JPH02198330A - 力覚センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、例えばロボット用力覚センサやマンマシンイ
ンターフェースとしての三次元入力装置等に利用される
力覚センサに関する。

従来の技術 まず、第一の従来例として、特願昭６２−１４４３１６
号に本出願人により力覚センサとして出願されているも
のがある。今、その全体構成を、第５図及び第６図に基
づいて説明する。円盤状をした起歪体ｌの周辺部は支持
部２とされ中心部は作用部３とされており、その作用部
３には乍方に向けて力伝達体４が設けられており、この
力伝達体４の周囲は肉厚の薄い弾性変形面（ダイヤフラ
ム）５が形成されている。また、このダイヤフラム５の
上部には単結晶基板６が接着固定されている。この単結
晶基板６の表面には検出面７が設けられており、この検
出面７には各軸方向（Ｘ、Ｙ。

Ｚ）の成分力を検出する検出素子８が形成されている。

これら検出素子８は、図示しない配線パターンによりブ
リッジ結線されており、これにより検出素子８に生じた
歪を電気信号として出力できるようになっている。

このようにして構成された力覚センサにおいて、今、力
伝達体４の先端に力が作用するとダイヤフラム５が変形
し、これに連れてその上部に接着固定された単結晶基板
６も変形する。この変形により検出面７のある一方向に
形成された検出素子８が機械的変形すなわち歪を受ける
ため、これにより力の成分力を電気信号として検出する
ことができる。そして、その検出された電気信号は、ワ
イヤ９により接続されたリードビン１０を介して図示し
ない外部信号処理回路に送られ信号処理されることによ
り、実際に作用している力の大きさとその方向を知るこ
とができる。

発明が解決しようとする課題 上述したような力覚センサ１１において、通常、ダイヤ
フラム５の内外径は、検出感度や、衝撃の加わるダイヤ
フラム５及び単結晶基板６の破壊限界等を考慮しである
一定の大きさ以上に制限される。また、単結晶基板６の
大きさもこれに整合をとって決定されるため、ある−室
以上のものが必要となる。しかも、単結晶基板６は、第
５図中のハツチング領域に示すように、ポンディングパ
ッドの領域と接着固定されるための領域とが必要となる
。このように単結晶基板６の大きさがある一定以上に制
約されると、起歪体ｌの大きさは、四角形で構成された
単結晶基板６の少なくともその対角線の長さ以上にとる
必要があるため、これにより、力覚センサ１１の全体構
成が大型化してしまうことになる。

また、これまで述べたような力覚センサ１１においては
、電気信号として検出された出力信号が周囲の温度の影
響を受けて変化する、いわゆる、温度依存性がある。そ
こで、第二の従来例として、その温度を補償するために
、一般に特開昭５６−１４５３２７号に開示されている
ものがある。これは、第７図（ａ）（ｂ）に示すように
、温度検出素子１２を四角形をした単結晶基板６の外周
部の歪不感部１３に相当する位置に取付け、これにより
出力信号の補正を行っているものがある。しかし、この
ように四角形をした単結晶基板６の端部に温度検出素子
１２を設けたのでは前述したような力覚センサに応用し
た場合、起歪体ｌの大きさを小さくとることができず、
その結果、力覚センサの全体構成がどうしても大型化し
てしまうという問題がある。

課題を解決するための手段 そこで、このような問題点を解決するために、請求項１
記載及び請求項２記載の発明では、中心部と周辺部との
いずれか一方を支持部とし他方を作用部とした起歪体の
表面に、機械的変形により電気抵抗を変化させる検出素
子を備えた検出面が一面に形成された単結晶基板が接着
固定された力覚センサにおいて、前記単結晶基板の外側
面形状を少なくとも五角形以上の多角形若しくは円形に
より形成した。

また、請求項３記載の発明では、上述した請求項１記載
の発明又は請求項２記載の発明の単結晶基板において、
前記検出素子の形成された前記検出面の中心に位置する
歪不感部に温度検出素子を形成した。

作用 請求項１記載及び請求項２記載の発明により、検出素子
の形成される単結晶基板の形状を円形若しくは少なくと
も五角形以上の多角形により構成することによって、従
来のように四角形の形状からなる単結晶基板を用いた時
に比べ起歪体の外径寸法を小さくすることができる。ま
た、請求項３記載の発明により、温度検出素子をそのよ
うな円形若しくは多角形からなる単結晶基板の中心部に
位置する歪不感部に形成することによって、従来のよう
に四角形からなる単結晶基板の外周部に形成していた時
に比べ、その単結晶基板の形状を小さくした状態で出力
信号の温度補償を正確に行うことができる。

実施例 まず、請求項１記載の発明の一実施例を第１図及び第２
図に基づいて説明する。なお、力覚センサの全体構成に
ついては第一の従来例で説明したのでそれと同一部分に
ついての説明は省略し、また、同一部分については同一
符号を用いる。

起歪体１のダイヤプラム５上に接着固定される単結晶基
板１４において、その外側面形状は少なくとも五角形以
上の多角形により形成されるが、ここでは正八角形より
なる場合を例にとり説明する。その正八角形からなる単
結晶基板１４を作成する方法としては、第２図に示すよ
うに、単結晶基板１４の原盤において、今、正八角形の
一辺をａとすると、その長さａだけ上下左右に離して正
八角形（黒色部分）を並べて切断線１５を設け、これに
よりダイシングカットを行うことによって最もムダなく
正八角形のチップを作成することができる。

このようにして作成された正八角形からなる単結晶基板
１４は、従来の四角形からなる単結晶基板（第５図参照
）６に比べてその対角線の長さを短く（従来に比べ約７
６％）とることができ、これに伴い、起歪体１の直径も
従来のものに比べ約８０％程度にすることができる。こ
れにより、力覚センサ１１の全体構成を一段と小型化、
軽量にすることができる。

なお、請求項２記載の発明は、上述した請求項１記載の
発明における単結晶基板１４の外側面形状を円形により
形成したものであり、レーザ光線等を用いて切断するこ
とによりそのような円形のチップを作成することができ
るわけであるが、ここでの詳細な説明は省略する。

次に、請求項３記載の発明の一実施例を第３図及び第４
図に基づいて説明する。これは、前述した請求項１記載
の発明の実施例における力覚センサ１１において、温度
補償機構を設けた場合の例を示したものである。

力覚センサ１１は、第二の従来例でも説明したように、
検出素子８により得られた出力信号が周囲の温度の影響
を受けこれによりその出力値が変化する。そこで、従来
の力覚センサ１１においては、四角形からなる単結晶基
板６の外周部に位置する歪不感部１３に温度を補償する
ための温度検出素子１２が形成されているわけであるが
、しかし、このような形成方法では力覚センサ１１の小
型化に対して何ら考慮されていない。

温度検出素子１６は、一般に、歪の影響を受けない、い
わゆる、歪不感部１３に設けられるものであればよい。

そこで、今、力覚センサ１１の力伝達体４に例えば力Ｆ
ｘが作用したとすると、その時の歪分布は、第４図（ａ
）（ｂ）に示すようになり、これにより歪不感部１３は
、単結晶基板１４の外周部のみならず、検出面７の中心
位置Ｐにも存在する。

このようなことから、本実施例においては、温度検出素
子１６を正八角形からなる単結晶基板１４の検出面７の
中心部に位置する歪不感部１３に設けた。従って、これ
により起歪体ｌの外径も従来のものに比べ小さくするこ
とができるため、力覚センサ１１の全体構成をより一段
と小型化することが可能となる。

発明の効果 請求項１記載の発明及び請求項２記載の発明では、検出
素子の形成される単結晶基板の外側面形状を少なくとも
五角形以上の多角形又は円形により構成したので、従来
のように四角形の形状からなる単結晶基板を用いた時に
比べ起歪体の外径寸法を一層小さくすることができ、こ
れにより力覚センサを一段と小型化、軽量にすることが
できるものである。

また、請求項３記載の発明では、温度検出素子を請求項
１記載又は請求項２記載の発明のような多角形若しくは
円形からなる単結晶基板の中心部に位置する歪不感部に
形成したので、従来のように四角形からなる単結晶基板
の外周部に形成していた時に比べ、その単結晶基板の形
状を小さくした状態で出力信号の温度補償を正確に行う
ことができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は請求項１記載の発明の一実施例を示す平面図、
第２図はその正八角形の単結晶基板を切り出す様子を示
す平面図、第３図は請求項３記載の発明の一実施例を示
す平面図、第４図は力覚センサに作用する歪分布の様子
を示す説明図、第５図は第一の従来例を示す平面図、第
６図はその縦断側面図、第７図（ａ）は第二の従来例を
示す単結晶基板の平面図、第７図（ｂ）はその縦断側面
図である。 ｌ・・・起歪体、２・・・支持部、３・・・作用部、７
・・・検出面、８・・・検出素子、１３・・・歪不感部
、１４・・・単結晶基板、１６・・・温度検出素子、Ｐ
・・・検出面中心（支） −〇

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、中心部と周辺部とのいずれか一方を支持部とし他方
   を作用部とした起歪体の表面に、機械的変形により電気
   抵抗を変化させる検出素子を備えた検出面が一面に形成
   された単結晶基板が接着固定された力覚センサにおいて
   、前記単結晶基板の外側面形状を少なくとも五角形以上
   の多角形により形成したことを特徴とする力覚センサ。 ２、中心部と周辺部とのいずれか一方を支持部とし他方
   を作用部とした起歪体の表面に、機械的変形により電気
   抵抗を変化させる検出素子を備えた検出面が一面に形成
   された単結晶基板が接着固定された力覚センサにおいて
   、前記単結晶基板の外側面形状を円形により形成したこ
   とを特徴とする力覚センサ。 ３、中心部と周辺部とのいずれか一方を支持部とし他方
   を作用部とした起歪体の表面に、機械的変形により電気
   抵抗を変化させる検出素子を備えた単結晶基板が接着固
   定された力覚センサにおいて、前記検出素子の形成され
   た前記検出面の中心に位置する歪不感部に温度検出素子
   を形成したことを特徴とする請求項１記載又は請求項２
   記載の力覚センサ。