectric substrate on which the force detection unit is formed is provided between the force detection unit and the circuit unit of the piezoelectric substrate of each force detection element. As the rigidity adjusting section, a rigidity adjusting section having a lower rigidity than the piezoelectric substrate of the force detecting section or a rigidity adjusting section having a high rigidity is provided.
The external force applied to the force detection unit applies stress to the piezoelectric substrate, and this stress is also transmitted from the piezoelectric substrate of the force detection unit to the circuit unit. At this time, when the rigidity of the rigidity adjusting unit is lower than that of the piezoelectric substrate, the piezoelectric substrate is deformed by the rigidity adjusting unit to relieve the stress. For this reason, this stress is not transmitted to the circuit portion, the channel region of the semiconductor element formed in the circuit portion is not deformed, and the fluctuation of the threshold voltage due to the deformation of the channel region can be suppressed.
In addition, when the rigidity of the rigidity adjusting unit is higher than that of the piezoelectric substrate, the stress that attempts to deform the piezoelectric substrate by the rigidity adjusting unit can be restricted, and the deformation of the piezoelectric substrate of the circuit unit is suppressed. For this reason, this stress is not transmitted to the circuit portion, the channel region of the semiconductor element formed in the circuit portion is not deformed, and the fluctuation of the threshold voltage due to the deformation of the channel region can be suppressed.
As described above, since the force detection module of this application example can suppress fluctuations in the threshold voltage of the semiconductor element, the force detection unit and the circuit unit are integrally formed on the piezoelectric substrate that has been difficult to put into practical use. Therefore, it is possible to reduce the size of the force detection module.

[適用例13]上記適用例にかかる力検出モジュールにおいて、前記第1圧電基板、前記第2圧電基板および前記第3圧電基板は水晶基板で形成され、前記第1圧電基板および前記第3圧電基板はYカット水晶基板であり、前記第2圧電基板はXカット水晶基板であることが好ましい。   Application Example 13 In the force detection module according to the application example, the first piezoelectric substrate, the second piezoelectric substrate, and the third piezoelectric substrate are formed of a quartz substrate, and the first piezoelectric substrate and the third piezoelectric substrate are formed. Is a Y-cut quartz substrate, and the second piezoelectric substrate is preferably an X-cut quartz substrate.

この構成によれば、第1、第2、第3圧電基板として水晶基板が用いられ、第1圧電基板および第3圧電基板はYカット水晶基板であり、x軸またはy軸方向の力に対して検出可能である。そして、第2圧電基板はXカット水晶基板であり、z軸方向の力に対して検出可能である。水晶は長期的に安定した材料であり精度および信頼性に優れた力検出モジュールを構成できる。
このように、水晶基板として、水晶の切断方位を選ぶことにより直交する3軸に対応する力の検出を可能とする。
According to this configuration, crystal substrates are used as the first, second, and third piezoelectric substrates, and the first and third piezoelectric substrates are Y-cut crystal substrates, and are resistant to forces in the x-axis or y-axis direction. Can be detected. The second piezoelectric substrate is an X-cut quartz substrate and can be detected with respect to a force in the z-axis direction. Quartz is a long-term stable material and can constitute a force detection module with excellent accuracy and reliability.
Thus, by selecting the crystal cutting direction as the quartz substrate, it is possible to detect forces corresponding to three orthogonal axes.

[適用例14]本適用例にかかる力検出ユニットは、上記の力検出モジュールを4つ用いた力検出ユニットであって、第1与圧プレートと第2与圧プレートの間に4つの前記力検出モジュールが与圧を加えられて挟み込まれ、前記力検出モジュールは、前記第1与圧プレートまたは前記第2与圧プレートの中心を通り互いに直交する線上に配置されることを特徴とする。   [Application Example 14] A force detection unit according to this application example is a force detection unit using four force detection modules described above, and includes four force detection units between a first pressurizing plate and a second pressurizing plate. The detection module is sandwiched by applying pressure, and the force detection module is disposed on a line passing through a center of the first pressurizing plate or the second pressurizing plate and orthogonal to each other.

この構成によれば、三次元のあらゆる方向からの力(6軸方向の力)を検知することができる。特に、高剛性であるという特徴を有する水晶材料を検出部に用いる事で、少ない変位量であっても高精度な力の検出を安定的に行うことが可能な力検出ユニットを提供できる。   According to this configuration, it is possible to detect forces from all three-dimensional directions (forces in six axes). In particular, by using a quartz material having a characteristic of high rigidity for the detection unit, it is possible to provide a force detection unit capable of stably detecting a highly accurate force even with a small amount of displacement.

[適用例15]本適用例にかかるロボットは、本体部と、前記本体部に接続するアーム部と、前記アーム部に接続するハンド部と、を備えるロボットであって、前記アーム部と前記ハンド部との接続部に力検出モジュールを有し、前記力検出モジュールは、圧電基板を積層させた力検出モジュールであって、前記圧電基板の積層方向をz軸方向としたとき、前記z軸方向に直交する方向をx軸方向、z軸方向およびx軸方向に直交する方向をy軸方向とした場合、前記x軸方向の力を検出する第1力検出素子と、前記z軸方向の力を検出する第2力検出素子と、前記y軸方向の力を検出する第3力検出素子と、を備え、前記第1力検出素子は、第1圧電基板と、前記第1圧電基板の一方の表面に形成された第1電極と他方の表面に形成された第2電極とを有する第1力検出部と、前記第1力検出部から前記第1圧電基板が延在され、延在された前記第1圧電基板上に前記第1電極または前記第2電極に接続される第1回路部と、を備え、前記第1回路部には、ゲート電極を有する半導体素子が設けられ、前記第1圧電基板の前記第1力検出部と前記第1回路部との間に、前記第1力検出部が形成された前記第1圧電基板の剛性とは異なる剛性に調整された第1剛性調整部が設けられ、前記第2力検出素子は、第2圧電基板と、前記第2圧電基板の一方の表面に形成された第3電極と他方の表面に形成された第4電極とを有する第2力検出部と、前記第2力検出部から前記第2圧電基板が延在され、延在された前記第2圧電基板上に前記第3電極または前記第4電極に接続される第2回路部と、を備え、前記第2回路部には、ゲート電極を有する半導体素子が設けられ、前記第2圧電基板の前記第2力検出部と前記第2回路部との間に、前記第2力検出部が形成された前記第2圧電基板の剛性とは異なる剛性に調整された第2剛性調整部が設けられ、前記第3力検出素子は、第3圧電基板と、前記第3圧電基板の一方の表面に形成された第5電極と他方の表面に形成された第6電極とを有する第3力検出部と、前記第3力検出部から前記第3圧電基板が延在され、延在された前記第3圧電基板上に前記第5電極または前記第6電極に接続される第3回路部と、を備え、前記第3回路部には、ゲート電極を有する半導体素子が設けられ、前記第3圧電基板の前記第3力検出部と前記第3回路部との間に、前記第3力検出部が形成された前記第3圧電基板の剛性とは異なる剛性に調整された第3剛性調整部が設けられたことを特徴とする。   Application Example 15 A robot according to this application example is a robot including a main body portion, an arm portion connected to the main body portion, and a hand portion connected to the arm portion, and the arm portion and the hand A force detection module in which the piezoelectric substrate is laminated, and the z-axis direction when the lamination direction of the piezoelectric substrates is the z-axis direction. A first force detection element for detecting a force in the x-axis direction and a force in the z-axis direction, where the direction orthogonal to the x-axis direction is the x-axis direction, and the direction orthogonal to the x-axis direction is the y-axis direction. A second force detecting element for detecting the force and a third force detecting element for detecting the force in the y-axis direction, wherein the first force detecting element is one of the first piezoelectric substrate and the first piezoelectric substrate. Formed on the surface of the first electrode and the other surface A first force detection unit having two electrodes, and the first piezoelectric substrate extends from the first force detection unit, and the first electrode or the second electrode is formed on the extended first piezoelectric substrate. A first circuit portion to be connected, and the first circuit portion is provided with a semiconductor element having a gate electrode, and the first force detection portion of the first piezoelectric substrate and the first circuit portion A first stiffness adjusting unit adjusted to a stiffness different from the stiffness of the first piezoelectric substrate on which the first force detecting unit is formed is provided, and the second force detecting element is connected to the second piezoelectric substrate. A second force detector having a third electrode formed on one surface of the second piezoelectric substrate and a fourth electrode formed on the other surface, and the second piezoelectric substrate from the second force detector And the second electrode connected to the third electrode or the fourth electrode on the extended second piezoelectric substrate. A semiconductor element having a gate electrode is provided in the second circuit unit, and the second circuit unit is provided between the second force detection unit and the second circuit unit of the second piezoelectric substrate. A second stiffness adjusting unit adjusted to a stiffness different from the stiffness of the second piezoelectric substrate on which a two-force detecting unit is formed is provided, and the third force sensing element includes a third piezoelectric substrate and the third piezoelectric substrate. A third force detector having a fifth electrode formed on one surface of the substrate and a sixth electrode formed on the other surface, and the third piezoelectric substrate extends from the third force detector, A third circuit portion connected to the fifth electrode or the sixth electrode on the extended third piezoelectric substrate, and a semiconductor element having a gate electrode is provided in the third circuit portion. The third force detection unit is formed between the third force detection unit and the third circuit unit of the third piezoelectric substrate. A third stiffness adjusting unit adjusted to a stiffness different from the stiffness of the third piezoelectric substrate is provided.

この構成によれば、アーム部とハンド部の接続部に力検出モジュールを有している。力検出モジュールには、直交する3軸方向の力を検出する第1力検出素子、第2力検出素子、第3力検出素子を備えている。各力検出素子は、各力検出素子の圧電基板の力検出部と回路部との間に、力検出部が形成された圧電基板の剛性とは異なる剛性に調整された剛性調整部が設けられている。剛性調整部としては、力検出部の圧電基板より剛性が低い剛性調整部、または剛性が高い剛性調整部が設けられている。
力検出部に加わった外力は圧電基板に応力を与え、この応力は力検出部の圧電基板から回路部にも伝わる。このとき、剛性調整部の剛性が圧電基板より低い場合には、この剛性調整部にて圧電基板が変形して応力を緩和する。このため、回路部にはこの応力が伝わらず、回路部に形成された半導体素子のチャネル領域を変形させることがなく、チャネル領域の変形に起因する閾値電圧の変動を抑えることができる。
また、剛性調整部の剛性が圧電基板より高い場合には、この剛性調整部にて圧電基板を変形させようとする応力を規制でき、回路部の圧電基板の変形を抑制する。このため、回路部にはこの応力が伝わらず、回路部に形成された半導体素子のチャネル領域を変形させることがなく、チャネル領域の変形に起因する閾値電圧の変動を抑えることができる。
そして、半導体素子の閾値電圧の変動を抑制することができることから、従来、実用化が難しかった圧電基板上に力検出部と回路部とを一体に形成することができ、力検出モジュールの小型を図ることが可能となる。
このように、力検出モジュールは小型化されており、アーム部とハンド部の接続部に容易に搭載することができ、作動するアーム部あるいはハンド部に対して、所定動作中に起こる障害物との接触の検出、対象物との接触力の検出などを高精度に検出することができる。そして、この検出データを利用して安全で細かな作業を行うロボットを提供できる。
According to this configuration, the force detection module is provided at the connection portion between the arm portion and the hand portion. The force detection module includes a first force detection element, a second force detection element, and a third force detection element that detect forces in three orthogonal directions. Each force detection element is provided with a stiffness adjustment unit adjusted to a stiffness different from that of the piezoelectric substrate on which the force detection unit is formed, between the force detection unit and the circuit unit of the piezoelectric substrate of each force detection element. ing. As the rigidity adjusting section, a rigidity adjusting section having a lower rigidity than the piezoelectric substrate of the force detecting section or a rigidity adjusting section having a high rigidity is provided.
The external force applied to the force detection unit applies stress to the piezoelectric substrate, and this stress is also transmitted from the piezoelectric substrate of the force detection unit to the circuit unit. At this time, when the rigidity of the rigidity adjusting unit is lower than that of the piezoelectric substrate, the piezoelectric substrate is deformed by the rigidity adjusting unit to relieve the stress. For this reason, this stress is not transmitted to the circuit portion, the channel region of the semiconductor element formed in the circuit portion is not deformed, and the fluctuation of the threshold voltage due to the deformation of the channel region can be suppressed.
In addition, when the rigidity of the rigidity adjusting unit is higher than that of the piezoelectric substrate, the stress that attempts to deform the piezoelectric substrate by the rigidity adjusting unit can be restricted, and the deformation of the piezoelectric substrate of the circuit unit is suppressed. For this reason, this stress is not transmitted to the circuit portion, the channel region of the semiconductor element formed in the circuit portion is not deformed, and the fluctuation of the threshold voltage due to the deformation of the channel region can be suppressed.
Since the fluctuation of the threshold voltage of the semiconductor element can be suppressed, the force detection unit and the circuit unit can be integrally formed on a piezoelectric substrate that has been difficult to put into practical use, and the force detection module can be reduced in size. It becomes possible to plan.
In this way, the force detection module is miniaturized and can be easily mounted on the connecting portion between the arm portion and the hand portion. It is possible to detect the contact with the object and the contact force with the object with high accuracy. And the robot which performs a safe and detailed operation | work using this detection data can be provided.

[適用例16]上記適用例にかかるロボットにおいて、前記第1圧電基板、前記第2圧電基板および前記第3圧電基板は水晶基板で形成され、前記第1圧電基板および前記第3圧電基板はYカット水晶基板であり、前記第2圧電基板はXカット水晶基板であることが好ましい。   Application Example 16 In the robot according to the application example, the first piezoelectric substrate, the second piezoelectric substrate, and the third piezoelectric substrate are formed of a quartz substrate, and the first piezoelectric substrate and the third piezoelectric substrate are Y It is a cut quartz substrate, and the second piezoelectric substrate is preferably an X cut quartz substrate.

この構成によれば、第1、第2、第3圧電基板として水晶基板が用いられ、第1圧電基板および第3圧電基板はYカット水晶基板であり、x軸またはy軸方向の力に対して検出可能である。そして、第2圧電基板はXカット水晶基板であり、z軸方向の力に対して検出可能である。水晶は長期的に安定した材料であり精度および信頼性に優れた力検出モジュールを構成できる。
このことから、作動するアーム部あるいはハンド部に対して、所定動作中に起こる障害物との接触の検出、対象物との接触力の検出などを精度良く検出でき、信頼性に優れたロボットを提供できる。
According to this configuration, crystal substrates are used as the first, second, and third piezoelectric substrates, and the first and third piezoelectric substrates are Y-cut crystal substrates, and are resistant to forces in the x-axis or y-axis direction. Can be detected. The second piezoelectric substrate is an X-cut quartz substrate and can be detected with respect to a force in the z-axis direction. Quartz is a long-term stable material and can constitute a force detection module with excellent accuracy and reliability.
From this, it is possible to accurately detect the detection of contact with obstacles, detection of contact force with the target, etc. that occur during a specified operation on the arm or hand unit that operates, and a highly reliable robot Can be provided.

[適用例17]本適用例にかかる力検出素子は、圧電基板と、前記圧電基板の一方の表面に形成された第1電極、および他方の表面に形成された第2電極を有し外力が加わる力検出部と、前記力検出部から前記圧電基板が延在され、延在された前記圧電基板上に前記第1電極または前記第2電極に接続されるMOS型半導体素子と、前記圧電基板の前記力検出部と前記MOS型半導体素子との間に、前記力検出部が形成された前記圧電基板の剛性とは異なる剛性に調整された剛性調整部と、を備えたことを特徴とする。   [Application Example 17] A force detection element according to this application example includes a piezoelectric substrate, a first electrode formed on one surface of the piezoelectric substrate, and a second electrode formed on the other surface. An applied force detector, the piezoelectric substrate extending from the force detector, a MOS semiconductor element connected to the first electrode or the second electrode on the extended piezoelectric substrate, and the piezoelectric substrate A stiffness adjusting unit adjusted to a stiffness different from the stiffness of the piezoelectric substrate on which the force sensing portion is formed, between the force sensing portion and the MOS type semiconductor element. .

この構成によれば、圧電基板に形成される力検出部とMOS型半導体素子との間に、力検出部の圧電基板の剛性とは異なる剛性に調整された剛性調整部が設けられている。剛性調整部としては、力検出部の圧電基板より剛性が低い剛性調整部、または剛性が高い剛性調整部が設けられる。
力検出部に加わった外力は圧電基板に応力を与え、この応力は力検出部の圧電基板から回路部にも伝わる。このとき、剛性調整部の剛性が力検出部の圧電基板より低い場合には、この剛性調整部にて圧電基板が変形して応力を緩和する。このため、MOS型半導体素子にはこの応力が伝わらず、MOS型半導体素子に形成されたチャネル領域を変形させることがなく、チャネル領域の変形に起因する閾値電圧の変動を抑えることができる。
また、剛性調整部の剛性が力検出部の圧電基板より高い場合には、この剛性調整部にて圧電基板を変形させようとする応力を規制でき、MOS型半導体素子の形成された圧電基板の変形を抑制する。このため、MOS型半導体素子にはこの応力が伝わらず、MOS型半導体素子に形成されたチャネル領域を変形させることがなく、チャネル領域の変形に起因する閾値電圧の変動を抑えることができる。
このように、本適用例の力検出素子は、半導体素子の閾値電圧の変動を抑制することができることから、従来、実用化が難しかった圧電基板上に力検出部とMOS型半導体素子とを一体に形成することができ、力検出素子の小型を図ることが可能となる。
According to this configuration, the rigidity adjusting unit adjusted to a rigidity different from the rigidity of the piezoelectric substrate of the force detecting unit is provided between the force detecting unit formed on the piezoelectric substrate and the MOS type semiconductor element. As the rigidity adjusting section, a rigidity adjusting section having a lower rigidity than the piezoelectric substrate of the force detecting section or a rigidity adjusting section having a high rigidity is provided.
The external force applied to the force detection unit applies stress to the piezoelectric substrate, and this stress is also transmitted from the piezoelectric substrate of the force detection unit to the circuit unit. At this time, if the rigidity of the rigidity adjusting unit is lower than the piezoelectric substrate of the force detecting unit, the piezoelectric substrate is deformed by the rigidity adjusting unit to relieve the stress. For this reason, this stress is not transmitted to the MOS type semiconductor element, and the channel region formed in the MOS type semiconductor element is not deformed, and the fluctuation of the threshold voltage due to the deformation of the channel region can be suppressed.
Further, when the rigidity of the rigidity adjusting unit is higher than that of the piezoelectric substrate of the force detecting unit, the rigidity adjusting unit can regulate the stress for deforming the piezoelectric substrate, so that the piezoelectric substrate on which the MOS type semiconductor element is formed can be regulated. Suppress deformation. For this reason, this stress is not transmitted to the MOS type semiconductor element, and the channel region formed in the MOS type semiconductor element is not deformed, and the fluctuation of the threshold voltage due to the deformation of the channel region can be suppressed.
As described above, since the force detection element of this application example can suppress fluctuations in the threshold voltage of the semiconductor element, the force detection unit and the MOS type semiconductor element are integrated on a piezoelectric substrate that has been difficult to put into practical use. It is possible to reduce the size of the force detection element.

第1実施形態の力検出素子の構成を示す概略斜視図。The schematic perspective view which shows the structure of the force detection element of 1st Embodiment. 第1実施形態の力検出素子の構成を示し、図1を裏面から見た概略斜視図。The schematic perspective view which showed the structure of the force detection element of 1st Embodiment, and looked at FIG. 1 from the back surface. 第1実施形態における信号引き出し部の構成を示す概略平面図。The schematic plan view which shows the structure of the signal extraction part in 1st Embodiment. 第1実施形態における信号引き出し部の構成を示す概略部分断面図。FIG. 3 is a schematic partial cross-sectional view illustrating a configuration of a signal extraction unit according to the first embodiment. 第1実施形態における回路部のゲート電極とバックゲート電極の位置関係を説明する模式平面図。The schematic plan view explaining the positional relationship of the gate electrode and back gate electrode of the circuit part in 1st Embodiment. 第1実施形態における回路部の他の構造を示す略部分断面図。FIG. 6 is a schematic partial cross-sectional view showing another structure of the circuit unit in the first embodiment. 第1実施形態における回路部の他の構造を示す略部分断面図。FIG. 6 is a schematic partial cross-sectional view showing another structure of the circuit unit in the first embodiment. 第1実施形態における変形例を示し、剛性調整部の配置を示す概略平面図。The schematic plan view which shows the modification in 1st Embodiment and shows arrangement | positioning of a rigidity adjustment part. 第1実施形態における変形例を示し、剛性調整部の配置を示す概略平面図。The schematic plan view which shows the modification in 1st Embodiment and shows arrangement | positioning of a rigidity adjustment part. 第1実施形態における変形例を示し、剛性調整部の断面形状を示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows the modification in 1st Embodiment, and shows the cross-sectional shape of a rigidity adjustment part. 第1実施形態における変形例を示し、剛性調整部の断面形状を示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows the modification in 1st Embodiment, and shows the cross-sectional shape of a rigidity adjustment part. 第1実施形態における変形例を示し、剛性調整部の断面形状を示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows the modification in 1st Embodiment, and shows the cross-sectional shape of a rigidity adjustment part. 第1実施形態における変形例を示す概略平面図。The schematic plan view which shows the modification in 1st Embodiment. 第2実施形態における力検出モジュールの概略構成を示す斜視図。The perspective view which shows schematic structure of the force detection module in 2nd Embodiment. 第2実施形態における力検出モジュールの構成を示す分解斜視図。The disassembled perspective view which shows the structure of the force detection module in 2nd Embodiment. 第2実施形態における回路部と剛性調整部の構成を示す概略部分断面図。The schematic fragmentary sectional view which shows the structure of the circuit part and rigidity adjustment part in 2nd Embodiment. 第2実施形態における力検出モジュールの各水晶基板の結晶方位を説明する断面図。Sectional drawing explaining the crystal orientation of each quartz substrate of the force detection module in 2nd Embodiment. 第3実施形態における力検出モジュールの構成を示し、(a)は概念斜視図、(b)は概略平面図。The structure of the force detection module in 3rd Embodiment is shown, (a) is a conceptual perspective view, (b) is a schematic plan view. 第4実施形態におけるにおけるロボットの概略構成を示す斜視図。The perspective view which shows schematic structure of the robot in 4th Embodiment. 第5実施形態における双腕ロボットの概略構成を示す模式図。The schematic diagram which shows schematic structure of the double-arm robot in 5th Embodiment.

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の寸法の割合を適宜変更している。
(第1実施形態)
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings. In the drawings used for the following description, the ratio of dimensions of each member is appropriately changed so that each member has a recognizable size.
(First embodiment)

図1は本実施形態の力検出素子の構成を示す概略斜視図であり、図2は図1の力検出素子を裏面から見た概略斜視図である。図3は力検出素子の信号引き出し部を示す概略平面図である。図4は図3のA−A断線に沿う概略部分断面図である。
図1、図2に示すように、力検出素子1は、圧電基板として長期的に安定した水晶基板6が用いられ、力検出部10、信号引き出し部20、グランド接続部40を備えている。
水晶基板6は、正方形状部6aと正方形の4辺のうちの2つの辺から延在されて突出した突出部6b,6cを備え、これらが一体に形成されている。
力検出部10は、水晶基板6の正方形状部6aと、正方形状部6aの一方の表面に形成された第1電極11と、正方形状部6aの他方の表面に形成された第2電極12と、を有する。そして、第1電極11と第2電極12とは水晶基板6を挟んで対向配置されている。
なお、水晶基板6は本実施形態ではXカット水晶基板が用いられ、水晶基板6の平面(表面)に対して垂直方向の力を検出できるように構成されている。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing the configuration of the force detection element of this embodiment, and FIG. 2 is a schematic perspective view of the force detection element of FIG. FIG. 3 is a schematic plan view showing a signal extraction portion of the force detection element. FIG. 4 is a schematic partial sectional view taken along the line AA in FIG.
As shown in FIGS. 1 and 2, the force detection element 1 uses a quartz substrate 6 that is stable for a long time as a piezoelectric substrate, and includes a force detection unit 10, a signal extraction unit 20, and a ground connection unit 40.
The quartz substrate 6 includes projecting portions 6b and 6c extending from two of the square-shaped portion 6a and the four sides of the square, and these are integrally formed.
The force detection unit 10 includes a square-shaped portion 6a of the quartz substrate 6, a first electrode 11 formed on one surface of the square-shaped portion 6a, and a second electrode 12 formed on the other surface of the square-shaped portion 6a. And having. The first electrode 11 and the second electrode 12 are disposed to face each other with the crystal substrate 6 interposed therebetween.
In this embodiment, the quartz substrate 6 is an X-cut quartz substrate, and is configured so that a force in a direction perpendicular to the plane (surface) of the quartz substrate 6 can be detected.

信号引き出し部20の一方の表面には、図3、図4に示すように、剛性調整部としての溝部27aと回路部21とを備えている。
溝部27aは、水晶基板6の厚み方向の平面視において、力検出部10と回路部21との間に設けられ、正方形状部6aの一辺と平行となるように配置されている。そして、溝部27aは、水晶基板6の一方の表面からエッチングされて形成され、溝部27aの板厚tが水晶基板の厚みTよりも薄く形成されている。このように溝部27aを形成することで、力検出部が形成された水晶基板6の剛性よりも剛性の低い剛性調整部を形成することができる。
As shown in FIG. 3 and FIG. 4, a groove portion 27 a as a stiffness adjusting portion and a circuit portion 21 are provided on one surface of the signal lead-out portion 20.
The groove part 27a is provided between the force detection part 10 and the circuit part 21 in a plan view in the thickness direction of the quartz substrate 6, and is arranged so as to be parallel to one side of the square part 6a. Then, the groove 27a is formed by etching from one surface of the quartz substrate 6, and the plate thickness t of the groove 27a is formed to be thinner than the thickness T of the quartz substrate. By forming the groove 27a in this way, it is possible to form a stiffness adjusting unit having a lower stiffness than that of the quartz crystal substrate 6 on which the force detecting unit is formed.

回路部21の入力側は力検出部10の第1電極11と接続配線23により接続され、出力側は外部との接続を果たす接続パッド22に接続されている。
回路部21には、図4に示すように、MOS(Metal Oxide Semiconductor)型半導体素子30を有している。回路部21内には複数のMOS型半導体素子30が形成されて回路部21が構成されている。
信号引き出し部20を構成する水晶基板6の突出部6bにおいて、水晶基板6の表面と接するバックゲート電極25が形成されている。そして、バックゲート電極25の上に絶縁膜26が設けられている。
絶縁膜26の上には、MOS型半導体素子30としてポリシリコンTFT(Thin Film Transistor)が形成されている。MOS型半導体素子30には、ゲート電極34、ソース電極35、ドレイン電極36を有し、これらの電極は絶縁層37内で配線により所望の配線がなされている。このように、MOS型半導体素子30がポリシリコンTFTを有することから、アンプ、ADコンバーターなどのアナログ回路や信号処理回路などのデジタル回路を回路部21内に集積できる。
なお、MOS型半導体素子30として、酸化物系半導体材料でMOS型半導体素子を構成しても良い。
The input side of the circuit unit 21 is connected to the first electrode 11 of the force detection unit 10 by the connection wiring 23, and the output side is connected to a connection pad 22 that performs connection with the outside.
As shown in FIG. 4, the circuit unit 21 includes a MOS (Metal Oxide Semiconductor) type semiconductor element 30. A plurality of MOS semiconductor elements 30 are formed in the circuit unit 21 to constitute the circuit unit 21.
A back gate electrode 25 that is in contact with the surface of the crystal substrate 6 is formed at the protrusion 6 b of the crystal substrate 6 that constitutes the signal lead-out portion 20. An insulating film 26 is provided on the back gate electrode 25.
A polysilicon TFT (Thin Film Transistor) is formed on the insulating film 26 as the MOS semiconductor element 30. The MOS semiconductor element 30 has a gate electrode 34, a source electrode 35, and a drain electrode 36, and these electrodes are wired as desired in the insulating layer 37. As described above, since the MOS semiconductor element 30 includes the polysilicon TFT, an analog circuit such as an amplifier and an AD converter, and a digital circuit such as a signal processing circuit can be integrated in the circuit unit 21.
The MOS semiconductor element 30 may be formed of an oxide semiconductor material.

また、図3に示すように、溝部27aの力検出部10と対向する長さをL1、回路部21の力検出部10と対向する長さをL2とすると、L1>L2、となる関係に設定されている。そして、回路部21の力検出部10と対向する長さL2全体が、溝部の長さL1に対向している。
さらに、溝部27aの板厚tは、水晶基板の厚みをTとすると、およそt=T/2なる関係である。また、溝部27aの幅Wは、W=L1/10程度である。
Further, as shown in FIG. 3, when the length of the groove portion 27a facing the force detection unit 10 is L1, and the length of the circuit unit 21 facing the force detection unit 10 is L2, the relationship is L1> L2. Is set. The entire length L2 of the circuit unit 21 facing the force detection unit 10 is opposed to the length L1 of the groove.
Further, the plate thickness t of the groove 27a is approximately t = T / 2, where T is the thickness of the quartz substrate. Further, the width W of the groove 27a is about W = L1 / 10.

次に、ゲート電極34とバックゲート電極25の位置関係について説明する。
図5は、水晶基板6の板厚方向から回路部21のMOS型半導体素子30を見た平面視での状態を模式的に表している。
バックゲート電極25は平面視でゲート電極34を含んで重なる位置に形成されている。本実施形態では、バックゲート電極25はゲート電極34、ソース電極35、ドレイン電極36を含んで重なる位置に形成されているが、少なくともゲート電極34が重なるように形成されていれば良い。
そして、バックゲート電極25は配線38によりグランドに接続されている(図4参照)。
Next, the positional relationship between the gate electrode 34 and the back gate electrode 25 will be described.
FIG. 5 schematically shows a state in plan view of the MOS semiconductor element 30 of the circuit unit 21 as viewed from the thickness direction of the quartz substrate 6.
The back gate electrode 25 is formed at an overlapping position including the gate electrode 34 in plan view. In the present embodiment, the back gate electrode 25 is formed at the overlapping position including the gate electrode 34, the source electrode 35, and the drain electrode 36, but it is sufficient that at least the gate electrode 34 is formed to overlap.
The back gate electrode 25 is connected to the ground by a wiring 38 (see FIG. 4).

なお、本実施形態では水晶基板6とバックゲート電極25を直接に接触する構造であるが、図6に示すように、水晶基板6とバックゲート電極25との間に絶縁層27を介する構造であってもよい。
さらに、本実施形態ではバックゲート電極25をグランドに接続したが、図7に示すように、バックゲート電極25を定電圧電源28に接続して一定の電圧を保持する構成であってもよい。
In this embodiment, the quartz substrate 6 and the back gate electrode 25 are in direct contact with each other. However, as shown in FIG. 6, the insulating layer 27 is interposed between the quartz substrate 6 and the back gate electrode 25. There may be.
Further, in the present embodiment, the back gate electrode 25 is connected to the ground. However, as shown in FIG. 7, the back gate electrode 25 may be connected to the constant voltage power supply 28 to hold a constant voltage.

図2に戻り、水晶基板6の他方の表面において、水晶基板6の突出部6cには、第2電極12から延在されたグランド電極41が形成され、グランド接続部40が構成されている。そして、グランド電極41はグランドに接続される。
なお、前述からの各種電極の材料としては、金、クロム、チタニウム、アルミニウム、銅などの単体もしくは、これらの材料を主成分とする合金を用いることができる。
Returning to FIG. 2, on the other surface of the quartz substrate 6, a ground electrode 41 extending from the second electrode 12 is formed on the protruding portion 6 c of the quartz substrate 6, and the ground connection portion 40 is configured. The ground electrode 41 is connected to the ground.
In addition, as a material of the various electrodes from the above, simple substance, such as gold | metal | money, chromium, titanium, aluminum, copper, or the alloy which has these materials as a main component can be used.

上記のような構成の力検出素子1を用いて外力などの力の検出を行う場合、力検出部10に水晶基板6の板厚方向に与圧(10kN程度)がかけられる。
この与圧により、力検出部10の水晶基板6に電荷が誘起する。そして外力が水晶基板6の板厚方向に加わるとさらに電荷が誘起されるため、その変化を捉えることで外力を検出することが可能である。
ここで、力検出部10に外力が加わると、水晶基板6に応力がかかり、突出部6bにもその応力が伝播し突出部6bを変形させる力が働く。このとき、突出部6bに伝播する応力は剛性が低い溝部27aにおいて変形して伝播する応力が緩和され、この応力は溝部27aから突出部6bの先端方向には伝わらない。このため、回路部21に応力が伝わらず回路部21を変形させることがないことから、回路部21に形成された半導体素子のチャネル領域を変形させることがなく、チャネル領域の変形に起因する閾値電圧の変動を抑えることができる。
When the force detection element 1 configured as described above is used to detect a force such as an external force, a pressure (about 10 kN) is applied to the force detection unit 10 in the thickness direction of the quartz substrate 6.
Due to this pressurization, a charge is induced in the crystal substrate 6 of the force detection unit 10. Further, when an external force is applied in the thickness direction of the quartz substrate 6, a charge is further induced. Therefore, it is possible to detect the external force by capturing the change.
Here, when an external force is applied to the force detection unit 10, a stress is applied to the quartz substrate 6, and the stress propagates to the protruding portion 6 b and a force that deforms the protruding portion 6 b acts. At this time, the stress propagating to the protruding portion 6b is deformed in the groove portion 27a having low rigidity and the propagated stress is relaxed, and this stress is not transmitted from the groove portion 27a to the distal end direction of the protruding portion 6b. For this reason, since the stress is not transmitted to the circuit unit 21 and the circuit unit 21 is not deformed, the channel region of the semiconductor element formed in the circuit unit 21 is not deformed, and the threshold value caused by the deformation of the channel region Voltage fluctuation can be suppressed.

さらに、力検出素子部の圧電基板に外力などが加わった場合、前記外力に起因する応力の大半は、本発明の剛性調整部で緩和されるものの一部は回路部の圧電基板に加わる場合もある。その際、高感度で微小な応力を検知する圧電変換素子でもある圧電基板の表面に電荷が誘起される場合もあるが、バックゲート電極において誘起電荷による電界を遮蔽でき、半導体素子の閾値電圧の変動を抑制することができる。尚、この場合、圧電基板とともに半導体素子のチャンネル領域がごく僅か変形する場合もあるが、その結果生じる閾値電圧の変化は、ほぼ無視できるので、本発明の剛性調整部とバックゲート電極により半導体素子の閾値電圧の変動を抑制する事ができる。   Further, when an external force is applied to the piezoelectric substrate of the force detection element unit, most of the stress caused by the external force is alleviated by the rigidity adjusting unit of the present invention, and a part of the stress is applied to the piezoelectric substrate of the circuit unit. is there. At that time, charges may be induced on the surface of the piezoelectric substrate, which is also a piezoelectric transducer that detects high-sensitivity and minute stress, but the electric field due to the induced charges can be shielded at the back gate electrode, and the threshold voltage of the semiconductor element Variations can be suppressed. In this case, the channel region of the semiconductor element may be slightly deformed together with the piezoelectric substrate, but the resulting change in threshold voltage is almost negligible. Therefore, the rigidity adjustment unit and the back gate electrode of the present invention allow the semiconductor element to be changed. The fluctuation of the threshold voltage can be suppressed.

以上、本実施形態の力検出素子1は、水晶基板6の力検出部10と回路部21との間に、力検出部10が形成された水晶基板6の剛性と比べて剛性の低い溝部27aが設けられている。
力検出部10に加わった外力は応力として突出部6bに伝播するが、溝部27aにて水晶基板6が変形して応力を緩和する。このため、回路部21にはこの応力が伝わらず、回路部21に形成されたMOS型半導体素子30のチャネル領域を変形させることがなく、チャネル領域の変形に起因する閾値電圧の変動を抑えることができる。
そして、MOS型半導体素子30の閾値電圧の変動を抑制することができることから、従来、実用化が難しかった水晶基板6上に力検出部10と回路部21とを一体に形成することができ、力検出素子1の小型を図ることが可能となる。
また、溝部27aが力検出部10と対向し、また回路部21と対向している。そして、回路部21は、回路部21の力検出部10と対向する全体の長さが溝部27aと対向するように配置されている。つまり、回路部21の力検出部10と対向する長さをカバーして溝部27aが力検出部10との間に形成されている。
このことから、力検出部10から伝わる応力は溝部27aで緩和あるいは規制でき、応力は回路部21に伝わらない。
As described above, in the force detection element 1 of the present embodiment, the groove 27a having a lower rigidity than the rigidity of the crystal substrate 6 on which the force detection unit 10 is formed between the force detection unit 10 of the crystal substrate 6 and the circuit unit 21. Is provided.
The external force applied to the force detector 10 propagates as stress to the protrusion 6b, but the quartz substrate 6 is deformed by the groove 27a to relieve the stress. For this reason, this stress is not transmitted to the circuit unit 21, and the channel region of the MOS semiconductor element 30 formed in the circuit unit 21 is not deformed, and the fluctuation of the threshold voltage due to the deformation of the channel region is suppressed. Can do.
And since the fluctuation | variation of the threshold voltage of MOS type | mold semiconductor element 30 can be suppressed, the force detection part 10 and the circuit part 21 can be integrally formed on the quartz substrate 6 conventionally difficult to put into practical use, The force detection element 1 can be downsized.
Further, the groove 27 a faces the force detection unit 10 and faces the circuit unit 21. And the circuit part 21 is arrange | positioned so that the whole length which opposes the force detection part 10 of the circuit part 21 may oppose the groove part 27a. That is, the groove portion 27 a is formed between the circuit portion 21 and the force detection portion 10 so as to cover the length facing the force detection portion 10.
For this reason, the stress transmitted from the force detection unit 10 can be relaxed or regulated by the groove 27 a, and the stress is not transmitted to the circuit unit 21.

なお、本実施形態の力検出素子は外力を検知することができることから、圧力センサー、エンジン圧力計、重量計などに利用することも可能である。
(変形例)
In addition, since the force detection element of this embodiment can detect external force, it can also be utilized for a pressure sensor, an engine pressure gauge, a weight scale, etc.
(Modification)

次に、第1実施形態における剛性調整部としての溝部の形状、配置などの変形例について説明する。以下、主に溝部について説明を加え、第1実施形態と同様な構成については詳細な説明を省略する。
図8、9は第1実施形態における変形例を示し、剛性調整部の配置を示す概略平面図である。
図8(a)は、第1実施形態での溝部を中央部で2分割した変形例である。このようにすれば、力検出部10の第1電極11と回路部21とを接続する接続配線23を、2つの溝部27aの間を配線でき、しかも最短距離で結線することができる。このことから、接続配線23にのるノイズの低減を図ることができる。このとき、溝部27aの力検出部10と対向する長さL1は2つの溝部27aにおける外側の間の長さである。
図8(b)は、分割された3つの溝部27aを備え、中央の溝部において力検出部10と対向する長さL3は、回路部21が力検出部10と対向する長さL2より長く形成されている。そして、その両側に溝部27aが突出部6bの側端まで形成されている。このとき、溝部27aの力検出部10と対向する長さL1は3つの溝部27aにおける外側の間の長さであり、突出部6bの幅と同じである。このようにすれば、中央の溝部で回路部21の長さL2をカバーし、両側の溝部を形成することでさらに剛性を小さくすることができ、力検出部10からの応力を緩和することができる。
図8(c)は、溝部27aの配置は図8(b)と同じであるが、接続配線23が溝部27aの間を経て力検出部10の第1電極と2箇所で接続している。このようにすれば、接続配線における導通抵抗を低くすることができる。
Next, modified examples such as the shape and arrangement of the groove portion as the rigidity adjusting portion in the first embodiment will be described. Hereinafter, description will be mainly given of the groove portion, and detailed description of the same configuration as that of the first embodiment will be omitted.
8 and 9 are schematic plan views showing a modification of the first embodiment and showing the arrangement of the rigidity adjusting portion.
FIG. 8A shows a modification in which the groove portion in the first embodiment is divided into two at the center portion. In this way, the connection wiring 23 that connects the first electrode 11 of the force detection unit 10 and the circuit unit 21 can be wired between the two groove portions 27a, and can be connected at the shortest distance. For this reason, it is possible to reduce noise on the connection wiring 23. At this time, the length L1 of the groove 27a facing the force detection unit 10 is a length between the outer sides of the two grooves 27a.
8B includes three divided groove portions 27a, and the length L3 facing the force detection portion 10 in the central groove portion is longer than the length L2 where the circuit portion 21 faces the force detection portion 10. Has been. And the groove part 27a is formed in the both sides to the side end of the protrusion part 6b. At this time, the length L1 of the groove portion 27a facing the force detection unit 10 is the length between the outer sides of the three groove portions 27a, and is the same as the width of the protruding portion 6b. In this case, the length L2 of the circuit portion 21 is covered with the central groove portion, and the groove portions on both sides can be formed to further reduce the rigidity, and the stress from the force detection portion 10 can be relieved. it can.
8C, the arrangement of the groove 27a is the same as that in FIG. 8B, but the connection wiring 23 is connected to the first electrode of the force detection unit 10 at two locations through the groove 27a. In this way, the conduction resistance in the connection wiring can be lowered.

図9(a)は、溝部27aを複数の正方形の溝部で分割形成している。このようにすれば、接続配線23をいろいろの場所から引き出すことが可能となり、設計の自由度が向上する。
図9(b)は、突出部6bの端部に向かって溝部27a,27bが2重に配置された変形例である。図8(a)での溝部27aの配置に加え、中央部にもう一つの溝部27bを設けている。このようにすれば、接続配線23を通すための中央部からの応力の伝播をもう一つの溝部27bで緩和することができる。
In FIG. 9A, the groove 27a is divided and formed by a plurality of square grooves. In this way, the connection wiring 23 can be drawn out from various places, and the degree of freedom in design is improved.
FIG. 9B shows a modification in which the groove portions 27a and 27b are doubled toward the end of the protruding portion 6b. In addition to the arrangement of the groove 27a in FIG. 8A, another groove 27b is provided at the center. In this way, the propagation of stress from the center for passing through the connection wiring 23 can be relaxed by the other groove 27b.

図10は第1実施形態における他の変形例を示し、剛性調整部の断面形状を示す概略断面図である。
図10(a)は、溝部27aが水晶基板6の両面から形成されている。第1実施形態では、溝部27aを水晶基板の片面に形成したが、このように両面から溝部27aを形成しても良い。
図10(b)は、溝部27aを水晶基板6の両面から形成し、さらに溝部27aの底面を段つきに形成した変形例である。
図10(c)は、溝部27aのエッチングなどの加工を進めて、穴部27cを形成した変形例である。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing another modification of the first embodiment and showing the cross-sectional shape of the stiffness adjusting portion.
In FIG. 10A, the groove 27 a is formed from both sides of the quartz substrate 6. In the first embodiment, the groove 27a is formed on one side of the quartz substrate, but the groove 27a may be formed from both sides in this way.
FIG. 10B shows a modification in which the groove portion 27a is formed from both surfaces of the quartz substrate 6, and the bottom surface of the groove portion 27a is stepped.
FIG. 10C shows a modified example in which the hole 27c is formed by processing such as etching of the groove 27a.

図11は第1実施形態における他の変形例を示し、剛性調整部の断面形状を示す概略断面図である。この変形例は、水晶基板に溝部や穴部を形成することで剛性が低くなり、他方で強度が低下するという、相反する課題に対応する変形例である。
図11(a)は、水晶基板6の片面から形成された溝部27aに、軟質部材27dが埋め込まれ剛性調整部27を構成している。軟質部材27dはシリコーンなどの水晶よりも剛性の低い材料が用いられている。
図11(b)は、水晶基板6の両面から形成された溝部27aに、軟質部材27dが埋め込まれて剛性調整部27が構成されている。軟質部材27dは上記と同様にシリコーンなどの水晶よりも剛性の低い材料が用いられている。
図11(c)は、水晶基板6に形成された穴部27cに軟質部材27dが埋め込まれて剛性調整部27が構成されている。軟質部材27dは上記と同様にシリコーンなどの水晶よりも剛性の低い材料が用いられている。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing another modification of the first embodiment and showing a cross-sectional shape of the stiffness adjusting portion. This modification is a modification corresponding to the conflicting problem that the rigidity is lowered by forming the groove and the hole in the quartz substrate and the strength is reduced on the other side.
In FIG. 11 (a), a soft member 27 d is embedded in a groove 27 a formed from one side of the quartz substrate 6, thereby constituting a stiffness adjusting unit 27. The soft member 27d is made of a material having rigidity lower than that of quartz such as silicone.
In FIG. 11 (b), the rigidity adjusting portion 27 is configured by embedding a soft member 27 d in the groove portion 27 a formed from both surfaces of the quartz substrate 6. The soft member 27d is made of a material having rigidity lower than that of quartz, such as silicone, as described above.
In FIG. 11 (c), the stiffness adjusting unit 27 is configured by embedding a soft member 27 d in a hole 27 c formed in the quartz substrate 6. The soft member 27d is made of a material having rigidity lower than that of quartz, such as silicone, as described above.

このように、剛性を低くするために形成された溝部27a、穴部27cに水晶よりも剛性の低い軟質部材27dにて補強することで、強度を確保して剛性の大きさを微細に調整することができる。この補強する材料は軟質材料であるため、埋め込む量に対して剛性が増すのが緩慢であり、剛性の調整が容易である。   As described above, the groove 27a and the hole 27c formed to reduce the rigidity are reinforced by the soft member 27d having a rigidity lower than that of the quartz crystal, thereby ensuring the strength and finely adjusting the rigidity. be able to. Since the material to be reinforced is a soft material, the rigidity is slowly increased with respect to the amount to be embedded, and the adjustment of the rigidity is easy.

図12は第1実施形態における他の変形例を示し、剛性調整部の断面形状を示す概略断面図である。
本変形例では、剛性調整部として剛性を高めて、水晶基板を変形させようとする応力を規制する形態である。
図12に示すように、水晶基板6に厚みを付加する付加部材27eが両面に固定されて剛性調整部27が構成されている。付加部材27eの材料としては水晶基板6の剛性より高い材料が好ましいが、これに限らず、ポリエチレン樹脂、ポリイミド樹脂などの樹脂であっても良い。
このように、剛性調整部27の剛性が水晶基板6より高い場合には、この剛性調整部27にて水晶基板6を変形させようとする応力を規制でき、回路部の水晶基板6の変形を抑制する。このため、回路部にはこの応力が伝わらず、回路部に形成されたMOS型半導体素子のチャネル領域を変形させることがないため、チャネル領域の変形に起因する閾値電圧の変動を抑えることができる。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing another modification of the first embodiment and showing a cross-sectional shape of the rigidity adjusting portion.
In the present modification, the rigidity is increased as the rigidity adjusting portion, and the stress for deforming the quartz substrate is regulated.
As shown in FIG. 12, an additional member 27e for adding thickness to the quartz substrate 6 is fixed on both sides to constitute the stiffness adjusting portion 27. The material of the additional member 27e is preferably higher than the rigidity of the quartz substrate 6, but is not limited to this, and may be a resin such as polyethylene resin or polyimide resin.
As described above, when the rigidity of the rigidity adjusting unit 27 is higher than that of the quartz substrate 6, the rigidity adjusting unit 27 can regulate the stress that causes the quartz substrate 6 to be deformed. Suppress. For this reason, this stress is not transmitted to the circuit portion, and the channel region of the MOS type semiconductor element formed in the circuit portion is not deformed, so that variation in threshold voltage due to deformation of the channel region can be suppressed. .

また、次のような変形例も実施が可能である。
図13は力検出素子の変形例を示す概略平面図である。
本変形例では水晶基板の形状が第1実施形態の力検出素子と異なる。
力検出素子2は、水晶基板6を有し、力検出部10と信号引き出し部20とを備えている。水晶基板6は力検出部10と同じ幅で延在され、矩形状に形成されている。
力検出部10は、水晶基板6の一方の表面に形成された正方形状の第1電極11と、他方の表面に形成された第2電極12と、を有する。そして、第1電極11と第2電極12とは水晶基板6を挟んで対向配置されている。
なお、水晶基板6はXカット水晶基板が用いられ、水晶基板6の平面(表面)に対して垂直方向の力を検出できるように構成されている。
Moreover, the following modifications can be implemented.
FIG. 13 is a schematic plan view showing a modification of the force detection element.
In this modification, the shape of the quartz substrate is different from that of the force detection element of the first embodiment.
The force detection element 2 includes a quartz substrate 6 and includes a force detection unit 10 and a signal extraction unit 20. The quartz substrate 6 extends in the same width as the force detection unit 10 and is formed in a rectangular shape.
The force detection unit 10 includes a square-shaped first electrode 11 formed on one surface of the quartz substrate 6 and a second electrode 12 formed on the other surface. The first electrode 11 and the second electrode 12 are disposed to face each other with the crystal substrate 6 interposed therebetween.
The quartz substrate 6 is an X-cut quartz substrate, and is configured to detect a force in a direction perpendicular to the plane (surface) of the quartz substrate 6.

信号引き出し部20の一方の表面には、剛性調整部としての溝部27aと回路部21とを備えている。
溝部27aは、水晶基板6の厚み方向の平面視において、力検出部10と回路部21との間に設けられ、第1電極11の一辺と平行となるように配置されている。そして、溝部27aは、水晶基板6の一方の表面からエッチングされて形成されている。
On one surface of the signal lead-out part 20, a groove part 27a as a rigidity adjusting part and a circuit part 21 are provided.
The groove 27 a is provided between the force detection unit 10 and the circuit unit 21 in a plan view in the thickness direction of the quartz substrate 6 and is arranged to be parallel to one side of the first electrode 11. The groove 27 a is formed by etching from one surface of the quartz substrate 6.

回路部21の入力側は力検出部10の第1電極11と接続配線23により接続され、出力側は外部との接続を果たす接続パッド22に接続されている。
回路部21には、第1実施形態と同様に、MOS型半導体素子を有している。
このように、必要とされる力検出部10の大きさにより、水晶基板6の形状を適宜変更することは可能である。
本変形例では力検出部10の力を検出する第1電極11、第2電極12の大きさが小さい場合であり、このような構造により力検出素子2の小型化を図ることができる。
(第2実施形態)
The input side of the circuit unit 21 is connected to the first electrode 11 of the force detection unit 10 by the connection wiring 23, and the output side is connected to a connection pad 22 that performs connection with the outside.
The circuit unit 21 includes a MOS type semiconductor element as in the first embodiment.
Thus, the shape of the quartz substrate 6 can be changed as appropriate depending on the required size of the force detection unit 10.
In this modification, the first electrode 11 and the second electrode 12 that detect the force of the force detection unit 10 are small in size, and the force detection element 2 can be downsized by such a structure.
(Second Embodiment)

次に、力検出素子を複数個用いて複数の方向の力を検出できる力検出モジュールについて説明する。
本実施形態の力検出モジュールは第1実施形態で説明した力検出素子を積層した形態である。
Next, a force detection module that can detect forces in a plurality of directions using a plurality of force detection elements will be described.
The force detection module of this embodiment is a form in which the force detection elements described in the first embodiment are stacked.

図14は本実施形態の力検出モジュールの概略構成を示す斜視図である。図15は本実施形態の力検出モジュールの構成を示す分解斜視図である。図16は図15のB−B断線に沿う概略部分断面図である。図17は本実施形態における力検出モジュールの各水晶基板の結晶方位を説明する断面図である。   FIG. 14 is a perspective view showing a schematic configuration of the force detection module of the present embodiment. FIG. 15 is an exploded perspective view showing the configuration of the force detection module of the present embodiment. FIG. 16 is a schematic partial sectional view taken along the line BB in FIG. FIG. 17 is a cross-sectional view for explaining the crystal orientation of each quartz substrate of the force detection module in the present embodiment.

図14、図15に示すように、力検出モジュール50は、第1力検出素子51、第2力検出素子52、第3力検出素子53が積層されて形成されている。
ここで、説明の便宜上、直交座標軸(x、y、z軸)を定義する。各検出素子の積層方向をz軸方向としたとき、z軸方向に直交する方向をx軸方向、x軸方向およびz軸方向に直交する方向をy軸方向とする。
第1力検出素子51はx軸方向の力を検出し、第2力検出素子52はz軸方向の力を検出し、第3力検出素子53はy軸方向の力を検出する。
As shown in FIGS. 14 and 15, the force detection module 50 is formed by laminating a first force detection element 51, a second force detection element 52, and a third force detection element 53.
Here, for convenience of explanation, orthogonal coordinate axes (x, y, z axes) are defined. When the stacking direction of the detection elements is the z-axis direction, the direction orthogonal to the z-axis direction is the x-axis direction, and the direction orthogonal to the x-axis direction and the z-axis direction is the y-axis direction.
The first force detection element 51 detects a force in the x-axis direction, the second force detection element 52 detects a force in the z-axis direction, and the third force detection element 53 detects a force in the y-axis direction.

第1力検出素子51は、積層された上方から下方に向かって順に、第1グランド電極57a、第1水晶基板61、第1検出電極54、第2水晶基板62、第2グランド電極57bを有している。
第1水晶基板61は、第1力検出部51aの一辺から突出する第1グランド接続部51dを備えている。
また、第2水晶基板62は第1力検出部51aの一辺から突出する第1グランド接続部51cと他の一辺から突出する第1信号引き出し部51bとを備えている。そして、第1信号引き出し部51bには第1回路部60aと、第1力検出部51aと第1回路部60aの間に形成された剛性調整部としての第1溝部78aと、が設けられている。
The first force detection element 51 includes a first ground electrode 57a, a first crystal substrate 61, a first detection electrode 54, a second crystal substrate 62, and a second ground electrode 57b in order from the stacked upper side to the lower side. doing.
The first crystal substrate 61 includes a first ground connection part 51d that protrudes from one side of the first force detection part 51a.
The second crystal substrate 62 includes a first ground connection part 51c protruding from one side of the first force detection part 51a and a first signal extraction part 51b protruding from the other side. The first signal lead-out part 51b is provided with a first circuit part 60a and a first groove part 78a as a rigidity adjusting part formed between the first force detection part 51a and the first circuit part 60a. Yes.

第2力検出素子52は、積層された上方から下方に向かって順に、第1力検出素子51と共用される第2グランド電極57b、第3水晶基板63、第2検出電極55、第4水晶基板64、第3グランド電極57cを有している。
第3水晶基板63は、第2力検出部52aの一辺から突出する第2グランド接続部52dと、第2水晶基板62の第1信号引き出し部51bを支持する積層支持部52eを備えている。
第4水晶基板64は、第2力検出部52aの一辺から突出する第2グランド接続部52cと、第2水晶基板62の第1信号引き出し部51bを支持する積層支持部52eと、第2グランド接続部52cと対向する辺から突出する第2信号引き出し部52bとを備えている。そして、第2信号引き出し部52bには第2回路部60bと、第2力検出部52aと第2回路部60bの間に形成された剛性調整部としての第2溝部78bと、が設けられている。
The second force detection element 52 includes, in order from the upper side to the lower side, the second ground electrode 57b, the third crystal substrate 63, the second detection electrode 55, and the fourth crystal that are shared with the first force detection element 51. A substrate 64 and a third ground electrode 57c are provided.
The third crystal substrate 63 includes a second ground connection portion 52d that protrudes from one side of the second force detection portion 52a, and a laminated support portion 52e that supports the first signal extraction portion 51b of the second crystal substrate 62.
The fourth crystal substrate 64 includes a second ground connection portion 52c that protrudes from one side of the second force detection portion 52a, a stacked support portion 52e that supports the first signal extraction portion 51b of the second crystal substrate 62, and a second ground. A second signal extraction portion 52b protruding from the side facing the connection portion 52c is provided. The second signal lead-out part 52b is provided with a second circuit part 60b and a second groove part 78b as a rigidity adjusting part formed between the second force detection part 52a and the second circuit part 60b. Yes.

第3力検出素子53は、積層された上方から下方に向かって順に、第2力検出素子52と共用される第3グランド電極57c、第5水晶基板65、第3検出電極56、第6水晶基板66、第4グランド電極57dを有している。
第5水晶基板65は、第3力検出部53aの一辺から突出する第3グランド接続部53dと、第2水晶基板62の第1信号引き出し部51bを支持する積層支持部53eと、第4水晶基板64の第2信号引き出し部52bを支持する積層支持部53fと、を備えている。
第6水晶基板66は、第3力検出部53aの一辺から突出する第3グランド接続部53cと、第2水晶基板62の第1信号引き出し部51bを支持する積層支持部53eと、第4水晶基板64の第2信号引き出し部52bを支持する積層支持部53fと、積層支持部53eと対向する辺から突出する第3信号引き出し部53bとを備えている。そして、第3信号引き出し部53bには第3回路部60cと、第3力検出部53aと第3回路部60cの間に形成された剛性調整部としての第3溝部78cと、が設けられている。
The third force detection element 53 includes, in order from the upper side to the lower side, the third ground electrode 57c, the fifth crystal substrate 65, the third detection electrode 56, and the sixth crystal that are shared with the second force detection element 52. A substrate 66 and a fourth ground electrode 57d are provided.
The fifth crystal substrate 65 includes a third ground connection portion 53d that protrudes from one side of the third force detection portion 53a, a stacked support portion 53e that supports the first signal lead portion 51b of the second crystal substrate 62, and a fourth crystal. And a stacking support portion 53f that supports the second signal extraction portion 52b of the substrate 64.
The sixth crystal substrate 66 includes a third ground connection portion 53c that protrudes from one side of the third force detection portion 53a, a stacked support portion 53e that supports the first signal extraction portion 51b of the second crystal substrate 62, and a fourth crystal. A lamination support part 53f that supports the second signal extraction part 52b of the substrate 64 and a third signal extraction part 53b that protrudes from the side facing the lamination support part 53e are provided. The third signal lead-out part 53b is provided with a third circuit part 60c and a third groove part 78c as a rigidity adjusting part formed between the third force detection part 53a and the third circuit part 60c. Yes.

第1回路部60a、第2回路部60b、第3回路部60c、には第1実施形態と同様にMOS型半導体素子を有し、MOS型半導体素子のゲート電極の下方には水晶基板と直接もしくは絶縁層を介して接するバックゲート電極を有し、バックゲート電極はグランドに接続されている。
これらの構成については、第1回路部60a、第2回路部60b、第3回路部60c共に同じ構成であり、ここでは、第1回路部60aを例にとって説明する。
図16に示すように、第1回路部60aには、MOS型半導体素子73を有している。第1回路部60a内には複数のMOS型半導体素子73が形成されて第1回路部60aが構成されている。
第1信号引き出し部51bを構成する第2水晶基板62において、第2水晶基板62の表面と直接もしくは絶縁層を介して接するバックゲート電極70が形成されている。そして、バックゲート電極70の上に絶縁膜71が設けられている。
絶縁膜71の上には、MOS型半導体素子73としてポリシリコンTFTが形成されている。MOS型半導体素子73には、ゲート電極74、ソース電極75、ドレイン電極76を有し、これらの電極は絶縁層72内で配線により所望の配線がなされている。このように、MOS型半導体素子73がポリシリコンTFTを有することから、アンプ、ADコンバーターなどのアナログ回路や信号処理回路などのデジタル回路を第1回路部60a内に集積できる。
そして、バックゲート電極70は、図示しないが、第1実施形態と同様に平面視でゲート電極74を含んで重なる位置に形成され、グランドに接続されている。
The first circuit unit 60a, the second circuit unit 60b, and the third circuit unit 60c have MOS type semiconductor elements as in the first embodiment, and directly below the crystal substrate under the gate electrode of the MOS type semiconductor element. Alternatively, a back gate electrode in contact with the insulating layer is provided, and the back gate electrode is connected to the ground.
About these structures, the 1st circuit part 60a, the 2nd circuit part 60b, and the 3rd circuit part 60c are the same structures, and here demonstrates the 1st circuit part 60a as an example.
As shown in FIG. 16, the first circuit section 60a has a MOS semiconductor element 73. A plurality of MOS type semiconductor elements 73 are formed in the first circuit portion 60a to constitute the first circuit portion 60a.
In the second crystal substrate 62 constituting the first signal lead-out portion 51b, a back gate electrode 70 that is in contact with the surface of the second crystal substrate 62 directly or through an insulating layer is formed. An insulating film 71 is provided on the back gate electrode 70.
On the insulating film 71, a polysilicon TFT is formed as the MOS type semiconductor element 73. The MOS semiconductor element 73 has a gate electrode 74, a source electrode 75, and a drain electrode 76, and these electrodes are wired as desired in the insulating layer 72. Thus, since the MOS type semiconductor element 73 has the polysilicon TFT, digital circuits such as analog circuits such as amplifiers and AD converters and signal processing circuits can be integrated in the first circuit section 60a.
Although not shown, the back gate electrode 70 is formed at an overlapping position including the gate electrode 74 in plan view as in the first embodiment, and is connected to the ground.

このように、力検出モジュール50は各構成要素が積層された状態では、図12に示すように、第1信号引き出し部51b、第2信号引き出し部52b、第3信号引き出し部53bが上面に露出するように配置される。そして、第1信号引き出し部51b、第2信号引き出し部52b、第3信号引き出し部53bにはそれぞれ、第1回路部60a、第2回路部60b、第3回路部60cと第1接続パッド59a、第2接続パッド59b、第3接続パッド59cが設けられている。
また、第1信号引き出し部51bの下方に位置する第3水晶基板63から第6水晶基板66には第1信号引き出し部51bを支持する支持部が形成され、力検出モジュール50の底面まで一体となるように形成されている。同様に第2信号引き出し部52bの下方に位置する第5水晶基板65、第6水晶基板66には第2信号引き出し部52bを支持する支持部が形成され、力検出モジュール50の底面まで一体となるように形成されている。
Thus, in the state where the respective components are stacked, the force detection module 50 exposes the first signal lead portion 51b, the second signal lead portion 52b, and the third signal lead portion 53b on the upper surface as shown in FIG. To be arranged. The first signal extraction unit 51b, the second signal extraction unit 52b, and the third signal extraction unit 53b include the first circuit unit 60a, the second circuit unit 60b, the third circuit unit 60c, and the first connection pads 59a, respectively. A second connection pad 59b and a third connection pad 59c are provided.
Further, the third crystal substrate 63 to the sixth crystal substrate 66 located below the first signal extraction portion 51b are formed with support portions for supporting the first signal extraction portion 51b, and are integrated to the bottom surface of the force detection module 50. It is formed to become. Similarly, on the fifth crystal substrate 65 and the sixth crystal substrate 66 located below the second signal lead-out portion 52b, support portions for supporting the second signal lead-out portion 52b are formed, and the bottom of the force detection module 50 is integrated. It is formed to become.

また、第1グランド接続部51c,51d、第2グランド接続部52c,52d、第3グランド接続部53c,53dは力検出モジュール50の上面から底面まで一体となるように形成され、その側面にグランド接続電極58が形成され、各グランド電極間の導通が図られている。
なお、図13では、説明の便宜上、第1検出電極54、第2検出電極55、第3検出電極56、第1グランド電極57a、第2グランド電極57b、第3グランド電極57c、第4グランド電極57d、は各水晶基板に対して分離して表現したが、実際は各水晶基板と接するどちらかの水晶基板上に蒸着またはスパッタリングなどの手法により形成される。このため、片方の水晶基板に電極を形成すれば良く、両方の基板に電極を形成しなくても良い。
The first ground connection portions 51c and 51d, the second ground connection portions 52c and 52d, and the third ground connection portions 53c and 53d are formed so as to be integrated from the top surface to the bottom surface of the force detection module 50, and grounded on the side surface thereof. A connection electrode 58 is formed, and conduction between the ground electrodes is achieved.
In FIG. 13, for convenience of explanation, the first detection electrode 54, the second detection electrode 55, the third detection electrode 56, the first ground electrode 57a, the second ground electrode 57b, the third ground electrode 57c, and the fourth ground electrode. 57d is expressed separately for each quartz substrate, but in actuality, it is formed on one of the quartz substrates in contact with each quartz substrate by a technique such as vapor deposition or sputtering. For this reason, it is only necessary to form electrodes on one of the quartz substrates, and it is not necessary to form electrodes on both substrates.

次に、各水晶基板における結晶方位の組み合わせについて説明する。
図15は本実施形態の力検出モジュールの各水晶基板の結晶方位を説明する断面図である。
第1力検出素子51において、第1水晶基板61、第2水晶基板62はYカット水晶基板で形成され、圧電現象を発生させる結晶方位であるX方向が第1水晶基板61、第2水晶基板62の法線に垂直となる結晶方位を有している。そして、第1水晶基板61と第2水晶基板62とはX方向が互いに逆方向となるように配置されている。
Next, combinations of crystal orientations in each quartz substrate will be described.
FIG. 15 is a cross-sectional view for explaining the crystal orientation of each quartz substrate of the force detection module of this embodiment.
In the first force detection element 51, the first crystal substrate 61 and the second crystal substrate 62 are formed of a Y-cut crystal substrate, and the X direction, which is a crystal orientation for generating a piezoelectric phenomenon, is the first crystal substrate 61 and the second crystal substrate. The crystal orientation is perpendicular to the normal of 62. The first crystal substrate 61 and the second crystal substrate 62 are arranged so that the X directions are opposite to each other.

第2力検出素子52において、第3水晶基板63、第4水晶基板64はXカット水晶基板で形成され、X方向が第3水晶基板63、第4水晶基板64の法線と平行な方向となる結晶方位を有している。そして、第3水晶基板63と第4水晶基板64とはX方向が互いに逆方向となるように配置されている。   In the second force detection element 52, the third crystal substrate 63 and the fourth crystal substrate 64 are formed of an X-cut crystal substrate, and the X direction is parallel to the normal line of the third crystal substrate 63 and the fourth crystal substrate 64. The crystal orientation is as follows. The third crystal substrate 63 and the fourth crystal substrate 64 are arranged so that the X directions are opposite to each other.

第3力検出素子53において、第5水晶基板65、第6水晶基板66はYカット水晶基板で形成され、X方向が第5水晶基板65、第6水晶基板66の法線に垂直となる結晶方位を有している。そして、第5水晶基板65と第6水晶基板66とはX方向が互いに逆方向となるように配置されている。また、第1力検出素子51における第1水晶基板61、第2水晶基板62とはX方向が直交する方向に配置されている。   In the third force detection element 53, the fifth crystal substrate 65 and the sixth crystal substrate 66 are formed of a Y-cut crystal substrate, and the crystal whose X direction is perpendicular to the normal line of the fifth crystal substrate 65 and the sixth crystal substrate 66. Has an orientation. The fifth crystal substrate 65 and the sixth crystal substrate 66 are arranged so that the X directions are opposite to each other. Further, the first crystal substrate 61 and the second crystal substrate 62 in the first force detection element 51 are arranged in a direction orthogonal to the X direction.

上記の力検出モジュール50を用いて外力などの力の検出を行う場合、力検出モジュール50の各力検出素子の積層方向に押圧部材68を用いて与圧(10kN程度)がかけられる。
z軸に平行な方向に圧縮力もしくは引張り力を加えると、第2力検出素子52の第3水晶基板63、第4水晶基板64は水晶のz方向から圧縮力もしくは引張り力を受けるので圧電現象により与圧印加状態からの差分として電荷が誘起され、第2検出電極55に電荷(Fz信号)が出力される。
また、x軸に平行な方向にずれる力が加わる場合、第1力検出素子51の第1水晶基板61、第2水晶基板62は水晶のX方向からの力(せん断力)を受け圧電現象により電荷が誘起され、第1検出電極54に電荷(Fx信号)が出力される。
y軸に平行な方向にずれる力が加わる場合、第3力検出素子53の第5水晶基板65、第6水晶基板66は水晶のX方向からの力(せん断力)を受け圧電現象により電荷が誘起され、第3検出電極56に電荷(Fy信号)が出力される。
さらに、z軸に平行な方向にずれる力が加わる場合、第2力検出素子52の第3水晶基板63、第4水晶基板64は水晶のX方向から圧縮力を受けるので圧電現象により電荷が変化し、第2検出電極55に出力される電荷(Fz信号)の大きさが変化する。
そして、この誘起された電荷は第1回路部60a、第2回路部60b、第3回路部60c(図13参照)で積分され、電圧に変換された後、ADコンバーター、演算回路等により所望の信号として出力される。
When the force detection module 50 is used to detect a force such as an external force, a pressure (about 10 kN) is applied using the pressing member 68 in the stacking direction of each force detection element of the force detection module 50.
When a compressive force or a tensile force is applied in a direction parallel to the z-axis, the third crystal substrate 63 and the fourth crystal substrate 64 of the second force detection element 52 receive a compressive force or a tensile force from the z direction of the crystal. As a result, charge is induced as a difference from the pressurized application state, and charge (Fz signal) is output to the second detection electrode 55.
In addition, when a force deviating in a direction parallel to the x-axis is applied, the first crystal substrate 61 and the second crystal substrate 62 of the first force detection element 51 receive a force (shearing force) from the X direction of the crystal due to the piezoelectric phenomenon. Charge is induced, and charge (Fx signal) is output to the first detection electrode 54.
When a force deviating in a direction parallel to the y-axis is applied, the fifth crystal substrate 65 and the sixth crystal substrate 66 of the third force detection element 53 receive a force (shearing force) from the X direction of the crystal, and electric charges are generated by the piezoelectric phenomenon. The charge (Fy signal) is output to the third detection electrode 56 by being induced.
Further, when a force deviating in a direction parallel to the z axis is applied, the third crystal substrate 63 and the fourth crystal substrate 64 of the second force detection element 52 receive a compressive force from the X direction of the crystal, so that the charge changes due to the piezoelectric phenomenon. As a result, the magnitude of the charge (Fz signal) output to the second detection electrode 55 changes.
The induced charge is integrated by the first circuit unit 60a, the second circuit unit 60b, and the third circuit unit 60c (see FIG. 13), converted into a voltage, and then desired by an AD converter, an arithmetic circuit, or the like. Output as a signal.

ここで、各力検出素子51,52,53に力が加わることで各水晶基板61〜66に応力が発生し、直接力を受けない各信号引き出し部51b,52b,53bにも応力が伝播する。この応力により各信号引き出し部51b,52b,53bを変形させる力が働く。このとき、各信号引き出し部51b,52b,53bに伝播する応力は剛性が低い各溝部78a,78b,78cにおいて変形して伝播する応力が緩和される。このため、応力は各溝部78a,78b,78cから各信号引き出し部51b,52b,53bの先端方向には伝わらない。このため、各回路部60a,60b,60cに応力が伝わらず各回路部60a,60b,60cを変形させることがない。そして、各回路部60a,60b,60cに形成された半導体素子のチャネル領域を変形させることがなく、チャネル領域の変形に起因する閾値電圧の変動を抑えることができる。   Here, when a force is applied to each of the force detection elements 51, 52, and 53, a stress is generated in each of the quartz substrates 61 to 66, and the stress is also propagated to each of the signal extraction portions 51b, 52b, and 53b that do not receive a direct force. . Due to this stress, a force for deforming each of the signal lead portions 51b, 52b, and 53b works. At this time, the stress propagating to each of the signal lead portions 51b, 52b, 53b is relieved of the stress propagating by being deformed in each of the groove portions 78a, 78b, 78c having low rigidity. For this reason, the stress is not transmitted from the groove portions 78a, 78b, 78c to the leading ends of the signal lead portions 51b, 52b, 53b. For this reason, stress is not transmitted to each circuit part 60a, 60b, 60c, and each circuit part 60a, 60b, 60c is not deformed. And the channel region of the semiconductor element formed in each circuit part 60a, 60b, 60c is not deformed, and the variation of the threshold voltage due to the deformation of the channel region can be suppressed.

さらに、力検出素子部の圧電基板に外力などが加わった場合、前記外力に起因する応力の大半は、本発明の剛性調整部で緩和されるものの一部は第1回路部60aの圧電基板に加わる場合もある。その際、高感度で微小な応力を検知する圧電変換素子でもある圧電基板の表面に電荷が誘起される場合もあるが、バックゲート電極において誘起電荷による電界を遮蔽でき、半導体素子の閾値電圧の変動を抑制することができる。尚、この場合、圧電基板とともに半導体素子のチャンネル領域がごく僅か変形する場合もあるが、その結果生じる閾値電圧の変化は、ほぼ無視できるので、本発明の剛性調整部とバックゲート電極により半導体素子の閾値電圧の変動をより完全に抑制する事ができる。
また、第2回路部60b、第3回路部60cでも同様に、バックゲート電極がグランドに接続されているため、誘起電荷の電界を遮蔽することができる。このため、バックゲート電極の上方に形成されたMOS型半導体素子のゲート電極に電界の影響を与えないことから、水晶基板に誘起される電荷に起因するMOS型半導体素子の閾値電圧の変動を抑制することができる。
よって、本実施形態の力検出モジュール50は、第1検出電極54、第2検出電極55、第3検出電極56からの電荷(検出信号)はそれぞれ第1回路部60a、第2回路部60b、第3回路部60cに出力され、各回路内で検出信号が適正に処理され各方向における力の大きさを正確に検知することができる。
また、MOS型半導体素子の閾値電圧の変動を抑制することができることから、従来、実用化が難しかった水晶基板上に力検出部と回路部とを一体に形成することができ、力検出モジュールの小型を図ることが可能となる。
Further, when an external force or the like is applied to the piezoelectric substrate of the force detection element unit, most of the stress caused by the external force is alleviated by the rigidity adjusting unit of the present invention, but a part of the stress is applied to the piezoelectric substrate of the first circuit unit 60a. There is also a case to join. At that time, charges may be induced on the surface of the piezoelectric substrate, which is also a piezoelectric transducer that detects high-sensitivity and minute stresses. However, the electric field due to the induced charges can be shielded at the back gate electrode, and the threshold voltage of the semiconductor element is reduced. Variations can be suppressed. In this case, the channel region of the semiconductor element may be slightly deformed together with the piezoelectric substrate, but the resulting change in threshold voltage is almost negligible. Therefore, the rigidity adjustment unit and the back gate electrode of the present invention allow the semiconductor element to be changed. The threshold voltage fluctuation can be suppressed more completely.
Similarly, in the second circuit portion 60b and the third circuit portion 60c, the back gate electrode is connected to the ground, so that the electric field of the induced charge can be shielded. For this reason, since the electric field is not affected by the gate electrode of the MOS type semiconductor device formed above the back gate electrode, the fluctuation of the threshold voltage of the MOS type semiconductor device due to the charge induced in the quartz substrate is suppressed. can do.
Therefore, in the force detection module 50 of this embodiment, the charges (detection signals) from the first detection electrode 54, the second detection electrode 55, and the third detection electrode 56 are the first circuit unit 60a, the second circuit unit 60b, It is output to the third circuit unit 60c, and the detection signal is appropriately processed in each circuit, so that the magnitude of the force in each direction can be accurately detected.
In addition, since the fluctuation of the threshold voltage of the MOS type semiconductor element can be suppressed, the force detection unit and the circuit unit can be integrally formed on a quartz substrate that has been difficult to put into practical use. It becomes possible to reduce the size.

なお、第1実施形態の力検出素子、第2実施形態の力検出モジュールにおいて圧電基板として水晶基板を用いたが、他にチタン酸系セラミックスであるチタン酸ジルコニウム酸鉛(PZT)、チタン酸バリウム(BaTiO3)や、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、酸化亜鉛(ZnO)、タンタル酸リチウム(LiTaO3)などを材料とする圧電基板を用いても実施することができ、第1、第2実施形態と同様な効果を得ることができる。
(第3実施形態)
In addition, although the quartz substrate was used as the piezoelectric substrate in the force detection element of the first embodiment and the force detection module of the second embodiment, in addition, lead zirconate titanate (PZT) and barium titanate, which are titanate ceramics. (BaTiO 3 ), lithium niobate (LiNbO 3 ), zinc oxide (ZnO), lithium tantalate (LiTaO 3 ), and other piezoelectric substrates can be used. The same effect as the form can be obtained.
(Third embodiment)

次に力検出モジュールを複数用いた6軸の力検出モジュールについて説明する。
図18は本実施形態の力検出モジュールの構成を示し、(a)は概念斜視図であり、(b)は平面図である。
本実施形態の力検出モジュール80は、第2実施形態で説明した力検出モジュール50を4つ用いて、第1与圧プレート81及び第2与圧プレート82により挟み込んだ構成である。各力検出モジュール50は第1与圧プレート81と第2与圧プレート82とを締結する締結手段(図示せず)により締め込み量を調整して、力検出モジュール50に所定の与圧(例えば10kN程度)が加えられている。
なお、第1与圧プレート81及び第2与圧プレート82は、いずれも平面視で円板状に形成され、中心Oを通り互いに直交する線上に4つの力検出モジュール50を配置している。
Next, a 6-axis force detection module using a plurality of force detection modules will be described.
FIG. 18 shows a configuration of the force detection module of the present embodiment, where (a) is a conceptual perspective view and (b) is a plan view.
The force detection module 80 of the present embodiment has a configuration in which four force detection modules 50 described in the second embodiment are used and sandwiched between the first pressurizing plate 81 and the second pressurizing plate 82. Each force detection module 50 adjusts the tightening amount by fastening means (not shown) for fastening the first pressurizing plate 81 and the second pressurizing plate 82, and applies a predetermined pressurizing force (for example, to the force detecting module 50). About 10 kN).
Each of the first pressurizing plate 81 and the second pressurizing plate 82 is formed in a disk shape in plan view, and four force detection modules 50 are arranged on lines that pass through the center O and are orthogonal to each other.

このような構成の力検出モジュール80は、4つの前述した力検出モジュール50が全て同じ方向に向いた状態で第1与圧プレート81及び第2与圧プレート82に挟み込まれ、与圧が加えられる。例えば、力検出モジュール50において、第1力検出素子51(図15参照)の検出軸をFxに平行な方向に向け、第2力検出素子52(図15参照)の検出軸をFzに平行な方向に向け、第3力検出素子53(図15参照)の検出軸をFyに平行な方向に向けた状態となっている。   The force detection module 80 having such a configuration is sandwiched between the first pressurizing plate 81 and the second pressurizing plate 82 in a state where all of the four force detecting modules 50 face in the same direction, and pressurization is applied. . For example, in the force detection module 50, the detection axis of the first force detection element 51 (see FIG. 15) is oriented in a direction parallel to Fx, and the detection axis of the second force detection element 52 (see FIG. 15) is parallel to Fz. In the direction, the detection axis of the third force detection element 53 (see FIG. 15) is in a direction parallel to Fy.

ここで、第1与圧プレート81及び第2与圧プレート82の相対位置が互いにFx方向にずれる力を受けた場合、力検出モジュール50はそれぞれFx1、Fx2、Fx3、Fx4の力を検出する。また、第1与圧プレート81及び第2与圧プレート82の相対位置が互いにFy方向にずれる力を受けた場合、力検出モジュール50はそれぞれFy1、Fy2、Fy3、Fy4の力を検出する。さらに、第1与圧プレート81及び第2与圧プレート82の相対位置が互いにFz方向にずれる力を受けた場合、力検出モジュール50はそれぞれFz1、Fz2、Fz3、Fz4の力を検出する。   Here, when the relative position of the first pressurizing plate 81 and the second pressurizing plate 82 receives a force that deviates in the Fx direction, the force detection module 50 detects the forces of Fx1, Fx2, Fx3, and Fx4, respectively. Moreover, when the relative position of the 1st pressurization plate 81 and the 2nd pressurization plate 82 receives the force which mutually shifts to Fy direction, the force detection module 50 detects the force of Fy1, Fy2, Fy3, and Fy4, respectively. Furthermore, when the relative position of the first pressurizing plate 81 and the second pressurizing plate 82 receives a force that shifts in the Fz direction, the force detection module 50 detects the forces of Fz1, Fz2, Fz3, and Fz4, respectively.

したがって、力検出モジュール80において、互いに直交する力Fx,Fy,Fz、そしてFxに平行な方向を回転軸とする回転力Mx、Fyに平行な方向を回転軸とする回転力My、Fzに平行な方向を回転軸とする回転力Mzは、以下のように求めることができる。   Therefore, in the force detection module 80, the forces Fx, Fy, Fz orthogonal to each other, and the rotational force Mx having the direction parallel to Fx as the rotational axis, parallel to the rotational force My, Fz having the direction parallel to Fy as the rotational axis. The rotational force Mz having the rotation direction as the rotation axis can be obtained as follows.

Figure 2013245937
Figure 2013245937

ここで、a、bは定数とする。よって本実施形態の力検出モジュール80は、三次元のあらゆる方向からの力(6軸方向の力)を検知することができる。特に、高剛性であるという特徴を有する水晶材料を検出部に用いる事で、少ない変位量であっても高精度な力の検出を安定的に行うことが可能な力検出モジュール80となる。
(第4実施形態)
Here, a and b are constants. Therefore, the force detection module 80 of the present embodiment can detect forces from all three-dimensional directions (forces in six axes). In particular, by using a quartz material having a characteristic of high rigidity for the detection unit, the force detection module 80 capable of stably detecting a highly accurate force even with a small amount of displacement is obtained.
(Fourth embodiment)

つぎに、力検出モジュールを搭載したロボットについて説明する。
図19は第4実施形態におけるにおけるロボットの概略構成を示す斜視図である。
第4実施形態に係るロボット100は、上述した力検出モジュール50または力検出モジュール80が搭載されている。
図19に示すロボット100は、本体部101、演算制御部102、アーム部110、ロボットハンド部120などで構成されている。本体部101は、例えば床、壁、天井、移動可能な台車の上等に固定される。アーム部110は、本体部101に対して回動可能となるように設けられており、本体部101にはアーム部110を回転させるための動力を発生するアクチュエーター(図示せず)や、アクチュエーターを制御する演算制御部102が設けられている。
Next, a robot equipped with a force detection module will be described.
FIG. 19 is a perspective view showing a schematic configuration of the robot in the fourth embodiment.
The robot 100 according to the fourth embodiment is equipped with the force detection module 50 or the force detection module 80 described above.
A robot 100 shown in FIG. 19 includes a main body unit 101, an arithmetic control unit 102, an arm unit 110, a robot hand unit 120, and the like. The main body 101 is fixed on, for example, a floor, a wall, a ceiling, or a movable carriage. The arm part 110 is provided so as to be rotatable with respect to the main body part 101, and an actuator (not shown) that generates power for rotating the arm part 110 is provided on the main body part 101. An arithmetic control unit 102 for controlling is provided.

アーム部110は、第1フレーム111、第2フレーム112、第3フレーム113、第4フレーム114、第5フレーム115で構成されている。第1フレーム111は、回転屈曲軸を介して、本体部101に回動可能または屈曲可能となるように接続されている。第2フレーム112は、回転屈曲軸を介して、第1フレーム111及び第3フレーム113に接続されている。第3フレーム113は、回転屈曲軸を介して、第2フレーム112及び第4フレーム114に接続されている。第4フレーム114は、回転屈曲軸を介して、第3フレーム113及び第5フレーム115に接続されている。第5フレーム115は、回転屈曲軸を介して、第4フレーム114に接続されている。アーム部110は、制御部の制御によって、各フレームが各回転屈曲軸を中心に複合的に回転または屈曲することにより駆動する。   The arm unit 110 includes a first frame 111, a second frame 112, a third frame 113, a fourth frame 114, and a fifth frame 115. The first frame 111 is connected to the main body 101 via a rotary bending shaft so as to be rotatable or bendable. The second frame 112 is connected to the first frame 111 and the third frame 113 via a rotating and bending shaft. The third frame 113 is connected to the second frame 112 and the fourth frame 114 via a rotating and bending shaft. The fourth frame 114 is connected to the third frame 113 and the fifth frame 115 via a rotating and bending shaft. The fifth frame 115 is connected to the fourth frame 114 via a rotating and bending shaft. The arm unit 110 is driven by each frame being rotated or bent in a compound manner around each rotation / bending axis under the control of the control unit.

第5フレーム115の先端には、ロボットハンド部120が取り付けられており、ロボット100で処理を行う対象物を把握することができるロボットハンド121が、回転動作させるモーター(図示せず)を内蔵するロボットハンド接続部122を介して第5フレーム115に接続されている。   A robot hand unit 120 is attached to the tip of the fifth frame 115, and the robot hand 121 capable of grasping an object to be processed by the robot 100 incorporates a motor (not shown) that rotates. It is connected to the fifth frame 115 via the robot hand connection unit 122.

ロボットハンド接続部122には、モーターに加えて第2,第3実施形態で詳述した力検出モジュール50,80(図示せず)が内蔵されている。ロボット100は、ロボットハンド部120が制御部の制御によって所定の動作位置まで移動したとき、障害物との接触、あるいは所定位置を越えての動作命令による対象物との接触、などを力検出モジュール50,80によって力として検出し、ロボット100の演算制御部102へフィードバックし、回避動作を実行することができる。   In addition to the motor, the robot hand connection unit 122 incorporates force detection modules 50 and 80 (not shown) detailed in the second and third embodiments. When the robot hand unit 120 moves to a predetermined operation position under the control of the control unit, the robot 100 detects a contact with an obstacle or a contact with an object by an operation command beyond the predetermined position. 50, 80 can be detected as a force, fed back to the arithmetic control unit 102 of the robot 100, and an avoidance operation can be executed.

このようなロボット100に上述した小型化された力検出モジュールが搭載されることで、小さな力がロボット100に加えられた場合も高精度にその力の検出をすることができる。ロボット100は、小さな力を高精度に検出できることで障害物などとの接触を速やかに検出して従来の位置制御では対処することが困難であった、障害物回避動作、対象物損傷回避動作などを容易に行い、安全かつ細やかな作業を実現することができる。
なお、上述したロボット100に限定されず、アーム部110を複数備えるロボット(双腕ロボット)にも適用することができる。
(第5実施形態)
By mounting the above-described downsized force detection module on such a robot 100, even when a small force is applied to the robot 100, the force can be detected with high accuracy. The robot 100 can detect a small force with high accuracy, thereby quickly detecting contact with an obstacle and the like, which has been difficult to deal with with conventional position control, such as an obstacle avoidance operation and an object damage avoidance operation. Can be performed easily, and safe and detailed work can be realized.
Note that the present invention is not limited to the robot 100 described above, and can be applied to a robot having a plurality of arm units 110 (double-arm robot).
(Fifth embodiment)

次に、第5実施形態として力検出モジュールを搭載した双腕ロボットについて説明する。
図20は双腕ロボットの概略構成を示す模式図である。
図20に示すロボット200は、本体部201、演算制御部202、胴体部203、頭部204、アーム部210a,210b、ロボットハンド部220a,220bなどで構成されている。本体部201は、ロボット200を自在に走行させるため走行部206およびアクチュエーターを制御する演算制御部202等が内蔵されている。アーム部210a,210bは、胴体部203に対して回動可能となるように設けられており、胴体部203にはアーム部210a,210bを回転させるための動力を発生するアクチュエーター(図示せず)が内蔵されている。
Next, a double-arm robot equipped with a force detection module will be described as a fifth embodiment.
FIG. 20 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a double-arm robot.
A robot 200 shown in FIG. 20 includes a main body unit 201, a calculation control unit 202, a body unit 203, a head unit 204, arm units 210a and 210b, robot hand units 220a and 220b, and the like. The main body 201 incorporates a traveling unit 206 and an arithmetic control unit 202 that controls an actuator in order to freely travel the robot 200. The arm portions 210a and 210b are provided so as to be rotatable with respect to the body portion 203, and the body portion 203 is an actuator (not shown) that generates power for rotating the arm portions 210a and 210b. Is built-in.

アーム部210a,210bおよびロボットハンド部220a、220bについては、同じ構成を有するため、片側のアーム部210a及びロボットハンド部220aを代表して説明する。
アーム部210aは、第1フレーム211a、第2フレーム212aで構成されている。第1フレーム211aは、回転屈曲軸を介して、胴体部203に回転可能または屈曲可能となるように接続されている。第2フレーム212aは、回転屈曲軸を介して、第1フレーム211a及びロボットハンド部220aに接続されている。アーム部210aは、制御部の制御によって、各フレームが各回転屈曲軸を中心に複合的に回転または屈曲することにより駆動する。
Since the arm portions 210a and 210b and the robot hand portions 220a and 220b have the same configuration, the arm portion 210a and the robot hand portion 220a on one side will be described as a representative.
The arm part 210a includes a first frame 211a and a second frame 212a. The first frame 211a is connected to the body portion 203 via a rotating and bending shaft so as to be rotatable or bendable. The second frame 212a is connected to the first frame 211a and the robot hand unit 220a via a rotating / bending axis. The arm unit 210a is driven by each frame being rotated or bent in a compound manner around each rotation / bending axis under the control of the control unit.

第2フレーム212aは、第1フレーム211aと接続された反対側の先端に、ロボットハンド部220aが取り付けられている。ロボット200で処理を行う対象物を把握することができるロボットハンド221aは、回転動作させるモーター(図示せず)を内蔵するロボットハンド接続部222aを介して第2フレーム212aに接続されている。   The second frame 212a has a robot hand portion 220a attached to the opposite end connected to the first frame 211a. A robot hand 221a capable of grasping an object to be processed by the robot 200 is connected to the second frame 212a via a robot hand connecting part 222a containing a motor (not shown) that rotates.

ロボットハンド接続部222aには、モーターに加えて第2,第3実施形態で詳述した力検出モジュール50,80(図示せず)が内蔵されている。ロボット200は、ロボットハンド部220aが制御部の制御によって所定の動作位置まで移動させたとき、障害物への接触、あるいは所定位置を越えての動作命令による対象物との接触、などを力検出モジュール50,80によって力として検出し、ロボット200の演算制御部202へフィードバックし、回避動作を実行することができる。また、ロボット200には、頭部204にカメラ205が備えられている。ロボット200は、例えばカメラ205に撮像された障害物と、力検出モジュール50,80で検出された障害物に接触をしたときに受けた力とを演算制御部202で処理することで、障害物の大きさ、硬さ、位置等を推定し、予め衝突を回避する動作を行うことができる。
なお、アーム部210b及びロボットハンド部220bの構成等は、上述したアーム部210a及びロボットハンド部220aと同様である。
In addition to the motor, the robot hand connector 222a incorporates the force detection modules 50 and 80 (not shown) detailed in the second and third embodiments. When the robot hand unit 220a moves to a predetermined operation position under the control of the control unit, the robot 200 detects a force on an obstacle or contact with an object by an operation command exceeding the predetermined position. It can be detected as a force by the modules 50 and 80, and can be fed back to the arithmetic control unit 202 of the robot 200 to execute an avoidance operation. In addition, the robot 200 includes a camera 205 on the head 204. For example, the robot 200 processes the obstacle imaged by the camera 205 and the force received when the obstacle detected by the force detection modules 50 and 80 is contacted by the arithmetic control unit 202, so that the obstacle is detected. It is possible to estimate the size, hardness, position, etc., and perform an operation to avoid a collision in advance.
The configuration of the arm unit 210b and the robot hand unit 220b is the same as that of the arm unit 210a and the robot hand unit 220a described above.

このようなロボット200に上述した小型化された力検出モジュールが搭載されることで、小さな力がロボット200に加えられた場合も高精度にその力の検出をすることができる。ロボット200は、小さな力を高精度に検出できることで障害物などとの接触を速やかに検出して従来の位置制御では対処することが困難であった、障害物回避動作、対象物損傷回避動作などを容易に行い、安全かつ細やかな作業を実現することができる。また、ロボット200は、複数の腕(アーム部及びロボットハンド部)を備えることで、一つの腕では困難であった大型の対象物を取り扱うことを実現することができる。   By mounting the above-described downsized force detection module on such a robot 200, even when a small force is applied to the robot 200, the force can be detected with high accuracy. The robot 200 can detect a small force with high accuracy, thereby quickly detecting contact with an obstacle and the like, which has been difficult to deal with by conventional position control, such as an obstacle avoidance operation and an object damage avoidance operation. Can be performed easily, and safe and detailed work can be realized. In addition, the robot 200 can be provided with a plurality of arms (an arm unit and a robot hand unit) to handle a large object that is difficult with one arm.

本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施の際の具体的な構造および手順は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などに適宜変更することができる。そして、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有するものにより可能である。   The present invention is not limited to the embodiment described above, and the specific structure and procedure for carrying out the present invention can be appropriately changed to other structures and the like as long as the object of the present invention can be achieved. it can. Many modifications can be made by those skilled in the art within the technical idea of the present invention.

1,2…力検出素子、6…水晶基板、6a…正方形状部、6b…突出部、6c…突出部、10…力検出部、11…第1電極、12…第2電極、20…信号引き出し部、21…回路部、22…接続パッド、23…接続配線、25…バックゲート電極、26…絶縁膜、27…剛性調整部、27a,27b…剛性調整部としての溝部、27c…剛性調整部としての穴部、27d…軟質部材、27e…剛性調整部としての付加部材、30…MOS型半導体素子、34…ゲート電極、35…ソース電極、36…ドレイン電極、37…絶縁層、38…配線、40…グランド接続部、41…グランド電極、50…力検出モジュール、51…第1力検出素子、51a…第1力検出部、51b…第1信号引き出し部、51c…第1グランド接続部、51d…第1グランド接続部、52…第2力検出素子、52a…第2力検出部、52b…第2信号引き出し部、52c…第2グランド接続部、52d…第2グランド接続部、52e…積層支持部、53…第3力検出素子、53a…第3力検出部、53b…第3信号引き出し部、53c…第3グランド接続部、53d…第3グランド接続部、53e…積層支持部、53f…積層支持部、54…第1検出電極、55…第2検出電極、56…第3検出電極、57a…第1グランド電極、57b…第2グランド電極、57c…第3グランド電極、57d…第4グランド電極、58…グランド接続電極、59a…第1接続パッド、59b…第2接続パッド、59c…第3接続パッド、60a…第1回路部、60b…第2回路部、60c…第3回路部、61…第1水晶基板、62…第2水晶基板、63…第3水晶基板、64…第4水晶基板、65…第5水晶基板、66…第6水晶基板、68…押圧部材、70…バックゲート電極、71…絶縁膜、72…絶縁層、73…MOS型半導体素子、74…ゲート電極、75…ソース電極、76…ドレイン電極、78a…剛性調整部としての第1溝部、78b…剛性調整部としての第2溝部、78c…剛性調整部としての第3溝部、80…力検出モジュール、81…第1与圧プレート、82…第2与圧プレート、100…ロボット、101…本体部、102…演算制御部、110…アーム部、120…ロボットハンド部、121…ロボットハンド、122…ロボットハンド接続部、200…ロボット、201…本体部、202…演算制御部、210a,210b…アーム部、220a,220b…ロボットハンド部、221a,221b…ロボットハンド、222a,222b…ロボットハンド接続部、L1,L3…溝部長さ、L2…回路部長さ、W…溝幅、T…水晶基板厚み、t…溝部厚み。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 ... Force detection element, 6 ... Quartz substrate, 6a ... Square-shaped part, 6b ... Projection part, 6c ... Projection part, 10 ... Force detection part, 11 ... 1st electrode, 12 ... 2nd electrode, 20 ... Signal Lead-out part, 21 ... Circuit part, 22 ... Connection pad, 23 ... Connection wiring, 25 ... Back gate electrode, 26 ... Insulating film, 27 ... Rigidity adjustment part, 27a, 27b ... Groove part as rigidity adjustment part, 27c ... Rigidity adjustment 27d ... soft member, 27e ... additional member as rigidity adjusting part, 30 ... MOS type semiconductor element, 34 ... gate electrode, 35 ... source electrode, 36 ... drain electrode, 37 ... insulating layer, 38 ... Wiring, 40 ... ground connection part, 41 ... ground electrode, 50 ... force detection module, 51 ... first force detection element, 51a ... first force detection part, 51b ... first signal extraction part, 51c ... first ground connection part 51d 1st Land connection part 52 ... second force detection element 52a ... second force detection part 52b ... second signal extraction part 52c ... second ground connection part 52d ... second ground connection part 52e ... multilayer support part 53 ... 3rd force detection element, 53a ... 3rd force detection part, 53b ... 3rd signal extraction part, 53c ... 3rd ground connection part, 53d ... 3rd ground connection part, 53e ... Lamination support part, 53f ... Lamination support 54, first detection electrode, 55, second detection electrode, 56, third detection electrode, 57a, first ground electrode, 57b, second ground electrode, 57c, third ground electrode, 57d, fourth ground electrode. 58 ... ground connection electrode, 59a ... first connection pad, 59b ... second connection pad, 59c ... third connection pad, 60a ... first circuit part, 60b ... second circuit part, 60c ... third circuit part, 61 ... first crystal Plate 62 ... Second crystal substrate 63 ... Third crystal substrate 64 ... Fourth crystal substrate 65 ... Fifth crystal substrate 66 ... Sixth crystal substrate 68 ... Pressing member 70 ... Back gate electrode 71 ... Insulating film, 72 ... insulating layer, 73 ... MOS type semiconductor element, 74 ... gate electrode, 75 ... source electrode, 76 ... drain electrode, 78a ... first groove as stiffness adjusting portion, 78b ... second as stiffness adjusting portion Groove part, 78c ... third groove part as rigidity adjusting part, 80 ... force detection module, 81 ... first pressurizing plate, 82 ... second pressurizing plate, 100 ... robot, 101 ... main body part, 102 ... calculation control part, DESCRIPTION OF SYMBOLS 110 ... Arm part, 120 ... Robot hand part, 121 ... Robot hand, 122 ... Robot hand connection part, 200 ... Robot, 201 ... Main part, 202 ... Arithmetic control part, 210a, 210b ... Arm Part, 220a, 220b ... Robot hand part, 221a, 221b ... Robot hand, 222a, 222b ... Robot hand connection part, L1, L3 ... Groove part length, L2 ... Circuit part length, W ... Groove width, T ... Quartz substrate thickness , T: groove thickness.

Claims (17)

圧電基板と、
前記圧電基板の一方の表面に形成された第1電極、および他方の表面に形成された第2電極を有し外力が加わる力検出部と、
前記力検出部から前記圧電基板が延在され、延在された前記圧電基板上に前記第1電極または前記第2電極に接続される半導体素子が設けられた回路部と、
前記圧電基板の前記力検出部と前記回路部との間に、前記力検出部が形成された前記圧電基板の剛性とは異なる剛性に調整された剛性調整部と、を備えた
ことを特徴とする力検出素子。
A piezoelectric substrate;
A first electrode formed on one surface of the piezoelectric substrate, and a second electrode formed on the other surface, and a force detection unit to which an external force is applied;
A circuit unit in which the piezoelectric substrate is extended from the force detection unit, and a semiconductor element connected to the first electrode or the second electrode is provided on the extended piezoelectric substrate;
A rigidity adjusting unit that is adjusted to a stiffness different from the stiffness of the piezoelectric substrate on which the force detecting unit is formed is provided between the force detecting unit and the circuit unit of the piezoelectric substrate. Force detecting element.
請求項1に記載の力検出素子において、
前記圧電基板の厚み方向の平面視において、前記剛性調整部の前記力検出部と対向する長さは、前記回路部の前記力検出部と対向する長さよりも長く形成される
ことを特徴とする力検出素子。
The force detection element according to claim 1,
In plan view in the thickness direction of the piezoelectric substrate, the length of the rigidity adjusting unit facing the force detecting unit is longer than the length of the circuit unit facing the force detecting unit. Force detection element.
請求項1または2に記載の力検出素子において、
前記剛性調整部として前記圧電基板に凹部を形成した
ことを特徴とする力検出素子。
The force detection element according to claim 1 or 2,
A force detecting element, wherein the piezoelectric substrate has a recess as the rigidity adjusting portion.
請求項1または2に記載の力検出素子において、
前記剛性調整部として前記圧電基板を貫通する穴部を形成した
ことを特徴とする力検出素子。
The force detection element according to claim 1 or 2,
A force detecting element, wherein a hole penetrating the piezoelectric substrate is formed as the rigidity adjusting portion.
請求項1または2に記載の力検出素子において、
前記剛性調整部として前記圧電基板に形成された凹部と、前記凹部に埋め込まれた前記圧電基板よりも剛性の低い軟質部材と、を有する
ことを特徴とする力検出素子。
The force detection element according to claim 1 or 2,
A force detection element comprising: a concave portion formed in the piezoelectric substrate as the rigidity adjusting portion; and a soft member having lower rigidity than the piezoelectric substrate embedded in the concave portion.
請求項1または2に記載の力検出素子において、
前記剛性調整部として前記圧電基板に形成された穴部と、前記穴部に埋め込まれた前記圧電基板よりも剛性の低い軟質部材と、を有する
ことを特徴とする力検出素子。
The force detection element according to claim 1 or 2,
A force detection element comprising: a hole formed in the piezoelectric substrate as the rigidity adjusting unit; and a soft member having a rigidity lower than that of the piezoelectric substrate embedded in the hole.
請求項1または2に記載の力検出素子において、
前記剛性調整部として前記圧電基板に前記圧電基板に厚みを付加する付加部材が設けられた
ことを特徴とする力検出素子。
The force detection element according to claim 1 or 2,
An additional member that adds thickness to the piezoelectric substrate is provided on the piezoelectric substrate as the rigidity adjusting unit.
請求項1乃至7のいずれか一項に記載の力検出素子において、
前記半導体素子がMOS型半導体素子であり、ポリシリコンTFTを有する
ことを特徴とする力検出素子。
In the force detection element according to any one of claims 1 to 7,
The semiconductor device is a MOS type semiconductor device and has a polysilicon TFT.
請求項1乃至7のいずれか一項に記載の力検出素子において、
前記半導体素子がMOS型半導体素子であり、
前記MOS型半導体素子は酸化物系半導体材料で構成されている
ことを特徴とする力検出素子。
In the force detection element according to any one of claims 1 to 7,
The semiconductor element is a MOS type semiconductor element;
The MOS type semiconductor element is made of an oxide-based semiconductor material.
請求項1乃至9のいずれか一項に記載の力検出素子において、
前記回路部には、
前記圧電基板の表面と直接もしくは絶縁層を介して接するバックゲート電極と、
前記バックゲート電極を覆う絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成されたゲート電極を有する前記半導体素子と、が備えられ、
前記圧電基板の厚み方向の平面視において、前記バックゲート電極は前記ゲート電極を含んで重なる位置に設けられ、
前記バックゲート電極はグランドに接続される
ことを特徴とする力検出素子。
The force detection element according to any one of claims 1 to 9,
In the circuit part,
A back gate electrode in contact with the surface of the piezoelectric substrate directly or through an insulating layer;
An insulating film covering the back gate electrode;
The semiconductor element having a gate electrode formed on the insulating film,
In the plan view in the thickness direction of the piezoelectric substrate, the back gate electrode is provided at an overlapping position including the gate electrode,
The force detection element, wherein the back gate electrode is connected to ground.
請求項1乃至9のいずれか一項に記載の力検出素子において、
前記回路部には、
前記圧電基板の表面と直接もしくは絶縁層を介して接するバックゲート電極と、
前記バックゲート電極を覆う絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成されたゲート電極を有する前記半導体素子と、が備えられ、
前記圧電基板の厚み方向の平面視において、前記バックゲート電極は前記ゲート電極を含んで重なる位置に設けられ、
前記バックゲート電極は一定の電位に固定される
ことを特徴とする力検出素子。
The force detection element according to any one of claims 1 to 9,
In the circuit part,
A back gate electrode in contact with the surface of the piezoelectric substrate directly or through an insulating layer;
An insulating film covering the back gate electrode;
The semiconductor element having a gate electrode formed on the insulating film,
In the plan view in the thickness direction of the piezoelectric substrate, the back gate electrode is provided at an overlapping position including the gate electrode,
The force detection element, wherein the back gate electrode is fixed at a constant potential.
圧電基板を複数積層させた力検出モジュールであって、
前記圧電基板の積層方向をz軸方向としたとき、前記z軸方向に直交する方向をx軸方向、z軸方向およびx軸方向に直交する方向をy軸方向とした場合、
前記x軸方向の力を検出する第1力検出素子と、
前記z軸方向の力を検出する第2力検出素子と、
前記y軸方向の力を検出する第3力検出素子と、を備え、
前記第1力検出素子は、
第1圧電基板と、
前記第1圧電基板の一方の表面に形成された第1電極と他方の表面に形成された第2電極とを有する第1力検出部と、
前記第1力検出部から前記第1圧電基板が延在され、延在された前記第1圧電基板上に前記第1電極または前記第2電極に接続される半導体素子が設けられた第1回路部と、
前記第1圧電基板の前記第1力検出部と前記第1回路部との間に、前記第1力検出部が形成された前記第1圧電基板の剛性とは異なる剛性に調整された第1剛性調整部と、が設けられ、
前記第2力検出素子は、
第2圧電基板と、
前記第2圧電基板の一方の表面に形成された第3電極と他方の表面に形成された第4電極とを有する第2力検出部と、
前記第2力検出部から前記第2圧電基板が延在され、延在された前記第2圧電基板上に前記第3電極または前記第4電極に接続される半導体素子が設けられた第2回路部と、
前記第2圧電基板の前記第2力検出部と前記第2回路部との間に、前記第2力検出部が形成された前記第2圧電基板の剛性とは異なる剛性に調整された第2剛性調整部と、が設けられ、
前記第3力検出素子は、
第3圧電基板と、
前記第3圧電基板の一方の表面に形成された第5電極と他方の表面に形成された第6電極とを有する第3力検出部と、
前記第3力検出部から前記第3圧電基板が延在され、延在された前記第3圧電基板上に前記第5電極または前記第6電極に接続される半導体素子が設けられた第3回路部と、
前記第3圧電基板の前記第3力検出部と前記第3回路部との間に、前記第3力検出部が形成された前記第3圧電基板の剛性とは異なる剛性に調整された第3剛性調整部と、が設けられた
ことを特徴とする力検出モジュール。
A force detection module in which a plurality of piezoelectric substrates are stacked,
When the stacking direction of the piezoelectric substrates is the z-axis direction, when the direction orthogonal to the z-axis direction is the x-axis direction, the z-axis direction and the direction orthogonal to the x-axis direction are the y-axis direction,
A first force detection element for detecting the force in the x-axis direction;
A second force detection element for detecting the force in the z-axis direction;
A third force detection element that detects the force in the y-axis direction,
The first force detection element is
A first piezoelectric substrate;
A first force detector having a first electrode formed on one surface of the first piezoelectric substrate and a second electrode formed on the other surface;
A first circuit in which the first piezoelectric substrate is extended from the first force detection unit, and a semiconductor element connected to the first electrode or the second electrode is provided on the extended first piezoelectric substrate. And
The first piezoelectric substrate is adjusted to have a stiffness different from the stiffness of the first piezoelectric substrate on which the first force detector is formed between the first force detector and the first circuit portion of the first piezoelectric substrate. A rigidity adjusting portion, and
The second force detection element is
A second piezoelectric substrate;
A second force detector having a third electrode formed on one surface of the second piezoelectric substrate and a fourth electrode formed on the other surface;
A second circuit in which the second piezoelectric substrate is extended from the second force detector, and a semiconductor element connected to the third electrode or the fourth electrode is provided on the extended second piezoelectric substrate; And
Second stiffness adjusted to a stiffness different from the stiffness of the second piezoelectric substrate on which the second force detection portion is formed between the second force detection portion and the second circuit portion of the second piezoelectric substrate. A rigidity adjusting portion, and
The third force detection element is
A third piezoelectric substrate;
A third force detector having a fifth electrode formed on one surface of the third piezoelectric substrate and a sixth electrode formed on the other surface;
A third circuit in which the third piezoelectric substrate is extended from the third force detector, and a semiconductor element connected to the fifth electrode or the sixth electrode is provided on the extended third piezoelectric substrate; And
Third stiffness adjusted to a stiffness different from the stiffness of the third piezoelectric substrate on which the third force detection portion is formed between the third force detection portion and the third circuit portion of the third piezoelectric substrate. And a rigidity adjusting section.
請求項12に記載の力検出モジュールにおいて、
前記第1圧電基板、前記第2圧電基板および前記第3圧電基板は水晶基板で形成され、
前記第1圧電基板および前記第3圧電基板はYカット水晶基板であり、前記第2圧電基板はXカット水晶基板である
ことを特徴とする力検出モジュール。
The force detection module according to claim 12,
The first piezoelectric substrate, the second piezoelectric substrate and the third piezoelectric substrate are formed of a quartz substrate,
The first piezoelectric substrate and the third piezoelectric substrate are Y-cut quartz substrates, and the second piezoelectric substrate is an X-cut quartz substrate.
請求項12または13に記載の力検出モジュールを4つ用いた力検出ユニットであって、
第1与圧プレートと第2与圧プレートの間に4つの前記力検出モジュールが与圧を加えられて挟み込まれ、
前記力検出モジュールは、前記第1与圧プレートまたは前記第2与圧プレートの中心を通り互いに直交する線上に配置される
ことを特徴とする力検出ユニット。
A force detection unit using four force detection modules according to claim 12 or 13,
Four force detection modules are sandwiched between the first pressurizing plate and the second pressurizing plate by applying pressure.
The force detection module is arranged on a line passing through the center of the first pressurizing plate or the second pressurizing plate and orthogonal to each other.
本体部と、
前記本体部に接続するアーム部と、
前記アーム部に接続するハンド部と、を備えるロボットであって、
前記アーム部と前記ハンド部との接続部に力検出モジュールを有し、
前記力検出モジュールは、圧電基板を積層させた力検出モジュールであって、
前記圧電基板の積層方向をz軸方向としたとき、前記z軸方向に直交する方向をx軸方向、z軸方向およびx軸方向に直交する方向をy軸方向とした場合、
前記x軸方向の力を検出する第1力検出素子と、
前記z軸方向の力を検出する第2力検出素子と、
前記y軸方向の力を検出する第3力検出素子と、を備え、
前記第1力検出素子は、
第1圧電基板と、
前記第1圧電基板の一方の表面に形成された第1電極と他方の表面に形成された第2電極とを有する第1力検出部と、
前記第1力検出部から前記第1圧電基板が延在され、延在された前記第1圧電基板上に前記第1電極または前記第2電極に接続される第1回路部と、を備え、
前記第1回路部には、ゲート電極を有する半導体素子が設けられ、
前記第1圧電基板の前記第1力検出部と前記第1回路部との間に、前記第1力検出部が形成された前記第1圧電基板の剛性とは異なる剛性に調整された第1剛性調整部が設けられ、
前記第2力検出素子は、
第2圧電基板と、
前記第2圧電基板の一方の表面に形成された第3電極と他方の表面に形成された第4電極とを有する第2力検出部と、
前記第2力検出部から前記第2圧電基板が延在され、延在された前記第2圧電基板上に前記第3電極または前記第4電極に接続される第2回路部と、を備え、
前記第2回路部には、ゲート電極を有する半導体素子が設けられ、
前記第2圧電基板の前記第2力検出部と前記第2回路部との間に、前記第2力検出部が形成された前記第2圧電基板の剛性とは異なる剛性に調整された第2剛性調整部が設けられ、
前記第3力検出素子は、
第3圧電基板と、
前記第3圧電基板の一方の表面に形成された第5電極と他方の表面に形成された第6電極とを有する第3力検出部と、
前記第3力検出部から前記第3圧電基板が延在され、延在された前記第3圧電基板上に前記第5電極または前記第6電極に接続される第3回路部と、を備え、
前記第3回路部には、ゲート電極を有する半導体素子が設けられ、
前記第3圧電基板の前記第3力検出部と前記第3回路部との間に、前記第3力検出部が形成された前記第3圧電基板の剛性とは異なる剛性に調整された第3剛性調整部が設けられた
ことを特徴とするロボット。
The main body,
An arm portion connected to the main body portion;
A hand unit connected to the arm unit,
Having a force detection module at the connecting portion between the arm portion and the hand portion;
The force detection module is a force detection module in which piezoelectric substrates are stacked,
When the stacking direction of the piezoelectric substrates is the z-axis direction, when the direction orthogonal to the z-axis direction is the x-axis direction, the z-axis direction and the direction orthogonal to the x-axis direction are the y-axis direction,
A first force detection element for detecting the force in the x-axis direction;
A second force detection element for detecting the force in the z-axis direction;
A third force detection element that detects the force in the y-axis direction,
The first force detection element is
A first piezoelectric substrate;
A first force detector having a first electrode formed on one surface of the first piezoelectric substrate and a second electrode formed on the other surface;
The first piezoelectric substrate is extended from the first force detection unit, and the first circuit unit connected to the first electrode or the second electrode is provided on the extended first piezoelectric substrate,
The first circuit portion is provided with a semiconductor element having a gate electrode,
The first piezoelectric substrate is adjusted to have a stiffness different from the stiffness of the first piezoelectric substrate on which the first force detector is formed between the first force detector and the first circuit portion of the first piezoelectric substrate. A rigidity adjustment part is provided,
The second force detection element is
A second piezoelectric substrate;
A second force detector having a third electrode formed on one surface of the second piezoelectric substrate and a fourth electrode formed on the other surface;
The second piezoelectric substrate extends from the second force detection unit, and the second circuit unit is connected to the third electrode or the fourth electrode on the extended second piezoelectric substrate,
The second circuit portion is provided with a semiconductor element having a gate electrode,
Second stiffness adjusted to a stiffness different from the stiffness of the second piezoelectric substrate on which the second force detection portion is formed between the second force detection portion and the second circuit portion of the second piezoelectric substrate. A rigidity adjustment part is provided,
The third force detection element is
A third piezoelectric substrate;
A third force detector having a fifth electrode formed on one surface of the third piezoelectric substrate and a sixth electrode formed on the other surface;
The third piezoelectric substrate extends from the third force detection unit, and the third circuit unit is connected to the fifth electrode or the sixth electrode on the extended third piezoelectric substrate,
The third circuit portion is provided with a semiconductor element having a gate electrode,
Third stiffness adjusted to a stiffness different from the stiffness of the third piezoelectric substrate on which the third force detection portion is formed between the third force detection portion and the third circuit portion of the third piezoelectric substrate. A robot characterized by a rigidity adjustment unit.
請求項15に記載のロボットにおいて、
前記第1圧電基板、前記第2圧電基板および前記第3圧電基板は水晶基板で形成され、
前記第1圧電基板および前記第3圧電基板はYカット水晶基板であり、前記第2圧電基板はXカット水晶基板である
ことを特徴とするロボット。
The robot according to claim 15, wherein
The first piezoelectric substrate, the second piezoelectric substrate and the third piezoelectric substrate are formed of a quartz substrate,
The first piezoelectric substrate and the third piezoelectric substrate are Y-cut quartz substrates, and the second piezoelectric substrate is an X-cut quartz substrate.
圧電基板と、
前記圧電基板の一方の表面に形成された第1電極、および他方の表面に形成された第2電極を有し外力が加わる力検出部と、
前記力検出部から前記圧電基板が延在され、延在された前記圧電基板上に前記第1電極または前記第2電極に接続されるMOS型半導体素子と、
前記圧電基板の前記力検出部と前記MOS型半導体素子との間に、前記力検出部が形成された前記圧電基板の剛性とは異なる剛性に調整された剛性調整部と、を備えた
ことを特徴とする力検出素子。
A piezoelectric substrate;
A first electrode formed on one surface of the piezoelectric substrate, and a second electrode formed on the other surface, and a force detection unit to which an external force is applied;
The piezoelectric substrate is extended from the force detection unit, and the MOS type semiconductor element connected to the first electrode or the second electrode on the extended piezoelectric substrate;
A stiffness adjusting unit that is adjusted to a stiffness different from the stiffness of the piezoelectric substrate on which the force sensing portion is formed, between the force sensing portion of the piezoelectric substrate and the MOS type semiconductor element. A characteristic force detection element.
JP2012117252A 2012-05-23 2012-05-23 Force detection element, force detection module, force detection unit and robot Expired - Fee Related JP5942590B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012117252A JP5942590B2 (en) 2012-05-23 2012-05-23 Force detection element, force detection module, force detection unit and robot

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012117252A JP5942590B2 (en) 2012-05-23 2012-05-23 Force detection element, force detection module, force detection unit and robot

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013245937A true JP2013245937A (en) 2013-12-09
JP5942590B2 JP5942590B2 (en) 2016-06-29

Family

ID=49845849

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012117252A Expired - Fee Related JP5942590B2 (en) 2012-05-23 2012-05-23 Force detection element, force detection module, force detection unit and robot

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5942590B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10442092B2 (en) 2015-02-09 2019-10-15 Seiko Epson Corporation Force detection device and robot

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3566163A (en) * 1967-09-05 1971-02-23 Kistler Instrumente Ag Multiple-component piezomeasuring cells
US3585415A (en) * 1969-10-06 1971-06-15 Univ California Stress-strain transducer charge coupled to a piezoelectric material
JPH0741565B2 (en) * 1986-12-23 1995-05-10 キヤノン株式会社 Robot teaching method
JP3668312B2 (en) * 1996-01-25 2005-07-06 オリンパス株式会社 Tactile sensor
US20090051252A1 (en) * 2005-06-30 2009-02-26 Takashi Shirai Piezoelectric Resonator Plate And Piezolectric Resonator Device
JP4863097B2 (en) * 2009-08-11 2012-01-25 株式会社村田製作所 Manufacturing method of surface acoustic wave device
JP4935945B2 (en) * 2000-12-12 2012-05-23 セイコーエプソン株式会社 Surface mount type piezoelectric device

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3566163A (en) * 1967-09-05 1971-02-23 Kistler Instrumente Ag Multiple-component piezomeasuring cells
US3585415A (en) * 1969-10-06 1971-06-15 Univ California Stress-strain transducer charge coupled to a piezoelectric material
JPH0741565B2 (en) * 1986-12-23 1995-05-10 キヤノン株式会社 Robot teaching method
JP3668312B2 (en) * 1996-01-25 2005-07-06 オリンパス株式会社 Tactile sensor
JP4935945B2 (en) * 2000-12-12 2012-05-23 セイコーエプソン株式会社 Surface mount type piezoelectric device
US20090051252A1 (en) * 2005-06-30 2009-02-26 Takashi Shirai Piezoelectric Resonator Plate And Piezolectric Resonator Device
JP4863097B2 (en) * 2009-08-11 2012-01-25 株式会社村田製作所 Manufacturing method of surface acoustic wave device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10442092B2 (en) 2015-02-09 2019-10-15 Seiko Epson Corporation Force detection device and robot

Also Published As

Publication number Publication date
JP5942590B2 (en) 2016-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10201902B2 (en) Force detector and robot
JP6163900B2 (en) Force detection device and robot
JP5742415B2 (en) Sensor device, force detection device and robot
US9546918B2 (en) Sensor element, force detection device, robot, electronic component transport device, electronic component inspection device, and component processing device
JP7022363B2 (en) Force detector and robot system
JP5811785B2 (en) Sensor element, force detection device and robot
JP5754129B2 (en) Piezoelectric element, piezoelectric sensor, electronic device, and method of manufacturing piezoelectric element
CN107064556B (en) Substrate for sensor and physical quantity detection sensor
JP2015184005A (en) Force detection device and robot
JP5070813B2 (en) Electronic component and manufacturing method thereof
JP5942574B2 (en) Force detection element, force detection module, force detection unit and robot
JP5942590B2 (en) Force detection element, force detection module, force detection unit and robot
JP2015087289A (en) Sensor element, force detection device, robot, electronic component conveyance device, electronic component inspection device, and component processing device
JP2012173079A (en) Sensor element, sensor device, force detection device, and robot
CN107877545B (en) Force detection device, drive unit, and robot
JP6354894B2 (en) Force detection device and robot
JP2015184007A (en) Force detection device, robot, electronic component conveyance device, and electronic component detection device
JP6477843B2 (en) Force detection device and robot
JP6436261B2 (en) Force detection device and robot
JP6217320B2 (en) Sensor element, force detection device, robot, electronic component transfer device, electronic component inspection device, and component processing device
US7893602B1 (en) Dual-use transducer for use with a boundary-stiffened panel and method of using the same
JP6996344B2 (en) Sensor devices, force detectors and robots
JP2006107024A (en) Three-dimensional input device
US11502623B2 (en) Piezoelectric actuator, piezoelectric motor, and robot
JP6056905B2 (en) Piezoelectric element, piezoelectric sensor, and electronic device

Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20150107

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150417

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160315

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160316

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160401

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160426

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160509

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5942590

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees