JP5413131B2

JP5413131B2 - Sensor array and pressure sensor manufacturing method

Info

Publication number: JP5413131B2
Application number: JP2009252512A
Authority: JP
Inventors: 博則鈴木
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2009-11-03
Filing date: 2009-11-03
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2029-11-03
Also published as: JP2011099675A

Description

本発明は、圧力センサー、前記圧力センサーを備えたセンサーアレイ、及び前記圧力センサーの製造方法に関する。 The present invention relates to a pressure sensor, a sensor array including the pressure sensor, and a method for manufacturing the pressure sensor.

従来、ダイアフラム型の超音波センサー素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この超音波センサー素子は、開口部を有する半導体基板と、開口部を閉塞して半導体基板の表面に形成された絶縁膜層上に２層の電極と、これらの２層の電極の間で挟んだＰＺＴセラミックス薄膜層（圧電膜）と備える。そして、開口部に対して平面的に積層される多層膜構造のダイアフラムと、圧電膜及び２層の電極で構成される圧電体とを有するメンブレンが形成される。この超音波センサー素子では、上下の電極からＰＺＴセラミックス薄膜層に所定の電圧を印加すると、ＰＺＴセラミックス薄膜層が面内方向に対して伸縮し、これに伴ってダイアフラムが面方向に直交する方向に撓んで振動して、超音波が出力される。
特許文献１において、ＰＺＴセラミックス薄膜層の一部は、外部に露出する構成となっている。
ところで、このような超音波センサー素子は、一般的に、圧力センサーにも適用できることが知られている。 Conventionally, a diaphragm type ultrasonic sensor element is known (see, for example, Patent Document 1).
This ultrasonic sensor element is sandwiched between a semiconductor substrate having an opening, two layers of electrodes on an insulating film layer formed on the surface of the semiconductor substrate by closing the opening, and the two layers of electrodes. It is equipped with a PZT ceramic thin film layer (piezoelectric film). Then, a membrane having a multilayer film structure laminated in a plane with respect to the opening and a piezoelectric body composed of a piezoelectric film and two layers of electrodes is formed. In this ultrasonic sensor element, when a predetermined voltage is applied to the PZT ceramic thin film layer from the upper and lower electrodes, the PZT ceramic thin film layer expands and contracts with respect to the in-plane direction, and accordingly the diaphragm extends in a direction perpendicular to the surface direction. It bends and vibrates, and ultrasonic waves are output.
In Patent Document 1, a part of the PZT ceramic thin film layer is exposed to the outside.
By the way, it is known that such an ultrasonic sensor element is generally applicable to a pressure sensor.

特開２００６−３１９９４５号公報JP 2006-319945 A

例えば、物体を把持する把持装置に前記圧力センサーを適用した場合、当該圧力センサーは、前記把持装置のアーム等により物体を把持した際の圧力をメンブレンの圧電体の撓み状態から検出する。
この場合、物体が、外部に露出する圧電膜に直接、接触してしまい、メンブレンの圧電体やダイアフラムに局所的に力が加わるおそれがある。そのため、メンブレンの圧電体やダイアフラムが破損し易いという問題がある。 For example, when the pressure sensor is applied to a gripping device that grips an object, the pressure sensor detects a pressure when the object is gripped by an arm or the like of the gripping device from the bending state of the piezoelectric body of the membrane.
In this case, the object may be in direct contact with the piezoelectric film exposed to the outside, and a force may be locally applied to the piezoelectric body or diaphragm of the membrane. Therefore, there is a problem that the piezoelectric body or diaphragm of the membrane is easily damaged.

本発明の目的は、メンブレンの破損を防止できる圧力センサー、センサーアレイ、圧力センサーの製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a pressure sensor, a sensor array, and a method for manufacturing a pressure sensor that can prevent membrane damage.

本発明の圧力センサーは、開口部を有する支持体と、前記支持体上に設けられて、前記開口部を閉塞するダイアフラムを有する支持膜、及び前記ダイアフラム上に設けられて、撓むことで電気信号を出力する圧電体を備えた圧力検出部と、前記圧力検出部上に、前記支持膜の膜厚み方向に沿う筒状の空洞部を有するとともに、前記支持膜を膜厚み方向から見た平面視において、前記空洞部の筒状内周壁が前記開口部と重なる位置、または前記開口部よりも外側に形成される枠体と、前記枠体を閉塞する封止膜と、前記空洞部の筒状内周壁、前記封止膜、前記圧力検出部により形成される内部空間に充填される圧力媒体とを備えることを特徴とする。 The pressure sensor of the present invention is provided with a support having an opening, a support film having a diaphragm provided on the support and closing the opening, and provided on the diaphragm to bend and electrically A pressure detection unit including a piezoelectric body that outputs a signal, and a cylindrical cavity portion along the film thickness direction of the support film on the pressure detection unit, and a plane in which the support film is viewed from the film thickness direction In view, the cylindrical inner peripheral wall of the hollow portion overlaps with the opening, or a frame formed outside the opening, a sealing film that closes the frame, and the cylinder of the hollow And a pressure medium filled in an internal space formed by the pressure detection part.

ところで、支持膜により開口部を閉塞する部分が、圧力を検知するダイアフラムとなっており、このダイアフラム、及びダイアフラムに積層される圧電体でメンブレンが形成されている。すなわち、圧力検出部上に形成される枠体の空洞部には、圧力検出部の一部（メンブレン）が収納されている。
本発明では、圧力検出部の圧電体が枠体に収納されて、枠体の内部空間に力を分散させる圧力媒体が充填されている。そして、枠体は封止膜で封止されている。
本発明の圧力センサーを、例えば、把持装置等に適用すると、把持装置が物体を把持する際に、物体は封止膜に当接して、圧力媒体を介して圧電体に伝達される。すなわち、物体は直接、圧電体に接触することがなく、物体が封止膜に接触する際の力が圧力媒体を介して圧力検出部に伝達される。これにより、圧力を検知する圧力検出部のダイアフラムに分散された力が加わることとなる。従って、ダイアフラムに局所的に力が加えられることを防止し、圧力検出部の破損を防止でき、ひいては、メンブレンの破損を防止できる。 By the way, the part which closes an opening part with a support film becomes a diaphragm which detects a pressure, and the membrane is formed with this diaphragm and the piezoelectric material laminated | stacked on a diaphragm. That is, a part (membrane) of the pressure detection part is accommodated in the cavity of the frame formed on the pressure detection part.
In the present invention, the piezoelectric body of the pressure detection unit is housed in the frame body, and the pressure medium for dispersing the force is filled in the internal space of the frame body. The frame is sealed with a sealing film.
When the pressure sensor of the present invention is applied to, for example, a gripping device or the like, when the gripping device grips an object, the object contacts the sealing film and is transmitted to the piezoelectric body through the pressure medium. That is, the object does not directly contact the piezoelectric body, and the force when the object contacts the sealing film is transmitted to the pressure detection unit via the pressure medium. Thereby, the distributed force is applied to the diaphragm of the pressure detection unit that detects the pressure. Therefore, it is possible to prevent a force from being locally applied to the diaphragm, to prevent the pressure detector from being damaged, and to prevent the membrane from being damaged.

本発明の圧力センサーにおいて、前記枠体は、可撓性を有することが好ましい。 In the pressure sensor of the present invention, it is preferable that the frame body has flexibility.

ところで、枠体が可撓性を有しない材質で形成される場合において、枠体に力が加わると、枠体が収縮することがないため、ダイアフラムに力が伝達されず、圧力を検知できないおそれがある。
そこで、本発明によれば、枠体が可撓性を有するので、枠体に力が加わると、枠体が収縮する。そして、力が枠体の内部空間に充填される圧力媒体を介して、ダイアフラムに伝達されて、圧力を良好に検知できる。 By the way, in the case where the frame body is formed of a material having no flexibility, if a force is applied to the frame body, the frame body does not contract, so that the force is not transmitted to the diaphragm and the pressure may not be detected. There is.
Therefore, according to the present invention, since the frame body has flexibility, when a force is applied to the frame body, the frame body contracts. And force is transmitted to a diaphragm via the pressure medium with which the internal space of a frame is filled, and a pressure can be detected favorably.

本発明のセンサーアレイは、上述の圧力センサーと、開口部を有する支持体、前記支持体上に設けられて、前記開口部を閉塞するダイアフラムを有する支持膜、及び前記ダイアフラム上に設けられて、電圧の印加により撓む圧電体を有する超音波センサーとを備えることを特徴とする。 The sensor array of the present invention is provided on the above-described pressure sensor, a support having an opening, a support film having a diaphragm provided on the support and closing the opening, and the diaphragm. And an ultrasonic sensor having a piezoelectric body that bends when a voltage is applied.

本発明によれば、センサーアレイは、圧力センサー及び超音波センサーの２種類のセンサーを備えるので、例えば、本発明のセンサーアレイを物体が把持される把持装置のアーム等に適用することで、超音波センサーで物体を認識し、アーム等で物体を把持した状態の圧力を圧力センサーで検知することができる。
また、超音波センサーは、圧力センサーを構成する枠体、圧力媒体、及び封止膜を除いた構成部材で構成すればよいので、超音波センサーを容易に製造できる。すなわち、圧力センサーを製造する過程で、超音波センサーを製造することができる。従って、センサーアレイの製造工程を簡素化でき、製造コストを低減できる。 According to the present invention, since the sensor array includes two types of sensors, a pressure sensor and an ultrasonic sensor, for example, by applying the sensor array of the present invention to an arm of a gripping device that grips an object, An object is recognized by a sound wave sensor, and a pressure in a state where the object is held by an arm or the like can be detected by a pressure sensor.
Moreover, since an ultrasonic sensor should just be comprised with the structural member except the frame, pressure medium, and sealing film which comprises a pressure sensor, an ultrasonic sensor can be manufactured easily. That is, an ultrasonic sensor can be manufactured in the process of manufacturing a pressure sensor. Therefore, the manufacturing process of the sensor array can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.

本発明のセンサーアレイにおいて、複数の前記圧力センサー及び前記超音波センサーを備え、前記圧力センサー及び前記超音波センサーは、交互に配置される２次元アレイ構造に形成されることが好ましい。 The sensor array of the present invention preferably includes a plurality of the pressure sensors and the ultrasonic sensors, and the pressure sensors and the ultrasonic sensors are formed in a two-dimensional array structure arranged alternately.

ここで、例えば、圧力センサーのみが形成される箇所、または超音波センサーのみが形成される箇所を有するセンサーアレイを構成する場合では、超音波センサーにより物体を認識する位置と、圧力センサーにより物体を把持する力を検出する位置とが異なる場合があり、各センサーの検出位置にばらつきが生じるおそれがある。
これに対して、本発明では、圧力センサー及び超音波センサーが交互に配置される２次元アレイ構造を有するので、超音波センサーにより物体を認識する位置と、圧力センサーにより物体を把持する力を検知する位置とにばらつきが生じることがない。 Here, for example, in the case of configuring a sensor array having a place where only the pressure sensor is formed or a place where only the ultrasonic sensor is formed, the position where the object is recognized by the ultrasonic sensor, and the object is detected by the pressure sensor. The position where the gripping force is detected may be different, and the detection position of each sensor may vary.
On the other hand, the present invention has a two-dimensional array structure in which pressure sensors and ultrasonic sensors are alternately arranged, so that a position where an object is recognized by the ultrasonic sensor and a force for gripping the object by the pressure sensor are detected. There is no variation in the position to be performed.

本発明のセンサーアレイにおいて、前記圧力センサー及び前記超音波センサーが配置されるセンサー基板を備え、前記圧力センサー及び前記超音波センサーは、前記センサー基板上にそれぞれ互いに独立して配置されていることが好ましい。 The sensor array of the present invention includes a sensor substrate on which the pressure sensor and the ultrasonic sensor are arranged, and the pressure sensor and the ultrasonic sensor are arranged independently of each other on the sensor substrate. preferable.

ここで、例えば、超音波センサーと圧力センサーとが隣接して配置されている場合には、超音波センサーの圧電体の振動が隣接する圧力センサーのダイアフラムに伝達され、ダイアフラムが圧力を正確に検知できないおそれがある。
これに対して、本発明では、超音波センサー及び圧力センサーは、センサー基板上に互いに独立して配置されるので、超音波センサーのダイアフラムの振動が圧力センサーに伝達されることがない。すなわち、圧力センサーの圧電体やダイアフラムに超音波センサーからの振動により影響を受けることがないので、圧力センサーは圧力を精度良く検知できる。 Here, for example, when the ultrasonic sensor and the pressure sensor are arranged adjacent to each other, the vibration of the piezoelectric body of the ultrasonic sensor is transmitted to the diaphragm of the adjacent pressure sensor, and the diaphragm accurately detects the pressure. It may not be possible.
On the other hand, in the present invention, since the ultrasonic sensor and the pressure sensor are arranged independently from each other on the sensor substrate, the vibration of the diaphragm of the ultrasonic sensor is not transmitted to the pressure sensor. That is, since the piezoelectric body and diaphragm of the pressure sensor are not affected by vibration from the ultrasonic sensor, the pressure sensor can accurately detect the pressure.

本発明の圧力センサーの製造方法は、上述の圧力センサーの製造方法であって、センサー基板上に支持膜を形成し、この支持膜上に圧電体を形成して、圧力検出部を形成する圧力検出部形成工程と、前記圧力検出部上に前記圧電体を覆う枠体層を形成する枠体層形成工程と、前記枠体層形成工程により形成される前記枠体層の一部を除去して、筒状内周壁を有する空洞部を備えた枠体を形成する枠体形成工程と、前記空洞部内に圧力媒体を充填する充填工程と、ロールコートにより前記空洞部を閉塞し、前記圧力媒体を封止する封止膜を形成する膜形成工程とを備えることを特徴とする。 The pressure sensor manufacturing method of the present invention is the pressure sensor manufacturing method described above, in which a support film is formed on a sensor substrate, a piezoelectric body is formed on the support film, and a pressure detection unit is formed. Removing a part of the frame layer formed by the detection unit forming step, the frame layer forming step of forming a frame layer covering the piezoelectric body on the pressure detection unit, and the frame layer forming step; A frame forming step for forming a frame having a hollow portion having a cylindrical inner peripheral wall, a filling step for filling the hollow portion with a pressure medium, the hollow portion being closed by roll coating, and the pressure medium And a film forming step for forming a sealing film for sealing.

本発明によれば、上述したメンブレンを収納する空洞部を有する枠体を形成する枠体形成工程と、枠体の内部空間に圧力媒体が充填される充填工程と、圧力媒体を封止する膜形成工程とを備えるので、上述した圧力センサーと同様の効果を奏する。 According to the present invention, a frame forming process for forming a frame having a cavity for housing the above-described membrane, a filling process for filling the internal space of the frame with a pressure medium, and a film for sealing the pressure medium Since the forming step is provided, the same effect as that of the pressure sensor described above can be obtained.

本発明の本実施形態に係るロボットの概略図。The schematic diagram of the robot concerning this embodiment of the present invention. 前記実施形態に係るセンサーアレイを示す斜視図。The perspective view which shows the sensor array which concerns on the said embodiment. 前記実施形態に係る超音波センサー及び圧力センサーを示す断面図。Sectional drawing which shows the ultrasonic sensor and pressure sensor which concern on the said embodiment. 前記センサーアレイの製造工程を示す図。The figure which shows the manufacturing process of the said sensor array. 前記センサーアレイの製造工程を示す図。The figure which shows the manufacturing process of the said sensor array. 前記センサーアレイの製造工程を示す図。The figure which shows the manufacturing process of the said sensor array. 前記センサーアレイの製造工程を示す図。The figure which shows the manufacturing process of the said sensor array. 本発明に係る変形例を示す図。The figure which shows the modification based on this invention.

以下、本発明に係る本実施形態を図面に基づいて説明する。
［把持装置の概略構成］
図１は、把持装置１の概略図である。
把持装置１は、例えば、物体１０を把持する装置であり、物体１０の位置を認識して物体を把持するものである。この把持装置１は、支持部材２と、支持部材２から延出する一対のアーム３とを備えている。
支持部材２は、長手棒状に形成され、一対のアーム３を互いに近接離間させる駆動機構を備えるものである。
各アーム３は、物体１０を把持する部分であり、互いに近接離間する方向に動作する。このアーム３と物体１０とが接触する部分には、例えば、略矩形状の把持面３１が形成される。この把持面３１には、センサーアレイ４（図２参照）が取り付けられている。 Hereinafter, the present embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[Schematic configuration of gripping device]
FIG. 1 is a schematic view of the gripping device 1.
The gripping device 1 is a device that grips the object 10, for example, and recognizes the position of the object 10 to grip the object. The gripping device 1 includes a support member 2 and a pair of arms 3 extending from the support member 2.
The support member 2 is formed in a long bar shape and includes a drive mechanism that moves the pair of arms 3 close to and away from each other.
Each arm 3 is a part that grips the object 10 and operates in a direction of approaching and separating from each other. For example, a substantially rectangular gripping surface 31 is formed at a portion where the arm 3 and the object 10 are in contact with each other. A sensor array 4 (see FIG. 2) is attached to the gripping surface 31.

［センサーアレイの構成］
図２は、センサーアレイ４を示す斜視図である。
センサーアレイ４は、例えば、触覚センサーであり、物体１０の位置を検知した後、物体１０を把持した状態を検知するものである。このセンサーアレイ４は、センサー基板４１と、センサー基板４１上に実装される複数の超音波センサー５及び圧力センサー６とを備えている。また、センサーアレイ４には、これらセンサー５，６が例えば、所定の第１方向（Ｘ方向）、及びこの第１方向（Ｘ方向）に直交する第２方向（Ｙ方向）に沿ってそれぞれ交互に等間隔に設けられている。これらのセンサー５，６は、それぞれ独立してセンサー基板４１上に設けられ、センサー基板４１上に形成される電極パターンを介して図示しない制御部に導通される。 [Configuration of sensor array]
FIG. 2 is a perspective view showing the sensor array 4.
The sensor array 4 is, for example, a tactile sensor, and detects the state of gripping the object 10 after detecting the position of the object 10. The sensor array 4 includes a sensor substrate 41 and a plurality of ultrasonic sensors 5 and pressure sensors 6 mounted on the sensor substrate 41. Further, in the sensor array 4, these sensors 5 and 6 are alternately arranged along a predetermined first direction (X direction) and a second direction (Y direction) orthogonal to the first direction (X direction), for example. Are provided at equal intervals. These sensors 5 and 6 are independently provided on the sensor substrate 41 and are electrically connected to a control unit (not shown) through an electrode pattern formed on the sensor substrate 41.

［超音波センサーの構成］
図３（Ａ）は、超音波センサー５の構成を示す断面図である。
超音波センサー５は、物体１０に対して超音波を発信して、反射波を受信することで物体１０の有無や物体１０までの距離を検知するものである。この超音波センサー５は、支持体５１上に順に積層される支持膜５２、圧電体５３、枠体５４、及び保護膜５５を備えている。 [Configuration of ultrasonic sensor]
FIG. 3A is a cross-sectional view showing the configuration of the ultrasonic sensor 5.
The ultrasonic sensor 5 detects the presence of the object 10 and the distance to the object 10 by transmitting ultrasonic waves to the object 10 and receiving reflected waves. The ultrasonic sensor 5 includes a support film 52, a piezoelectric body 53, a frame body 54, and a protective film 55 that are sequentially stacked on the support body 51.

支持体５１は、単結晶シリコン基板により形成され、約２００μｍ程度の厚さに形成されている。また、支持体５１には、支持膜５２を膜厚み方向から見た平面視において、円形状の開口部５１Ａがドライエッチングにより形成されている。 The support 51 is formed of a single crystal silicon substrate and has a thickness of about 200 μm. Further, in the support 51, a circular opening 51A is formed by dry etching in a plan view of the support film 52 viewed from the film thickness direction.

支持膜５２は、支持体５１の開口部５１Ａを閉塞し、支持体５１の表面に積層される第１酸化膜５２Ａと第２酸化膜５２Ｂとで構成され、２層で形成されている。そして、支持膜５２により開口部５１Ａを閉塞される部分が、ダイアフラム７となっている。このダイアフラム７と、ダイアフラム７に積層される圧電体５３とでメンブレン８が構成される。 The support film 52 is composed of a first oxide film 52A and a second oxide film 52B that are stacked on the surface of the support 51 and closes the opening 51A of the support 51, and is formed of two layers. A portion where the opening 51 </ b> A is blocked by the support film 52 is a diaphragm 7. A membrane 8 is constituted by the diaphragm 7 and the piezoelectric body 53 laminated on the diaphragm 7.

第１酸化膜５２Ａは、例えば、ＳｉＯ_２により形成されて、支持体５１の単結晶シリコン基板の表面を熱酸化させることで約１μｍ程度の厚さに形成されている。なお、第１酸化膜５２Ａは、表面を熱酸化させる以外に、ＴＥＯＳ（Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン）を用いたＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）法、スパッタリング、蒸着、塗布等によって形成してもよい。 The first oxide film 52A is formed of, for example, SiO ₂ and is formed to a thickness of about 1 μm by thermally oxidizing the surface of the single crystal silicon substrate of the support 51. The first oxide film 52A is formed by CVD (Chemical Vapor Deposition) using TEOS (Tetraethoxysilane), sputtering, vapor deposition, coating, etc., in addition to thermally oxidizing the surface. May be.

第２酸化膜５２Ｂは、例えば、ＺｒＯ_２により形成されて、Ｚｒをスパッタリングで成膜し、熱酸化させることにより約３μｍ程度の厚さとなるように、第１酸化膜５２Ａ上に形成されている。この第２酸化膜５２Ｂは、圧電体５３の後述する圧電膜５３１の焼成形成時の圧電膜５３１の剥離を防止するための層である。すなわち、圧電膜５３１（例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛））の焼成時、第２酸化膜５２Ｂが形成されていない場合、Ｐｈが第１酸化膜５２Ａに拡散することで、第２酸化膜５２Ｂの融点が下がり、第１酸化膜５２Ａの表面に気泡が生じて、この気泡により圧電膜５３１が剥離してしまう。また、第２酸化膜５２Ｂがない場合、圧電膜５３１の歪みに対する撓み効率が低下するなどの問題もある。これに対して、第２酸化膜５２Ｂが第１酸化膜５２Ａ上に形成される場合、圧電膜５３１の剥離や、撓み効率の低下などの不都合を回避することが可能となる。
なお、第２酸化膜５２Ｂは、スパッタリング法以外に、ＣＶＤ法、蒸着、塗布等によって形成してもよい。 The second oxide film 52B is formed of, for example, ZrO ₂ , and is formed on the first oxide film 52A so as to have a thickness of about 3 μm by depositing Zr by sputtering and performing thermal oxidation. . The second oxide film 52B is a layer for preventing the piezoelectric film 531 from peeling when the piezoelectric film 531, which will be described later, is formed by firing. That is, when the second oxide film 52B is not formed at the time of firing the piezoelectric film 531 (for example, PZT (lead zirconate titanate)), Ph diffuses into the first oxide film 52A, thereby the second oxide film 52B. As a result, the melting point of the first oxide film 52A decreases, bubbles are generated on the surface of the first oxide film 52A, and the piezoelectric film 531 is peeled off by the bubbles. Further, when the second oxide film 52B is not provided, there is a problem that the bending efficiency with respect to the distortion of the piezoelectric film 531 is lowered. On the other hand, when the second oxide film 52B is formed on the first oxide film 52A, it is possible to avoid inconveniences such as peeling of the piezoelectric film 531 and a decrease in bending efficiency.
Note that the second oxide film 52B may be formed by CVD, vapor deposition, coating, or the like in addition to the sputtering method.

ここで、開口部５１Ａの径寸法Ｄは、ダイアフラム７の固有振動数に応じて、例えば約１００μｍ〜数百μｍ程度の範囲で適宜設定されている。このダイアフラム７が振動することで、超音波が圧電体５３側に向けて発信されている。 Here, the diameter D of the opening 51A is appropriately set in a range of about 100 μm to several hundred μm, for example, according to the natural frequency of the diaphragm 7. As the diaphragm 7 vibrates, ultrasonic waves are transmitted toward the piezoelectric body 53 side.

圧電体５３は、センサー平面視において、開口部５１Ａと同心円に形成される膜状部材であり、圧電体５３の径寸法は、開口部５１Ａの径寸法Ｄよりも小さく形成されている。この圧電体５３は、圧電膜５３１と、圧電膜５３１に電圧を印加する電極（下部電極５３２及び上部電極５３３）とを備えている。 The piezoelectric body 53 is a film-like member formed concentrically with the opening 51A in the sensor plan view, and the diameter of the piezoelectric 53 is smaller than the diameter D of the opening 51A. The piezoelectric body 53 includes a piezoelectric film 531 and electrodes (a lower electrode 532 and an upper electrode 533) that apply a voltage to the piezoelectric film 531.

圧電膜５３１は、例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛：lead zirconate titanate）を膜状にして形成されている。なお、本実施形態では、圧電膜５３１としてＰＺＴを用いるが、電圧を印加することで、面内方向に収縮することが可能な素材であれば、いかなる素材を用いてもよく、例えばチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ、Ｌａ）ＴｉＯ_３）などを用いてもよい。 The piezoelectric film 531 is formed, for example, using PZT (lead zirconate titanate) as a film. In this embodiment, PZT is used as the piezoelectric film 531. However, any material may be used as long as it can be contracted in the in-plane direction by applying a voltage, for example, lead titanate. (PbTiO ₃ ), lead zirconate (PbZrO ₃ ), lead lanthanum titanate ((Pb, La) TiO ₃ ), or the like may be used.

下部電極５３２及び上部電極５３３は、圧電膜５３１を挟んで形成される電極である。
下部電極５３２は、圧電膜５３１のダイアフラム７に対向する面に形成されている。上部電極５３３は、圧電膜５３１のダイアフラム７に対向する面とは反対側の面に形成されている。
これらの上部電極５３３および下部電極５３２は、それぞれダイアフラム７の裏面側（開口部５１Ａ側）に形成される図示しない引出部により引き出されて、センサーアレイ４の制御部に接続されており、制御部から入力される電圧信号により圧電膜５３１に所定の電圧を印加する。 The lower electrode 532 and the upper electrode 533 are electrodes formed with the piezoelectric film 531 interposed therebetween.
The lower electrode 532 is formed on the surface of the piezoelectric film 531 facing the diaphragm 7. The upper electrode 533 is formed on the surface of the piezoelectric film 531 opposite to the surface facing the diaphragm 7.
The upper electrode 533 and the lower electrode 532 are each drawn out by a drawing portion (not shown) formed on the back surface side (opening portion 51A side) of the diaphragm 7, and are connected to the control unit of the sensor array 4. A predetermined voltage is applied to the piezoelectric film 531 according to a voltage signal input from.

枠体５４は、可撓性を有する合成樹脂材の永久レジスト（ドライフィルムレジスト）で円筒状に形成され、約１００μｍ〜６００μｍの厚さに形成されている。また、枠体５４に設けられる筒状内周壁５４１によって、支持膜５２の膜厚方向に沿う空洞部５４Ａが形成される。そして、枠体５４の内径寸法は、開口部５１Ａの径寸法Ｄと略同一寸法となっているため、枠体５４の空洞部５４Ａには、メンブレン８が収納されるようになっている。 The frame body 54 is formed in a cylindrical shape with a permanent resist (dry film resist) of a synthetic resin material having flexibility, and has a thickness of about 100 μm to 600 μm. Further, the cylindrical inner peripheral wall 541 provided in the frame body 54 forms a cavity portion 54 </ b> A along the film thickness direction of the support film 52. Since the inner diameter dimension of the frame body 54 is substantially the same as the diameter dimension D of the opening 51A, the membrane 8 is accommodated in the hollow section 54A of the frame body 54.

保護膜５５は、物体１０と接触する部分であり、枠体５４と同様に可撓性を有する合成樹脂材の永久レジスト（ドライフィルムレジスト）で形成され、約１００μｍの厚さに形成されている。また、この保護膜５５は、リング状に形成されて、枠体５４の上端面を覆っている。
なお、枠体５４または保護膜５５を形成する材料としては、永久レジストの他、感光性樹脂膜を用いてもよい。 The protective film 55 is in contact with the object 10 and is formed of a permanent resist (dry film resist) made of a synthetic resin material having flexibility similar to the frame body 54, and has a thickness of about 100 μm. . The protective film 55 is formed in a ring shape and covers the upper end surface of the frame body 54.
As a material for forming the frame body 54 or the protective film 55, a photosensitive resin film may be used in addition to the permanent resist.

［超音波センサーの動作］
上述の超音波センサー５では、制御部から圧電体５３の電極５３２，５３３間に所定の駆動電圧が印加されると、圧電膜５３１が面方向に伸長したり、収縮したりする。
圧電膜５３１が面方向に収縮すると、ダイアフラム７の圧電体５３側が面方向に収縮されて、ダイアフラム７が支持体５１側に向かって凸状に撓む。また、圧電膜５３１が面方向に伸長すると、ダイアフラム７の圧電体５３側が面方向に伸長されて、ダイアフラム７が圧電体５３側に向かって凸状に撓む。
これにより、ダイアフラム７が支持膜５２の面方向に直交する方向に振動し、ダイアフラム７から所定の駆動電圧の周期に応じた振動数の超音波が発信される。すなわち、ダイアフラム７は、物体１０へ向けて超音波を発信する発信部として機能する。さらに、このダイアフラム７は、物体１０で反射された超音波を受信する受信部としても機能する。すなわち、センサーアレイ４の制御部では、超音波を発信してから物体１０で反射された超音波を受信するまでの時間及び振動の強さにより、物体１０の位置を検出できる。 [Operation of ultrasonic sensor]
In the ultrasonic sensor 5 described above, when a predetermined drive voltage is applied between the electrodes 532 and 533 of the piezoelectric body 53 from the control unit, the piezoelectric film 531 expands or contracts in the surface direction.
When the piezoelectric film 531 contracts in the plane direction, the piezoelectric body 53 side of the diaphragm 7 contracts in the plane direction, and the diaphragm 7 bends in a convex shape toward the support body 51 side. Further, when the piezoelectric film 531 extends in the surface direction, the piezoelectric body 53 side of the diaphragm 7 extends in the surface direction, and the diaphragm 7 bends in a convex shape toward the piezoelectric body 53 side.
Thereby, the diaphragm 7 vibrates in a direction orthogonal to the surface direction of the support film 52, and ultrasonic waves having a frequency corresponding to a predetermined drive voltage cycle are transmitted from the diaphragm 7. That is, the diaphragm 7 functions as a transmitter that transmits ultrasonic waves toward the object 10. Further, the diaphragm 7 also functions as a receiving unit that receives the ultrasonic waves reflected by the object 10. That is, the control unit of the sensor array 4 can detect the position of the object 10 based on the time from when the ultrasonic wave is transmitted until the ultrasonic wave reflected by the object 10 is received and the intensity of vibration.

［圧力センサーの構成］
図３（Ｂ）は、圧力センサー６を示す断面図である。
圧力センサー６は、把持装置１のアーム３が物体１０を把持した際の圧力を検知するものである。この圧力センサー６は、支持体６１上に順に積層される支持膜６２、圧電体６３（圧電膜６３１、下部電極６３２、及び上部電極６３３）、枠体６４、及び封止膜６５を備えている。
ここで、支持体６１、支持膜６２、圧電体６３、及び枠体６４の構成は、超音波センサー５の支持体５１、支持膜５２、圧電体５３、及び枠体５４とそれぞれ同様の構成であるため、説明を省略する。
また、支持膜６２及び圧電体６３により、圧力検出部９が構成される。 [Configuration of pressure sensor]
FIG. 3B is a cross-sectional view showing the pressure sensor 6.
The pressure sensor 6 detects the pressure when the arm 3 of the gripping device 1 grips the object 10. The pressure sensor 6 includes a support film 62, a piezoelectric body 63 (piezoelectric film 631, lower electrode 632, and upper electrode 633), a frame body 64, and a sealing film 65 that are sequentially stacked on the support body 61. .
Here, the configurations of the support body 61, the support film 62, the piezoelectric body 63, and the frame body 64 are the same as those of the support body 51, the support film 52, the piezoelectric body 53, and the frame body 54 of the ultrasonic sensor 5, respectively. Therefore, the description is omitted.
Further, the pressure detection unit 9 is configured by the support film 62 and the piezoelectric body 63.

枠体６４は、超音波センサー５の枠体５４と同様に円筒状に形成され、空洞部６４Ａを有する。そして、空洞部６４Ａには、支持膜６２により開口部６１Ａを閉塞する部分であるダイアフラム７と、ダイアフラム７上に設けられる圧電体６３を備えたメンブレン８とが収納されている。
これにより、空洞部６４Ａの筒状内周壁６４１と、封止膜６５と、圧力検出部９とで形成される内部空間６６には、圧力媒体としてのシリコーンオイル２０が充填される。
封止膜６５は、内部空間６６を閉塞して、シリコーンオイル２０を封止するものである。なお、内部空間６６に充填される材料としては、圧力を分散する材料であればよく、シリコーンオイル２０の他、例えば、シリコーンゴム、ポリマーゲル、合成ゲル、天然ゲル、ポリマー樹脂等を用いてもよい。 The frame body 64 is formed in a cylindrical shape like the frame body 54 of the ultrasonic sensor 5, and has a hollow portion 64A. The hollow portion 64 </ b> A accommodates the diaphragm 7, which is a portion that closes the opening 61 </ b> A with the support film 62, and the membrane 8 including the piezoelectric body 63 provided on the diaphragm 7.
As a result, the internal space 66 formed by the cylindrical inner peripheral wall 641 of the hollow portion 64A, the sealing film 65, and the pressure detection unit 9 is filled with the silicone oil 20 as a pressure medium.
The sealing film 65 closes the internal space 66 and seals the silicone oil 20. The material filled in the internal space 66 may be any material that disperses pressure. For example, silicone rubber, polymer gel, synthetic gel, natural gel, polymer resin, or the like may be used in addition to the silicone oil 20. Good.

封止膜６５は、保護膜５５と同様に、物体１０と接触する部分であり、内部空間６６を閉塞するように、円形状に形成されている。また、封止膜６５は、シリコーンオイル２０を封止するとともに、物体１０に接触する部分である。なお、この封止膜６５は、保護膜５５と同様の材質で形成されている。
シリコーンオイル２０が内部空間６６に充填されることで、物体１０が封止膜６５に接触する際の衝撃をメンブレン８全体に分散している。 Similar to the protective film 55, the sealing film 65 is a portion that contacts the object 10 and is formed in a circular shape so as to close the internal space 66. The sealing film 65 is a portion that seals the silicone oil 20 and contacts the object 10. The sealing film 65 is made of the same material as the protective film 55.
By filling the internal space 66 with the silicone oil 20, the impact when the object 10 contacts the sealing film 65 is dispersed throughout the membrane 8.

［圧力センサーの動作］
上述した圧力センサー６では、物体１０がアーム３により把持されると、封止膜６５に当接して、枠体６４が厚さ方向において収縮する。この際、枠体６４の内部空間６６に充填されるシリコーンオイル２０によって、物体１０が封止膜６５に当接した際の力をメンブレン８全体に分散し、力がダイアフラム７へ伝達される。そして、ダイアフラム７が伝達された力で撓み、圧電膜６３１に撓み量に応じた電圧が発生する。これにより、上部電極６３３及び下部電極６３２から発生した電圧に応じた電気信号が出力されて、圧力を検出する。 [Pressure sensor operation]
In the pressure sensor 6 described above, when the object 10 is gripped by the arm 3, the frame body 64 contracts in the thickness direction in contact with the sealing film 65. At this time, the silicone oil 20 filled in the internal space 66 of the frame body 64 disperses the force when the object 10 abuts against the sealing film 65 over the entire membrane 8, and the force is transmitted to the diaphragm 7. The diaphragm 7 is bent by the transmitted force, and a voltage corresponding to the amount of bending is generated in the piezoelectric film 631. As a result, an electrical signal corresponding to the voltage generated from the upper electrode 633 and the lower electrode 632 is output, and the pressure is detected.

［センサーアレイの製造方法］
次に、センサーアレイ４の製造方法について説明する。
図４〜図７は、センサーアレイ４の製造工程を示す図である。これらの図４〜図７では、左側に超音波センサー５の製造工程、右側に圧力センサー６の製造工程を示している。
まず、開口部５１Ａ，６１Ａが形成されていない支持体５１，６１（厚さが約６５０μｍ）となる単結晶シリコン基板を用意し、表面を熱酸化させることで、図４（Ａ）に示すように、ＳｉＯ_２で形成された第１酸化膜５２Ａ，６２Ａを約１μｍ程度の厚さで積層する。そして、第１酸化膜５２Ａ，６２Ａ上に、Ｚｒをスパッタリングで成膜し、熱酸化させることにより、ＺｒＯ_２で形成された第２酸化膜５２Ｂ，６２Ｂを約３μｍ程度の厚さで積層し、支持膜５２，６２（図３参照）を形成する。 [Method for manufacturing sensor array]
Next, a method for manufacturing the sensor array 4 will be described.
4-7 is a figure which shows the manufacturing process of the sensor array 4. FIG. 4 to 7 show the manufacturing process of the ultrasonic sensor 5 on the left side and the manufacturing process of the pressure sensor 6 on the right side.
First, as shown in FIG. 4 (A), a single crystal silicon substrate to be a support 51, 61 (thickness of about 650 μm) in which openings 51A, 61A are not formed is prepared, and the surface is thermally oxidized. In addition, first oxide films 52A and 62A made of SiO ₂ are stacked with a thickness of about 1 μm. Then, Zr is formed by sputtering on the first oxide films 52A and 62A and thermally oxidized, thereby stacking the second oxide films 52B and 62B formed of ZrO ₂ with a thickness of about 3 μm. Support films 52 and 62 (see FIG. 3) are formed.

次に、所定の圧力下のアルゴンガスの雰囲気内において、下部電極５３２，６３２が、図４（Ｂ）に示すように、第２酸化膜５２Ｂ，６２Ｂ上にスパッタリング成膜される。そして、支持体５１，６１上に支持膜５２，６２が形成された面と反対側の面にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法により露光・現像して、さらにエッチング処理により、下部電極５３２，６３２をパターニングする。
次に、圧電膜５３１，６３１が、図４（Ｃ）に示すように、下部電極５３２，６３２に対してスパッタリング成膜される。そして、フォトリソグラフィ法、及びエッチング処理により、圧電膜５３１，６３１をパターニングする。
次に、上部電極５３３，６３３が、図５（Ａ）に示すように、下部電極５３２，６３２、及び第２酸化膜５２Ｂ，６２Ｂを覆うように、スパッタリング成膜される。そして、フォトリソグラフィ法、及びエッチング処理により、上部電極５３３，６３３をパターニングする。これにより、圧力センサー６側には、圧力検出部９が形成される（圧力検出部形成工程）。 Next, in an argon gas atmosphere under a predetermined pressure, lower electrodes 532 and 632 are formed by sputtering on the second oxide films 52B and 62B as shown in FIG. Then, a photoresist is applied to the surface opposite to the surface on which the support films 52 and 62 are formed on the supports 51 and 61, exposed and developed by a photolithography method, and further etched to form the lower electrodes 532 and 532. 632 is patterned.
Next, the piezoelectric films 531 and 631 are formed by sputtering on the lower electrodes 532 and 632 as shown in FIG. Then, the piezoelectric films 531 and 631 are patterned by photolithography and etching.
Next, as shown in FIG. 5A, the upper electrodes 533 and 633 are formed by sputtering so as to cover the lower electrodes 532 and 632 and the second oxide films 52B and 62B. Then, the upper electrodes 533 and 633 are patterned by photolithography and etching. Thereby, the pressure detection part 9 is formed in the pressure sensor 6 side (pressure detection part formation process).

次に、支持体５１，６１が、図５（Ｂ）に示すように、厚さが約２００μｍとなるように研削される。これは、最初の工程で、支持体５１，６１を所望の厚さ寸法に研削したものを用意すると、製造工程中に支持体５１，６１が反ってしまうおそれがあるためである。
次に、上部電極５３３，６３３上に、図５（Ｃ）に示すように、ドライフィルムレジストをスピンコート装置、またはスキージを用いて塗布する。これにより、空洞部５４Ａ，６４Ａが形成されていない枠体層７０が圧電体５３，６３を覆うように形成される（枠体層形成工程）。
そして、上部電極５３３，６３３上に塗布されたドライフィルムレジストをフォトリソグラフィ法により露光・現像して、さらにエッチング処理により、図６（Ａ）に示すように、枠体層７０を所望の形状にパターニングすることで空洞部５４Ａ，６４Ａを有し、互いに独立する枠体５４，６４が形成される（枠体形成工程）。 Next, as shown in FIG. 5B, the supports 51 and 61 are ground to a thickness of about 200 μm. This is because the support bodies 51 and 61 may be warped during the manufacturing process if the support bodies 51 and 61 are ground to the desired thickness in the first step.
Next, as shown in FIG. 5C, a dry film resist is applied over the upper electrodes 533 and 633 using a spin coater or a squeegee. Thereby, the frame body layer 70 in which the cavities 54A and 64A are not formed is formed so as to cover the piezoelectric bodies 53 and 63 (frame body layer forming step).
Then, the dry film resist applied on the upper electrodes 533 and 633 is exposed and developed by a photolithography method, and further etched to form the frame layer 70 in a desired shape as shown in FIG. By patterning, the frame bodies 54 and 64 having the cavity portions 54A and 64A and independent of each other are formed (frame body forming step).

そして、圧力センサー６の枠体６４の内部空間６６には、図６（Ｂ）に示すように、シリコーンオイル２０が充填される（充填工程）。この際、連なって形成される上部電極５３３，６３３、支持膜５２，６２、及び支持体５１，６１を枠体５４と枠体６４との間で直線Ｌに沿って縁切りする。
次に、枠体５４，６４の上面にドライフィルムレジストをロールコーター装置により、図６（Ｃ）に示すように塗布する。そして、塗布されたドライフィルムレジストをフォトリソグラフィ法により露光・現像して、さらにエッチング処理により、図７（Ａ）に示すように、保護膜５５及び封止膜６５を所望の形状にパターニングする（膜形成工程）。
そして、支持体５１，６１の下面側をドライエッチングすることで、図７（Ｂ）に示すように、枠体５４，６４の内径寸法と略同一の径寸法Ｄを有する開口部５１Ａ，６１Ａが形成される。
以上により、支持体５１，６１上に複数の超音波センサー５、及び圧力センサー６が形成される。 Then, as shown in FIG. 6B, the silicone oil 20 is filled into the internal space 66 of the frame body 64 of the pressure sensor 6 (filling step). At this time, the upper electrodes 533 and 633, the support films 52 and 62, and the support bodies 51 and 61 formed in a row are cut along a straight line L between the frame body 54 and the frame body 64.
Next, a dry film resist is applied to the upper surfaces of the frames 54 and 64 by a roll coater as shown in FIG. Then, the applied dry film resist is exposed and developed by a photolithography method, and further, by etching, the protective film 55 and the sealing film 65 are patterned into a desired shape as shown in FIG. Film formation step).
Then, by performing dry etching on the lower surface side of the supports 51 and 61, as shown in FIG. 7B, the openings 51A and 61A having a diameter D substantially the same as the inner diameter of the frames 54 and 64 are formed. It is formed.
As described above, the plurality of ultrasonic sensors 5 and the pressure sensor 6 are formed on the supports 51 and 61.

上述した本実施形態の圧力センサー６、センサーアレイ４、及び圧力センサー６の製造方法によれば、以下の効果を奏する。
本実施形態よれば、メンブレン８の圧電体６３が枠体６４に収納されて、枠体６４の内部空間６６に力を分散させるシリコーンオイル２０が充填されている。そして、枠体６４は封止膜６５で封止されている。これによれば、把持装置１のアーム３が物体１０を把持すると、物体１０は封止膜６５に当接して、この状態での力がシリコーンオイル２０を介してメンブレン８に伝達される。すなわち、物体１０は直接、圧電膜６３１に接触することがなく、物体１０が封止膜６５に接触する際の力がシリコーンオイル２０を介してメンブレン８に伝達されるため、圧力を検知するメンブレン８のダイアフラム７に分散された力が加わることとなる。従って、ダイアフラム７に局所的に力が加えられることを防止でき、メンブレン８の破損を防止できる。
また、枠体６４が可撓性を有する合成樹脂の永久レジストで形成されるので、枠体６４に力が加わると、枠体６４が収縮する。そして、力が枠体６４の内部空間６６に充填されるシリコーンオイル２０を介して、メンブレン８のダイアフラム７に伝達されて、圧力を良好に検知できる。 According to the manufacturing method of the pressure sensor 6, the sensor array 4, and the pressure sensor 6 of the present embodiment described above, the following effects are obtained.
According to the present embodiment, the piezoelectric body 63 of the membrane 8 is housed in the frame body 64 and filled with the silicone oil 20 that disperses the force in the internal space 66 of the frame body 64. The frame body 64 is sealed with a sealing film 65. According to this, when the arm 3 of the gripping device 1 grips the object 10, the object 10 contacts the sealing film 65, and the force in this state is transmitted to the membrane 8 through the silicone oil 20. That is, the object 10 does not directly contact the piezoelectric film 631, and the force when the object 10 contacts the sealing film 65 is transmitted to the membrane 8 through the silicone oil 20. The distributed force is applied to the diaphragm 7 in FIG. Accordingly, it is possible to prevent a force from being locally applied to the diaphragm 7 and to prevent the membrane 8 from being damaged.
In addition, since the frame body 64 is formed of a synthetic resin permanent resist having flexibility, the frame body 64 contracts when a force is applied to the frame body 64. Then, the force is transmitted to the diaphragm 7 of the membrane 8 through the silicone oil 20 filled in the internal space 66 of the frame body 64, so that the pressure can be detected well.

さらに、センサーアレイ４は、圧力センサー６と、超音波センサー５の２種類のセンサーを備えるので、センサーアレイ４を備える把持装置１は、超音波センサー５で物体１０を認識し、アーム３で物体１０を把持した状態の圧力を圧力センサー６で検知することができる。
また、超音波センサー５は、圧力センサー６を構成するシリコーンオイル２０、及び封止膜６５を除いた構成部材で構成すればよいので、超音波センサー５を容易に製造できる。すなわち、圧力センサー６を製造する過程で、超音波センサー５を製造することができる。従って、センサーアレイ４の製造工程を簡素化でき、製造コストを低減できる。 Furthermore, since the sensor array 4 includes two types of sensors, that is, a pressure sensor 6 and an ultrasonic sensor 5, the gripping device 1 including the sensor array 4 recognizes the object 10 with the ultrasonic sensor 5, and the object with the arm 3. A pressure sensor 6 can detect the pressure in a state in which 10 is held.
Further, since the ultrasonic sensor 5 may be constituted by components excluding the silicone oil 20 constituting the pressure sensor 6 and the sealing film 65, the ultrasonic sensor 5 can be easily manufactured. That is, the ultrasonic sensor 5 can be manufactured in the process of manufacturing the pressure sensor 6. Therefore, the manufacturing process of the sensor array 4 can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.

ところで、圧力センサー６のみが形成される箇所、または超音波センサー５のみが形成される箇所を有するセンサーアレイを構成する場合では、超音波センサー５により物体１０を認識する位置と、圧力センサー６により物体１０を把持する力を検出する位置とが異なる場合があり、各センサー５，６の検出位置にばらつきが生じるおそれがある。
これに対して、本実施形態では、圧力センサー６及び超音波センサー５が互いに等間隔に配置されているので、超音波センサー５により物体１０を認識する位置と、圧力センサー６により物体１０を把持する力を検知する位置とにばらつきが生じることがない。
また、超音波センサー５及び圧力センサー６は、互いに独立して配置されるので、超音波センサー５のメンブレン８の振動が圧力センサー６に伝達されることがない。すなわち、圧力センサー６のメンブレン８の圧電体６３やダイアフラム７に超音波センサー５からの振動により影響を受けることがないので、圧力センサー６は圧力を精度良く検知できる。 By the way, in the case of configuring a sensor array having a place where only the pressure sensor 6 is formed or a place where only the ultrasonic sensor 5 is formed, the position where the object 10 is recognized by the ultrasonic sensor 5 and the pressure sensor 6. The position where the force for gripping the object 10 is detected may be different, and the detection positions of the sensors 5 and 6 may vary.
On the other hand, in the present embodiment, the pressure sensor 6 and the ultrasonic sensor 5 are arranged at equal intervals from each other, so that the position where the object 10 is recognized by the ultrasonic sensor 5 and the object 10 is gripped by the pressure sensor 6. There is no variation in the position where the force to detect is detected.
Further, since the ultrasonic sensor 5 and the pressure sensor 6 are arranged independently of each other, vibration of the membrane 8 of the ultrasonic sensor 5 is not transmitted to the pressure sensor 6. That is, since the piezoelectric body 63 and the diaphragm 7 of the membrane 8 of the pressure sensor 6 are not affected by the vibration from the ultrasonic sensor 5, the pressure sensor 6 can detect the pressure with high accuracy.

枠体６４の内部空間６６には、メンブレン８が収納され、さらに、シリコーンオイル２０が充填される充填工程と、圧力媒体を封止する膜形成工程とを備えるので、上述した圧力センサー６と同様の効果を奏する。 Since the membrane 8 is housed in the internal space 66 of the frame body 64 and further includes a filling process in which the silicone oil 20 is filled and a film forming process for sealing the pressure medium, the same as the pressure sensor 6 described above. The effect of.

［実施形態の変形］
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
図８は、本発明に係る変形例を示す図である。
前記実施形態では、枠体６４の内径寸法は、開口部６１Ａの径寸法Ｄと略同一寸法であったが、本変形例では、枠体６４の内径寸法は、開口部６１Ａの径寸法Ｄよりも大きく形成されている点で相違する構成となっている。 [Modification of Embodiment]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a modification according to the present invention.
In the embodiment, the inner diameter of the frame body 64 is substantially the same as the diameter D of the opening 61A. However, in this modification, the inner diameter of the frame 64 is larger than the diameter D of the opening 61A. Are different in that they are formed to be large.

前記実施形態では、センサーアレイ４に圧力センサー６と超音波センサー５を備える構成であったが、圧力センサー６のみで構成してもよい。
前記実施形態では、圧力センサー６と超音波センサー５とが、センサー基板４１上に互いに等間隔となるように配置されていたが、これに限定されず任意の配置であってもよい。具体的には、圧力センサー６と超音波センサー５とがセンサー基板４１の面内に均一に分散配置されていれば、超音波センサー５により物体を認識する位置と、圧力センサー６により物体を把持する力を検知する位置とにばらつきが生じることがない。 In the above embodiment, the sensor array 4 includes the pressure sensor 6 and the ultrasonic sensor 5. However, the sensor array 4 may include only the pressure sensor 6.
In the above embodiment, the pressure sensor 6 and the ultrasonic sensor 5 are arranged on the sensor substrate 41 so as to be equally spaced from each other. However, the present invention is not limited to this and may be arranged arbitrarily. Specifically, if the pressure sensor 6 and the ultrasonic sensor 5 are uniformly distributed in the plane of the sensor substrate 41, the position where the ultrasonic sensor 5 recognizes the object and the pressure sensor 6 hold the object. There is no variation in the position where the force to detect is detected.

前記実施形態では、各センサー５，６を直線Ｌで縁切りして各々を独立させていたが、縁切りする構成でなくてもよい。ただし、縁切りしない場合には、超音波センサー５からの振動が圧力センサー６のメンブレン８の圧電体６３やダイアフラム７に伝達されるおそれがあるため、縁切りすることが好ましい。
前記実施形態では、超音波センサー５は、メンブレン８側に向けて超音波を発信する構成であったが、開口部５１Ａ側にも超音波を発信する構成であってもよい。 In the above-described embodiment, the sensors 5 and 6 are separated by the straight line L and independent from each other. However, when the edge is not cut, the vibration from the ultrasonic sensor 5 may be transmitted to the piezoelectric body 63 and the diaphragm 7 of the membrane 8 of the pressure sensor 6, so that the edge is preferably cut.
In the above embodiment, the ultrasonic sensor 5 is configured to transmit ultrasonic waves toward the membrane 8 side, but may be configured to transmit ultrasonic waves also to the opening 51A side.

前記実施形態では、枠体５４，６４を円筒状に形成して円筒内にメンブレン８を収納する構成であったが、支持膜５２，６２上に圧電体５３，６３を挟んで枠体層を設け、この枠体層にメンブレン８を収納する内周筒状の空洞部を設けてもよい。この場合には、空洞部にメンブレン８が収納される。
前記実施形態では、各センサー５，６の枠体５４，６４は、それぞれ独立して形成されていたが、対向する枠体５４と枠体６４とを一体にして、圧力センサー６及び超音波センサー５が一対となるように構成してもよい。 In the above embodiment, the frame bodies 54 and 64 are formed in a cylindrical shape and the membrane 8 is accommodated in the cylinder. However, the frame body layer is formed by sandwiching the piezoelectric bodies 53 and 63 on the support films 52 and 62. It is also possible to provide an inner peripheral cylindrical cavity for housing the membrane 8 in this frame layer. In this case, the membrane 8 is accommodated in the cavity.
In the embodiment, the frames 54 and 64 of the sensors 5 and 6 are formed independently. However, the pressure sensor 6 and the ultrasonic sensor are formed by integrating the opposing frame body 54 and the frame body 64. You may comprise so that 5 may become a pair.

４…センサーアレイ、５…超音波センサー、６…圧力センサー、７…ダイアフラム、９…圧力検出部、２０…シリコーンオイル（圧力媒体）、４１…センサー基板、５１，６１…支持体、５１Ａ，６１Ａ…開口部、５２，６２…支持膜、５３，６３…圧電体、６４…枠体、６４Ａ…空洞部、６５…封止膜、６６…内部空間、７０…枠体層、６４１…筒状内周壁。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 4 ... Sensor array, 5 ... Ultrasonic sensor, 6 ... Pressure sensor, 7 ... Diaphragm, 9 ... Pressure detection part, 20 ... Silicone oil (pressure medium), 41 ... Sensor substrate, 51, 61 ... Support body, 51A, 61A ... Opening part, 52,62 ... Support film, 53,63 ... Piezoelectric body, 64 ... Frame body, 64A ... Cavity part, 65 ... Sealing film, 66 ... Internal space, 70 ... Frame body layer, 641 ... Inside cylinder Perimeter wall.

Claims

A first support member having a first opening,
Provided in the first support member, the first of the first support layer having a diaphragm that closes the first opening, and provided on said first diaphragm, electricity flex A pressure detection unit including a first piezoelectric body that outputs a signal;
On the pressure detecting unit, wherein with a cavity portion cylindrical along the film thickness direction of the first supporting layer, in a plan view as seen in the first support layer from the film thickness direction, the cylinder of the cavity A frame body that is formed at a position where the inner wall of the shape overlaps the first opening, or outside the first opening;
A sealing film for closing the frame;
A pressure sensor having a cylindrical inner peripheral wall of the hollow portion, the sealing film, and a pressure medium filled in an internal space formed by the pressure detection unit ;
A second support having a second opening;
A second support film provided on the second support body and having a second diaphragm for closing the second opening, and provided on the second diaphragm and deformed by application of a voltage. An ultrasonic sensor having a second piezoelectric body;
A sensor array comprising:

The sensor array of claim 1 ,
A plurality of pressure sensors and ultrasonic sensors;
The pressure sensor and the ultrasonic sensor are formed in a two-dimensional array structure arranged alternately.

The sensor array according to claim 1 or 2 ,
A sensor substrate on which the pressure sensor and the ultrasonic sensor are disposed;
The sensor array, wherein the pressure sensor and the ultrasonic sensor are arranged independently of each other on the sensor substrate.

A support body having an opening, a support film having a diaphragm that is provided on the support and closing the opening, and a piezoelectric body that is provided on the diaphragm and outputs an electric signal by bending. The pressure detector includes a cylindrical cavity along the thickness direction of the support film on the pressure detector, and the plan view of the support film when viewed from the thickness direction of the support film. A position where the cylindrical inner peripheral wall overlaps with the opening, or a frame formed outside the opening, a sealing film for closing the frame, the cylindrical inner peripheral wall of the cavity, and the sealing A pressure sensor comprising a film and a pressure medium filled in an internal space formed by the pressure detection unit ,
Forming the supporting film on the sensor substrate, forming said piezoelectric body on the support film, a pressure detecting portion formation step of forming the pressure detecting unit,
A frame layer forming step of forming a frame layer covering the piezoelectric body on the pressure detection unit;
By removing a portion of the frame body layer formed by the frame body layer forming step, a frame body forming step of forming the frame body having said cavity having a cylindrical inner peripheral wall,
A filling step of filling the pressure medium within said cavity,
Closing the cavity by a roll coating method for producing a pressure sensor, characterized in that it comprises a film forming step of forming the sealing film for sealing the pressure medium.