JP7074407B2 - 力覚センサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、力覚センサ装置に関する。

従来より、金属からなる起歪体に複数の歪ゲージを貼り付け、外力が印加された際の歪みを電気信号に変換することで多軸の力を検出する力覚センサ装置が知られている。このような力覚センサ装置では、例えば、外力が印加された際の歪みに対応する電気信号を、力覚センサ装置とは別途用意されたＩＣ等の能動部品に出力し、ＩＣ等において所定の信号処理が行われる（例えば、特許文献１参照）。

特許第４０１１３４５号

しかしながら、力覚センサ装置の外部にＩＣ等の能動部品を設けると、トータルの装置サイズが大型化する問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、能動部品を含めた力覚センサ装置の小型化を目的とする。

本力覚センサ装置（１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）は、所定の軸方向の変位を検知するセンサチップ（１１０）と、印加された力を前記センサチップ（１１０）に伝達する起歪体（２０）と、前記センサチップ（１１０）と電気的に接続された能動部品（３２、３３、３４、３５）と、を有し、前記起歪体（２０）は、前記センサチップ（１１０）を搭載するセンサチップ搭載部（２８）と、前記センサチップ搭載部（２８）の周囲に離間して配置された複数の柱（２２ａ～２２ｄ）と、を備え、前記能動部品（３２、３３、３４、３５）は、基板（３０）の一方の面に実装され、前記基板（３０）の他方の面は、隣接する前記柱（２２ａ～２２ｄ）の側面に固定されている。

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、能動部品を含めた力覚センサ装置の小型化を実現できる。

第１の実施の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の実施の形態に係る力覚センサ装置を例示する図である。 第１の実施の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。 能動部品３２～３５について説明する回路ブロック図である。 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。 センサチップ１１０における電極配置と配線を例示する図である。 センサチップ１１０の温度センサを例示する拡大平面図である。 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。 力覚センサ装置１の製造工程を例示する図（その４）である。 力覚センサ装置１の製造工程を例示する図（その５）である。 力覚センサ装置１の製造工程を例示する図（その６）である。 基板３０の電源及びＧＮＤの引き回しの一例を示す図である。 第１の実施の形態の変形例１に係る力覚センサ装置を例示する図である。 第１の実施の形態の変形例２に係る力覚センサ装置を例示する斜視図である。 第１の実施の形態の変形例２に係る力覚センサ装置を例示する図である。 第１の実施の形態の変形例３に係る力覚センサ装置を例示する斜視図である。 力覚センサ装置１Ｃにおいて、起歪体と受力板との接合について説明する図である。 第１の実施の形態の変形例４に係る力覚センサ装置を例示する図（その１）である。 第１の実施の形態の変形例４に係る力覚センサ装置を例示する図（その２）である。 受力板７０に力が加わった時に発生する応力について説明する図である。 第１の実施の形態の変形例５に係る力覚センサ装置を例示する図である。 第１の実施の形態の変形例５に係る力覚センサ装置の基板を例示する図である。 起歪体において基板のＧＮＤに接続される位置の一例を示す図である。 起歪体において基板のＧＮＤに接続される位置の他の例を示す図である。 第１の実施の形態の変形例６に係る起歪体を例示する図である。

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の実施の形態〉
（力覚センサ装置１の概略構成）
図１は、第１の実施の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、第１の実施の形態に係る力覚センサ装置を例示する図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は側面図である。図３は、第１の実施の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１～図３を参照するに、力覚センサ装置１は、センサチップ１１０と、起歪体２０と、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、印加された力をセンサチップ１１０に伝達する機能を有している。以降の実施の形態では、一例として、センサチップ１１０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１１０は３軸を検知する場合等にも用いることができる。

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。又、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。

起歪体２０の側面には、能動部品３２～３５が配置されている。具体的には、能動部品３２～３５は、基板３０（例えば、フレキシブルプリント基板）の一方の面に実装され、基板３０の他方の面は、起歪体２０の側面に固定されている。能動部品３２～３５は、基板３０に形成された配線パターン（図示せず）を介して、対応する電極３１と電気的に接続されている。

より詳しくは、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が実装されている。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。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。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。なお、必要に応じ、起歪体２０の第１の側面に配置された領域に、能動部品３２に加え、受動部品３９を実装してもよい。

図４は、能動部品３２～３５について説明する回路ブロック図である。図４に示すように、能動部品３３は、センサチップ１１０と電気的に接続され、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が入力される。能動部品３３は、例えば、センサチップ１１０が出力するアナログの電気信号をディジタルの電気信号に変換し、内部で温度補正や振幅補正等を施し、ディジタルの電気信号として出力する機能を備えた制御ＩＣである。

能動部品３４は、センサチップ１１０と電気的に接続され、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が入力される。能動部品３４は、例えば、センサチップ１１０が出力するアナログの電気信号をディジタルの電気信号に変換し、内部で温度補正や振幅補正等を施し、ディジタルの電気信号として出力する機能を備えた制御ＩＣである。

能動部品３５は、センサチップ１１０と電気的に接続され、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が入力される。能動部品３５は、例えば、センサチップ１１０が出力するアナログの電気信号をディジタルの電気信号に変換し、内部で温度補正や振幅補正等を施し、ディジタルの電気信号として出力する機能を備えた制御ＩＣである。

能動部品３２は、能動部品３３～３５と電気的に接続され、例えば、能動部品３３、３４、及び３５の出力するディジタルの電気信号に対して所定の演算を行って、力Ｆｘ、Ｆｙ、及びＦｚ、並びにモーメントＭｘ、Ｍｙ、及びＭｚを力又はモーメントの単位に換算し、外部に出力する機能を備えた演算用ＩＣである。能動部品３２は、例えば、力Ｆｘ、Ｆｙ、及びＦｚを［Ｎ］の単位で、モーメントＭｘ、Ｍｙ、及びＭｚを［Ｎ・ｃｍ］の単位で出力することができる。能動部品３２は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit)等であってもよい。受動部品３９は、能動部品３３～３５に接続される抵抗やコンデンサ等である。

なお、センサチップ１１０からの６軸出力を全てディジタル化或いはディジタル化及び補正計算等を実施する場合、通常は１軸について１つの制御ＩＣが必要となる。この場合、制御ＩＣの実装スペースを力覚センサ装置１内に設けようとすると、最低６個分の配置スペースを確保する必要があり、力覚センサ装置１のサイズ拡大が必要となる。外部に制御ＩＣが実装された制御基板モジュールを接続することで、力覚センサ装置１のサイズを拡大することなく出力のディジタル化を実現する方法も考えられるが、トータルとしてみた占有面積及び体積が増加するため好ましくない。又、６軸分の性能及び機能を有した制御ＩＣを１チップ化することも考えられるが、この場合も、制御ＩＣを６個とする上記の場合と比較すると小さくはなるものの、力覚センサ装置１内に設ける場合には力覚センサ装置１のサイズ拡大が必要となる。

そこで、本実施の形態では、２つのチップをスタック実装して１つのパッケージに収容した２ｉｎ１パッケージの制御ＩＣを３個使用している。1チップのパッケージと２ｉｎ１パッケージはサイズが大きく異ならないため、起歪体２０の側面に制御ＩＣを配置することができる。これにより、力覚センサ装置１のサイズ拡大を行うことなく、力覚センサ装置１内に６軸分の制御ＩＣを実装可能となる。すなわち、能動部品を含めた力覚センサ装置１の小型化を実現できる。又、力覚センサ装置１のサイズ拡大を伴わずに、センサチップ１１０の出力信号のディジタル化が可能となる。

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。又、力覚センサ装置１内にいくつのＩＣを実装するかは任意に決定することができる。例えば、力覚センサ装置１内に１つの制御ＩＣのみを実装する形態としてもよい。

基板３０は、起歪体２０の第１の側面の下方で外側に屈曲し、基板３０の他端側が外部に引き出されている。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入出力端子（図示せず）が配列されている。

このように、起歪体２０の側面に能動部品（制御ＩＣ等）を配置することで、力覚センサ装置１としてのトータルサイズを最小に抑えつつ、能動部品により調整や補正がなされたディジタル信号を出力可能な力覚センサ装置１を実現することができる。

又、２ｉｎ１パッケージの制御ＩＣを使用することで、力覚センサ装置１を大型化することなくディジタル出力化が可能となる。

又、基板３０からはディジタルの電気信号が出力されるため、アナログの電気信号が出力される場合と比較して、ノイズ耐性を向上することができる。

なお、本実施の形態では、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又は一方の側、その反対側を下側又は他方の側とする。又、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又は上面、その反対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。又、平面視とは対象物をセンサチップ１１０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センサチップ１１０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。

（センサチップ１１０）
図５は、センサチップ１１０をＺ軸方向上側から視た図であり、図５（ａ）は斜視図、図５（ｂ）は平面図である。図６は、センサチップ１１０をＺ軸方向下側から視た図であり、図６（ａ）は斜視図、図６（ｂ）は底面図である。図６（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５及び図６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、力又は変位を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７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７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。又、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８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つ力点１１４ａ～１１４ｄ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。

具体的には、図５及び図８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。又、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。

又、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。又、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。

又、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よりも検知用梁１１３ｆ側であって、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１１３ｅを長手方向に二等分する線よりも支持部１１１ｅ側であって、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。

又、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。又、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。

又、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。又、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。

又、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よりも検知用梁１１３ｋ側であって、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１１３ｋを長手方向に二等分する線よりも支持部１１１ｅ側であって、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。

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。

又、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に近つけ、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。

又、センサチップ１１０では、短くしたことで応力に対する変形が小さくなった検知用梁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は力Ｆｚを検出する。又、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はモーメントＭｚを検出する。

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。

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。又、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。

又、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。又、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１１３ｄ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。

図９は、センサチップ１１０における電極配置と配線を例示する図であり、センサチップ１１０をＺ軸方向上側から視た平面図である。図９に示すように、センサチップ１１０は、電気信号を取り出すための複数の電極１５を有している。各電極１５は、力点１１４ａ～１１４ｄに力が印加された際の歪みが最も少ない、センサチップ１１０の支持部１１１ａ～１１１ｄの上面に配置されている。各ピエゾ抵抗素子から電極１５までの配線１６は、各補強用梁上及び各検知用梁上を適宜引き回すことができる。

このように、各補強用梁は、必要に応じて配線を引き出す際の迂回路としても利用できるため、検知用梁とは別に補強用梁を配置することで、配線設計の自由度を向上することができる。これにより、各ピエゾ抵抗素子を、より理想的な位置に配置することが可能となる。

図１０は、センサチップ１１０の温度センサを例示する拡大平面図である。図９及び図１０に示すように、センサチップ１１０は、歪み検出用に用いるピエゾ抵抗素子に温度補正を行うための温度センサ１７を備えている。温度センサ１７は、４つのピエゾ抵抗素子ＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３、及びＴＲ４がブリッジ接続された構成である。

ピエゾ抵抗素子ＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３、及びＴＲ４のうち、対向する２つは歪み検出用に用いるピエゾ抵抗素子ＭｘＲ１等と同一特性とされている。又、ピエゾ抵抗素子ＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３、及びＴＲ４のうち、対向する他の２つは、不純物半導体により不純物濃度を変えることで、ピエゾ抵抗素子ＭｘＲ１等と異なる特性とされている。これにより、温度変化によりブリッジのバランスが崩れるため、温度検出が可能となる。

なお、歪み検出用に用いるピエゾ抵抗素子（ＭｘＲ１等）は、全て、センサチップ１１０を構成する半導体基板（シリコン等）の結晶方位に水平又は垂直に配置されている。これにより、同じ歪みに対して、より大きな抵抗の変化を得ることができ、印加される力及びモーメントの測定精度を向上させることが可能となる。

これに対して、温度センサ１７を構成するピエゾ抵抗素子ＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３、及びＴＲ４は、センサチップ１１０を構成する半導体基板（シリコン等）の結晶方位に対して４５度傾けて配置されている。これにより、応力に対する抵抗変化を低減できるため、温度変化のみを精度よく検知できる。

又、温度センサ１７は、力点１１４ａ～１１４ｄに力が印加された際の歪みが最も少ない、センサチップ１１０の支持部１１１ａの上面に配置されている。これにより、応力に対する抵抗変化をいっそう低減できる。

なお、ピエゾ抵抗素子は、本発明にかかる歪検出素子の代表的な一例である。

（起歪体２０）
図１１は、起歪体２０を例示する図（その１）であり、図１１（ａ）は斜視図、図１１（ｂ）は側面図である。図１２は、起歪体２０を例示する図（その２）であり、図１２（ａ）は平面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＡ－Ａ線に沿う縦断面斜視図である。図１２（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１３は、起歪体２０を例示する図（その３）であり、図１３（ａ）は図１２（ａ）のＢ－Ｂ線に沿う縦断面図であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＣ－Ｃ線に沿う横断面図である。

図１１～図１３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、隣接する柱の土台２１とは反対側同士を連結する梁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。この理由については、後述する。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。柱２８を土台２１の上面には直接固定せず、柱２８を接続用梁２８ａ～２８ｄを介して柱２２ａ～２２ｄに固定する構造とした場合、土台２１の上面と柱２８の下面との距離を長くするほど、ねじ締結時の柱２８の変形が低減され、結果としてセンサチップ１１０のＦｚ出力（オフセット）が低減される。一方、土台２１の上面と柱２８の下面との距離を長くするほど、センサチップ１１０の出力が低下する（感度が低下する）。

すなわち、柱２８は、柱２２ａ～２２ｄの中間よりも下側に接続することが好ましい。これにより、センサチップ１１０の感度を確保しながら、ねじ締結時のセンサチップ１１０のＦｚ出力（オフセット）を低減することができる。

ねじ締結時のセンサチップ１１０のＦｚ出力（オフセット）の低減を土台２１の剛性を上げることで達成しようとした場合、土台２１の厚みを厚くする必要があり、力覚センサ装置全体のサイズが大きくなってしまう。柱２８を土台２１の上面には直接固定せず、柱２８を接続用梁２８ａ～２８ｄを介して柱２２ａ～２２ｄに固定する構造することにより、力覚センサ装置全体のサイズが大きくなることなく、ねじ締結時のセンサチップ１１０のＦｚ出力（オフセット）を低減することができる。

又、柱２８を土台２１の上面には直接固定せず、柱２８を接続用梁２８ａ～２８ｄを介して柱２２ａ～２２ｄに固定する構造することにより、モーメント（Ｍｘ、Ｍｙ）入力時のモーメント成分（Ｍｘ、Ｍｙ）と並進方向の力成分（Ｆｘ、Ｆｙ）の分離性を向上することができる。

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。本実施の形態では、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。

なお、Ｒ状の部分の曲率半径が大きいほど、応力集中を抑制する効果が大きくなる。しかし、Ｒ状の部分の曲率半径を大きくし過ぎると、起歪体２０が大型化し、結果として力覚センサ装置１も大型化するため、Ｒ状の部分の曲率半径を大きくすることには限界がある。

そこで、本実施の形態では、図１２（ａ）に濃い梨地模様で示したように、力覚センサ装置１にＭｘ、Ｍｙ、及びＭｚが印加された際に過大な応力集中が発生する梁２３ａ～２３ｄの長手方向の中央部を両端部よりも太くしている。そして、梁２３ａ～２３ｄの長手方向の中央部は、柱２２ａ～２２ｄの側面よりも内側及び外側に張り出した張り出し部を備えている。

これにより、梁２３ａ～２３ｄの長手方向の中央部の断面積が大きくなるため、力覚センサ装置１にＭｘ、Ｍｙ、及びＭｚが印加された際に、元々応力集中していた梁２３ａ～２３ｄの長手方向の中央部に発生する応力を低減することができる。すなわち、梁２３ａ～２３ｄの長手方向の中央部への応力集中を緩和することができる。

又、梁２３ａ～２３ｄの長手方向の中央部の側面を柱２２ａ～２２ｄの側面よりも外側に張り出させて張り出し部を設けたことにより、起歪体２０の４つの側面に余剰空間が生じたため、能動部品３２～３５の各々の少なくても一部分を余剰空間に入り込ませることができ、起歪体２０の側面に効率的に配置することができる（図１、図２等参照）。

能動部品３２～３５は、例えば、梁２３ａ～２３ｄよりも土台２１側の起歪体２０の側面において、平面視で張り出し部と少なくとも一部が重複するように配置することができる（図２（ａ）、図２（ｂ）等参照）。

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に伝達する梁である。又、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１４～図１９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１４（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１４（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１５（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。又、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１５（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１６（ａ）に示す工程では、能動部品３２～３５及び受動部品３９が実装された基板３０を準備する。

基板３０は、図１７（ａ）の工程で柱２２ａ～２２ｄの上面（端面）に固定される端面固定部３０ａを備えている。図１６（ａ）において、十字がクロスする領域が端面固定部３０ａである。端面固定部３０ａの４隅には、電極３１（ボンディングパッド）が設けられている。

基板３０は、端面固定部３０ａから４方向に延伸し、図１８（ａ）の工程で端面固定部３０ａに対して屈曲して柱２２ａ～２２ｄの側面に固定される側面固定部３０ｂ～３０ｅを備えている。

本実施の形態では、側面固定部３０ｂには能動部品３２が実装され、側面固定部３０ｃには能動部品３３及び受動部品３９が実装され、側面固定部３０ｄには能動部品３４及び受動部品３９が実装され、側面固定部３０ｅには能動部品３５及び受動部品３９が実装されている。但し、側面固定部３０ｂ～３０ｅの全てに能動部品が実装される必要はなく、側面固定部３０ｂ～３０ｅうちの少なくとも１つに能動部品が実装されていればよい。

基板３０は、側面固定部３０ｂから延伸する延伸部３０ｆを備えている。延伸部３０ｆの端部には、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入出力端子（図示せず）が配列されている。

端面固定部３０ａは、図１７（ａ）の工程で柱２２ａ～２２ｄの上面（端面）に固定される際にセンサチップ１１０及び入力部２４ａ～２４ｄを露出する開口部３０ｘを備えている。開口部３０ｘは、端面固定部３０ａから側面固定部３０ｂ～３０ｅの各々の一部に延伸している。

このように、基板３０は、開口部３０ｘが設けられていること、配線の引き回しの容易性、及び能動部品３２～３５が実装されることから、例えば、十字形状の外形とすることができる。

次に、図１６（ｂ）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、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１７（ａ）に示す工程では、基板３０の端面固定部３０ａの４隅の下面が柱２２ａ～２２ｄの上面に塗布された接着剤４２と接するように、基板３０を起歪体２０上に配置する。この時点では、側面固定部３０ｂ～３０ｅは、端面固定部３０ａに対して屈曲していない。

次に、図１７（ｂ）に示す工程では、柱２２ａ～２２ｄの各々の外側を向く２側面に接着剤４３を（例えば、上下方向に２カ所ずつ）塗布する。但し、能動部品３２が実装された部分の基板３０の裏面と接着される領域では、柱２２ａ及び２２ｄの側面下方から土台２１の上面外周部に延伸するように接着剤４３を塗布する。

接着剤４３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４３は、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。接着剤４３として、接着剤４２と同じ接着剤を用いてもよい。或いは、接着剤４２としてはワイヤボンディング性を確保するためにフィラー入りの比較的硬い（ヤング率の高い）接着剤を用い、接着剤４３としては起歪体２０の変形に追従する柔軟性を確保するために比較的柔らかい（ヤング率の低い）接着剤を用いてもよい。又、接着剤４３は、図１６（ｂ）の工程で接着剤４２と共に塗布してもよい。

次に、図１８（ａ）に示す工程では、起歪体２０上に配された端面固定部３０ａから水平方向にはみ出した側面固定部３０ｂ～３０ｅを、起歪体２０の各側面側に折り曲げる。そして、基板３０を起歪体２０側に加圧しながら接着剤４２及び４３を所定温度に加熱して硬化させる。これにより、基板３０が起歪体２０に固定される。なお、基板３０はフレキシブル基板であり、起歪体２０に対して十分に柔らかいことや、基板３０と起歪体２０とが部分的な接着であることから、基板３０は起歪体２０の変形を阻害しない。

次に、基板３０の電極３１とセンサチップ１１０の対応する電極１５とをボンディングワイヤ（金線や銅線等の金属線）等（図示せず）により電気的に接続する。基板３０において、端面固定部３０ａの、柱２２ａ～２２ｄの上面（端面）と平面視で重複する４隅の領域に電極３１が形成されているが、柱２２ａ～２２ｄの上面（端面）は、入力部２４ａ～２４ｄに力が印加された際の歪みが最も少ない領域である。そのため、この領域は、超音波で加圧することが容易であり、ワイヤボンディングを安定して行うことができる。以上の工程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。

又、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。

なお、図１８（ｂ）に示すように、更にカバーを接着する工程を設けてもよい。図１８（ｂ）に示す工程では、起歪体２０の土台２１より上側及びセンサチップ１１０を覆うように、入力部２４ａ～２４ｄを露出する開口部が設けられたカバー５０を土台２１の外周部に接着する。カバー５０としては、例えば、金属材の表面にニッケルめっき等を施した材料を用いることができる。

基板３０は起歪体２０に接着されており、かつ、基板３０の能動部品３２～３５が実装された部分は、基板３０を折り曲げた際に、起歪体２０の高さ方向のサイズ以内に収まっている。そのため、基板３０は、カバー５０の取付を阻害しない。

カバー５０を設けることにより、防塵及び電気ノイズ対策が可能となる。特に、金属製の起歪体２０及びカバー５０を、銀ペースト等を用いて、基板３０のＧＮＤと電気的に接続することにより、ノイズ耐性（信号安定性）を高めることができる。この場合、基板３０に、センサチップ１１０及び能動部品３２～３５とは系列の異なるＧＮＤ端子を設け、このＧＮＤ端子と起歪体２０及びカバー５０とを電気的に接続することが好ましい。

図１９に示すように、能動部品３２～３５は、起歪体２０の側面とカバー５０の内壁面との間に、カバー５０の内壁面と接しないように効率よく配置される。これにより、力覚センサ装置１のトータルサイズを最小に抑えることが可能となる。なお、図１９では、便宜上、カバー５０の上面側の一部を除去した状態を示している。

図２０は、基板３０の電源及びＧＮＤの引き回しの一例を示す図である。図２０に示すように、基板３０において、電源（ＶＤＤ）の配線パターンは、延伸部３０ｆ側から側面固定部３０ｂを経由し、側面固定部３０ｅ、側面固定部３０ｄ、側面固定部３０ｃの順に引き回すことができる。又、ＧＮＤの配線パターンは、延伸部３０ｆ側から側面固定部３０ｂを経由し、側面固定部３０ｃ、側面固定部３０ｄ、側面固定部３０ｅの順に引き回すことができる。なお、電源（ＶＤＤ）及びＧＮＤの配線パターンをループ状にするとノイズ耐性が低下するため、電源（ＶＤＤ）及びＧＮＤの配線パターンは側面固定部３０ｃ又は側面固定部３０ｅで終端させ、側面固定部３０ｂへ戻さないことが好ましい。

ところで、センサチップ１１０が出力するアナログの電気信号（力Ｆｘ、Ｆｙ、及びＦｚ、並びにモーメントＭｘ、Ｍｙ、及びＭｚに対応する信号）には感度のバラツキがあり、感度の高い信号と感度の低い信号が存在する。感度の低い信号はノイズ耐性が低いため、感度の低い信号を入力する能動部品（制御ＩＣ）は、できるだけ引き回されていないＧＮＤ（側面固定部３０ｃ側のＧＮＤ）に接続することがノイズ耐性上好ましい。

そこで、本実施の形態では、センサチップ１１０が出力するアナログの電気信号のうち感度が最も低い信号と感度が２番目に低い信号を入力する能動部品３３を、側面固定部３０ｃに実装している。又、センサチップ１１０が出力するアナログの電気信号のうち感度が３番目に低い信号と感度が４番目に低い信号を入力する能動部品３４を、側面固定部３０ｄに実装している。そして、残りの２信号を入力する能動部品３５を、側面固定部３０ｅに実装している。

これにより、センサチップ１１０が出力するアナログの各電気信号において、ノイズ耐性のばらつきを低減することが可能となる。

〈第１の実施の形態の変形例１〉
第１の実施の形態の変形例１では、基板に実装された能動部品の数が第１の実施の形態と異なる力覚センサ装置の例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例１において、既に説明した実施の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の実施の形態の変形例１に係る力覚センサ装置を例示する図であり、図２１（ａ）は斜視図、図２１（ｂ）は平面図である。図２１に示すように、力覚センサ装置１Ａは、基板３０に制御ＩＣである能動部品３３～３５のみが実装されており、能動部品３２（演算用ＩＣ）が実装されていない点が力覚センサ装置１（図１等参照）と相違する。

このように、能動部品３２（演算用ＩＣ）は、必ずしも基板３０に実装しなくてよい。この場合には、制御ＩＣである能動部品３３～３５から各種補正後のディジタルの電気信号を出力し、基板３０に接続される外部回路側でデータ集約及び演算処理を行うことができる。

〈第１の実施の形態の変形例２〉
第１の実施の形態の変形例２では、受力板を備えた力覚センサ装置の例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例２において、既に説明した実施の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２２は、第１の実施の形態の変形例２に係る力覚センサ装置を例示する斜視図である。図２３は、第１の実施の形態の変形例２に係る力覚センサ装置を例示する図であり、図２３（ａ）は平面図、図２３（ｂ）は図２３（ａ）のＤ－Ｄ線に沿う縦断面図である。図２２及び図２３を参照するに、力覚センサ装置１Ｂは、起歪体２０の入力部２４ａ～２４ｄ上に受力板４０を設けた点が力覚センサ装置１（図１等参照）と相違する。

受力板４０の平面形状は、例えば、円形とすることができるが、矩形等としてもよい。受力板４０の上面側には平面形状が矩形の４つの凹部４０ｘと、平面形状が円形の４つの貫通孔４０ｙが設けられている。又、受力板４０の上面側の中心には、平面形状が円形の１つの凹部４０ｚが設けられている。

４つの凹部４０ｘは各々起歪体２０の入力部２４ａ～２４ｄを覆うように配置され、各々の凹部４０ｘの底面は起歪体２０側に突起して起歪体２０の入力部２４ａ～２４ｄの上面と接している。但し、凹部４０ｘ、貫通孔４０ｙ、及び凹部４０ｚの平面形状は、任意に決定することができる。

図示はしないが、入力部２４ａ～２４ｄの上面に突起（又は突起受部）を形成し、起歪体２０側に突起した凹部４０ｘの底面に突起受部（又は突起）を形成して、入力部２４ａ～２４ｄの上面の突起（又は突起受部）と凹部４０ｘの底面の突起受部（又は突起）を嵌め合わせることで受力板４０と起歪体２０とを位置決めするようにしてもよい。

凹部４０ｘ及び凹部４０ｚは、必要に応じて、力覚センサ装置１Ａを被固定部に取り付ける際の位置決めに用いることができる。又、貫通孔４０ｙは、力覚センサ装置１Ａを被固定部にねじ等を用いて締結するためのねじ孔である。

受力板４０の材料としては、例えば、ＳＵＳ（ステンレス鋼）６３０等を用いることができる。受力板４０は、例えば、溶接により起歪体２０に固定することができる。

このように、受力板４０を設けることで、受力板４０を介して起歪体２０の入力部２４ａ～２４ｄに外部から力を入力することができる。

又、本実施の形態では、受力板４０において、起歪体２０の入力部２４ａ～２４ｄとの接合部を、受力板４０の下面４０ａに設けた凹部内から立設して受力板４０の下面４０ａから突出する突出部４０ｔとし、突出部４０ｔの側面をＲ状としている。これにより、受力板４０を不要に厚くすることなく（力覚センサ装置１ＢをＺ方向にサイズアップすることなく）、Ｒ状の部分の曲率半径を大きくすることができる。その結果、受力板４０において、突出部４０ｔに発生する応力を低減することが可能となり、耐荷重を向上できる。

又、突出部４０ｔの厚み（図２３（ｂ）のＴ部）が薄いことにより、受力板４０と入力部２４ａ～２４ｄをレーザ溶接する際にレーザ出力を下げることができるので、受力板４０にかかる残留熱応力が低減され、受力板４０のゆがみを抑えることができる。

なお、受力板４０の下面４０ａは、起歪体２０の入力部２４ａ～２４ｄの上面と同一平面に位置してもよい。この場合、焼結時等に、受力板４０が変形することを防止できる。

〈第１の実施の形態の変形例３〉
第１の実施の形態の変形例３では、受力板との接合部の構造が第１の実施の形態の変形例２とは異なる力覚センサ装置の例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例３において、既に説明した実施の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２４は、第１の実施の形態の変形例３に係る力覚センサ装置を例示する斜視図である。図２５は、力覚センサ装置１Ｃにおいて、起歪体と受力板との接合について説明する図である。図２４及び図２５を参照するに、力覚センサ装置１Ｃは、起歪体２０の入力部２４ａ～２４ｄの上面に接合部２９ａ～２９ｄが設けられた点、受力板４０が受力板６０に置換された点が力覚センサ装置１Ｂ（図２２等参照）と相違する。

受力板６０の材料としては、例えば、ＳＵＳ（ステンレス鋼）６３０等を用いることができる。受力板６０の平面形状は、例えば、円形とすることができるが、矩形等としてもよい。受力板６０の上面側には平面形状が円形の４つの凹部６０ｘと、平面形状が円形の４つの貫通孔６０ｙが設けられている。４つの凹部６０ｘは、力覚センサ装置１Ｃを被固定部に取り付ける際の位置決めや、力覚センサ装置１Ｃを被固定部にねじ等を用いて締結するためのねじ孔として用いることができる。

力覚センサ装置１Ｃにおいて、起歪体２０と受力板６０とを接合するには、図２５（ａ）に示すように起歪体２０の入力部２４ａ～２４ｄの上面に設けられた接合部２９ａ～２９ｄを、図２５（ｂ）に示すように受力板６０の４つの貫通孔６０ｙに挿通する。その後、受力板６０から突起する接合部２９ａ～２９ｄの先端部を塑性変形（かしめ）により拡径させることで、図２４に示すように起歪体２０と受力板６０とを接合することができる。

このように、起歪体と受力板との接合は溶接に限定されず、かしめにより行ってもよい。或いは、起歪体と受力板との接合は、接着、ねじ止め、圧入、鑞接等により行ってもよい。

〈第１の実施の形態の変形例４〉
第１の実施の形態の変形例４では、受力板との接合部の構造が第１の実施の形態の変形例２とは異なる力覚センサ装置の例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例４において、既に説明した実施の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２６は、第１の実施の形態の変形例４に係る力覚センサ装置を例示する図であり、図２６（ａ）は受力板７０を取り外した状態の平面図、図２６（ｂ）は受力板７０を取り付けた状態の平面図である。又、図２７は、第１の実施の形態の変形例４に係る力覚センサ装置を例示する図であり、図２７（ａ）は図２６（ｂ）のＥ－Ｅ線に沿う縦断面図、図２７（ｂ）は図２６（ｂ）の側面図である。

図２６及び図２７を参照するに、力覚センサ装置１Ｄは、起歪体２０の入力部２４ａ～２４ｄが入力部２４ｅ～２４ｈに置換され、受力板４０が受力板７０に置換された点が力覚センサ装置１（図１２等参照）、力覚センサ装置１Ｂ（図２３等参照）と相違する。

力覚センサ装置１Ｂにおいて、受力板４０との接合面となる入力部２４ａ～２４ｄは、略長方形であった。これに対し、力覚センサ装置１Ｄにおいて、受力板７０との接合面となる入力部２４ｅ～２４ｈは、起歪体２０の外周側が拡幅した形状であり、外周側の２箇所の角部は比較的大きなＲ状とされている（図２６（ａ）の梨地模様で示した部分）。

受力板７０の上面７０ｂ側には１つの凹部７０ｘと３つの凹部７０ｙが設けられている。凹部７０ｘ及び７０ｙは何れも受力板７０の外周側が円弧状の長穴であるが、凹部７０ｘは凹部７０ｙよりも受力板７０の外周側が拡幅している。凹部７０ｘ及び凹部７０ｘと対向して配置される１つの凹部７０ｙは、例えば、位置決めに用いることができる。

凹部７０ｘ及び７０ｙは各々起歪体２０の入力部２４ｅ～２４ｈを覆うように配置され、凹部７０ｘ及び７０ｙの底面は起歪体２０側に突起して側面がＲ状の突出部７０ｔを形成し、起歪体２０の入力部２４ｅ～２４ｈの上面と接している。

これにより、受力板７０を不要に厚くすることなく（力覚センサ装置１ＤをＺ方向にサイズアップすることなく）、Ｒ状の部分の曲率半径を大きくすることができる。その結果、受力板７０において、突出部７０ｔに発生する応力を低減することが可能となり、耐荷重を向上できる。

又、突出部７０ｔの厚み（図２７（ａ）のＴ部）が薄いことにより、受力板７０と入力部２４ｅ～２４ｈをレーザ溶接する際にレーザ出力を下げることができるので、受力板７０にかかる残留熱応力が低減され、受力板７０のゆがみを抑えることができる。

又、受力板７０の下面７０ａは、起歪体２０の入力部２４ｅ～２４ｈの上面と同一平面に位置している。これにより、焼結時等に、受力板７０が変形することを防止できる。

受力板７０には、平面形状が円形の４つの貫通孔７０ｚが設けられている。貫通孔７０ｚは、力覚センサ装置１Ｄを被固定部にねじ等を用いて締結するためのねじ孔である。各貫通孔７０ｚの周囲には、受力板７０の上面７０ｂから突起して各貫通孔７０ｚの周囲に平面を形成する厚肉部７１が設けられている。各厚肉部７１は、例えば、平面出しに用いることができる。

受力板７０の材料としては、例えば、ＳＵＳ（ステンレス鋼）６３０等を用いることができる。受力板７０は、例えば、溶接により起歪体２０に固定することができる。但し、起歪体２０と受力板７０との接合は溶接に限定されず、かしめ、接着、ねじ止め、圧入、鑞接等により行ってもよい。

図２８は、受力板７０に力が加わった時に発生する応力について説明する図である。図２８に示すように、受力板７０に力が加わると、受力板７０と起歪体２０との接合部分（受力板７０の各突出部７０ｔと、起歪体２０の入力部２４ｅ～２４ｈ）に応力が発生する。特に、受力板７０の各突出部７０ｔと起歪体２０の入力部２４ｅ～２４ｈの外周側（楕円の破線で示した部分）において、応力集中が高くなっている。

力覚センサ装置１Ｄでは、応力集中部分となる受力板７０の各突出部７０ｔと起歪体２０の入力部２４ｅ～２４ｈの外周側を拡幅している（大きく膨らませている）ため、応力集中部分となる受力板７０と起歪体２０との接合部分の強度を向上することができる。

〈第１の実施の形態の変形例５〉
第１の実施の形態の変形例５では、起歪体を基板のＧＮＤに接続した力覚センサ装置の例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例５において、既に説明した実施の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２９は、第１の実施の形態の変形例５に係る力覚センサ装置を例示する図であり、図２９（ａ）は断面図、図２９（ｂ）は図２９（ａ）の接合材３８近傍の部分拡大断面図である。又、図３０は、第１の実施の形態の変形例５に係る力覚センサ装置の基板を例示する図であり、図３０（ａ）は一方の面側（能動部品実装面側）から視た斜視図、図３０（ｂ）は他方の面側（能動部品実装面の反対面側）から視た斜視図である。

図２９に示すように、力覚センサ装置１Ｅは、基板３０に代えて基板３０Ｅを有している点が力覚センサ装置１（図１等参照）と相違する。

図３０に示すように、基板３０Ｅの他方の面側には、導体パターン３６が設けられている。導体パターン３６は基板３０Ｅに形成された配線パターンを経由して入出力端子３７の一部と接続されており、入出力端子３７を介して外部回路のＧＮＤに接続可能とされている。

図２９に示すように、導体パターン３６は、はんだや銀ペースト等の導電性の接合材３８を介して、図３１に示す金属製の起歪体２０のＡ部と電気的に接続されている。これにより、導体パターン３６及び入出力端子３７を経由して起歪体２０を外部回路のＧＮＤと同電位にすることが可能となるため、力覚センサ装置１Ｅの耐ノイズ性を向上できる。

なお、起歪体２０において、導体パターン３６と接続する箇所はＡ部でなくても構わない。起歪体２０において、導体パターン３６と接続する箇所は、例えば、図３２（ａ）のＢ～Ｅに示すように柱２２ａ～２２ｄの上面であってもよいし、図３２（ｂ）のＦ～Ｉに示すように柱２２ａや柱２２ｄの側面等であっても構わない。これらの場合には、起歪体２０のＢ～Ｉの何れかと接する位置の基板３０Ｅの他方の面側に導体パターン３６を設ければよい。なお、基板３０Ｅに複数の導体パターン３６を設け、起歪体２０のＡ～Ｉの２つ以上と接続してもよい。

〈第１の実施の形態の変形例６〉
第１の実施の形態の変形例６では、起歪体のワイヤボンディングを行う箇所に凹部を設ける例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例６において、既に説明した実施の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３３は、第１の実施の形態の変形例６に係る起歪体２０Ａを例示する図であり、図３３（ａ）は斜視図、図３３（ｂ）は平面図である。

起歪体２０Ａは例えば金属射出成型で成形できるが、金属射出成型で起歪体２０Ａを成形する場合、起歪体２０Ａを金型から抜く際にはエジェクタピンを使用する。金属射出成型では一般的に成形品側（起歪体２０Ａ側）にエジェクタピンの打痕が残ってしまうが、起歪体２０Ａでは、力覚センサ装置へ荷重が印加された際の応力集中や変形が無く、また４か所の位置関係が変化しない柱２２ａ～２２ｄの上面に、金型のエジェクタピンを配置している。

そのため、図３３に示すように、起歪体２０Ａは、柱２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、及び２２ｄの上面（端面）に、各々エジェクタピンの打痕である凹部２２ｗ、２２ｘ、２２ｙ、及び２２ｚが設けられている。凹部２２ｗ、２２ｘ、２２ｙ、及び２２ｚの平面形状は、例えば、円形とすることができる。

ところで、図１８（ａ）等に示す電極３１は、基板３０の端面固定部３０ａの柱２２ａ～２２ｄの上面と平面視で重複する４隅の領域に形成され、センサチップ１１０の対応する電極１５とボンディングワイヤにより電気的に接続することができる。柱２２ａ～２２ｄの上面は、直下に柱が存在する事により、超音波で加圧することが容易であり、ワイヤボンディングを安定して行うことができる。また、入力部２４ａ～２４ｄに力が印加された際に、柱２２ａ～２２ｄの上面は応力集中や変形がなく、また４か所の位置関係が変化しないためフレキシブルプリント基板を配置した際に、フレキシブルプリント基板の剥離の抑制や、フレキシブルプリント基板が荷重印加に対する起歪体の変形に与える影響も軽減される。起歪体２０Ａでは、ワイヤボンディングを行う電極３１の下面に凹部２２ｗ、２２ｘ、２２ｙ、及び２２ｚが存在しており、端面固定部３０ａは各々の凹部上に固定されている。

又、図１６（ｂ）等に示すように、柱２２ａ～２２ｄの上面には接着剤４２が塗布される。ワイヤボンディング工程の歩留まり向上のためには、安定した品質で基板３０を起歪体２０Ａに貼付ける必要があり、例えば、接着剤４２が基板３０の電極３１側に這い上がっていないこと等が要求される。

凹部２２ｗ、２２ｘ、２２ｙ、及び２２ｚを設け、各凹部を適切な深さに設計することで、各凹部内を接着剤４２の塗付領域にすることができる。これにより、接着剤４２の塗布量コントロールや、塗布後の過度な濡れ広がりを抑制することが可能となる。その結果、基板３０を起歪体２０Ａに安定した品質で貼付けることが可能となり、ワイヤボンディング工程の歩留まり向上を実現できる。

又、力覚センサ装置の小型化や後工程に対する設計上のマージンの観点からは、ボンディングワイヤがカバー５０（図１８、図１９等参照）へ接触することを防ぐために、ワイヤボンディング用の電極３１の高さを少しでも低くすることが好ましい。凹部２２ｗ、２２ｘ、２２ｙ、及び２２ｚを設け、各凹部を適切な深さに設計することで、基板３０の位置を低くすることが可能となるため、ボンディングワイヤがカバー５０へ接触するおそれを低減することができる。

なお、設計上はエジェクタピンの打痕を凸形状とすることも可能であるが、上記の理由により、エジェクタピンの打痕を凸形状とすることは好ましくなく、凹形状とすることが好ましい。又、設計上はエジェクタピンの打痕ゼロの状態（凹凸形状が存在しない平坦面）を狙うことも可能であるが、サンプル間のバラつきで凹凸どちらかの形状となる場合や、バリが発生する場合が想定されるため、エジェクタピンの打痕ゼロの状態を狙うことも好ましくない。

以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の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、上述した実施の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、第１の実施の形態では、能動部品として、３個の制御ＩＣと各々の制御ＩＣの出力を集約して演算処理する１個の演算用ＩＣの合計４個を基板３０上に実装する例を示した。又、第１の実施の形態の変形例１では、能動部品として、３個の制御ＩＣを基板３０上に実装する例を示した（演算用ＩＣは実装しない）。しかし、これらには限定されず、能動部品としては、任意の機能を有する半導体素子（例えば、アンプやレギュレータ等）を実装することができる。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ 力覚センサ装置
１５ 電極
１６ 配線
１７ 温度センサ
２０、２０Ａ 起歪体
２１ 土台
２２ａ～２２ｄ、２５ａ～２５ｄ、２８ 柱
２２ｗ、２２ｘ、２２ｙ、２２ｚ 凹部
２３ａ～２３ｄ、２６ａ～２６ｄ 梁
２４ａ～２４ｈ 入力部
２７ａ～２７ｄ 突起部
２９ａ～２９ｄ 接合部
３０、３０Ｅ 基板
３０ｘ 開口部
３１ 電極
３２～３５ 能動部品
３６ 導体パターン
３７ 入出力端子
３８ 接合材
３９ 受動部品
４０、６０、７０ 受力板
４０ａ、７０ａ 下面
４０ｔ、７０ｔ 突出部
４０ｘ、４０ｚ、６０ｘ、７０ｘ、７０ｙ 凹部
４０ｙ、６０ｙ、７０ｚ 貫通孔
４１、４２、４３ 接着剤
５０ カバー
７０ｂ 上面
７１ 厚肉部
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

Claims (12)

1. 所定の軸方向の変位を検知するセンサチップと、
   印加された力を前記センサチップに伝達する起歪体と、
   前記センサチップと電気的に接続された能動部品と、を有し、
   前記起歪体は、
   前記センサチップを搭載するセンサチップ搭載部と、
   前記センサチップ搭載部の周囲に離間して配置された複数の柱と、を備え、
   前記能動部品は、基板の一方の面に実装され、
   前記基板の他方の面は、隣接する前記柱の側面に固定されていることを特徴とする力覚センサ装置。
2. 前記複数の柱は４本であり、
   前記基板は、
   ４本の前記柱の端面に固定される端面固定部と、
   前記端面固定部から４方向に延伸し、前記端面固定部に対して屈曲して前記柱の側面に固定される４つの側面固定部と、を備え、
   前記能動部品は、４つの前記側面固定部のうちの少なくとも１つに実装されていることを特徴とする請求項１に記載の力覚センサ装置。
3. 前記基板は、４つの前記側面固定部のうちの１つから延伸する延伸部を備え、
   前記延伸部の端部に入出力端子が配列されていることを特徴とする請求項２に記載の力覚センサ装置。
4. ３つの前記能動部品を有し、
   各々の前記能動部品は、４つの前記側面固定部のうち、前記延伸部が設けられた前記側面固定部を除く３つに実装されていることを特徴とする請求項３に記載の力覚センサ装置。
5. ３つの前記能動部品は、前記センサチップが出力する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機能を備えていることを特徴とする請求項３に記載の力覚センサ装置。
6. ３つの前記能動部品と電気的に接続された他の能動部品を有し、
   前記他の能動部品は、前記延伸部が設けられた前記側面固定部に実装されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の力覚センサ装置。
7. 前記他の能動部品は、３つの前記能動部品の出力するディジタルの電気信号に対して所定の演算を行って、力又はモーメントの単位に換算する機能を備えていることを特徴とする請求項６に記載の力覚センサ装置。
8. 前記端面固定部は、前記センサチップを露出する開口部を備え、
   前記端面固定部の、各々の前記柱の端面と平面視で重複する領域には前記能動部品と電気的に接続された電極が形成され、
   各々の前記電極は、金属線を介して、前記センサチップの電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項２乃至７の何れか一項に記載の力覚センサ装置。
9. ４本の前記柱の端面に凹部が設けられ、
   前記端面固定部の各々の前記電極は前記凹部上に固定されている請求項８に記載の力覚センサ装置。
10. 前記起歪体は、
    各々の前記柱が配置された土台と、
    隣接する前記柱の前記土台とは反対側同士を連結する梁と、を有し、
    前記梁の長手方向の中央部は両端部よりも太く、
    前記長手方向の中央部は前記柱の側面よりも外側に張り出した張り出し部を備え、
    前記能動部品は、前記梁よりも前記土台側において、平面視で前記張り出し部と少なくとも一部が重複するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の力覚センサ装置。
11. 前記起歪体は金属製であり、
    前記基板の他方の面に導体パターンが設けられ、
    前記導体パターンは導電性の接合材を介して前記起歪体と電気的に接続されている請求項１乃至１０の何れか一項に記載の力覚センサ装置。
12. 前記導体パターンは外部回路のＧＮＤと接続可能とされている請求項１１に記載の力覚センサ装置。

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