JP2023019682A - 力覚センサの製造方法及び力覚センサ - Google Patents

Abstract

【課題】従来の力覚センサと比較して、感度を高めること。【解決手段】力覚センサの製造方法は、板状部材（基材ＢＭ）と、導体膜製の歪みゲージ（１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｃ１，１２ｃ２）とを備えた力覚センサ（１）の製造方法であって、板状部材（基材ＢＭ）の一方の主面に誘電体層（ＤＬ）を介して導体層を形成する第１の工程（（ｃ）参照）と、半導体転写製造方法を用いて前記導体層を歪みゲージに加工する第２の工程（（ｄ）参照）と、を含んでいる。【選択図】図５

Description

本発明は、力覚センサの製造方法及び力覚センサに関する。

外力により変形する変形部を有する金属製の起歪体と、その変形部に実装された複数の歪ゲージと、を備え、その歪ゲージを用いて外力を検知する力覚センサが知られている。

このような力覚センサにおいて、起歪体に実装可能な歪みゲージが特許文献１の図１に記載されている。特許文献１の歪みゲージは、樹脂材料で形成された基材と、基材上に設けられた金属製の抵抗体及び一対のタブと、前記基材の主面のうち抵抗体が設けられた主面とは反対側の主面に設けられた融着層とを備えている。融着層を用いて基材を起歪体に融着することによって、歪みゲージを起歪体に実装することができる。

なお、この歪みゲージにおける抵抗体及び一対のタブは、それぞれ、本願明細書における歪みゲージを構成するゲージ本体及び一対の電極に読み替えられる。また、以下においては、抵抗体及び一対のタブを、それぞれ、ゲージ本体及び一対の電極と呼び、ゲージ本体及び一対の電極をまとめて歪みゲージと呼ぶ。

特開２０１９－１６４１６１号公報

ところで、ゲージ本体のパターンは、一軸方向に沿って延伸された金属製の細線を所定の距離ごとに、複数回にわたって折り返す（１８０°折り曲げる）ことによって得られる。以下では、このような形状のことをメアンダ形状と呼ぶ。

このようなメアンダ形状を有する抵抗体と一対のタブは、それ自体では形状を保持する強度を有していないため、上述した基材のうえに設けられている。すなわち、基材は、歪みゲージを支持する支持部材である。

特許文献１の段落００２４に記載されているように、この基材は、樹脂材料で形成された可撓性を有する板状部材である。樹脂材料の例としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエチレン、及びポリエーテルエーテルケトンが挙げられている。このような樹脂材料により構成された基材は、粘着性をもたない。そのため、特許文献１において、基材とは別個に融着層を設けることによって、歪みゲージを起歪体に実装可能にしている。

特許文献１の段落００２４及び段落００２７などには、基材の厚みは、約１２μｍ～２５μｍであり、融着層の厚みは、３μｍ～１２μｍである、と記載されている。したがって、特許文献１の技術を用いて歪みゲージを起歪体に実装した場合、歪みゲージと起歪体との間には、厚みが少なくとも１５μｍ以上である誘電体層が介在することになる。

起歪体が金属製である場合、歪みゲージと起歪体とを絶縁するために、これらの間に介在する誘電体層が必要である。しかし、歪みゲージの感度を高めるという観点においては、この誘電体層の厚みが薄いことが好ましい。誘電体層の厚みが厚くなるほど、起歪体の変形に対するひずみケージの変形の追従性が悪くなり、その結果、歪みゲージの感度が低下するためである。

本発明の一態様は、上述した課題に鑑みなされたものであり、従来よりも感度が高い力覚センサを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る力覚センサの製造方法は、
板状部材と、導体膜製の歪みゲージとを備えた力覚センサの製造方法であって、
前記板状部材の一方の主面に、直接又は間接に導体層を形成する第１の工程と、
半導体転写製造方法を用いて前記導体層を歪みゲージに加工する第２の工程と、を含んでいる。

本発明の第２の実施形態に係る力覚センサの製造方法は、上述した第１の態様に係る力覚センサの製造方法の構成に加えて、前記板状部材は、導電体により構成されており、前記第１の工程のまえに実施する第３の工程であって、前記主面に直接誘電体層を形成する第３の工程を更に含んでおり、前記第１の工程において、前記導体層は、前記主面に前記誘電体層のみを介して形成される、構成が採用されている。

本発明の第３の実施形態に係る力覚センサの製造方法は、上述した第１の態様に係る力覚センサの製造方法の構成に加えて、前記板状部材は、誘電体により構成されており、前記第１の工程において、前記導体層は、前記主面に直接形成される、構成が採用されている。

本発明の第４の実施形態に係る力覚センサの製造方法は、上述した第１の態様～第３の態様の何れか一態様に係る力覚センサの製造方法の構成に加えて、前記半導体転写製造方法は、リソグラフィー法である、構成が採用されている。

本発明の第５の実施形態に係る力覚センサの製造方法は、上述した第４の態様に係る力覚センサの製造方法の構成に加えて、前記第２の工程のあとに実施する第４の工程であって、前記歪みゲージが設けられた前記板状部材から起歪体を機械加工により切削する第４の工程を更に含む、構成が採用されている。

上記の課題を解決するために、本発明の第６の態様に係る力覚センサは、板状部材からなる起歪体と、前記板状部材の一方の主面に、直接又は単層である誘電体層を介して、設けられた導体パターンである歪みゲージと、を備えている。

本発明の第７の実施形態に係る力覚センサは、上述した第６の態様に係る力覚センサの構成に加えて、前記起歪体は、導電体により構成されており、前記歪みゲージは、前記主面に前記誘電体層を介して設けられている、構成が採用されている。

本発明の第８の実施形態に係る力覚センサは、上述した第７の態様に係る力覚センサの構成に加えて、前記誘電体層の厚みが１μｍ以上２μｍ以下である、構成が採用されている。

本発明の第９の実施形態に係る力覚センサは、上述した第６の態様に係る力覚センサの構成に加えて、前記起歪体は、誘電体により構成されており、前記歪みゲージは、前記主面に直接設けられている、構成が採用されている。

本発明の一態様によれば、従来の力覚センサと比較して感度を高めることができる。

本発明の第１の実施形態に係る力覚センサの斜視図である。 図１に示した力覚センサが備えている歪みゲージの平面図である。 図１に示した力覚センサの拡大断面図であって、歪みゲージを含む部分の拡大断面図である。 図１に示した力覚センサの一変形例の拡大断面図であって、歪みゲージを含む部分の拡大断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る力覚センサの製造方法の流れを示す模式図である。

〔第１の実施形態〕
＜力覚センサの構成＞
本発明の第１の実施形態に係る力覚センサ１について、図１～図３を参照して説明する。図１は、力覚センサ１の斜視図である。図２は、力覚センサ１が備えている歪みゲージの平面図である。図３は、力覚センサ１の拡大断面図であって、歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２を含む部分の拡大断面図である。なお、図３の拡大断面図は、図１及び図２に示したＡ－Ａ線に沿った断面を矢印の方向に矢視することによって得られる。Ａ－Ａ線は、歪みゲージ１２ａ２を構成するゲージ本体１２ａ２１を通る直線である。より詳しくは、メアンダ形状を有するゲージ本体１２ａ２１のうち、ｘ軸方向に沿った部分を通る直線である。ゲージ本体１２ａ２１については、図２を参照して後述する。なお、本実施形態においては、ゲージ本体１２ａ２１において、電極１２ａ２２から電極１２ａ２３へ向かう方向をｘ軸正方向と定め、電極１２ａ２２，１２ａ２３の各々から、配線１２ａ２４，１２ａ２５の各々が延伸されている方向をｙ軸正方向と定め、ｘ軸正方向及びｙ軸正方向とともに右手系の直交座標を形成するようにｚ軸正方向を定めている（図２参照）。

力覚センサ１は、６軸力覚センサであり、起歪体１１と、６個の歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｃ１，１２ｃ２からなる歪ゲージ群と、を備えている。

ここで、６軸力覚センサとは、外力のｘ軸方向成分、ｙ軸方向成分、ｚ軸方向成分、ｘ軸周りのモーメント成分、ｙ軸周りのモーメント成分、及びｚ軸周りのモーメント成分を検出することが可能な力覚センサのことを指す。なお、起歪体１１は、２つの主面がｘｙ平面と平行になるように配置されているものとする。起歪体１１の一対の主面のうち、一方の主面であるｚ軸正方向側の主面を主面１１ａと呼び、他方の主面であるｚ軸負方向側の主面を主面１１ｂと呼ぶ。

なお、力覚センサ１は、本願発明の一態様に係る力覚センサの一例である。本願発明の一態様に係る力覚センサは、力覚センサ１に限定されるものではない。本願発明の一態様に係る力覚センサの構成は、既存の力覚センサに適用可能である。例えば、本願発明の一態様に係る力覚センサの構成は、特願２０１９－０６８５９８号公報の図１及び図２に記載されている力覚センサにも適用可能である。

また、力覚センサ１は、起歪体１１と、歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｃ１，１２ｃ２とに加えて、複数の抵抗素子と、複数のブリッジ回路とを備えている。ただし、本実施形態においては、起歪体１１、及び、歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｃ１，１２ｃ２について説明し、複数の抵抗素子、及び、複数のブリッジ回路の説明を省略する。複数の抵抗素子、及び、複数のブリッジ回路の構成については、既存の力覚センサ（例えば、特願２０１９－０６８５９８号公報の図１及び図２に記載されている力覚センサ）の構成を適用することができる。

（起歪体）
起歪体１１は、ばね性を有する材料により構成された板状部材である。図１に示すように、起歪体１１は、コア部１１１と、コア部１１１を取り囲むフレーム部１１２と、コア部１１１とフレーム部１１２とを連結するアーム部１１３ａ～１１３ｃと、を備えている。起歪体１１の材料としては、例えば、アルミニウム合金、合金鋼、ステンレス鋼などの導電体、又は、セラミックス、樹脂、ガラスなどの誘電体が挙げられる。本実施形態において、起歪体１１は、誘電体の一例であるセラミックスにより構成されている。

また、起歪体１１の加工方法としては、例えば、後述する製造方法において説明するように、厚さが均一である１枚の板状部材である基材を機械加工することが挙げられる。機械加工の一例としては、切削が挙げられる。切削は、ＮＣ（Numerical Control）加工を好適に用いることができる。なお、フレーム部１１２が固定された状態でコア部１１１に外力が作用すると、アーム部１１３ａ～１１３ｃにその外力に応じた歪が生じる。このため、コア部１１１は、「受力部」と呼ばれることがあり、フレーム部１１２は、「固定部」と呼ばれることがある。

コア部１１１の形状は特に限定されないが、本実施形態においては、コア部１１１の形状として、底面が略三角形である柱形状（すなわち、略三角柱形状）を採用している。また、フレーム部１１２の形状は特定に限定されないが、本実施形態においては、フレーム部１１２の形状として、リング状を採用している。フレーム部１１２の外周部及び内周部は、何れも略円形状であり、互いに同心円状になるように構成されている。起歪体１１は、上述したように厚さが均一である１枚の基材を加工することによって成形される。したがって、コア部１１１の厚みとフレーム部１１２の厚みとは、略等しい（本実施形態においては等しい）。コア部１１１は、フレーム部１１２の内周部の内側に、リング状であるフレーム部１１２の中心とコア部１１１の重心とが一致するように収められている。

本実施形態においては、アーム部１１３ａ～１１３ｃの形状として、底面が略長方形であり、且つ、１方向に沿って延出された柱形状（すなわち、略四角柱形状）を採用している。また、アーム部１１３ａ～１１３ｃの個数は、特に限定されないが、本実施形態においては、アーム部１１３ａ～１１３ｃの個数を３としている。アーム部１１３ａは、コア部１１１からｙ軸負方向に延出し、コア部１１１とフレーム部１１２とを連結する。また、アーム部１１３ｂは、ｘｙ平面内においてｙ軸負方向から－１２０°（時計周りに１２０°）の方向に延出し、コア部１１１とフレーム部１１２とを連結する。また、アーム部１１３ｃは、コア部１１１からｘｙ平面内においてｙ軸負方向から＋１２０°（反時計周りに１２０°）の方向に延出し、コア部１１１とフレーム部１１２とを連結する。

ただし、コア部１１１、フレーム部１１２、及び、アーム部１１３ａ～１１３ｃの各々の形状は、上述した形状に限定されない。例えば、コア部１１１、フレーム部１１２、及び、アーム部１１３ａ～１１３ｃの各々は、特願２０１９－０６８５９８号公報の図１のような形状であってもよい。

（歪みゲージ）
起歪体１１の主面１１ａには、歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｃ１，１２ｃ２が形成されている（図１参照）。より具体的には、アーム部１１３ａの主面１１ａには、歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２が形成されており（図３参照）、アーム部１１３ｂの主面１１ａには、歪みゲージ１２ｂ１，１２ｂ２が形成されており、アーム部１１３ｃの主面１１ａには、歪みゲージ１２ｃ１，１２ｃ２が形成されている。

歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｃ１，１２ｃ２は、主面１１ａの法線方向であるｚ軸正方向側から平面視した場合に、図２に示す形状に成形された、導電体製の導体パターンである。本実施形態において、歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｃ１，１２ｃ２は、Ｃｕ－Ｎｉ系合金により構成されている。ただし、歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｃ１，１２ｃ２を構成する導電体は、これに限定されず、例えば、Ｎｉ－Ｃｒ系合金が挙げられる。これらの導電体は、半導体転写製造方法（例えば、フォトリソグラフィー法）を用いて加工可能な導電体のなかから適宜選択することができる。

ここでは、歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｃ１，１２ｃ２のうち、歪みゲージ１２ａ２を用いて、その形状について説明する。なお、歪みゲージ１２ｂ２，１２ｃ２は、歪みゲージ１２ａ２と同じ形状を有する。また、歪みゲージ１２ａ１，１２ｂ１，１２ｃ１は、ｙｚ平面を鏡映面として、歪みゲージ１２ａ２と鏡映対称な形状を有する。

図２に示すように、歪みゲージ１２ａ２は、ゲージ本体１２ａ２１と、一対の電極１２ａ２２，１２ａ２３と、一対の配線１２ａ２４，１２ａ２５と、により構成されている。

ゲージ本体１２ａ２１のパターンは、一軸方向に沿って延伸された導電体製の細線を所定の距離ごとに、複数回にわたって折り返す（１８０°折り曲げる）ことによって得られる。以下では、このような形状のことをメアンダ形状と呼ぶ。ゲージ本体１２ａ２１のパターンは、図２に示した例に限定されず、適宜設計することができる。

一対の配線である配線１２ａ２４，１２ａ２５の各々は、それぞれ、メアンダ形状に折り曲げられたゲージ本体１２ａ２１の両端部に繋がっている。配線１２ａ２４，１２ａ２５の各々は、いずれもｙ軸方向に沿って延伸されている。ただし、配線１２ａ２４，１２ａ２５の各々の形状は、図２に示した例に限定されず、適宜設計することができる。

一対の電極である電極１２ａ２２，１２ａ２３の各々は、それぞれ、配線１２ａ２４，１２ａ２５に繋がっている。本実施形態において、電極１２ａ２２，１２ａ２３の形状は、角丸四角形である。ただし、電極１２ａ２２，１２ａ２３の形状は、図２に示した例に限定されず、適宜設計することができる。

本実施形態において、主面１１ａ及び歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｃ１，１２ｃ２の上層のうち、電極１２ａ２２，１２ａ２３を除いた領域には、誘電体層１３が設けられている（図３参照）。なお、図１においては、歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｃ１，１２ｃ２の構成を分かりやすくするために誘電体層１３の図示を省略している。

誘電体層１３を構成する誘電体としては、半導体転写製造方法（例えば、フォトリソグラフィー法）において利用可能な樹脂（例えばポリイミド樹脂やエポキシ樹脂など）が挙げられる。誘電体層１３は、歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｃ１，１２ｃ２を保護する。

なお、本実施形態において、歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｃ１，１２ｃ２は、起歪体１１の一方の主面である主面１１ａのみに形成されている。ただし、本発明の一態様において、複数の歪みゲージは、主面１１ａに加えて、起歪体１１の他方主面である主面１１ｂにも形成されていてもよい。すなわち、本発明の一態様において、複数の歪みゲージは、起歪体１１の両主面１１ａ，１１ｂに形成されていてもよい。

＜変形例＞
力覚センサ１の変形例である力覚センサ１Ａについて、図４を参照して説明する。図４は、力覚センサ１Ａの拡大断面図であって、歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２を含む部分の拡大断面図である。

図４に示すように、力覚センサ１Ａは、図３に示す力覚センサ１をベースにして、以下の変更を施すことによって得られる。

１つ目の変更点は、誘電体製である起歪体１１を導電体製である起歪体１１Ａに変更することである。２つ目の変更点は、起歪体１１Ａの一方の主面である主面１１ａＡと、歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｃ１，１２ｃ２及び誘電体層１３との間に、誘電体層１４を介在させることである。

本変形例において、起歪体１１Ａは、導電体の一例であるアルミニウム合金により構成されている。ただし、起歪体１１Ａは、導電体製であれよく、合金鋼や、ステンレス鋼などにより構成されていてもよい。

誘電体層１４は、起歪体１１Ａと、歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｃ１，１２ｃ２とを絶縁する。誘電体層１３を構成する誘電体としては、半導体転写製造方法（例えば、フォトリソグラフィー法）において利用可能な樹脂（例えばポリイミド樹脂やエポキシ樹脂など）が挙げられる。本変形例において、誘電体層１４は、ポリイミド樹脂により構成されている。

誘電体層１４は、単一の製造プロセスにより構成された単一の層である。誘電体層１４は、１種類の材料を用いて、均一に構成されている。

誘電体層１４の厚みｔ（図４参照）は、起歪体１１Ａと、歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｃ１，１２ｃ２とを絶縁可能であり、且つ、特許文献１に記載された力覚センサにおける誘電体層の厚さ（＝１５μｍ）より薄い範囲内において、適宜定めることができる。ただし、力覚センサ１の感度をより高めるという観点においては、厚みｔは、絶縁性を保つことができる範囲内において、できるだけ薄いことが好ましい。また、厚みｔは、半導体転写製造方法（例えば、フォトリソグラフィー法）においてよいに形成可能な厚みであることが好ましい。好ましい厚みｔとしては、１μｍ以上２μｍ以下が挙げられる。この構成によれば、誘電体層１４の厚みが１μｍ以上であるため、起歪体１１Ａと、歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｃ１，１２ｃ２と、を確実に絶縁することができる。また、この構成によれば、誘電体層１４の厚みが２μｍ以下であるため、感度を更に高めることができる。

〔第２の実施形態〕
本発明の第２の実施形態に係る力覚センサの製造方法について、図５を参照して説明する。図５は、本製造方法の流れを示す模式図である。なお、図５の（ｂ）～（ｅ）に各々図示した断面図は、図５の（ｄ）に図示したＢ－Ｂ線における断面図である。Ｂ－Ｂ線は、図２に示したＡ－Ａ線に対応する直線である。

本製造方法は、第１の実施形態の変形例である力覚センサ１Ａの製造方法である。なお、説明の便宜上、第１の実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。また、図５の（ａ）～（ｆ）の各々においては、各工程において用いる。

本製造方法は、研磨工程と、誘電体層形成工程と、導体層形成工程と、第１のフォトリソグラフィー工程と、第２のフォトリソグラフィー工程と、切削工程とを含んでいる。

本実施形態においては、起歪体１１Ａを成形するための素材としてアルミニウム合金製の板状部材である基材ＢＭを用いる。本実施形態において、基材ＢＭの形状は、正方形状である。ただし、基材ＢＭの形状は、これに限定されるものではない。また、本実施形態では、基材ＢＭを用いて、１つの力覚センサ１を製造する場合を例にして、本製造方法について説明する。ただし、１枚の基材ＢＭを用いて製造する力覚センサ１の数は、１つに限定されない。１枚の基材ＢＭから複数の力覚センサ１を製造する場合、その力覚センサ１の数に応じて、基材ＢＭの大きさを適宜選択すればよい。

＜研磨工程＞
研磨工程は、基材ＢＭの一対の主面である主面ＢＭａ，ＢＭｂを研磨する工程である（図５の（ａ）参照）。研磨後の主面ＢＭａにおける表面粗さは、フォトリソグラフィー法を用いて歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｃ１，１２ｃ２を成形可能な範囲内であれば適宜選択することができる。本実施形態においては、主面ＢＭａの表面粗さ（算術平均粗さＲａ）が０．２μｍ以下になるように主面ＢＭａ，ＢＭｂを研磨する。

＜誘電体層形成工程＞
誘電体層形成工程は、主面ＢＭａに誘電体（本実施形態においては、ポリイミド樹脂）をスピンコートすることによって誘電体層ＤＬ１を形成する工程である（図５の（ｂ）参照）。誘電体層形成工程は、第３の工程の一例である。

＜導体層形成工程＞
導体層形成工程は、誘電体層ＤＬ１の上層に導電体（本実施形態においては、Ｃｕ－Ｎｉ系合金）を成膜することによって導体層ＣＬを形成する工程である（図５の（ｃ）参照）。導体層形成工程は、第１の工程の一例である。導体層形成工程において導体層ＣＬは、スパッタ法を用いて成膜される。ただし、導体層形成工程において導体層ＣＬを成膜する方法は、スパッタ法に限定されず、例えば真空蒸着法であってもよい。

＜第１のフォトリソグラフィー工程＞
第１のフォトリソグラフィー工程は、フォトリソグラフィー法を用いて導体層ＣＬを歪みゲージに加工する工程である（図５の（ｄ）参照）。第１のフォトリソグラフィー工程は、第２の工程の一例である。また、フォトリソグラフィー法は、半導体転写製造方法の一態様である。第１のフォトリソグラフィー工程について簡単に説明すれば以下の通りである。

第１のフォトリソグラフィー工程においては、まず、導体層ＣＬの上層にフォトレジストをスピンコートする。その次に、フォトレジスト上にマスクを置いた状態でフォトレジストを露光する。このときに用いるマスクは、歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｃ１，１２ｃ２のパターンと同じマスクパターンを有する。この露光により、歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｃ１，１２ｃ２のパターンがフォトレジストに転写される。なお、この露光において用いる光の波長は、限定されるものでなく、歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｃ１，１２ｃ２のパターンの精細さに応じて適宜選択することができる。すなわち、第１のフォトリソグラフィー工程において用いるリソグラフィー法は、フォトリソグラフィー法であってもよいし、電子線リソグラフィー法であってもよい。本実施形態では、フォトリソグラフィー法を用いる。次に、露光済のフォトレジストを現像することによって、歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｃ１，１２ｃ２のパターンに対応したフォトレジストが導体層ＣＬの上層に残る。次に、ウェットプロセスを用いて、フォトレジストから露出している領域の導体層ＣＬをエッチングすることにより、導体層ＣＬを歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｃ１，１２ｃ２の形状にパターニングする。次に、導体層ＣＬの上層に残されたフォトレジストを除去する。

＜第２のフォトリソグラフィー工程＞
第２のフォトリソグラフィー工程は、フォトリソグラフィー法を用いて、各歪みゲージ（例えば、歪みゲージ１２ａ２）のゲージ本体（例えば、ゲージ本体１２ａ２１）及び一対の配線（例えば、配線１２ａ２４，１２ａ２５）を覆い、一対の電極（例えば、電極１２ａ２２，１２ａ２３）を露出させる保護層を作成する工程である（図５の（ｅ）参照）。第２のフォトリソグラフィー工程について簡単に説明すれば以下の通りである。

第２のフォトリソグラフィー工程においては、まず、各歪みゲージの上層にフォトレジストをスピンコートする。その次に、フォトレジスト上にマスクを置いた状態でフォトレジストを露光する。このときに用いるマスクは、各歪みゲージの一対の電極のパターンと同じマスクパターンを有する。この露光により、一対の電極のパターンがフォトレジストに転写される。次に、露光済のフォトレジストを現像することによって、一対の電極のパターンに対応したフォトレジストが導体層ＣＬの上層に残る。次に、各歪みゲージ及びフォトレジストの上層に、誘電体（本実施形態においては、ポリイミド樹脂）をスピンコートすることによって誘電体層ＤＬ２を形成する。次に、一対の電極のパターンに対応したフォトレジストをリフトオフする。

＜切削工程＞
切削工程は、主面ＢＭａに歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｃ１，１２ｃ２が形成された基材ＢＭから起歪体１１を機械加工により切削する工程である（図５の（ｇ）参照）。切削工程は、第４の工程の一例である。切削工程を実施することによって、力覚センサ１Ａが完成する。

＜製造方法のまとめ＞
以上のように、第２の実施形態に係る製造方法は、導電体製の板状部材である基材ＢＭと、導体膜製の歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｃ１，１２ｃ２とを備えた力覚センサ１Ａの製造方法である。

本製造方法は、主面ＢＭａに、間接に導体層ＣＬを形成する導体層形成工程と、半導体転写製造方法の一態様であるリソグラフィー法を用いて導体層ＣＬを歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｃ１，１２ｃ２に加工する第１のリソグラフィー工程と、を含んでいる。

本製造方法によれば、基材ＢＭの一方の主面ＢＭａに直接又は間接に形成された導体層ＣＬを、リソグラフィー法を用いて歪みゲージに加工することができる。したがって、特許文献１の技術において抵抗体及び一対のタブと基材との間に設けられていた融着層を省くことができる。したがって、本製造方法を用いて製造された力覚センサ１Ａは、基材ＢＭにより構成された起歪体１１Ａと、単層である誘電体層１４を介して主面１１ａＡに設けられた導体パターンである歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｃ１，１２ｃ２と、を備えている。力覚センサ１Ａは、従来よりも歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｃ１，１２ｃ２と起歪体１１との間隔を近づけることができるので、感度を高めることができる。なお、本製造方法において、半導体転写製造方法は、リソグラフィー法に限定されない。

また、本製造方法において、基材ＢＭは、導電体により構成されている。そのうえで、本製造方法は、導体層形成工程のまえに実施する誘電体層形成工程であって、主面ＢＭａに直接誘電体層ＤＬ１を形成する誘電体層形成工程を更に含んでいる。また、導体層形成工程において、導体層ＣＬは、主面ＢＭａに誘電体層ＤＬ１のみを介して形成される。

本製造方法により製造された力覚センサ１Ａにおいては、歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｃ１，１２ｃ２と、基材ＢＭとの間に誘電体層ＤＬ１のみが介在する。特許文献１の技術において抵抗体及び一対のタブの支持部材として機能する基材と比較した場合、支持部材としての機能をもたない誘電体層ＤＬ１は、その厚みを薄くすることができる。したがって、力覚センサ１Ａにおいては、融着層を省略できることに加えて、誘電体層ＤＬ１の厚みを基材の厚みよりも薄くすることができるので、感度を更に高めることができる。

また、本製造方法においては、前記半導体転写製造方法として、リソグラフィー法を採用している。

また、本製造方法は、第１のリソグラフィー工程のあとに切削工程であって、歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｃ１，１２ｃ２が設けられた基材ＢＭから起歪体１１Ａを機械加工により切削する切削工程を更に含む。

第２の工程において用いるリソグラフィー法においては、レジストを導体層ＣＬの上に塗布し、レジストを設計時に定めた歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｃ１，１２ｃ２のパターンに露光し、レジストを現像することによって所定のパターンを導体層ＣＬ上に形成する。上述した露光の工程において、所定のパターンを精度よく露光するためには、レジストの膜厚ができるだけ均一であることが好ましい。

しかし、事前に板状部材から起歪体を機械加工により切削しておき、起歪体の一方の主面に導体層を形成したうえで、リソグラフィー法を用いて導体層を歪みゲージに加工する場合、前記主面に複数の凹みが形成されているため、前記主面の場所に応じてレジストの膜厚にばらつきが生じる。その結果、上述した露光の工程における露光の精度が低下しやすい。

したがって、本製造方法を用いて製造された力覚センサ１Ａにおいては、事前に板状部材から起歪体を機械加工により切削しておく場合と比較して、歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｃ１，１２ｃ２のパターンを設計時に定めたパターンに近づけることができる。

＜変形例＞
第２の実施形態では、力覚センサ１Ａを製造する場合について説明した。ただし、本製造方法は、力覚センサ１を製造する場合にも好適に用いることができる。その場合、上述した製造方法に対して、以下の変更を施せばよい。

１つ目の変更点は、基材ＢＭを構成する材料を導電体（例えばアルミニウム合金）から誘電体（例えばセラミックス）に変更することである。２つ目の変更点は、誘電体層形成工程を省略し、導体層形成工程において、導体層ＣＬを主面ＢＭａに直接形成することである。

また、第２の実施形態では、主面ＢＭａのみに歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｃ１，１２ｃ２を形成したが、主面ＢＭａに加えて主面ＢＭｂに複数の歪みゲージを形成することもできる。この場合、主面ＢＭａにおいて実施した誘電体層形成工程、導体層形成工程、第１のフォトリソグラフィー工程、及び第２のフォトリソグラフィー工程と同様の工程を、主面ＢＭｂにおいても実施し、その後、切削工程を実施すればよい。

第２の実施形態では、導体層ＣＬを歪みゲージに加工する工程において、リソグラフィー法を採用している。ただし、導体層ＣＬを歪みゲージに加工する工程においては、リソグラフィー法の代わりに、ナノインプリント法を用いてもよい。リソグラフィー法及びナノインプリント法の各々は、何れも、半導体転写製造方法の一態様である。

（製造方法の変形例のまとめ）
以上のように、第２の実施形態の変形例に係る製造方法は、板状部材である基材ＢＭと、導体膜製の歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｃ１，１２ｃ２とを備えた力覚センサ１の製造方法である。

本製造方法は、主面ＢＭａに、直接、導体層ＣＬを形成する導体層形成工程と、半フォトリソグラフィー法を用いて導体層ＣＬを歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｃ１，１２ｃ２に加工する第１のリソグラフィー工程と、を含んでいる。

また、本製造方法において、基材ＢＭは、誘電体により構成されており、導体層形成工程において、前記導体層ＣＬは、主面ＢＭａに直接形成される。

以上のように、本願発明の一変形例において、基材ＢＭを構成する材料は、導電体に限定されるものではなく、例えばセラミックスのように誘電体であってもよい。基材ＢＭが誘電体製である場合、基材ＢＭの一方の主面ＢＭａに歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｃ１，１２ｃ２を直接設けることができる。したがって、本変形例の製造方法を用いて製造された力覚センサ１においては、歪みゲージ１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｃ１，１２ｃ２と起歪体１１との間隔をゼロにすることができるので、感度を更に高めることができる。

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

ＢＭ 基材（板状部材）
ＢＭａ 主面（板状部材の一方の主面）
ＣＬ 導体層
ＤＬ１，ＤＬ２ 誘電体層
１ 力覚センサ
１１ 起歪体
１１ａ 主面（起歪体の一方の主面）
１２ａ１，１２ａ２，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｃ１，１２ｃ２ 歪みゲージ
１３ 誘電体層

Claims (9)

1. 板状部材と、導体膜製の歪みゲージとを備えた力覚センサの製造方法であって、
   前記板状部材の一方の主面に、直接又は間接に導体層を形成する第１の工程と、
   半導体転写製造方法を用いて前記導体層を歪みゲージに加工する第２の工程と、を含んでいる、
   ことを特徴とする力覚センサの製造方法。
2. 前記板状部材は、導電体により構成されており、
   前記第１の工程のまえに実施する第３の工程であって、前記主面に直接誘電体層を形成する第３の工程を更に含んでおり、
   前記第１の工程において、前記導体層は、前記主面に前記誘電体層のみを介して形成される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の力覚センサの製造方法。
3. 前記板状部材は、誘電体により構成されており、
   前記第１の工程において、前記導体層は、前記主面に直接形成される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の力覚センサの製造方法。
4. 前記半導体転写製造方法は、リソグラフィー法であることを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の力覚センサの製造方法。
5. 前記第２の工程のあとに実施する第４の工程であって、前記歪みゲージが設けられた前記板状部材から起歪体を機械加工により切削する第４の工程を更に含む、
   ことを特徴とする請求項４に記載の力覚センサの製造方法。
6. 板状部材からなる起歪体と、
   前記板状部材の一方の主面に、直接又は単層である誘電体層を介して、設けられた導体パターンである歪みゲージと、を備えている、
   ことを特徴とする力覚センサ。
7. 前記起歪体は、導電体により構成されており、
   前記歪みゲージは、前記主面に前記誘電体層を介して設けられている、
   ことを特徴とする請求項６に記載の力覚センサ。
8. 前記誘電体層の厚みが１μｍ以上２μｍ以下である、
   ことを特徴とする請求項７に記載の力覚センサ。
9. 前記起歪体は、誘電体により構成されており、
   前記歪みゲージは、前記主面に直接設けられている、
   ことを特徴とする請求項６に記載の力覚センサ。

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