JP2022047296A - 減衰機構、力検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】定格容量の決まった１つのセンサ装置を様々な大きさの力やモーメントに対応可能とする減衰機構を提供する。【解決手段】本減衰機構は、センサチップ、及び印加された力及び／又はモーメントを前記センサチップに伝達する起歪体、を有するセンサ装置の周囲に配置される複数の減衰柱と、前記センサ装置と前記減衰柱に固定される減衰板と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、減衰機構、及び力検出器に関する。

従来より、所定の軸方向の変位を検知するセンサ装置が知られている。一例として、半導体基板を利用して形成され、かつ少なくとも外力を受ける作用部及び作用部を支持する支持部を有する６軸力センサチップと、６軸力センサチップの周囲に配置され、外力が加わる外力印加板、６軸力センサチップを支持する台座部、外力印加板を台座部に固定する外力緩衝機構、外力伝達機構である連結ロッドから成る構造体を備え、外力印加板と作用部が連結ロッドで連結されているセンサ装置が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３－２５４８４３号公報

上記のようなセンサ装置はサイズによって概略の耐荷重が決まってしまうため、測定レンジ（定格容量）に併せてサイズの異なる複数のセンサ装置を作製する必要がある。しかしながら、高価なセンサ装置をラインナップで対応することは生産効率が悪く、また定格レンジ毎に異なる設備を準備して感度補正を行う必要があるため量産性が悪い。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、定格容量の決まった１つのセンサ装置を様々な大きさの力やモーメントに対応可能とする減衰機構の提供を目的とする。

本減衰機構は、センサチップ（１１０）、及び印加された力及び／又はモーメントを前記センサチップ（１１０）に伝達する起歪体（２０）、を有するセンサ装置（１）の周囲に配置される複数の減衰柱（３２０）と、前記センサ装置（１）と前記減衰柱（３２０）に固定される減衰板（３３０）と、を有する。

なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。

開示の技術によれば、定格容量の決まった１つのセンサ装置を様々な大きさの力やモーメントに対応可能とする減衰機構を提供できる。

第１実施形態に係る力検出器を例示する斜視図（その１）である。 第１実施形態に係る力検出器を例示する側面図である。 第１実施形態に係る力検出器を例示する斜視図（その２）である。 第１実施形態に係る力検出器を例示する平面図である。 第１実施形態に係る力検出器の組み立てについて説明する図である。 第１実施形態に係る力検出器による減衰量の確認結果を例示する図（その１）ある。 第１実施形態に係る力検出器による減衰量の確認結果を例示する図（その２）ある。 第１実施形態に係る力検出器による減衰量の確認結果を例示する図（その３）ある。 第１実施形態に係る力覚センサ装置を例示する斜視図である。 第１実施形態に係る力覚センサ装置のセンサチップ及び起歪体を例示する斜視図である。 センサチップ１１０をＺ軸方向上側から視た図である。 センサチップ１１０をＺ軸方向下側から視た図である。 各軸にかかる力及びモーメントを示す符号を説明する図である。 センサチップ１１０のピエゾ抵抗素子の配置を例示する図である。 起歪体２０を例示する図（その１）である。 起歪体２０を例示する図（その２）である。 起歪体２０を例示する図（その３）である。 力覚センサ装置１の製造工程を例示する図（その１）である。 力覚センサ装置１の製造工程を例示する図（その２）である。 力覚センサ装置１の製造工程を例示する図（その３）である。 第１実施形態の変形例１に係る力検出器を例示する側面図である。 第１実施形態の変形例２に係る力検出器を例示する断面図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

〈第１実施形態〉
（力検出器）
図１は、第１実施形態に係る力検出器を例示する斜視図（その１）である。図２は、第１実施形態に係る力検出器を例示する側面図である。図３は、第１実施形態に係る力検出器を例示する斜視図（その２）であり、図１から入力板を除去した状態を示している。

図１～図３を参照すると、力検出器３００は、力覚センサ装置１と、ベース板３１０と、減衰機構３１５と、入力板３４０とを有する。減衰機構３１５は、減衰柱３２０と、減衰板３３０とを有する。

ベース板３１０は、土台となる板状部材である。本実施形態では、一例として、ベース板３１０は円盤状に形成されており、必要に応じ、位置決めや固定に用いられる貫通孔や座ぐり部等が設けられる。ベース板３１０は、例えば、ＳＵＳ（ステンレス鋼）等の金属材料から形成されている。

ベース板３１０の上面の略中央部には、力覚センサ装置１が固定されている。ベース板３１０と力覚センサ装置１とは、例えば、ネジ等で締結することで固定できる。力覚センサ装置１の詳細については後述するが、力覚センサ装置１は、例えば、Ｘ軸方向の力をＦｘ、Ｙ軸方向の力をＦｙ、Ｚ軸方向の力をＦｚ、Ｘ軸を軸として回転させるモーメントをＭｘ、Ｙ軸を軸として回転させるモーメントをＭｙ、Ｚ軸を軸として回転させるモーメントをＭｚとしたときに、所定の軸方向の変位を最大で６軸検知する機能を有している。

ベース板３１０の上面の力覚センサ装置１の周囲には、減衰機構３１５を構成する複数の減衰柱３２０が長手方向をＺ軸方向に向けて配置されている。本実施形態では、力覚センサ装置１の周囲に４本の減衰柱３２０が配置されているが、減衰柱３２０の本数は、これには限定されない。減衰柱３２０は、平面視において、力覚センサ装置１の中心に対して均等（点対称）に配置されることが好ましい。減衰柱３２０は、例えば、ＳＵＳ等の金属材料から形成されている。減衰柱３２０は、ベース板３１０と一体に形成されていてもよい。

なお、平面視とは、減衰板３３０の上面の法線方向（Ｚ軸方向）から対象物を見ることを指す。又、減衰板３３０の上面の法線方向（Ｚ軸方向）から対象物を見た形状を平面形状と称する場合がある。

減衰機構３１５を構成する減衰板３３０は、力覚センサ装置１の上面に固定されている。減衰板３３０と力覚センサ装置１とは、例えば、ネジ等で締結することで固定できる。又、減衰板３３０は、減衰柱３２０に固定されている。具体的には、減衰板３３０には、４つの貫通孔３３０ｘが設けられている。そして、各々の減衰柱３２０の一方の端部が各々の貫通孔３３０ｘに挿入され、各々の減衰柱３２０の一方の端部が減衰板３３０に固定されている。各々の減衰柱３２０の一方の端部と減衰板３３０とは、例えば、溶接、スピンカシメ、銀ロウ付け等により固定できる。或いは、これらの方法を併用してもよい。

減衰板３３０は、枠部３３１と、枠部３３１の内側を橋渡しする梁部３３２と、枠部３３１の上面に設けられた複数の入力柱３３３とを有する。枠部３３１と、梁部３３２と、入力柱３３３とは、例えば、一体に形成されている。

本実施形態では、平面視において、枠部３３１は円環状（リング状）である。但し、枠部３３１は、点対称な形状であることが好ましいが、円環状には限定されず、六角環状や四角環状等でも良い。

本実施形態では、平面視において、梁部３３２は十字状であり、十字の交点は、平面視において、力覚センサ装置１と重複する位置にある。なお、ここでいう十字状とは、２つの部分が交差する形状を指し、必ずしも２本の直線状の部分が交差する形状には限定されない。例えば、円形の減衰板に円の中心に対して点対称に小径の円形の４つの穴を形成した構造も、十字状の梁部を有する構造である。又、必要に応じ、梁部３３２の形状は十字以外としてもよく、例えばＩ字やＹ字等であってもよい。

本実施形態では、入力柱３３３の本数は４本である。減衰柱３２０の本数及び入力柱３３３の本数は、起歪体２０が有する柱（後述の柱２２ａ～２２ｄ）の本数と同じであることが好ましい。このようにすることで、力検出器３００における減衰率の設計が容易となる。すなわち、力検出器３００に搭載される力覚センサ装置１として、単体で感度補正済みのものを使用すれば、入力軸毎に計算された減衰率を乗算することによって、力検出器３００を搭載した状態で新たに感度補正することなく使用できるため、使い勝手が向上する。

減衰板３３０は、例えば、ＳＵＳ等の金属材料から形成されている。減衰柱３２０及び減衰板３３０をＳＵＳ等の金属材料から形成することで、瞬時的な応答性を高めることができる。一方、瞬時的な応答性をある程度犠牲にしてパルス的な入力の減衰を優先させる場合等には、減衰柱３２０及び減衰板３３０を樹脂やゴム等の金属より柔らかい材料から形成することも可能である。

入力板３４０は、板状部材であり、例えば、円盤状である。入力板３４０は、例えば、ＳＵＳ（ステンレス鋼）等の金属材料から形成されている。入力板３４０は、減衰板３３０の入力柱３３３上に固定されている。入力板３４０と減衰板３３０の入力柱３３３とは、例えば、ネジ等で締結することで固定できる。入力板３４０の上面の略中心部には、位置決めピン３４５が突起している。位置決めピン３４５は、例えばロボットなどの力を検出する対象物に設けられた凹部に挿入されて、入力板３４０を対象物にねじ止めや溶着などで固定する際の位置決めとして使用する。

図４は、第１実施形態に係る力検出器を例示する平面図であり、図１から入力板を除去した状態を示している。減衰板３３０は平板であっても良いが、前述のように本実施形態では十字状の梁部３３２を備えており、十字の交点は、平面視において、力覚センサ装置１の中心と一致することが好ましい。

減衰板３３０が平板である場合には、各軸の出力間の減衰率を制御することは困難である。一方、各軸の出力間の減衰率を制御するためには、減衰板３３０を平板にせず、各入力に対して異なる剛性となるように形状を調整することが有効である。例えば、本実施形態のように減衰板３３０が十字状の梁部３３２を備えることで、Ｆｘ（Ｆｙ）とＭｘ（Ｍｙ）で減衰の程度を変えることができる。

十字状の梁部３３２の位置は、力覚センサ装置１の座標系を考慮して決定することが好ましい。本実施形態では、力覚センサ装置１のＸ軸方向とＹ軸方向に梁部３３２の十字が揃う形で配置している。すなわち、力覚センサ装置１は、少なくともＸ軸方向の力Ｆｘ、Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向の力Ｆｙを検知する機能を有し、梁部３３２の十字を構成する一の直線が力覚センサ装置１のＸ軸方向と一致し、他の直線がＹ軸方向と一致する。これにより、Ｆｘ（Ｆｙ）入力に対しては減衰板３３０を通じて並進の力を、Ｍｘ（Ｍｙ）入力に対しては減衰板３３０通じて回転の力（モーメント）を、力覚センサ装置１自身の軸分離性を損なうことなく伝達できる。

このように、本実施形態において、減衰板３３０の十字状の梁部３３２と力覚センサ装置１との位置関係は、特にモーメント入力（Ｍｘ、Ｍｙ）を制御することに重きを置いた構成である。

すなわち、Ｍｘ（Ｍｙ）が入力された際に、十字状の梁部３３２の部分での変形が大きければ、力覚センサ装置１に伝達（入力）されるモーメントは小さくなる。よって、十字状の梁部３３２の剛性（例えば、幅、厚み、長さ）を調整することで、モーメント（Ｍｘ、Ｍｙ）の減衰率を調整できる。なお、Ｆｚも同様の効果で減衰される。

一方、並進力（Ｆｘ、Ｆｙ）の減衰の程度には、力覚センサ装置１の周りに配置される減衰柱３２０が影響する。すなわち、並進力（Ｆｘ、Ｆｙ）が加わった際、減衰柱３２０が倒れ難ければ力覚センサ装置１に伝達される力は小さくなる。よって、減衰柱３２０の剛性（例えば、太さ、本数）を調整することで、並進力（Ｆｘ、Ｆｙ）の減衰率を調整できる。Ｍｚについては、減衰板３３０と減衰柱３２０の双方が影響することで減衰の程度が決まる。

本実施形態では、減衰板３３０を挟む形で減衰板３３０の上側に４本の入力柱３３３を、減衰板３３０の下側に４本の減衰柱３２０をそれぞれ配置している。本実施形態では、減衰板３３０の上側の４本の入力柱３３３は、梁部３３２の十字の延長線上に位置する枠部３３１上に配置されている。一方、減衰板３３０の下側の４本の減衰柱３２０は、梁部３３２の十字に対して４５±５度の位置に配置されていることが好ましい。図４では、一例としてθ＝４５度である。

但し、入力柱３３３と減衰柱３２０の位置関係は逆でも良い。すなわち、上下どちらか一方の柱が十字の延長線上に配置されており、その逆側は十字に対して４５±５度の位置に配置されていることが好ましい。

すなわち、平面視において、力覚センサ装置１を挟んで対向する減衰柱３２０の中心同士を結ぶ２本の直線（図４の破線）が梁部３３２の十字に対して４５±５度ずれて配置される場合には、平面視において、力覚センサ装置１を挟んで対向する入力柱３３３の中心同士を結ぶ２本の直線は、梁部３３２の十字と一致するように配置されていることが好ましい。

一方、平面視において、力覚センサ装置１を挟んで対向する減衰柱３２０の中心同士を結ぶ２本の直線が梁部３３２の十字と一致するように配置される場合は、力覚センサ装置１を挟んで対向する入力柱３３３の中心同士を結ぶ２本の直線は、梁部３３２の十字に対して４５±５度ずれて配置されていることが好ましい。

又、梁部３３２の十字の交点は、平面視において、減衰柱３２０の中心同士を結ぶ２本の直線の交点と一致することが好ましい。更に、梁部３３２の十字の交点は、平面視において、力覚センサ装置１の中心と一致することが好ましい。

このように、力覚センサ装置１を挟んで対向する減衰柱３２０の中心同士を結ぶ２本の直線と、力覚センサ装置１を挟んで対向する入力柱３３３の中心同士を結ぶ２本の直線が、平面視において、互いに４５±５度ずれて配置されることで、力検出器３００による十分な減衰量の確保が可能となる。

図５は、第１実施形態に係る力検出器の組み立てについて説明する図である。なお、図５（ｃ）は対向する２本の減衰柱３２０の中心を結ぶ線で切った断面図、それ以外は側面図である。力検出器３００を組み立てるには、まず、図５（ａ）に示すように、例えば、周辺部に４本の減衰柱３２０が配置されたベース板３１０を準備する。ベース板３１０と減衰柱３２０とは、例えば、金属粉末射出成形や金属加工成形等によって一体に形成されている。そして、ベース板３１０の上面の略中央部に、力覚センサ装置１を固定する。力覚センサ装置１は、例えば、ベース板３１０に設けられた座ぐり部を介して矢印方向からネジ等で締結することでベース板３１０に固定できる。

次に、図５（ｂ）に示すように、枠部３３１と、枠部３３１の内側を橋渡しする梁部３３２と、枠部３３１の上面に設けられた複数の入力柱３３３とを有する減衰板３３０を準備し、力覚センサ装置１上に減衰板３３０を固定する。減衰板３３０は、例えば、減衰板３３０に設けられた座ぐり部を介して矢印方向からネジ等で締結することで力覚センサ装置１に固定できる。この工程で、減衰柱３２０と、減衰板３３０とを有する減衰機構３１５が完成する。

図５（ｂ）の工程では、図５（ｃ）の断面図に示すように、各々の減衰柱３２０の一方の端部が減衰板３３０に設けられた各々の貫通孔３３０ｘに挿入され、この状態で力覚センサ装置１上に減衰板３３０が固定される。その後、各々の減衰柱３２０の一方の端部が溶接等により減衰板３３０に固定される。このような固定方法により、減衰柱３２０の高さのばらつきの影響を受けずに、力覚センサ装置１上に精度よく減衰板３３０を固定できる。すなわち、力覚センサ装置１の高さと減衰柱３２０の高さの誤差が減衰効果に大きく影響を与えるが、上記の構造及び固定方法では、製造誤差による力覚センサ装置１と減衰柱３２０の高さの差を吸収して精度の良い組み立てができるため、設計通りの減衰率が得られる。

次に、図５（ｄ）に示すように、入力板３４０を減衰板３３０の入力柱３３３上に固定する。入力板３４０は、例えば、入力板３４０に設けられた座ぐり部を介して矢印方向からネジ等で締結することで減衰板３３０の入力柱３３３に固定できる。以上により、力検出器３００が完成する。

図６は、第１実施形態に係る力検出器による減衰量の確認結果を例示する図であり、Ｆ系（並進力）に関するものである。図６において、ＸはＦｘ、ＹはＦｙ、ＺはＦｚを示している。又、図６において、『入力』は力検出器３００の入力板３４０に印加される力の実測値、『実測』は力覚センサ装置１に印加される力の実測値、『解析』は力覚センサ装置１に印加される力のシミュレーション値である。図６に示すように、Ｆｘ、Ｆｙ、及びＦｚの何れについても『実測』と『解析』とは良く一致しており、力検出器３００によりＦ系の入力が約１／４に減衰されていることが確認できる。

図７及び図８は、第１実施形態に係る力検出器による減衰量の確認結果を例示する図であり、Ｍ系（回転力）に関するものである。なお、図７と図８は同じ結果を示しており、図８は図７をレンジ調整して表示したものである。図７及び図８において、ＸはＭｘ、ＹはＭｙ、ＺはＭｚを示している。又、図７及び図８において、『入力』は力検出器３００の入力板３４０に印加されるモーメントの実測値、『実測』は力覚センサ装置１から出力されるモーメントの実測値、『解析』は力覚センサ装置１から出力されるモーメントのシミュレーション値である。図７及び図８に示すように、Ｍｘ、Ｍｙ、及びＭｚの何れについても『実測』と『解析』とは良く一致しており、力検出器３００によりＭ系の入力が約１／２５に減衰されていることが確認できる。

このように、力検出器３００は減衰機構３１５により、力覚センサ装置１に印加される力やモーメントを減衰できるため、力覚センサ装置１自体の耐荷重を向上可能である。すなわち、力検出器３００を小型で定格の小さな力覚センサ装置１に適用することで、大きな入力を印加することが可能となる。

又、力検出器３００の減衰機構３１５は、力覚センサ装置１の周囲に配置される減衰柱３２０と、力覚センサ装置１の上面と減衰柱３２０に固定される減衰板３３０とを有する構造である。この構造では、減衰柱３２０と減衰板３３０の形状との組合せによって減衰率を調整可能である。例えば、減衰柱３２０の剛性（例えば、太さ、本数）を調整することで、並進力（Ｆｘ、Ｆｙ）の減衰率を調整できる。又、減衰板３３０を例えば十字状にして梁部３３２の剛性（例えば、幅、厚み、長さ）を調整することで、モーメント（Ｍｘ、Ｍｙ）の減衰率を調整できる。

力検出器３００は、減衰機構３１５の減衰率を調整できるため、定格容量の決まった力覚センサ装置が１つあれば、減衰機構３１５の減衰率を調整することで、様々な大きさの力・モーメントに対応するセンサを実現できる。言い換えれば、必要な測定レンジ（定格容量）ごとに力覚センサ装置を用意することなく、定格容量の決まった１種類の力覚センサ装置を用意すれば、減衰機構３１５の減衰率を調整することで、様々な大きさの力やモーメントに対応可能である。力覚センサ装置１自体は１種類でよいため、生産効率や量産性に優れている。

（力覚センサ装置）
ここで、力検出器３００に搭載可能な力覚センサ装置の一例について説明する。図９は、第１実施形態に係る力覚センサ装置を例示する斜視図である。図１０は、第１実施形態に係る力覚センサ装置のセンサチップ及び起歪体を例示する斜視図である。図９及び図１０を参照すると、力覚センサ装置１は、センサチップ１１０と、起歪体２０と、入出力基板３０とを有している。力覚センサ装置１は、例えば、工作機械等に使用されるロボットの腕や指等に搭載される多軸の力覚センサ装置である。

センサチップ１１０は、所定の軸方向の変位を最大で６軸検知する機能を有している。起歪体２０は、印加された力及び／又はモーメントをセンサチップ１１０に伝達する機能を有している。

センサチップ１１０は、起歪体２０の上面側に、起歪体２０から突出しないように接着されている。また、起歪体２０の上面及び各側面に、センサチップ１１０に対して信号の入出力を行う入出力基板３０の一端側が適宜屈曲された状態で接着されている。センサチップ１１０と入出力基板３０の各電極３１とは、ボンディングワイヤ等（図示せず）により、電気的に接続されている。

入出力基板３０において、起歪体２０の第１の側面に配置された領域には能動部品３２及び受動部品３９が実装されている。入出力基板３０において、起歪体２０の第２の側面に配置された領域には能動部品３３及び受動部品３９が実装されている。入出力基板３０において、起歪体２０の第３の側面に配置された領域には能動部品３４及び受動部品３９が実装されている。入出力基板３０において、起歪体２０の第４の側面に配置された領域には能動部品３５及び受動部品３９が実装されている。

能動部品３３は、例えば、センサチップ１１０から出力されるＸ軸方向の力Ｆｘを検出するブリッジ回路からのアナログの電気信号、及びセンサチップ１１０から出力されるＹ軸方向の力Ｆｙを検出するブリッジ回路からのアナログの電気信号をディジタルの電気信号に変換するＩＣ（ＡＤコンバータ）である。

能動部品３４は、例えば、センサチップ１１０から出力されるＺ軸方向の力Ｆｚを検出するブリッジ回路からのアナログの電気信号、及びセンサチップ１１０から出力されるＸ軸を軸として回転させるモーメントＭｘを検出するブリッジ回路からのアナログの電気信号をディジタルの電気信号に変換するＩＣ（ＡＤコンバータ）である。

能動部品３５は、例えば、センサチップ１１０から出力されるＹ軸を軸として回転させるモーメントＭｙを検出するブリッジ回路からのアナログの電気信号、及びセンサチップ１１０から出力されるＺ軸を軸として回転させるモーメントＭｚを検出するブリッジ回路からのアナログの電気信号をディジタルの電気信号に変換するＩＣ（ＡＤコンバータ）である。

能動部品３２は、例えば、能動部品３３、３４、及び３５から出力されるディジタルの電気信号に対して所定の演算を行い、力Ｆｘ、Ｆｙ、及びＦｚ、並びにモーメントＭｘ、Ｍｙ、及びＭｚを示す信号を生成し、外部に出力するＩＣである。受動部品３９は、能動部品３２～３５に接続される抵抗やコンデンサ等である。

なお、能動部品３２～３５の機能をいくつのＩＣで実現するかは任意に決定することができる。また、能動部品３２～３５を入出力基板３０に実装せずに、入出力基板３０と接続される外部回路側に実装する構成とすることも可能である。この場合には、入出力基板３０からアナログの電気信号が出力される。

入出力基板３０は、起歪体２０の第１の側面の下方で外側に屈曲し、入出力基板３０の他端側が外部に引き出されている。入出力基板３０の他端側には、力覚センサ装置１と接続される外部回路（制御装置等）との電気的な入出力が可能な端子（図示せず）が配列されている。

なお、本実施形態では、便宜上、力覚センサ装置１において、センサチップ１１０が設けられた側を上側または一方の側、その反対側を下側または他方の側とする。また、各部位のセンサチップ１１０が設けられた側の面を一方の面または上面、その反対側の面を他方の面または下面とする。但し、力覚センサ装置１は天地逆の状態で用いることができ、または任意の角度で配置することができる。

（センサチップ１１０）
図１１は、センサチップ１１０をＺ軸方向上側から視た図であり、図１１（ａ）は斜視図、図１１（ｂ）は平面図である。図１２は、センサチップ１１０をＺ軸方向下側から視た図であり、図１２（ａ）は斜視図、図１２（ｂ）は底面図である。図１２（ｂ）において、便宜上、同一高さの面を同一の梨地模様で示している。なお、センサチップ１１０の上面の一辺に平行な方向をＸ軸方向、垂直な方向をＹ軸方向、センサチップ１１０の厚さ方向（センサチップ１１０の上面の法線方向）をＺ軸方向としている。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向は、互いに直交している。

図１１及び図１２に示すセンサチップ１１０は、１チップで最大６軸を検知できるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）センサチップであり、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板等の半導体基板から形成されている。センサチップ１１０の平面形状は、例えば、３０００μｍ角程度の正方形とすることができる。

センサチップ１１０は、柱状の５つの支持部１１１ａ～１１１ｅを備えている。支持部１１１ａ～１１１ｅの平面形状は、例えば、５００μｍ角程度の正方形とすることができる。第１の支持部である支持部１１１ａ～１１１ｄは、センサチップ１１０の四隅に配置されている。第２の支持部である支持部１１１ｅは、支持部１１１ａ～１１１ｄの中央に配置されている。

支持部１１１ａ～１１１ｅは、例えば、ＳＯＩ基板の活性層、ＢＯＸ層、及び支持層から形成することができ、それぞれの厚さは、例えば、５００μｍ程度とすることができる。

支持部１１１ａと支持部１１１ｂとの間には、支持部１１１ａと支持部１１１ｂとに両端を固定された（隣接する支持部同士を連結する）、構造を補強するための補強用梁１１２ａが設けられている。支持部１１１ｂと支持部１１１ｃとの間には、支持部１１１ｂと支持部１１１ｃとに両端を固定された（隣接する支持部同士を連結する）、構造を補強するための補強用梁１１２ｂが設けられている。

支持部１１１ｃと支持部１１１ｄとの間には、支持部１１１ｃと支持部１１１ｄとに両端を固定された（隣接する支持部同士を連結する）、構造を補強するための補強用梁１１２ｃが設けられている。支持部１１１ｄと支持部１１１ａとの間には、支持部１１１ｄと支持部１１１ａとに両端を固定された（隣接する支持部同士を連結する）、構造を補強するための補強用梁１１２ｄが設けられている。

言い換えれば、第１の補強用梁である４つの補強用梁１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、及び１１２ｄが枠状に形成され、各補強用梁の交点をなす角部が、支持部１１１ｂ、１1１ｃ、１１１ｄ、１１１ａとなる。

支持部１１１ａの内側の角部と、それに対向する支持部１１１ｅの角部とは、構造を補強するための補強用梁１１２ｅにより連結されている。支持部１１１ｂの内側の角部と、それに対向する支持部１１１ｅの角部とは、構造を補強するための補強用梁１１２ｆにより連結されている。

支持部１１１ｃの内側の角部と、それに対向する支持部１１１ｅの角部とは、構造を補強するための補強用梁１１２ｇにより連結されている。支持部１１１ｄの内側の角部と、それに対向する支持部１１１ｅの角部とは、構造を補強するための補強用梁１１２ｈにより連結されている。第２の補強用梁である補強用梁１１２ｅ～１１２ｈは、Ｘ軸方向（Ｙ軸方向）に対して斜めに配置されている。つまり、補強用梁１１２ｅ～１１２ｈは、補強用梁１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、及び１１２ｄと非平行に配置されている。

補強用梁１１２ａ～１１２ｈは、例えば、ＳＯＩ基板の活性層、ＢＯＸ層、及び支持層から形成することができる。補強用梁１１２ａ～１１２ｈの太さ（短手方向の幅）は、例えば、１４０μｍ程度とすることができる。補強用梁１１２ａ～１１２ｈのそれぞれの上面は、支持部１１１ａ～１１１ｅの上面と略面一である。

これに対して、補強用梁１１２ａ～１１２ｈのそれぞれの下面は、支持部１１１ａ～１１１ｅの下面及び力点１１４ａ～１１４ｄの下面よりも数１０μｍ程度上面側に窪んでいる。これは、センサチップ１１０を起歪体２０に接着したときに、補強用梁１１２ａ～１１２ｈの下面が起歪体２０の対向する面と接しないようにするためである。

このように、歪を検知するための検知用梁とは別に、検知用梁よりも厚く形成した剛性の強い補強用梁を配置することで、センサチップ１１０全体の剛性を高めることができる。これにより、入力に対して検知用梁以外が変形しづらくなるため、良好なセンサ特性を得ることができる。

支持部１１１ａと支持部１１１ｂとの間の補強用梁１１２ａの内側には、補強用梁１１２ａと所定間隔を空けて平行に、支持部１１１ａと支持部１１１ｂとに両端を固定された（隣接する支持部同士を連結する）、歪を検知するための検知用梁１１３ａが設けられている。

検知用梁１１３ａと支持部１１１ｅとの間には、検知用梁１１３ａ及び支持部１１１ｅと所定間隔を空けて検知用梁１１３ａと平行に、検知用梁１１３ｂが設けられている。検知用梁１１３ｂは、補強用梁１１２ｅの支持部１１１ｅ側の端部と補強用梁１１２ｆの支持部１１１ｅ側の端部とを連結している。

検知用梁１１３ａの長手方向の略中央部と、それに対向する検知用梁１１３ｂの長手方向の略中央部とは、検知用梁１１３ａ及び検知用梁１１３ｂと直交するように配置された検知用梁１１３ｃにより連結されている。

支持部１１１ｂと支持部１１１ｃとの間の補強用梁１１２ｂの内側には、補強用梁１１２ｂと所定間隔を空けて平行に、支持部１１１ｂと支持部１１１ｃとに両端を固定された（隣接する支持部同士を連結する）、歪を検知するための検知用梁１１３ｄが設けられている。

検知用梁１１３ｄと支持部１１１ｅとの間には、検知用梁１１３ｄ及び支持部１１１ｅと所定間隔を空けて検知用梁１１３ｄと平行に、検知用梁１１３ｅが設けられている。検知用梁１１３ｅは、補強用梁１１２ｆの支持部１１１ｅ側の端部と補強用梁１１２ｇの支持部１１１ｅ側の端部とを連結している。

検知用梁１１３ｄの長手方向の略中央部と、それに対向する検知用梁１１３ｅの長手方向の略中央部とは、検知用梁１１３ｄ及び検知用梁１１３ｅと直交するように配置された検知用梁１１３ｆにより連結されている。

支持部１１１ｃと支持部１１１ｄとの間の補強用梁１１２ｃの内側には、補強用梁１１２ｃと所定間隔を空けて平行に、支持部１１１ｃと支持部１１１ｄとに両端を固定された（隣接する支持部同士を連結する）、歪を検知するための検知用梁１１３ｇが設けられている。

検知用梁１１３ｇと支持部１１１ｅとの間には、検知用梁１１３ｇ及び支持部１１１ｅと所定間隔を空けて検知用梁１１３ｇと平行に、検知用梁１１３ｈが設けられている。検知用梁１１３ｈは、補強用梁１１２ｇの支持部１１１ｅ側の端部と補強用梁１１２ｈの支持部１１１ｅ側の端部とを連結している。

検知用梁１１３ｇの長手方向の略中央部と、それに対向する検知用梁１１３ｈの長手方向の略中央部とは、検知用梁１１３ｇ及び検知用梁１１３ｈと直交するように配置された検知用梁１１３ｉにより連結されている。

支持部１１１ｄと支持部１１１ａとの間の補強用梁１１２ｄの内側には、補強用梁１１２ｄと所定間隔を空けて平行に、支持部１１１ｄと支持部１１１ａとに両端を固定された（隣接する支持部同士を連結する）、歪を検知するための検知用梁１１３ｊが設けられている。

検知用梁１１３ｊと支持部１１１ｅとの間には、検知用梁１１３ｊ及び支持部１１１ｅと所定間隔を空けて検知用梁１１３ｊと平行に、検知用梁１１３ｋが設けられている。検知用梁１１３ｋは、補強用梁１１２ｈの支持部１１１ｅ側の端部と補強用梁１１２ｅの支持部１１１ｅ側の端部とを連結している。

検知用梁１１３ｊの長手方向の略中央部と、それに対向する検知用梁１１３ｋの長手方向の略中央部とは、検知用梁１１３ｊ及び検知用梁１１３ｋと直交するように配置された検知用梁１１３ｌにより連結されている。

検知用梁１１３ａ～１１３ｌは、支持部１１１ａ～１１１ｅの厚さ方向の上端側に設けられ、例えば、ＳＯＩ基板の活性層から形成することができる。検知用梁１１３ａ～１１３ｌの太さ（短手方向の幅）は、例えば、７５μｍ程度とすることができる。検知用梁１１３ａ～１１３ｌの太さ（短手方向の幅）は、位置により異なっていてもよい。検知用梁１１３ａ～１１３ｌのそれぞれの上面は、支持部１１１ａ～１１１ｅの上面と略面一である。検知用梁１１３ａ～１１３ｌのそれぞれの厚さは、例えば、５０μｍ程度とすることができる。

検知用梁１１３ａの長手方向の中央部の下面側（検知用梁１１３ａと検知用梁１１３ｃとの交点）には、力点１１４ａが設けられている。検知用梁１１３ａ、１１３ｂ、及び１１３ｃと力点１１４ａとにより、１組の検知ブロックをなしている。

検知用梁１１３ｄの長手方向の中央部の下面側（検知用梁１１３ｄと検知用梁１１３ｆとの交点）には、力点１１４ｂが設けられている。検知用梁１１３ｄ、１１３ｅ、及び１１３ｆと力点１１４ｂとにより、１組の検知ブロックをなしている。

検知用梁１１３ｇの長手方向の中央部の下面側（検知用梁１１３ｇと検知用梁１１３ｉとの交点）には、力点１１４ｃが設けられている。検知用梁１１３ｇ、１１３ｈ、及び１１３ｉと力点１１４ｃとにより、１組の検知ブロックをなしている。

検知用梁１１３ｊの長手方向の中央部の下面側（検知用梁１１３ｊと検知用梁１１３ｌとの交点）には、力点１１４ｄが設けられている。検知用梁１１３ｊ、１１３ｋ、及び１１３ｌと力点１１４ｄとにより、１組の検知ブロックをなしている。

力点１１４ａ～１１４ｄは、外力が印加される箇所であり、例えば、ＳＯＩ基板のＢＯＸ層及び支持層から形成することができる。力点１１４ａ～１１４ｄのそれぞれの下面は、支持部１１１ａ～１１１ｅの下面と略面一である。

このように、力または変位を４つの力点１１４ａ～１１４ｄから取り入れることで、力の種類毎に異なる梁の変形が得られるため、６軸の分離性が良いセンサを実現することができる。

なお、センサチップ１１０において、応力集中を抑制する観点から、内角を形成する部分はＲ状とすることが好ましい。

図１３は、各軸にかかる力及びモーメントを示す符号を説明する図である。図１３に示すように、Ｘ軸方向の力をＦｘ、Ｙ軸方向の力をＦｙ、Ｚ軸方向の力をＦｚとする。また、Ｘ軸を軸として回転させるモーメントをＭｘ、Ｙ軸を軸として回転させるモーメントをＭｙ、Ｚ軸を軸として回転させるモーメントをＭｚとする。

図１４は、センサチップ１１０のピエゾ抵抗素子の配置を例示する図である。４つの力点１１４ａ～１１４ｄに対応する各検知ブロックの所定位置には、複数の歪検知素子であるピエゾ抵抗素子が配置されている。

具体的には、図１１及び図１４を参照すると、力点１１４ａに対応する検知ブロックにおいて、ピエゾ抵抗素子ＭｘＲ３及びＭｘＲ４は、検知用梁１１３ａを長手方向に二等分する線上であって、かつ、検知用梁１１３ａの検知用梁１１３ｃに近い領域において検知用梁１１３ｃを長手方向（Ｙ方向）に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＦｙＲ３及びＦｙＲ４は、検知用梁１１３ａを長手方向に二等分する線よりも補強用梁１１２ａ側であって、かつ、検知用梁１１３ａの検知用梁１１３ｃから遠い領域において検知用梁１１３ｃを長手方向に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。

また、ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ３'及びＭｚＲ４'は、検知用梁１１３ａを長手方向に二等分する線上であって、かつ、検知用梁１１３ａの支持部１１１ａ、１１１ｂと連結される位置と力点１１４ａと連結される位置の中点近傍において検知用梁１１３ｃを長手方向に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。ここで、検知用梁１１３ａは、支持部１１１ａ、１１１ｂまたは力点１１４ａと連結される位置の検知用梁１１３ａの幅より、ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ３'及びＭｚＲ４'が形成された位置の検知用梁１１３ａの幅の方が小さい。検知用梁１１３ａは、支持部１１１ａ、１１１ｂと連結される位置と力点１１４ａと連結される位置の間に梁幅が狭くなった箇所が形成されており、この梁幅が狭くなった箇所の検知用梁１１３ａの上にピエゾ抵抗素子ＭｚＲ３'及びＭｚＲ４'が形成されている。

力点１１４ｂに対応する検知ブロックにおいて、ピエゾ抵抗素子ＭｙＲ３及びＭｙＲ４は、検知用梁１１３ｄを長手方向に二等分する線上であって、かつ、検知用梁１１３ｄの検知用梁１１３ｆに近い領域において検知用梁１１３ｆを長手方向（Ｘ方向）に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＦｘＲ３及びＦｘＲ４は、検知用梁１１３ｄを長手方向に二等分する線よりも補強用梁１１２ｂ側であって、かつ、検知用梁１１３ｄの検知用梁１１３ｆから遠い領域において検知用梁１１３ｆを長手方向に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。

また、ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ３及びＭｚＲ４は、検知用梁１１３ｄを長手方向に二等分する線上であって、かつ、検知用梁１１３ｄの支持部１１１ｂ、１１１ｃと連結される位置と力点１１４ｂと連結される位置の中点近傍において検知用梁１１３ｆを長手方向に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。ここで、検知用梁１１３ｄは、支持部１１１ｂ、１１１ｃまたは力点１１４ｂと連結される位置の検知用梁１１３ｄの幅より、ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ３及びＭｚＲ４が形成された位置の検知用梁１１３ｄの幅の方が小さい。検知用梁１１３ｄは、支持部１１１ｂ、１１１ｃと連結される位置と力点１１４ｂと連結される位置の間に梁幅が狭くなった箇所が形成されており、この梁幅が狭くなった箇所の検知用梁１１３ｄの上にピエゾ抵抗素子ＭｚＲ３及びＭｚＲ４が形成されている。

ピエゾ抵抗素子ＦｚＲ２及びＦｚＲ３は、検知用梁１１３ｅを長手方向に二等分する線上であって、かつ、検知用梁１１３ｅの検知用梁１１３ｆに近い領域において検知用梁１１３ｆを長手方向に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＦｚＲ１'及びＦｚＲ４'は、検知用梁１１３ｅを長手方向に二等分する線上であって、かつ、検知用梁１１３ｅの検知用梁１１３ｆから遠い領域において検知用梁１１３ｆを長手方向に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。ここで、検知用梁１１３ｅは、直線部と、連結部により直線部に連結される傾斜部とを有する。直線部は検知用梁１１３ｅの梁幅が略一定の部分である。傾斜部は、検知用梁１１３ｅの端部もしくは検知用梁１１３ｆに接続する部分に設けられた部であり、傾斜部の梁幅は連結部から遠ざかるにつれて徐々に太くなる。ピエゾ抵抗素子ＦｚＲ２、ＦｚＲ３、ＦｚＲ１'、ＦｚＲ４'は、上記の構成の検知用梁１１３ｅにおいて、連結部より傾斜部側に配置されている。即ち、ピエゾ抵抗素子ＦｚＲ２、ＦｚＲ３、ＦｚＲ１'、ＦｚＲ４'は、検知用梁１１３ｅの直線部上ではなく、傾斜部の内部に配置されているといえる。また、ピエゾ抵抗素子ＦｚＲ１'及びＦｚＲ４'については、ピエゾ抵抗素子ＦｚＲ１'及びＦｚＲ４'の一部がそれぞれ補強用梁１１２ｇあるいは補強用梁１１２ｆにかかるように形成されている。

力点１１４ｃに対応する検知ブロックにおいて、ピエゾ抵抗素子ＭｘＲ１及びＭｘＲ２は、検知用梁１１３ｇを長手方向に二等分する線上であって、かつ、検知用梁１１３ｇの検知用梁１１３ｉに近い領域において検知用梁１１３ｉを長手方向（Ｙ方向）に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＦｙＲ１及びＦｙＲ２は、検知用梁１１３ｇを長手方向に二等分する線よりも補強用梁１１２ｃ側であって、かつ、検知用梁１１３ｇの検知用梁１１３ｉから遠い領域において検知用梁１１３ｉを長手方向に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。

ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ１'及びＭｚＲ２'は、検知用梁１１３ｇを長手方向に二等分する線上であって、かつ、検知用梁１１３ｇの支持部１１１ｃ、１１１ｄと連結される位置と力点１１４ｃと連結される位置の中点近傍において検知用梁１１３ｉを長手方向に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。ここで、検知用梁１１３ｇは、支持部１１１ｃ、１１１ｄまたは力点１１４ｃと連結される位置の検知用梁１１３ｇの幅より、ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ１'及びＭｚＲ２'が形成された位置の検知用梁１１３ｇの幅の方が小さい。即ち、検知用梁１１３ｇは、支持部１１１ｃ、１１１ｄと連結される位置と力点１１４ｃと連結される位置の間に梁幅が狭くなった箇所が形成されており、この梁幅が狭くなった箇所の検知用梁１１３ｇの上にピエゾ抵抗素子ＭｚＲ１'及びＭｚＲ２'が形成されている。

力点１１４ｄに対応する検知ブロックにおいて、ピエゾ抵抗素子ＭｙＲ１及びＭｙＲ２は、検知用梁１１３ｊを長手方向に二等分する線上であって、かつ、検知用梁１１３ｊの検知用梁１１３ｌに近い領域において検知用梁１１３ｌを長手方向（Ｘ方向）に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＦｘＲ１及びＦｘＲ２は、検知用梁１１３ｊを長手方向に二等分する線よりも補強用梁１１２ｄ側であって、かつ、検知用梁１１３ｊの検知用梁１１３ｌから遠い領域において検知用梁１１３ｌを長手方向に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。

ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ１及びＭｚＲ２は、検知用梁１１３ｊを長手方向に二等分する線上であって、かつ、検知用梁１１３ｊの支持部１１１ｄ、１１１ａと連結される位置と力点１１４ｄと連結される位置の中点近傍において検知用梁１１３ｌを長手方向に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。ここで、検知用梁１１３ｊは、支持部１１１ｄ、１１１ａまたは力点１１４ｄと連結される位置の検知用梁１１３ｊの幅より、ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ１及びＭｚＲ２が形成された位置の検知用梁１１３ｊの幅の方が小さい。即ち、検知用梁１１３ｊは、支持部１１１ｄ、１１１ａと連結される位置と力点１１４ｄと連結される位置の間に梁幅が狭くなった箇所が形成されており、この梁幅が狭くなった箇所の検知用梁１１３ｊの上にピエゾ抵抗素子ＭｚＲ１及びＭｚＲ２が形成されている。

ピエゾ抵抗素子ＦｚＲ１及びＦｚＲ４は、検知用梁１１３ｋを長手方向に二等分する線上であって、かつ、検知用梁１１３ｋの検知用梁１１３ｌから遠い領域において検知用梁１１３ｌを長手方向に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＦｚＲ２'及びＦｚＲ３'は、検知用梁１１３ｋを長手方向に二等分する線上であって、かつ、検知用梁１１３ｋの検知用梁１１３ｌに近い領域において検知用梁１１３ｌを長手方向に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。ここで、検知用梁１１３ｋは、直線部と、連結部により直線部に連結される傾斜部とを有する。直線部は検知用梁１１３ｋの梁幅が略一定の部分である。傾斜部は、検知用梁１１３ｋの端部もしくは検知用梁１１３ｌに接続する部分に設けられた部であり、傾斜部の梁幅は連結部から遠ざかるにつれて徐々に太くなる。ピエゾ抵抗素子ＦｚＲ１、ＦｚＲ４、ＦｚＲ２'、ＦｚＲ３'は、上記の構成の検知用梁１１３ｋにおいて、連結部より傾斜部側に配置されている。即ち、ピエゾ抵抗素子ＦｚＲ１、ＦｚＲ４、ＦｚＲ２'、ＦｚＲ３'は、検知用梁１１３ｋの直線部上ではなく、傾斜部の内部に配置されているといえる。また、ピエゾ抵抗素子ＦｚＲ１及びＦｚＲ４については、ピエゾ抵抗素子ＦｚＲ１及びＦｚＲ４の一部がそれぞれ補強用梁１１２ｈあるいは補強用梁１１２ｅにかかるように形成されている。

このように、センサチップ１１０では、各検知ブロックに複数のピエゾ抵抗素子を分けて配置している。これにより、力点１１４ａ～１１４ｄに印加（伝達）された力の向き（軸方向）に応じた、所定の梁に配置された複数のピエゾ抵抗素子の出力の変化に基づいて、所定の軸方向の変位を最大で６軸検知することができる。

また、センサチップ１１０では、検知用梁１１３ｃ、１１３ｆ、１１３ｉ、及び１１３ｌをできるだけ短くして、検知用梁１１３ｂ、１１３ｅ、１１３ｈ、及び１１３ｋを検知用梁１１３ａ、１１３ｄ、１１３ｇ、及び１１３ｊに近づけ、検知用梁１１３ｂ、１１３ｅ、１１３ｈ、及び１１３ｋの長さをできるだけ確保する構造としている。この構造により、検知用梁１１３ｂ、１１３ｅ、１１３ｈ、及び１１３ｋが弓なりに撓みやすくなって応力集中を緩和でき、耐荷重を向上することができる。

また、センサチップ１１０では、検知用梁１１３ｃ、１１３ｆ、１１３ｉ、及び１１３ｌにはピエゾ抵抗素子を配置していない。その代り、検知用梁１１３ｃ、１１３ｆ、１１３ｉ、及び１１３ｌよりも細くて長く、弓なりに撓みやすい検知用梁１１３ａ、１１３ｄ、１１３ｇ、及び１１３ｊ、並びに検知用梁１１３ｂ、１１３ｅ、１１３ｈ、及び１１３ｋの応力が最大になる位置の近傍にピエゾ抵抗素子を配置している。その結果、センサチップ１１０では、効率よく応力を取り込むことが可能となり、感度（同じ応力に対するピエゾ抵抗素子の抵抗変化）を向上することができる。

なお、センサチップ１１０では、歪の検出に用いるピエゾ抵抗素子以外にも、ダミーのピエゾ抵抗素子が配置されている。ダミーのピエゾ抵抗素子は、歪の検出に用いるピエゾ抵抗素子も含めた全てのピエゾ抵抗素子が、支持部１１１ｅの中心に対して点対称となるように配置されている。

ここで、ピエゾ抵抗素子ＦｘＲ１～ＦｘＲ４は力Ｆｘを検出し、ピエゾ抵抗素子ＦｙＲ１～ＦｙＲ４は力Ｆｙを検出し、ピエゾ抵抗素子ＦｚＲ１～ＦｚＲ４、ＦｚＲ１'～ＦｚＲ４'は力Ｆｚを検出する。ピエゾ抵抗素子ＭｘＲ１～ＭｘＲ４はモーメントＭｘを検出し、ピエゾ抵抗素子ＭｙＲ１～ＭｙＲ４はモーメントＭｙを検出し、ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ１～ＭｚＲ４、ＭｚＲ１'～ＭｚＲ４'はモーメントＭｚを検出する。本実施形態においては、ピエゾ抵抗素子ＦｚＲ１'～ＦｚＲ４'をダミーとして、ピエゾ抵抗素子ＦｚＲ１～ＦｚＲ４から力Ｆｚを検出してもよい。また、ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ１'～ＭｚＲ４'をダミーとして、ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ１～ＭｚＲ４からモーメントＭｚを検出してもよい。

このように、センサチップ１１０では、各検知ブロックに複数のピエゾ抵抗素子を分けて配置している。これにより、力点１１４ａ～１１４ｄに印加（伝達）された力または変位の向き（軸方向）に応じた、所定の梁に配置された複数のピエゾ抵抗素子の出力の変化に基づいて、所定の軸方向の変位を最大で６軸検知することができる。

具体的には、センサチップ１１０において、Ｚ軸方向の変位（Ｍｘ、Ｍｙ、Ｆｚ）は、所定の検知用梁の変形に基づいて検知することができる。すなわち、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のモーメント（Ｍｘ、Ｍｙ）は、第１の検知用梁である検知用梁１１３ａ、１１３ｄ、１１３ｇ、及び１１３ｊの変形に基づいて検知することができる。また、Ｚ軸方向の力（Ｆｚ）は、第２の検知用梁である検知用梁１１３ｅ及び１１３ｋの変形に基づいて検知することができる。

また、センサチップ１１０において、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の変位（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｍｚ）は、所定の検知用梁の変形に基づいて検知することができる。すなわち、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の力（Ｆｘ、Ｆｙ）は、第１の検知用梁である検知用梁１１３ａ、１１３ｄ、１１３ｇ、及び１１３ｊの変形に基づいて検知することができる。また、Ｚ軸方向のモーメント（Ｍｚ）は、第１の検知用梁である検知用梁１１３ａ、１１３ｄ、１１３ｇ、及び１１３ｊの変形に基づいて検知することができる。

各検知用梁の厚みと幅を可変することで、検出感度の均一化や、検出感度の向上等の調整を図ることができる。

但し、ピエゾ抵抗素子の数を減らし、５軸以下の所定の軸方向の変位を検知するセンサチップとすることも可能である。

（起歪体２０）
図１５は、起歪体２０を例示する図（その１）であり、図１５（ａ）は斜視図、図１５（ｂ）は側面図である。図１６は、起歪体２０を例示する図（その２）であり、図１６（ａ）は平面図、図１６（ｂ）は図１６（ａ）のＡ－Ａ線に沿う縦断面斜視図である。図１６（ａ）において、便宜上、同一高さの面を同一の梨地模様で示している。図１７は、起歪体２０を例示する図（その３）であり、図１７（ａ）は図１６（ａ）のＢ－Ｂ線に沿う縦断面図であり、図１７（ｂ）は図１７（ａ）のＣ－Ｃ線に沿う横断面図である。

図１５～図１７に示すように、起歪体２０は、被固定部に直接取り付けられる土台２１と、センサチップ１１０を搭載するセンサチップ搭載部となる柱２８と、柱２８の周囲に離間して配置された柱２２ａ～２２ｄとを備えている。

より詳しくは、起歪体２０において、略円形の土台２１の上面に、土台２１の中心に対して均等（点対称）となるように４本の柱２２ａ～２２ｄが配置され、隣接する柱同士を連結する第１の梁である４本の梁２３ａ～２３ｄが枠状に設けられている。そして、土台２１の上面中央の上方に、柱２８が配置されている。なお、土台２１の平面形状は円形には限定されず、多角形等（例えば、正方形等）としてもよい。

柱２８は、柱２２ａ～２２ｄよりも太くて短く形成されている。なお、センサチップ１１０は、柱２２ａ～２２ｄの上面から突出しないように、柱２８上に固定される。

柱２８は、土台２１の上面には直接固定されていなく、接続用梁２８ａ～２８ｄを介して柱２２ａ～２２ｄに固定されている。そのため、土台２１の上面と柱２８の下面との間には空間がある。柱２８の下面と、接続用梁２８ａ～２８ｄの各々の下面とは、面一とすることができる。

柱２８の接続用梁２８ａ～２８ｄが接続される部分の横断面形状は例えば矩形であり、矩形の四隅と矩形の四隅に対向する柱２２ａ～２２ｄとが接続用梁２８ａ～２８ｄを介して接続されている。接続用梁２８ａ～２８ｄが、柱２２ａ～２２ｄと接続される位置２２１～２２４は、柱２２ａ～２２ｄの高さ方向の中間よりも下側であることが好ましい。なお、柱２８の接続用梁２８ａ～２８ｄが接続される部分の横断面形状は矩形には限定されず、円形や多角形等（例えば、六角形等）としてもよい。

接続用梁２８ａ～２８ｄは、土台２１の中心に対して均等（点対称）となるように、土台２１の上面と所定間隔を空けて土台２１の上面と略平行に配置されている。接続用梁２８ａ～２８ｄの太さや厚み（剛性）は、起歪体２０の変形を妨げないようにするため、柱２２ａ～２２ｄや梁２３ａ～２３ｄよりも細く薄く形成することが好ましい。

このように、土台２１の上面と柱２８の下面とは所定の距離だけ離れている。所定の距離は、例えば、数ｍｍ程度とすることができる。

土台２１には、起歪体２０を被固定部にねじ等を用いて締結するための貫通孔２１ｘが設けられている。本実施形態では、土台２１には４つの貫通孔２１ｘが設けられているが、貫通孔２１ｘの個数は任意に決定することができる。

土台２１を除く起歪体２０の概略形状は、例えば、縦５０００μｍ程度、横５０００μｍ程度、高さ７０００μｍ程度の直方体状とすることができる。柱２２ａ～２２ｄの横断面形状は、例えば、１０００μｍ角程度の正方形とすることができる。柱２８の横断面形状は、例えば、２０００μｍ角程度の正方形とすることができる。

但し、起歪体２０において、応力集中を抑制する観点から、内角を形成する部分はＲ状とすることが好ましい。例えば、柱２２ａ～２２ｄの土台２１の上面の中心側の面は、上下がＲ状に形成されていることが好ましい。同様に、梁２３ａ～２３ｄの土台２１の上面と対向する面は、左右がＲ状に形成されていることが好ましい。

梁２３ａ～２３ｄのそれぞれの上面の長手方向の中央部には、梁２３ａ～２３ｄの長手方向の中央部から上方に突起する突起部が設けられ、突起部上に、例えば四角柱状の入力部２４ａ～２４ｄが設けられている。入力部２４ａ～２４ｄは外部から力が印加される部分であり、入力部２４ａ～２４ｄに力が印加されると、それに応じて梁２３ａ～２３ｄ及び柱２２ａ～２２ｄが変形する。

このように、４つの入力部２４ａ～２４ｄを設けることで、例えば１つの入力部の構造と比較して、梁２３ａ～２３ｄの耐荷重を向上することができる。

柱２８の上面の四隅には４本の柱２５ａ～２５ｄが配置され、柱２８の上面の中央部には第４の柱である柱２５ｅが配置されている。柱２５ａ～２５ｅは、同一の高さに形成されている。

すなわち、柱２５ａ～２５ｅのそれぞれの上面は、同一平面上に位置している。柱２５ａ～２５ｅのそれぞれの上面は、センサチップ１１０の下面と接着される接合部となる。

梁２３ａ～２３ｄのそれぞれの内側面の長手方向の中央部には、梁２３ａ～２３ｄのそれぞれの内側面から水平方向内側に突出する梁２６ａ～２６ｄが設けられている。梁２６ａ～２６ｄは、梁２３ａ～２３ｄや柱２２ａ～２２ｄの変形をセンサチップ１１０に伝達する第２の梁である。また、梁２６ａ～２６ｄのそれぞれの上面の先端側には、梁２６ａ～２６ｄのそれぞれの上面の先端側から上方に突起する突起部２７ａ～２７ｄが設けられている。

突起部２７ａ～２７ｄは、同一の高さに形成されている。すなわち、突起部２７ａ～２７ｄのそれぞれの上面は、同一平面上に位置している。突起部２７ａ～２７ｄのそれぞれの上面は、センサチップ１１０の下面と接着される接合部となる。梁２６ａ～２６ｄ及び突起部２７ａ～２７ｄは、可動部となる梁２３ａ～２３ｄと連結されているため、入力部２４ａ～２４ｄに力が印加されると、それに応じて変形する。

なお、入力部２４ａ～２４ｄに力が印加されていない状態では、柱２５ａ～２５ｅのそれぞれの上面と、突起部２７ａ～２７ｄのそれぞれの上面とは、同一平面上に位置している。

起歪体２０において、土台２１、柱２２ａ～２２ｄ、柱２８、梁２３ａ～２３ｄ、入力部２４ａ～２４ｄ、柱２５ａ～２５ｅ、梁２６ａ～２６ｄ、及び突起部２７ａ～２７ｄの各部位は、剛性を確保しかつ精度良く作製する観点から、一体に形成されていることが好ましい。起歪体２０の材料としては、例えば、ＳＵＳ（ステンレス鋼）等の硬質な金属材料を用いることができる。中でも、特に硬質で機械的強度の高いＳＵＳ６３０を用いることが好ましい。

このように、センサチップ１１０と同様に、起歪体２０も柱と梁とを備えた構造とすることで、印加される力によって６軸それぞれで異なる変形を示すため、６軸の分離性が良い変形をセンサチップ１１０に伝えることができる。

すなわち、起歪体２０の入力部２４ａ～２４ｄに印加された力を、柱２２ａ～２２ｄ、梁２３ａ～２３ｄ、及び梁２６ａ～２６ｄを介してセンサチップ１１０に伝達し、センサチップ１１０で変位を検知する。そして、センサチップ１１０において、１つの軸につき１個ずつ形成されたブリッジ回路から各軸の出力を得ることができる。

（力覚センサ装置１の製造工程）
図１８～図２０は、力覚センサ装置１の製造工程を例示する図である。まず、図１８（ａ）に示すように、起歪体２０を作製する。起歪体２０は、例えば、成形や切削、ワイヤ放電等により一体に形成することができる。起歪体２０の材料としては、例えば、ＳＵＳ（ステンレス鋼）等の硬質な金属材料を用いることができる。中でも、特に硬質で機械的強度の高いＳＵＳ６３０を用いることが好ましい。起歪体２０を成形により作製する場合には、例えば、金属粒子とバインダーとなる樹脂とを金型に入れて成形し、その後、焼結して樹脂を蒸発させることで、金属からなる起歪体２０を作製できる。

次に、図１８（ｂ）に示す工程では、柱２５ａ～２５ｅの上面、及び突起部２７ａ～２７ｄの上面に接着剤４１を塗布する。接着剤４１としては、例えば、エポキシ系の接着剤等を用いることができる。外部から印加される力に対する耐力の点から、接着剤４１はヤング率１ＧＰａ以上で厚さ２０μｍ以下であることが好ましい。

次に、図１９（ａ）に示す工程では、センサチップ１１０を作製する。センサチップ１１０は、例えば、ＳＯＩ基板を準備し、準備した基板にエッチング加工（例えば、反応性イオンエッチング等）等を施す周知の方法により作製できる。また、電極や配線は、例えば、基板の表面にスパッタ法等によりアルミニウム等の金属膜を成膜後、金属膜をフォトリソグラフィによってパターニングすることにより作製できる。

次に、図１９（ｂ）に示す工程では、センサチップ１１０の下面が柱２５ａ～２５ｅの上面、及び突起部２７ａ～２７ｄの上面に塗布された接着剤４１と接するように、センサチップ１１０を起歪体２０内に加圧しながら配置する。そして、接着剤４１を所定温度に加熱して硬化させる。これにより、センサチップ１１０が起歪体２０内に固定される。具体的には、センサチップ１１０の支持部１１１ａ～１１１ｄが各々柱２５ａ～２５ｅ上に固定され、支持部１１１ｅが柱２５ｅ上に固定され、力点１１４ａ～１１４ｄが各々突起部２７ａ～２７ｄ上に固定される。

次に、図２０（ａ）に示す工程では、柱２２ａ～２２ｄの上面に、接着剤４２を塗布する。接着剤４２としては、例えば、エポキシ系の接着剤等を用いることができる。なお、接着剤４２は、入出力基板３０を起歪体２０上に固定するためのものであり、外部から力が印加されないため、汎用の接着剤を用いることができる。

次に、図２０（ｂ）に示す工程では、能動部品３２～３５及び受動部品３９が実装された入出力基板３０を準備し、入出力基板３０の下面が柱２２ａ～２２ｄの上面に塗布された接着剤４２と接するように、入出力基板３０を起歪体２０上に配置する。そして、入出力基板３０を起歪体２０側に加圧しながら接着剤４２を所定温度に加熱して硬化させる。これにより、入出力基板３０が起歪体２０に固定される。

なお、入出力基板３０は、センサチップ１１０及び入力部２４ａ～２４ｄを露出するように起歪体２０に固定される。入出力基板３０の各電極３１は、入力部２４ａ～２４ｄに力が印加された際の歪みが最も少ない、起歪体２０の柱２２ａ～２２ｄ上に配置することが好ましい。

その後、入出力基板３０の起歪体２０から水平方向にはみ出した部分（入力端子側を除く）を、起歪体２０の各側面側に折り曲げる。そして、入出力基板３０とセンサチップ１１０の対応する部分をボンディングワイヤ等（図示せず）により電気的に接続する。これにより、力覚センサ装置１が完成する。

このように、力覚センサ装置１は、センサチップ１１０、起歪体２０、及び入出力基板３０の３部品のみで作製できるため、組み立てが容易であり、かつ位置合わせ箇所も最低限で済むため、実装起因による精度の劣化を抑制できる。

また、起歪体２０において、センサチップ１１０との接続箇所（柱２５ａ～２５ｅの上面、及び突起部２７ａ～２７ｄの上面）は全て同一平面にあるため、起歪体２０に対するセンサチップ１１０の位置合わせが１回で済み、起歪体２０にセンサチップ１１０を実装することが容易である。

〈第１実施形態の変形例〉
第１実施形態の変形例では、第１実施形態とは構造の異なる力検出器の例を示す。なお、第１実施形態の変形例において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図２１は、第１実施形態の変形例１に係る力検出器を例示する側面図である。図２１を参照すると、力検出器３００Ａは、減衰機構３１５が減衰機構３１５Ａに置換された点が、力検出器３００（図１、図２等参照）と相違する。減衰機構３１５Ａは、減衰柱３２０Ａと、減衰板３３０とを有する。

減衰柱３２０は、力覚センサ装置１の周囲に４本設けられていたが、減衰柱３２０Ａのように１つの円筒の側壁に円形や楕円形等の４つの穴３２５を設けて剛性を調整した構造としてもよい。減衰柱３２０Ａでは、穴の位置や大きさ、形状により、剛性の調整が可能である。減衰柱３２０Ａの剛性を調整することで、並進力（Ｆｘ、Ｆｙ）の減衰率を調整できる。なお、減衰柱３２０Ａは、連続した１本の柱とみることもできるが、実質的には４本の柱に相当する。従って、図２１は、４本の減衰柱を有する力検出器の一例である。

図２２は、第１実施形態の変形例２に係る力検出器を例示する断面図である。図２２を参照すると、力検出器３００Ｂでは、減衰機構３１５Ｂを構成する減衰柱３２０と減衰板３３０の枠部３３１とが一体に形成されている。そして、ベース板３１０に４つの貫通孔３１０ｘが設けられ、各々の減衰柱３２０の下側の端部が各々の貫通孔３１０ｘに挿入され、ベース板３１０に固定されている。各々の減衰柱３２０の下側の端部とベース板３１０とは、例えば、溶接、スピンカシメ、銀ロウ付け等により固定できる。或いは、これらの方法を併用してもよい。このように、ベース板３１０と減衰板３３０が一体に形成されてもよいし、減衰柱３２０と減衰板３３０が一体に形成されてもよい。要するに、製造誤差による力覚センサ装置１と減衰柱３２０の高さの差を吸収して精度の良い組み立てができる構造であればよい。

又、図２１及び図２２に示した以外の変形例として、減衰機構と共に内部の力覚センサ装置を覆い封止する構造としてもよい。このような構造により、減衰機構に防塵・防水機能を付与することができる。例えば、減衰機構と共に内部の力覚センサ装置を覆い封止するカバー部材とＯリングを用いる構造が挙げられる。

又、力検出器において、減衰柱の内側かつ力覚センサ装置の外側の余剰空間にＭＰＵ（Micro Processing Unit）等の必要な部品を配置してもよい。この場合、力検出器を、定格の大きな力覚センサ装置とみなすことも可能である。

又、減衰柱の本数は４本には限定されず、実質的に３本以上であれば、任意の本数として構わない。又、力覚センサ装置１と同構造の部材を減衰柱として用いてもよい。例えば、力覚センサ装置１の周囲に、力覚センサ装置１と同構造の４つの部材を減衰柱として配置してもよい。この場合、センサとして動作するのは中央に配置された力覚センサ装置１のみであり、力覚センサ装置１と同構造の４つの部材は単なる構造体として機能する。この構造では、力覚センサ装置１と４つの部材との高さのばらつきが少ないため、ベース板と減衰板との間隔を一定に保つことが容易である。

以上、好ましい実施形態について詳説したが、上述した実施形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上記の実施形態等ではセンサ装置として力覚センサ装置を例示して説明したが、本発明のような力覚センサ装置以外にロードセル等にも適用可能である。

１ 力覚センサ装置、２０ 起歪体、２１ 土台、２２ａ～２２ｄ、２５ａ～２５ｄ、２８ 柱、２３ａ～２３ｄ、２６ａ～２６ｄ 梁、２４ａ～２４ｄ 入力部、２７ａ～２７ｄ 突起部、３０ 入出力基板、３１ 電極、３２～３５ 能動部品、３９ 受動部品、４０ 受力板、４０ｘ、４０ｚ 凹部、４０ｙ 貫通孔、４１、４２ 接着剤、１１０ センサチップ、１１１ａ～１１１ｅ 支持部、１１２ａ～１１２ｈ 補強用梁、１１３ａ～１１３ｌ 検知用梁、１１４ａ～１１４ｄ 力点、３００、３００Ａ、３００Ｂ 力検出器、３１０ ベース板、３１５ 減衰機構、３２０、３２０Ａ 減衰柱、３２５ 穴、３３０ 減衰板、３３０ｘ ３３１ 枠部、３３２ 梁部、３３３ 入力柱、３４０ 入力板、３４５ 位置決めピン

Claims (13)

1. センサチップ、及び印加された力及び／又はモーメントを前記センサチップに伝達する起歪体、を有するセンサ装置の周囲に配置される複数の減衰柱と、
   前記センサ装置と前記減衰柱に固定される減衰板と、
   を有する減衰機構。
2. 前記減衰板は、枠部と、前記枠部の内側を橋渡しする梁部と、を有する、請求項１に記載の減衰機構。
3. 前記梁部は十字状である、請求項２に記載の減衰機構。
4. 前記十字の交点は、平面視において、前記センサ装置と重複する位置にある、請求項３に記載の減衰機構。
5. 前記減衰柱は４本あり、平面視において、前記センサ装置を挟んで対向する前記減衰柱の中心同士を結ぶ２本の直線は、前記十字に対して４５±５度ずれて配置されているか、又は前記十字と一致するように配置されている、請求項３又は４に記載の減衰機構。
6. 前記減衰板は、前記センサ装置とは反対側に突起する４本の入力柱を有し、
   平面視において、前記センサ装置を挟んで対向する前記減衰柱の中心同士を結ぶ２本の直線は、前記十字に対して４５±５度ずれて配置され、
   平面視において、前記センサ装置を挟んで対向する前記入力柱の中心同士を結ぶ２本の直線は、前記十字と一致するように配置されている請求項５に記載の減衰機構。
7. 前記減衰板は、前記センサ装置とは反対側に突起する４本の入力柱を有し、
   平面視において、前記センサ装置を挟んで対向する前記減衰柱の中心同士を結ぶ２本の直線は、前記十字と一致するように配置され、
   前記センサ装置を挟んで対向する前記入力柱の中心同士を結ぶ２本の直線は、前記十字に対して４５±５度ずれて配置されている請求項５に記載の減衰機構。
8. 前記十字の交点は、平面視において、前記減衰柱の中心同士を結ぶ２本の直線の交点と一致する請求項５乃至７の何れか一項に記載の減衰機構。
9. 前記センサ装置は、少なくともＸ軸方向の力Ｆｘ、前記Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向の力Ｆｙを検知する機能を有し、
   前記十字を構成する一の直線が前記センサ装置の前記Ｘ軸方向と一致し、他の直線が前記Ｙ軸方向と一致する請求項３乃至８の何れか一項に記載の減衰機構。
10. 複数の前記減衰柱は、平面視において、前記センサ装置の中心に対して点対称に配置されている請求項１乃至９の何れか一項に記載の減衰機構。
11. 前記減衰柱の本数は、前記起歪体が有する柱の本数と同じである請求項１乃至１０の何れか一項に記載の減衰機構。
12. 前記減衰板には貫通孔が設けられ、前記減衰柱の一方の端部が前記貫通孔に挿入され、前記減衰柱の一方の端部が前記減衰板に固定されている請求項１乃至１１の何れか一項に記載の減衰機構。
13. センサチップ、及び印加された力及び／又はモーメントを前記センサチップに伝達する起歪体、を有するセンサ装置と、
    請求項１乃至１２の何れか一項に記載の減衰機構と、
    前記減衰機構に固定される入力板と、
    を備える力検出器。

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