JP2023108438A - センサモジュール、及び力覚センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】力覚センサ装置の量産性を向上させることができるセンサモジュールの提供する。【解決手段】本センサモジュールは、基板と、前記基板の一方の面に実装され、所定の軸方向の変位を検知するセンサチップと、前記基板の一方の面に形成された第１電極と前記センサチップの第２電極とを電気的に接続するボンディングワイヤと、前記基板の一方の面の周縁に、前記ボンディングワイヤと離間して設けられた保護枠と、を備える。【選択図】図６

Description

本発明は、センサモジュール、及び力覚センサ装置に関する。

従来より、所定の軸方向の変位を検知する力覚センサ装置が知られている。一例として、センサチップと、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、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力覚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

特許文献１の力覚センサ装置では、センサが、台座部と緩衝支柱と外力印加板から成る構造体である筐体に直接実装されている。センサに比べて非常に大きい筐体にセンサを実装する場合、センサからの信号を取り出すためのワイヤボンディング工程において、筐体の上面からセンサの表面までの距離が大きいため、半導体実装装置が干渉し、通常の半導体実装装置が使用できず、量産性が低下するという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、力覚センサ装置の量産性を向上させることができるセンサモジュールの提供を目的とする。

本センサモジュール（３００）は、基板（３１０）と、前記基板（３１０）の一方の面に実装され、所定の軸方向の変位を検知するセンサチップ（１００）と、前記基板（３１０）の一方の面に形成された第１電極（３１３）と前記センサチップ（１００）の第２電極（１１０）とを電気的に接続するボンディングワイヤ（９０）と、前記基板（３１０）の一方の面の周縁に、前記ボンディングワイヤ（９０）と離間して設けられた保護枠（３２０）と、を備える。

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、力覚センサ装置の量産性を向上させることができるセンサモジュールを提供できる。

一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。 一実施形態に係る力覚センサ装置の蓋板を外した状態を例示する斜視図である。 図２のＩ－Ｉ断面における断面斜視図である。 起歪体の蓋板を外した状態を例示する斜視図である。 一実施形態に係るセンサモジュールを例示する斜視図である。 一実施形態に係るセンサモジュールを例示する平面図である。 一実施形態に係るセンサモジュールを例示する底面図である。 基板を例示する斜視図である。 センサチップをＺ軸方向上側から視た斜視図である。 センサチップをＺ軸方向上側から視た平面図である。 センサチップをＺ軸方向下側から視た斜視図である。 センサチップをＺ軸方向下側から視た底面図である。 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。 センサチップのピエゾ抵抗素子の配置を例示する図である。 図１４に示すセンサチップの１組の検知ブロックの部分拡大図である。 各ピエゾ抵抗素子を用いた検出回路の一例を示す図（その１）である。 各ピエゾ抵抗素子を用いた検出回路の一例を示す図（その２）である。 Ｆｘ入力について説明する図である。 Ｆｙ入力について説明する図である。 一実施形態の変形例に係るセンサモジュールの上基板を外した状態を例示する平面図である。 一実施形態の変形例に係るセンサモジュールの上基板を例示する平面図である。 一実施形態の変形例に係るセンサモジュールを例示する平面図である。 図２２のＩＩ－ＩＩ断面を示す図である。

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。

（力覚センサ装置１）
図１は、一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２は、一実施形態に係る力覚センサ装置の蓋板を外した状態を例示する斜視図である。図３は、図２のＩ－Ｉ断面における断面斜視図である。図１～図３を参照すると、力覚センサ装置１は、センサモジュール３００と、起歪体２００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。

起歪体２００は、受力板２１０と、起歪部２２０と、入力伝達部２３０と、蓋板２４０とを有している。受力板２１０上に起歪部２２０が積層され、起歪部２２０上に入力伝達部２３０が積層され、入力伝達部２３０上に蓋板２４０が積層され、全体として略円筒状の起歪体２００を形成している。なお、起歪体２００としての機能は主に起歪部２２０及び入力伝達部２３０が担っているため、受力板２１０及び蓋板２４０は必要に応じて設けられる。

なお、本実施形態では、便宜上、力覚センサ装置１において、蓋板２４０側を上側又は一方の側、受力板２１０側を下側又は他方の側とする。また、各部位の蓋板２４０側の面を一方の面又は上面、受力板２１０側の面を他方の面又は下面とする。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、又は任意の角度で配置することができる。また、平面視とは対象物を蓋板２４０の上面の法線方向（Ｚ軸方向）から視ることを指し、平面形状とは対象物を蓋板２４０の上面の法線方向（Ｚ軸方向）から視た形状を指すものとする。

図２及び図３に示すように、起歪体２００の入力伝達部２３０には、センサモジュール３００が取り付けられている。センサモジュール３００は、センサチップ１００を保持し、起歪体２００に対して着脱可能となっている。

センサチップ１００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２００は、印加された力及び／又はモーメントをセンサチップ１００に伝達する機能を有している。以降の実施形態では、一例として、センサチップ１００が６軸を検知する場合について説明するが、これには限定されず、例えば、センサチップ１００は３軸を検知する場合等にも用いることができる。

図４は、起歪体２００の蓋板２４０を外した状態を例示する斜視図である。図４に示すように、入力伝達部２３０には、入力伝達部２３０の下面から起歪部２２０側に突出する収容部２３５が設けられている。そして、収容部２３５の蓋板２４０側に、センサモジュール３００が固定される。センサモジュール３００を入力伝達部２３０に取り付ける際、収容部２３５によって、高い位置精度で取り付けることができる。

具体的には、中央部２３２は、平面視で略リング状の第１連結部２３４と、第１連結部２３４の下面から起歪部２２０側に伸びる略十字状の収容部２３５とを有している。収容部２３５は、第１連結部２３４の内側に設けられており、センサチップ１００を収容可能である。

収容部２３５は、一端が第１連結部２３４に接続され、第１連結部２３４の下面から起歪部２２０側に垂直に伸びる４つの垂直支持部２３５ａと、垂直支持部２３５ａの下側の端部から水平方向に伸びる４つの水平支持部２３５ｂと、水平支持部２３５ｂの他端同士を連結する第２連結部２３５ｃとを有する。

収容部２３５には、蓋板２４０側に突起する４つの第２接続部２３５ｄが配置されている。そして、各々の第２接続部２３５ｄは、センサチップ１００の力点１５１～１５４（後述の図７等参照）の下面と接続される。

また、収容部２３５は起歪部２２０側に入り込んでいる。そして、起歪部２２０には、入力伝達部２３０側に突起する５本の柱状の第１接続部２２４が配置されている。そして、各々の第１接続部２２４は、センサチップ１００の支持部１０１～１０５（後述の図９～図１２等参照）の下面の少なくとも一部と接続される。

起歪体２００において、受力板２１０に力やモーメントが印加されると、力やモーメントは受力板２１０と接続された起歪部２２０の中央部へ伝達し、例えば、図示しない４つの梁構造で入力に応じた変形が生じる。このとき、起歪部２２０の外枠部と入力伝達部２３０は変形しない。

すなわち、起歪体２００において、受力板２１０と起歪部２２０の中央部及び梁構造とは、所定の軸方向の力又はモーメントを受けて変形する可動部であり、起歪部２２０の外枠部は力又はモーメントを受けて変形しない非可動部である。また、非可動部である起歪部２２０の外枠部と接合される入力伝達部２３０は、力又はモーメントを受けて変形しない非可動部であり、入力伝達部２３０と接合される蓋板２４０も力又はモーメントを受けて変形しない非可動部である。

起歪体２００が力覚センサ装置１に用いられる場合、可動部である起歪部２２０の中央部に設けられた第１接続部２２４に、センサチップ１００の支持部１０１～１０５が接続される。また、非可動部である収容部２３５に設けられた第２接続部２３５ｄに、センサチップ１００の力点１５１～１５４が接続される。そのため、センサチップ１００は、力点１５１～１５４が動かずに、支持部１０１～１０５を通じて各検知用梁が変形する動作となる。

ただし、可動部である起歪部２２０の中央部に設けられた第１接続部２２４にセンサチップ１００の力点１５１～１５４が接続され、非可動部である収容部２３５に設けられた第２接続部２３５ｄにセンサチップ１００の支持部１０１～１０５が接続された構成としてもよい。

すなわち、収容部２３５に収容可能なセンサチップ１００は、力又はモーメントを受けて互いの相対位置が変化する支持部１０１～１０５及び力点１５１～１５４を有している。そして、起歪体２００において、可動部である起歪部２２０の中央部は、入力伝達部２３０側に延伸して支持部１０１～１０５及び力点１５１～１５４の一方と接続される第１接続部２２４を備えている。また、収容部２３５は、支持部１０１～１０５及び力点１５１～１５４の他方と接続される第２接続部２３５ｄを備えている。

以下、センサモジュール３００について詳説する。

（センサモジュール３００）
図５は、一実施形態に係るセンサモジュール３００を例示する斜視図である。図６は、一実施形態に係るセンサモジュール３００を例示する平面図である。図７は、一実施形態に係るセンサモジュール３００を例示する底面図である。図８は、基板３１０を例示する斜視図である。

図５～図７に示すセンサモジュール３００は、基板３１０と、基板３１０の上面（一方の面）に実装され、所定の軸方向の変位を検知するセンサチップ１００とを有する。基板３１０の上面（一方の面）には、第１電極（ボンディングパッド）３１３が形成され、第１電極３１３とセンサチップ１００の第２電極１１０とは、ボンディングワイヤ９０によって電気的に接続されている。また、基板３１０の上面（一方の面）の周縁に、ボンディングワイヤ９０と離間して設けられた保護枠３２０を有する。さらに、基板３１０の下面（他方の面）に補強板３３０を有していてもよい。

センサチップ１００は、第２電極１１０が形成された電極形成面とは反対側に位置する裏面を基板３１０の上面側に向けて実装されている。

基板３１０は、図８示すように、センサチップ１００の裏面の一部を露出させる開口部（第１開口部）３１４を有している。具体的には、開口部３１４は、後述するセンサチップ１００の力点１５１～１５４を露出させる。

基板３１０の形状は、特に限定されないが、例えば、センサチップ１００が実装される実装部３１１と、実装部３１１が延設されたアーム部３１２とを有していてよい。開口部３１４は、実装部３１１に設けるとよい。アーム部３１２を有することにより、センサモジュール３００を入力伝達部２３０に取り付ける際、アーム部３１２を保持することができ、センサモジュール３００を入力伝達部２３０に容易に取り付けることができる。

基板３１０には、位置決め穴３１５が設けられていてよい。位置決め穴３１５は、センサモジュール３００を入力伝達部２３０に取り付ける際、入力伝達部２３０の突起と係合し、位置決め可能な穴である。図８の例では、平面視円形の２つの位置決め穴３１５が実装部３１１の中心を挟んで対向して設けられている。

基板３１０の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、３０μｍ～５００μｍ程度とすることができる。

基板３１０は、フレキシブル基板（ＦＰＣ）であってよく、リジッド基板であってもよい。フレキシブル基板を構成する材料としては、例えば、ＰＩ（ポリイミド）樹脂、エポキシ樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、ポリオレフィン樹脂等が挙げられる。リジッド基板を構成する材料としては、例えば、ガラスエポキシ樹脂、セラミック等が挙げられる。

保護枠３２０は、センサチップ１００及びボンディングワイヤ９０が、他の部材と接触しないように保護するための部材である。保護枠３２０は、図５の例では、実装部３１１の上面の周縁に設けられている。即ち、アーム部３１２は、保護枠３２０からはみ出している。保護枠３２０の上面の位置は、ボンディングワイヤ９０の頂部の位置よりも高いことが好ましい。これにより、センサチップ１００の電極形成面側に位置する他の部材とボンディングワイヤ９０とが接触することを防止することができる。

保護枠３２０には、位置決め穴３２１が設けられていてよい。位置決め穴３２１は、センサモジュール３００を入力伝達部２３０に取り付ける際、入力伝達部２３０の突起と係合し、位置決め可能な穴である。図５及び図６の例では、平面視円形の２つの位置決め穴３２１が保護枠３２０の中心を挟んで対向して設けられている。

保護枠３２０の厚みは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、センサチップ１００の厚み、及びボンディングワイヤ９０の頂部の基板３１０上面からの高さより大きいことが好ましい。保護枠３２０の厚みは、例えば、７００μｍ～１０００μｍ程度とすることができる。

保護枠３２０の材料は、絶縁性の材料であれば特に制限はなく、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、ガラスエポキシ樹脂等が挙げられる。

補強板３３０は、基板３１０を補強するための部材である。特に、基板３１０が、フレキシブル基板である場合、補強板３３０によって基板３１０が補強されるため、センサチップをダイボンディングやワイヤボンディングを行う際の実装性の向上が望める他、センサモジュール３００を入力伝達部２３０に取り付ける際、容易に取り付けることができる。

補強板３３０は、図７に示すように、センサチップ１００の裏面の一部を露出させる開口部（第２開口部）３３１を有している。具体的には、開口部３３１は、センサチップ１００の力点１５１～１５４を露出させる。

補強板３３０には、位置決め穴３３２が設けられていてよい。位置決め穴３３２は、センサモジュール３００を入力伝達部２３０に取り付ける際、入力伝達部２３０の突起と係合し、位置決め可能な穴である。図７の例では、平面視円形の２つの位置決め穴３３２が補強板３３０の中心を挟んで対向して設けられている。基板３１０の位置決め穴３１５、保護枠３２０の位置決め穴３２１、及び補強板３３０の位置決め穴３３２は、平面視で重なり、連通した１つの位置決め穴を構成する。

補強板３３０の厚みは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、センサチップ１００の厚みより小さいことが好ましい。補強板３３０の厚みは、例えば、１００μｍ～５００μｍ程度とすることができる。

補強板３３０の材料は、絶縁性の材料であれば特に制限はなく、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、ガラスエポキシ樹脂等が挙げられる。

次に、センサモジュール３００の組み立て方法について説明する。

まず、基板３１０の上面において、開口部３１４の周縁の四隅に接着剤を塗布する。接着剤としては、例えば、エポキシ系やシリコーン系の樹脂等を用いることができる。次に、センサチップ１００を基板３１０上に開口部３１４を覆うように配置し、ダイボンディングする。センサチップ１００の第２電極１１０と基板３１０の第１電極３１３をボンディングワイヤ９０で接続（ワイヤボンディング）する。そして、保護枠３２０を実装部３１１の上面の周縁に接着剤で固定する。接着剤としては、上述の接着剤と同様のものを用いることができる。さらに、補強板３３０を実装部３１１の下面に接着剤で固定してもよい。

次に、センサチップ１００について詳説する。なお、以下の説明において、『直交』とは、２つの直線や辺等が９０°±１０°の範囲にある場合を含むものとする。ただし、個別に特別な説明がある場合は、この限りではない。また、『中心』や『中央』は、対象物のおおよその中心や中央を示すものであり、厳密な中心や中央を示すものではない。すなわち、製造誤差程度のばらつきは、許容されるものとする。点対称等についても同様である。

図９は、センサチップ１００をＺ軸方向上側から視た斜視図である。図１０は、センサチップ１００をＺ軸方向上側から視た平面図である。図１１は、センサチップ１００をＺ軸方向下側から視た斜視図である。図１２は、センサチップ１００をＺ軸方向下側から視た底面図である。なお、図１２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、ここでは、センサチップ１００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１００の厚さ方向（センサチップ１００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９～図１２に示すセンサチップ１００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１００の平面形状は、例えば、７０００μｍ角程度の矩形（正方形又は長方形）とすることができる。

センサチップ１００は、柱状の５つの支持部１０１～１０５を備えている。支持部１０１～１０５の平面形状は、例えば、２０００μｍ角程度の正方形とすることができる。支持部１０１～１０４は、矩形のセンサチップ１００の四隅に配置されている。支持部１０５は、矩形のセンサチップ１００の中央に配置されている。なお、支持部１０１～１０４は本発明に係る第１支持部の代表的な一例であり、支持部１０５は本発明に係る第２支持部の代表的な一例である。

支持部１０１と支持部１０２との間には、支持部１０１と支持部１０２とに両端を固定された（隣接する支持部同士を連結する）枠部１１２が設けられている。支持部１０２と支持部１０３との間には、支持部１０２と支持部１０３とに両端を固定された（隣接する支持部同士を連結する）枠部１１３が設けられている。

支持部１０３と支持部１０４との間には、支持部１０３と支持部１０４とに両端を固定された（隣接する支持部同士を連結する）枠部１１４が設けられている。支持部１０４と支持部１０１との間には、支持部１０４と支持部１０１とに両端を固定された（隣接する支持部同士を連結する）枠部１１１が設けられている。

言い換えれば、４つの枠部１１１、１１２、１１３、及び１１４が枠状に形成され、各枠部の交点をなす角部が、支持部１０１、１０２、１０３、及び１０４となる。

支持部１０１の内側の角部と、それに対向する支持部１０５の角部とは、連結部１２１により連結されている。支持部１０２の内側の角部と、それに対向する支持部１０５の角部とは、連結部１２２により連結されている。

支持部１０３の内側の角部と、それに対向する支持部１０５の角部とは、連結部１２３により連結されている。支持部１０４の内側の角部と、それに対向する支持部１０５の角部とは、連結部１２４により連結されている。

すなわち、センサチップ１００は、支持部１０５と支持部１０１～１０４とを連結する連結部１２１～１２４を有している。連結部１２１～１２４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、連結部１２１～１２４は、枠部１１１、１１２、１１３、及び１１４と非平行に配置されている。

支持部１０１～１０５、枠部１１１～１１４、及び連結部１２１～１２４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、４００μｍ～６００μｍ程度とすることができる。

センサチップ１００は、４つの検知ブロックＢ_１～Ｂ_４を有している。また、各々の検知ブロックは、歪検出素子であるピエゾ抵抗素子が配置されたＴ字型梁構造を３組備えている。ここで、Ｔ字型梁構造とは、第１検知用梁と、第１検知用梁の中央部から第１検知用梁と直交する方向に伸びて力点と接続する第２検知用梁とを含む構造を指す。

なお、検知用梁とは、ピエゾ抵抗素子を配置可能な梁を指すが、必ずしもピエゾ抵抗素子を配置しなくてもよい。つまり、検知用梁は、ピエゾ抵抗素子を配置することで力やモーメントの検出が可能であるが、センサチップ１００は、ピエゾ抵抗素子を配置せず、力やモーメントの検出に用いない検知用梁を有してもよい。

具体的には、検知ブロックＢ_１は、Ｔ字型梁構造１３１Ｔ_１、１３１Ｔ_２、及び１３１Ｔ_３を備えている。また、検知ブロックＢ_２は、Ｔ字型梁構造１３２Ｔ_１、１３２Ｔ_２、及び１３２Ｔ_３を備えている。また、検知ブロックＢ_３は、Ｔ字型梁構造１３３Ｔ_１、１３３Ｔ_２、及び１３３Ｔ_３を備えている。また、検知ブロックＢ_４は、Ｔ字型梁構造１３４Ｔ_１、１３４Ｔ_２、及び１３４Ｔ_３を備えている。以下に、より詳しい梁構造の説明を行う。

検知ブロックＢ_１には、平面視において、枠部１１１の支持部１０１に近い側と、連結部１２１の支持部１０５に近い側とを橋渡しするように、所定間隔を空けて支持部１０１の支持部１０４側の辺と平行に第１検知用梁１３１ａが設けられている。また、第１検知用梁１３１ａの長手方向の中央部に一端が接続され、支持部１０４側に向かって第１検知用梁１３１ａの長手方向と垂直方向に伸びる第２検知用梁１３１ｂが設けられている。第１検知用梁１３１ａと第２検知用梁１３１ｂとは、Ｔ字型梁構造１３１Ｔ_１を形成している。

平面視において、枠部１１１の支持部１０４に近い側と、連結部１２４の支持部１０５に近い側とを橋渡しするように、所定間隔を空けて支持部１０４の支持部１０１側の辺と平行に第１検知用梁１３１ｃが設けられている。また、第１検知用梁１３１ｃの長手方向の中央部に一端が接続され、支持部１０１側に向かって第１検知用梁１３１ｃの長手方向と垂直方向に伸びる第２検知用梁１３１ｄが設けられている。第１検知用梁１３１ｃと第２検知用梁１３１ｄとは、Ｔ字型梁構造１３１Ｔ_２を形成している。

平面視において、連結部１２１の支持部１０５に近い側と、連結部１２４の支持部１０５に近い側とを橋渡しするように、所定間隔を空けて支持部１０５の枠部１１１側の辺と平行に第１検知用梁１３１ｅが設けられている。また、第１検知用梁１３１ｅの長手方向の中央部に一端が接続され、枠部１１１側に向かって第１検知用梁１３１ｅの長手方向と垂直方向に伸びる第２検知用梁１３１ｆが設けられている。第１検知用梁１３１ｅと第２検知用梁１３１ｆとは、Ｔ字型梁構造１３１Ｔ_３を形成している。

第２検知用梁１３１ｂと第２検知用梁１３１ｄと第２検知用梁１３１ｆの他端側同士が接続して接続部１４１を形成し、接続部１４１の下面側に力点１５１が設けられている。力点１５１は、例えば、四角柱状である。Ｔ字型梁構造１３１Ｔ_１、１３１Ｔ_２、及び１３１Ｔ_３と接続部１４１及び力点１５１とにより、検知ブロックＢ_１を構成している。

検知ブロックＢ_１において、第１検知用梁１３１ａと第１検知用梁１３１ｃと第２検知用梁１３１ｆとは平行であり、第２検知用梁１３１ｂ及び１３１ｄと第１検知用梁１３１ｅとは平行である。検知ブロックＢ_１の各々の検知用梁の厚さは、例えば、３０μｍ～５０μｍ程度とすることができる。

検知ブロックＢ_２には、平面視において、枠部１１２の支持部１０２に近い側と、連結部１２２の支持部１０５に近い側とを橋渡しするように、所定間隔を空けて支持部１０２の支持部１０１側の辺と平行に第１検知用梁１３２ａが設けられている。また、第１検知用梁１３２ａの長手方向の中央部に一端が接続され、支持部１０１側に向かって第１検知用梁１３２ａの長手方向と垂直方向に伸びる第２検知用梁１３２ｂが設けられている。第１検知用梁１３２ａと第２検知用梁１３２ｂとは、Ｔ字型梁構造１３２Ｔ_１を形成している。

平面視において、枠部１１２の支持部１０１に近い側と、連結部１２１の支持部１０５に近い側とを橋渡しするように、所定間隔を空けて支持部１０１の支持部１０２側の辺と平行に第１検知用梁１３２ｃが設けられている。また、第１検知用梁１３２ｃの長手方向の中央部に一端が接続され、支持部１０２側に向かって第１検知用梁１３２ｃの長手方向と垂直方向に伸びる第２検知用梁１３２ｄが設けられている。第１検知用梁１３２ｃと第２検知用梁１３２ｄとは、Ｔ字型梁構造１３２Ｔ_２を形成している。

平面視において、連結部１２２の支持部１０５に近い側と、連結部１２１の支持部１０５に近い側とを橋渡しするように、所定間隔を空けて支持部１０５の枠部１１２側の辺と平行に第１検知用梁１３２ｅが設けられている。また、第１検知用梁１３２ｅの長手方向の中央部に一端が接続され、枠部１１２側に向かって第１検知用梁１３２ｅの長手方向と垂直方向に伸びる第２検知用梁１３２ｆが設けられている。第１検知用梁１３２ｅと第２検知用梁１３２ｆとは、Ｔ字型梁構造１３２Ｔ_３を形成している。

第２検知用梁１３２ｂと第２検知用梁１３２ｄと第２検知用梁１３２ｆの他端側同士が接続して接続部１４２を形成し、接続部１４２の下面側に力点１５２が設けられている。力点１５２は、例えば、四角柱状である。Ｔ字型梁構造１３２Ｔ_１、１３２Ｔ_２、及び１３２Ｔ_３と接続部１４２及び力点１５２とにより、検知ブロックＢ_２を構成している。

検知ブロックＢ_２において、第１検知用梁１３２ａと第１検知用梁１３２ｃと第２検知用梁１３２ｆとは平行であり、第２検知用梁１３２ｂ及び１３２ｄと第１検知用梁１３２ｅとは平行である。検知ブロックＢ_２の各々の検知用梁の厚さは、例えば、３０μｍ～５０μｍ程度とすることができる。

検知ブロックＢ_３には、平面視において、枠部１１３の支持部１０３に近い側と、連結部１２３の支持部１０５に近い側とを橋渡しするように、所定間隔を空けて支持部１０３の支持部１０２側の辺と平行に第１検知用梁１３３ａが設けられている。また、第１検知用梁１３３ａの長手方向の中央部に一端が接続され、支持部１０２側に向かって第１検知用梁１３３ａの長手方向と垂直方向に伸びる第２検知用梁１３３ｂが設けられている。第１検知用梁１３３ａと第２検知用梁１３３ｂとは、Ｔ字型梁構造１３３Ｔ_１を形成している。

平面視において、枠部１１３の支持部１０２に近い側と、連結部１２２の支持部１０５に近い側とを橋渡しするように、所定間隔を空けて支持部１０２の支持部１０３側の辺と平行に第１検知用梁１３３ｃが設けられている。また、第１検知用梁１３３ｃの長手方向の中央部に一端が接続され、支持部１０３側に向かって第１検知用梁１３３ｃの長手方向と垂直方向に伸びる第２検知用梁１３３ｄが設けられている。第１検知用梁１３３ｃと第２検知用梁１３３ｄとは、Ｔ字型梁構造１３３Ｔ_２を形成している。

平面視において、連結部１２３の支持部１０５に近い側と、連結部１２２の支持部１０５に近い側とを橋渡しするように、所定間隔を空けて支持部１０５の枠部１１３側の辺と平行に第１検知用梁１３３ｅが設けられている。また、第１検知用梁１３３ｅの長手方向の中央部に一端が接続され、枠部１１３側に向かって第１検知用梁１３３ｅの長手方向と垂直方向に伸びる第２検知用梁１３３ｆが設けられている。第１検知用梁１３３ｅと第２検知用梁１３３ｆとは、Ｔ字型梁構造１３３Ｔ_３を形成している。

第２検知用梁１３３ｂと第２検知用梁１３３ｄと第２検知用梁１３３ｆの他端側同士が接続して接続部１４３を形成し、接続部１４３の下面側に力点１５３が設けられている。力点１５３は、例えば、四角柱状である。Ｔ字型梁構造１３３Ｔ_１、１３３Ｔ_２、及び１３３Ｔ_３と接続部１４３及び力点１５３とにより、検知ブロックＢ_３を構成している。

検知ブロックＢ_３において、第１検知用梁１３３ａと第１検知用梁１３３ｃと第２検知用梁１３３ｆとは平行であり、第２検知用梁１３３ｂ及び１３３ｄと第１検知用梁１３３ｅとは平行である。検知ブロックＢ_３の各々の検知用梁の厚さは、例えば、３０μｍ～５０μｍ程度とすることができる。

検知ブロックＢ_４には、平面視において、枠部１１４の支持部１０４に近い側と、連結部１２４の支持部１０５に近い側とを橋渡しするように、所定間隔を空けて支持部１０４の支持部１０３側の辺と平行に第１検知用梁１３４ａが設けられている。また、第１検知用梁１３４ａの長手方向の中央部に一端が接続され、支持部１０３側に向かって第１検知用梁１３４ａの長手方向と垂直方向に伸びる第２検知用梁１３４ｂが設けられている。第１検知用梁１３４ａと第２検知用梁１３４ｂとは、Ｔ字型梁構造１３４Ｔ_１を形成している。

平面視において、枠部１１４の支持部１０３に近い側と、連結部１２３の支持部１０５に近い側とを橋渡しするように、所定間隔を空けて支持部１０３の支持部１０４側の辺と平行に第１検知用梁１３４ｃが設けられている。また、第１検知用梁１３４ｃの長手方向の中央部に一端が接続され、支持部１０４側に向かって第１検知用梁１３４ｃの長手方向と垂直方向に伸びる第２検知用梁１３４ｄが設けられている。第１検知用梁１３４ｃと第２検知用梁１３４ｄとは、Ｔ字型梁構造１３４Ｔ_２を形成している。

平面視において、連結部１２４の支持部１０５に近い側と、連結部１２３の支持部１０５に近い側とを橋渡しするように、所定間隔を空けて支持部１０５の枠部１１４側の辺と平行に第１検知用梁１３４ｅが設けられている。また、第１検知用梁１３４ｅの長手方向の中央部に一端が接続され、枠部１１４側に向かって第１検知用梁１３４ｅの長手方向と垂直方向に伸びる第２検知用梁１３４ｆが設けられている。第１検知用梁１３４ｅと第２検知用梁１３４ｆとは、Ｔ字型梁構造１３４Ｔ_３を形成している。

第２検知用梁１３４ｂと第２検知用梁１３４ｄと第２検知用梁１３４ｆの他端側同士が接続して接続部１４４を形成し、接続部１４４の下面側に力点１５４が設けられている。力点１５４は、例えば、四角柱状である。Ｔ字型梁構造１３４Ｔ_１、１３４Ｔ_２、及び１３４Ｔ_３と接続部１４４及び力点１５４とにより、検知ブロックＢ_４を構成している。

検知ブロックＢ_４において、第１検知用梁１３４ａと第１検知用梁１３４ｃと第２検知用梁１３４ｆとは平行であり、第２検知用梁１３４ｂ及び１３４ｄと第１検知用梁１３４ｅとは平行である。検知ブロックＢ_４の各々の検知用梁の厚さは、例えば、３０μｍ～５０μｍ程度とすることができる。

このように、センサチップ１００は、４つの検知ブロック（検知ブロックＢ_１～Ｂ_４）を有している。そして、各々の検知ブロックは、支持部１０１～１０４のうちの隣接する支持部と、隣接する支持部に連結する枠部及び連結部と、支持部１０５と、に囲まれた領域に配置されている。平面視で、各々の検知ブロックは、例えば、センサチップの中心に対して点対称に配置することができる。

また、各々の検知ブロックは、Ｔ字型梁構造を３組備えている。各々の検知ブロックにおいて、３組のＴ字型梁構造は、平面視で、接続部を挟んで第１検知用梁が平行に配置された２組のＴ字型梁構造と、２組のＴ字型梁構造の第２検知用梁と平行に配置された第１検知用梁を備えた１組のＴ字型梁構造とを含む。そして、１組のＴ字型梁構造の第１検知用梁は、接続部と支持部１０５との間に配置されている。

例えば、検知ブロックＢ_１では、３組のＴ字型梁構造は、平面視で、接続部１４１を挟んで第１検知用梁１３１ａと第１検知用梁１３１ｃとが平行に配置されたＴ字型梁構造１３１Ｔ_１及び１３１Ｔ_２と、Ｔ字型梁構造１３１Ｔ_１及び１３１Ｔ_２の第２検知用梁１３１ｂ及び１３１ｄと平行に配置された第１検知用梁１３１ｅを備えたＴ字型梁構造１３１Ｔ_３とを含む。そして、Ｔ字型梁構造１３１Ｔ_３の第１検知用梁１３１ｅは、接続部１４１と支持部１０５との間に配置されている。検知ブロックＢ_２～Ｂ_４も同様の構造である。

力点１５１～１５４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１５１～１５４のそれぞれの下面は、支持部１０１～１０５の下面と略面一である。

このように、力又は変位を４つの力点１５１～１５４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。力点の数は組み合わされる起歪体の変位入力箇所と同数である。

なお、センサチップ１００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。

センサチップ１００の支持部１０１～１０５は起歪体２００の非可動部に接続され、力点１５１～１５４は起歪体２００の可動部に接続される。ただし、可動と非可動との関係が逆であっても力覚センサ装置として機能する。すなわち、センサチップ１００の支持部１０１～１０５は起歪体２００の可動部に接続され、力点１５１～１５４は起歪体２００の非可動部に接続されてもよい。

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１００のピエゾ抵抗素子の配置を例示する図である。図１５は、図１４に示すセンサチップの１組の検知ブロックの部分拡大図である。図１４及び図１５に示すように、４つ力点１５１～１５４に対応する各検知ブロックの所定位置には、ピエゾ抵抗素子が配置されている。なお、図１４に示す他の検知ブロックにおけるピエゾ抵抗素子の配置は、図１５に示す一の検知ブロックにおけるピエゾ抵抗素子の配置と同様である。

図９～図１２、図１４、及び図１５を参照すると、接続部１４１及び力点１５１を有する検知ブロックＢ_１において、ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ１'は、第１検知用梁１３１ａにおいて、第２検知用梁１３１ｂと第１検知用梁１３１ｅとの間に位置する部分の第２検知用梁１３１ｂに近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＦｘＲ３は、第１検知用梁１３１ａにおいて、第２検知用梁１３１ｂと第１検知用梁１３１ｅとの間に位置する部分の第１検知用梁１３１ｅに近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＭｘＲ１は、第２検知用梁１３１ｂにおいて、接続部１４１に近い側に配置されている。

また、ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ２'は、第１検知用梁１３１ｃにおいて、第２検知用梁１３１ｄと第１検知用梁１３１ｅとの間に位置する部分の第２検知用梁１３１ｄに近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＦｘＲ１は、第１検知用梁１３１ｃにおいて、第２検知用梁１３１ｄと第１検知用梁１３１ｅとの間に位置する部分の第１検知用梁１３１ｅに近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＭｘＲ２は、第２検知用梁１３１ｄにおいて、接続部１４１に近い側に配置されている。

また、ピエゾ抵抗素子ＦｚＲ１'は、第２検知用梁１３１ｆにおいて、接続部１４１に近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＦｚＲ２'は、第２検知用梁１３１ｆにおいて、第１検知用梁１３１ｅに近い側に配置されている。なお、ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ１'、ＦｘＲ３、ＭｘＲ１、ＭｚＲ２'、ＦｘＲ１、及びＭｘＲ２は、各々の検知用梁の長手方向の中心からオフセットした位置に配置されている。

接続部１４２及び力点１５２を有する検知ブロックＢ_２において、ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ４は、第１検知用梁１３２ａにおいて、第２検知用梁１３２ｂと第１検知用梁１３２ｅとの間に位置する部分の第２検知用梁１３２ｂに近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＦｙＲ３は、第１検知用梁１３２ａにおいて、第２検知用梁１３２ｂと第１検知用梁１３２ｅとの間に位置する部分の第１検知用梁１３２ｅに近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＭｙＲ４は、第２検知用梁１３２ｂにおいて、接続部１４２に近い側に配置されている。

また、ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ３は、第１検知用梁１３２ｃにおいて、第２検知用梁１３２ｄと第１検知用梁１３２ｅとの間に位置する部分の第２検知用梁１３２ｄに近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＦｙＲ１は、第１検知用梁１３２ｃにおいて、第２検知用梁１３２ｄと第１検知用梁１３２ｅとの間に位置する部分の第１検知用梁１３２ｅに近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＭｙＲ３は、第２検知用梁１３２ｄにおいて、接続部１４２に近い側に配置されている。

また、ピエゾ抵抗素子ＦｚＲ４は、第２検知用梁１３２ｆにおいて、接続部１４２に近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＦｚＲ３は、第２検知用梁１３２ｆにおいて、第１検知用梁１３２ｅに近い側に配置されている。なお、ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ４、ＦｙＲ３、ＭｙＲ４、ＭｚＲ３、ＦｙＲ１、及びＭｙＲ３は、各々の検知用梁の長手方向の中心からオフセットした位置に配置されている。

接続部１４３及び力点１５３を有する検知ブロックＢ_３において、ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ４'は、第１検知用梁１３３ａにおいて、第２検知用梁１３３ｂと第１検知用梁１３３ｅとの間に位置する部分の第２検知用梁１３３ｂに近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＦｘＲ２は、第１検知用梁１３３ａにおいて、第２検知用梁１３３ｂと第１検知用梁１３３ｅとの間に位置する部分の第１検知用梁１３３ｅに近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＭｘＲ４は、第２検知用梁１３３ｂにおいて、接続部１４３に近い側に配置されている。

また、ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ３'は、第１検知用梁１３３ｃにおいて、第２検知用梁１３３ｄと第１検知用梁１３３ｅとの間に位置する部分の第２検知用梁１３３ｄに近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＦｘＲ４は、第１検知用梁１３３ｃにおいて、第２検知用梁１３３ｄと第１検知用梁１３３ｅとの間に位置する部分の第１検知用梁１３３ｅに近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＭｘＲ３は、第２検知用梁１３３ｄにおいて、接続部１４３に近い側に配置されている。

また、ピエゾ抵抗素子ＦｚＲ４'は、第２検知用梁１３３ｆにおいて、接続部１４３に近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＦｚＲ３'は、第２検知用梁１３３ｆにおいて、第１検知用梁１３３ｅに近い側に配置されている。なお、ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ４'、ＦｘＲ２、ＭｘＲ４、ＭｚＲ３'、ＦｘＲ４、及びＭｘＲ３は、各々の検知用梁の長手方向の中心からオフセットした位置に配置されている。

接続部１４４及び力点１５４を有する検知ブロックＢ_４において、ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ１は、第１検知用梁１３４ａにおいて、第２検知用梁１３４ｂと第１検知用梁１３４ｅとの間に位置する部分の第２検知用梁１３４ｂに近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＦｙＲ２は、第１検知用梁１３４ａにおいて、第２検知用梁１３４ｂと第１検知用梁１３４ｅとの間に位置する部分の第１検知用梁１３４ｅに近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＭｙＲ１は、第２検知用梁１３４ｂにおいて、接続部１４４に近い側に配置されている。

また、ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ２は、第１検知用梁１３４ｃにおいて、第２検知用梁１３４ｄと第１検知用梁１３４ｅとの間に位置する部分の第２検知用梁１３４ｄに近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＦｙＲ４は、第１検知用梁１３４ｃにおいて、第２検知用梁１３４ｄと第１検知用梁１３４ｅとの間に位置する部分の第１検知用梁１３４ｅに近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＭｙＲ２は、第２検知用梁１３４ｄにおいて、接続部１４４に近い側に配置されている。

また、ピエゾ抵抗素子ＦｚＲ１は、第２検知用梁１３４ｆにおいて、接続部１４４に近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＦｚＲ２は、第２検知用梁１３４ｆにおいて、第１検知用梁１３４ｅに近い側に配置されている。なお、ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ１、ＦｙＲ２、ＭｙＲ１、ＭｚＲ２、ＦｙＲ４、及びＭｙＲ２は、各々の検知用梁の長手方向の中心からオフセットした位置に配置されている。

このように、センサチップ１００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１５１～１５４に印加された入力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、所定の軸方向の力又はモーメントを最大で６軸検知できる。

なお、センサチップ１００において、歪の検出に用いるピエゾ抵抗素子以外に、ダミーのピエゾ抵抗素子が配置されてもよい。ダミーのピエゾ抵抗素子は、検知用梁にかかる応力やブリッジ回路の抵抗のバランスを調整するために用いられ、例えば、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１０５の中心に対して点対称となるように配置される。

センサチップ１００では、Ｔ字型梁構造を構成する第１検知用梁に、Ｘ軸方向の変位及びＹ軸方向の変位を検知する複数のピエゾ抵抗素子を配置している。また、Ｔ字型梁構造を構成する第２検知用梁に、Ｚ軸方向の変位を検知する複数のピエゾ抵抗素子を配置している。また、Ｔ字型梁構造を構成する第１検知用梁に、Ｚ軸方向のモーメントを検知する複数のピエゾ抵抗素子を配置している。また、Ｔ字型梁構造を構成する第２検知用梁に、Ｘ軸方向のモーメント及びＹ軸方向のモーメントを検知する複数のピエゾ抵抗素子を配置している。

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及びＦｚＲ１'～ＦｚＲ４'は力Ｆｚを検出する。また、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及びＭｚＲ１'～ＭｚＲ４'はモーメントＭｚを検出する。

このように、センサチップ１００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１５１～１５４に印加（伝達）された力又は変位の向き（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。また、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。

なお、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。

センサチップ１００において、力及びモーメントは、例えば、以下に説明する検出回路を用いて検出できる。図１６及び図１７に各ピエゾ抵抗素子を用いた検出回路の一例を示す。図１６及び図１７において、四角で囲まれた数字は外部出力端子を示している。例えば、Ｎｏ１はＦｘ軸Ｆｙ軸Ｆｚ軸の電源端子、Ｎｏ２はＦｘ軸出力マイナス端子、Ｎｏ３はＦｘ軸のＧＮＤ端子、Ｎｏ４はＦｘ軸出力プラス端子である。Ｎｏ１９はＦｙ軸出力マイナス端子、Ｎｏ２０はＦｙ軸のＧＮＤ端子、Ｎｏ２１はＦｙ軸出力プラス端子である。Ｎｏ２２はＦｚ軸出力マイナス端子、Ｎｏ２３はＦｚ軸のＧＮＤ端子、Ｎｏ２４はＦｚ軸出力プラス端子である。

また、Ｎｏ９はＭｘ軸出力マイナス端子、Ｎｏ１０はＭｘ軸のＧＮＤ端子、Ｎｏ１１はＭｘ軸出力プラス端子である。Ｎｏ１２はＭｘ軸Ｍｙ軸Ｍｚ軸の電源端子である。Ｎｏ１３はＭｙ軸出力マイナス端子、Ｎｏ１４はＭｙ軸のＧＮＤ端子、Ｎｏ１５はＭｙ軸出力プラス端子である。Ｎｏ１６はＭｚ軸出力マイナス端子、Ｎｏ１７はＭｚ軸のＧＮＤ端子、Ｎｏ１８はＭｚ軸出力プラス端子である。

次に、検知用梁の変形について説明する。図１８は、Ｆｘ入力について説明する図である。図１９は、Ｆｙ入力について説明する図である。図１８に示すように、センサチップ１００が搭載される起歪体２００からの入力がＦｘである場合、４つの力点１５１～１５４の全てが同じ方向（図１８の例では右方向）に移動しようとする。同様に、図１９に示すように、センサチップ１００が搭載される起歪体２００からの入力がＦｙである場合、４つの力点１５１～１５４の全てが同じ方向（図１９の例では上方向）に移動しようとする。すなわち、センサチップ１００では、４つの検知ブロックが存在するが、いずれの検知ブロックにおいても、Ｘ軸方向の変位及びＹ軸方向の変位に対して、すべての力点が同じ方向に移動する。

センサチップ１００では、Ｔ字型梁構造の第１検知用梁の中に、入力の変位方向に対して直交する第１検知用梁を１つ以上有し、入力の変位方向に対して直交する第１検知用梁が大きな変形に対応できる。

Ｆｘ入力の検知に使用する梁は、第１検知用梁１３１ａ、１３１ｃ、１３３ａ、及び１３３ｃであり、いずれも力点から一定距離離れたＴ字型梁構造の第１検知用梁である。また、Ｆｙ入力の検知に使用する梁は、第１検知用梁１３２ａ、１３２ｃ、１３４ａ、及び１３４ｃであり、いずれも力点から一定距離離れたＴ字型梁構造の第１検知用梁である。

Ｆｘ入力及びＦｙ入力において、ピエゾ抵抗素子が配置されたＴ字型梁構造の第１検知用梁が大きく変形することで、入力される力を効果的に検知できる。また、入力の検知に使用しない梁もＦｘ入力及びＦｙ入力の変位に追従して大きく変形可能に設計されているため、大きなＦｘ入力及び／又はＦｙ入力があっても検知用梁が破壊されることがない。

なお、従来のセンサチップでは、Ｆｘ入力及び／又はＦｙ入力に対して大きく変形できない梁が存在していたため、大きなＦｘ入力及び／又はＦｙ入力があった場合には、変形できない検知用梁が破壊されるおそれがあった。センサチップ１００では、このような問題を抑制できる。すなわち、センサチップ１００では、様々な方向の変位に対する梁の破壊耐性を向上できる。

このように、センサチップ１００は、入力の変位方向に対して直交する第１検知用梁を１つ以上有し、入力の変位方向に対して直交する第１検知用梁が大きく変形できる。そのため、Ｆｘ入力及びＦｙ入力を効果的に検知できると共に、大きなＦｘ入力及び／又はＦｙ入力があっても検知用梁が破壊されることがない。その結果、センサチップ１００は、大きな定格にも対応でき、測定範囲や耐荷重の向上が可能となる。例えば、センサチップ１００では、定格を従来の１０倍程度である５００Ｎとすることも可能である。

また、各検知ブロックにおいて力点から３方向へ繋がるＴ字型梁構造が入力によって異なる変形をするため、多軸の力を分離性良く検出できる。

また、梁がＴ字型であるため、梁から枠部や連結部へ至る経路が多いため、配線をセンサチップの外周部へ引き回すことが容易となり、レイアウト自由度を向上できる。

センサチップ１００では、Ｚ軸方向のモーメントに対しては、各力点を挟んで対向して配置された第１検知用梁１３１ａ、１３１ｃ、１３２ａ、１３２ｃ、１３３ａ、１３３ｃ、１３４ａ、及び１３４ｃが大きく変形する。従って、これらの第１検知用梁の一部又は全部にピエゾ抵抗素子を配置できる。

また、Ｚ軸方向の変位に対しては、主に、各力点に直接繋がる第２検知用梁１３１ｂ、１３１ｄ、１３１ｆ、１３２ｂ、１３２ｄ、１３２ｆ、１３３ｂ、１３３ｄ、１３３ｆ、１３４ｂ、１３４ｄ、及び１３４ｆが大きく変形する。従って、これらの第２検知用梁の一部又は全部にピエゾ抵抗素子を配置できる。

以上のように、センサモジュール３００によって、基板３１０とセンサチップ１００とを予めワイヤボンディングすることができるため、例えば、センサチップ１００に対して起歪体２００のサイズが非常に大きい場合であっても、一般的な半導体実装装置を用いてセンサチップ１００をセンサモジュール３００として起歪体２００に取り付けることができる。よって、センサモジュール３００は、力覚センサ装置１の量産性を向上させることができる。

また、センサモジュール３００によって、基板３１０とセンサチップ１００とを予めワイヤボンディングすることができるため、センサチップ１００を起歪体２００に直接取り付ける場合と比較して、ワイヤボンディングの難易度を低くすることができ、ワイヤボンディングの品質を向上させることができる。

さらに、基板３１０が開口部３１４を有することにより、センサチップ１００の力点１５１～１５４を露出させることができるため、力点１５１～１５４は、入力伝達部２３０の第２接続部２３５ｄに直接接続できる。よって、基板３１０がセンサチップ１００と起歪体２００との接続を妨げることはなく、力覚センサ装置１は、センサチップ１００を起歪体２００に直接取り付ける場合と同等の力覚特性を発揮することができる。

補強板３３０も、基板３１０と同様に開口部３３１を有することにより、センサチップ１００の力点１５１～１５４を露出させることができるため、力点１５１～１５４は、入力伝達部２３０の第２接続部２３５ｄに直接接続できる。よって、補強板３３０がセンサチップ１００と起歪体２００との接続を妨げることはなく、力覚センサ装置１は、センサチップ１００を起歪体２００に直接取り付ける場合と同等の力覚特性を発揮することができる。

また、センサモジュール３００の形態で検査を行うことができるため、検査を簡便に行うことができる。検査で不良と判定された場合においても、比較的高価な起歪体２００に組み付ける前の段階でセンサモジュール３００として排除できるため、最終的な廃棄コストを低減することができる。

（センサモジュール３００の変形例）
図２０は、一実施形態の変形例に係るセンサモジュール４００の上基板４１２を外した状態を例示する平面図である。図２１は、一実施形態の変形例に係るセンサモジュール４００の上基板４１２を例示する平面図である。図２２は、一実施形態の変形例に係るセンサモジュール４００を例示する平面図である。図２３は、図２２のＩＩ－ＩＩ断面を示す図である。

図２０～図２３に示すセンサモジュール４００は、図５～図８に示すセンサモジュール３００と、保護枠を有しない点、及び基板の構造が異なる点で異なる。センサモジュール４００は、図２０に示すようにキャビティ４１５を有する実装基板４１１と、実装基板４１１のキャビティ４１５内に実装され、所定の軸方向の変位を検知するセンサチップ１００と、実装基板４１１及びセンサチップ１００を覆う上基板４１２とを有する。センサチップ１００は、第２電極１１０が形成された電極形成面とは反対側に位置する裏面をキャビティ４１５の底面側に向けて実装されている。実装基板４１１は、図２３に示すようにセンサチップ１００の力点１５１～１５４を露出させる開口部４１６を備えていることが好ましい。

上基板４１２は、図２１に示すようにセンサチップ１００の第２電極１１０を露出させる開口部４１３を有する。上基板４１２の上面（一方の面）には、図２２に示すように第１電極（ボンディングパッド）４１４が形成され、第１電極４１４とセンサチップ１００の第２電極１１０とは、ボンディングワイヤ９０によって電気的に接続されている。第１電極４１４は、ワイヤボンディングにおける第１電極４１４と第２電極１１０との距離を短くする観点から、開口部４１３の周縁部に設けられていることが好ましい。上基板４１２の上面には、例えば、フレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）等の配線部材を接続してもよい。

実装基板４１１及び上基板４１２の厚さ、並びに、実装基板４１１及び上基板４１２を構成する材料は、センサモジュール３００の基板３１０と同様のものを適用することができる。

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、上述した実施形態では、起歪体を被測定物にネジで締結する例を説明したが、これに限定されず、起歪体を被測定物に固定できる締結具であれば、例えば、ボルト、リベットなど種々を使用することができる。

１ 力覚センサ装置、９０ ボンディングワイヤ、１００ センサチップ、１０１～１０５ 支持部、１１０ 第２電極、１１１～１１４ 枠部、１２１～１２４ 連結部、１３１ａ、１３１ｃ、１３１ｅ、１３１ｇ、１３２ａ、１３２ｃ、１３２ｅ、１３３ａ、１３３ｃ、１３３ｅ、１３４ａ、１３４ｃ、１３４ｅ 第１検知用梁、１３１ｂ、１３１ｄ、１３１ｆ、１３１ｈ、１３２ｂ、１３２ｄ、１３２ｆ、１３３ｂ、１３３ｄ、１３３ｆ、１３４ｂ、１３４ｄ、１３４ｆ 第２検知用梁、１３１Ｔ_１、１３１Ｔ_２、１３１Ｔ_３、１３１Ｔ_４、１３２Ｔ_１、１３２Ｔ_２、１３２Ｔ_３、１３３Ｔ_１、１３３Ｔ_２、１３３Ｔ_３、１３４Ｔ_１、１３４Ｔ_２、１３４Ｔ_３ Ｔ字型梁構造、１４１～１４４ 接続部、１５１～１５４ 力点、２００ 起歪体、２１０ 受力板、２３８ ネジ穴、２２０ 起歪部、２２４ 第１接続部、２３０ 入力伝達部、２３２ 中央部、２３４ 第１連結部、２３５ 収容部、２３５ａ 垂直支持部、２３５ｂ 水平支持部、２３５ｃ 第２連結部、２３５ｄ 第２接続部、２３８ ネジ穴、２４０ 蓋板、３００、４００ センサモジュール、３１０ 基板、３１１ 実装部、３１２ アーム部、３１３、４１４ 第１電極、３１４ 第１開口部、３２０ 保護枠、３１５、３２１、３３２ 位置決め穴、３３０ 補強板、３３１ 第２開口部、４１１ 実装基板、４１２ 上基板、４１３、４１６ 開口部、４１５ キャビティ

Claims (9)

1. 基板と、
   前記基板の一方の面に実装され、所定の軸方向の変位を検知するセンサチップと、
   前記基板の一方の面に形成された第１電極と前記センサチップの第２電極とを電気的に接続するボンディングワイヤと、
   前記基板の一方の面の周縁に、前記ボンディングワイヤと離間して設けられた保護枠と、を備えた、センサモジュール。
2. 前記保護枠の上面の位置は、前記ボンディングワイヤの頂部の位置よりも高い、請求項１に記載のセンサモジュール。
3. 前記センサチップは、前記第２電極が形成された電極形成面と、前記電極形成面とは反対側に位置する裏面と、を備え、前記裏面を前記基板の一方の面側に向けて実装され、
   前記基板は、前記センサチップの前記裏面の一部を露出させる第１開口部を有する、請求項１又は２に記載のセンサモジュール。
4. 前記センサチップは、外力が印加される力点を有し、
   前記力点は、前記第１開口部から露出している、請求項３に記載のセンサモジュール。
5. 前記基板の他方の面に補強板が設けられ、
   前記補強板は、前記力点を露出させる第２開口部を有する、請求項４に記載のセンサモジュール。
6. 前記基板は、前記センサチップが実装される実装部と、前記実装部が延設されたアーム部とを有する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のセンサモジュール。
7. 所定の軸方向の力又はモーメントを受けて変形する可動部、及び前記力又は前記モーメントを受けて変形しない非可動部、を備えた起歪部と、前記非可動部と接合され、前記力又は前記モーメントを受けて変形しない入力伝達部と、を有する起歪体と、
   前記入力伝達部に固定された、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のセンサモジュールと、を有する力覚センサ装置。
8. 前記入力伝達部は、接続部を有し、
   前記接続部は、前記センサチップの力点と接続される、請求項７に記載の力覚センサ装置。
9. 前記入力伝達部は、前記センサモジュールを収容可能な収容部を有する、請求項７又は８に記載の力覚センサ装置。

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