JPH0246092B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は面状に分布された荷重の荷重分布を検
出するセンサに関する。

〔従来技術とその問題点〕

近時、単に荷重を測定ないし検出するのみでな
く、その荷重の面状分布を知ることが必要となつ
て来ている。この一例は第１図に示すような人体
の動態実験に見られる。この第１図には荷重計１
の上を歩行する人の足２が示されており、図の右
方の状態では足のかかとが荷重計１に接触してい
るが、袋状の矢印の先で示す図の左方の状態では
つま先が荷重計１に接触している。かかる歩行動
態の推移につれて荷重計にかかる荷重の分布状態
はそれぞれの下方に示すように当然変わつてく
る。ふつうの体重計によりかかる歩行動態での荷
重を測定すると、測定荷重の時間的変動を測るこ
とができたとしても、あまり有用な情報が得られ
るわけではない。もし、歩行動体中の荷重の面状
分布を正確に測定することができれば、歩行動態
の個人差や身体上の障害の模様について、非常に
有用な情報が得られることが知られている。

かかる荷重分布の測定の必要性は産業分野にお
いても広く存在し、第２図にロボツトの力覚セン
サの例を挙げる。同図には多関節アーム３の先端
に取り付けられたロボツトハンド４の１対のフイ
ンガ５，５により物体６が把持された状態が示さ
れている。物体が多くの工業部品のように十分な
硬さと強度を有している場合はあまり問題がない
が、物体６が柔らかなまたは傷みやすいもの、例
えば果実類である場合には、強い力で把持するこ
とは許されない。この種の物体を傷つけないでロ
ボツトで扱うためには、把持力すなわちフインガ
５に掛る荷重をかなり精密に測定して、物体を傷
つけずしかも落とすことがない適度の力で把持し
なければならない。また把持が正しくなされてい
るかどうかを知るには荷重の面状分布を知ること
が有用である。例えば図示のような比較的細長な
物体６を把持する際には、把持する物体の部位に
よつて荷重の面状分布が異なるから、面状分布が
異常な場合には把持が不適切に行なわれているこ
とがわかる。

かかる要求に沿う荷重センサの概要を第３図に
示す。図示の荷重センサ１０は、基板３０の上に
多数個の感圧素子２０が面アレイ状に並べられて
おり、各素子の上に配された受圧板４０を介して
荷重を受ける。各感圧素子２０は受圧板４０に垂
直方向の力Fzのほか、横方向の力Fx，Fyをも検
知する。これによつて、例えば第１図に例示する
ように荷重センサ１にかかる人体の体重分布のほ
かに、後方に蹴る力Fxや歩行方向に対して横方
向に押し出す力Fyの大きさと分布とを知ること
ができる。

第３図に例示したような分布荷重センサの実用
化に当つては、次の点を解決しなければならな
い。

(a) 受圧板１個の面積を大きくしても数mm角、で
きれば１mm角以下に極小化してできるだけ多数
個の感圧素子を１個の分布荷重センサ内に集積
化すること。

(b) 荷重測定の精度が高く、荷重と検出出力との
間の直線性がよく、かつ測定上のヒステリシス
誤差が小さいこと。

(c) 力の分力間の干渉が少なく、測定上の分解能
がよいこと。

このほか、分布荷重センサ自体はできるだけ剛
性が高く、荷重を受けたときにセンサ自体が変形
して正しい分布荷重が測定できなくなるようなこ
とがないことが望ましい。

本件出願人の知る限り、上述のような要求を満
たし得る実用的な分布荷重センサは知られていな
い。感圧ゴムシートを用いた感圧センサにより分
布荷重を測定できる可能性はあるが、一般に測定
精度が不十分で、力の分力を分離して測定するこ
とがむずかしく、かつセンサ自体の剛性もあまり
高くない。

〔発明の目的〕

本発明は前述のような要求を満たし従来技術の
もつ欠点を解消した精度の高い分布荷重センサを
確実にかつできるだけ手間の掛からない手段で製
作することができる分布荷重センサの製造方法を
得ることにある。

〔発明の要点〕

本発明においては、上述の目的達成のために、
まず感圧センサとして分力の分離に有利なリング
状の感圧素子を用いる。かかるリング状の感圧素
子としては、公知のように高弾性鋼からなるリン
グの表面の要所にストレンゲージとくにシリコン
ストレンゲージを貼り付けたものでもよいが、リ
ング自体を単結晶シリコンにより形成し拡散法に
よりひずみゲージを要所に作り込んだものが有利
である。公知のように単結晶シリコンはヒステリ
シスのない高弾性材料として優れており、進歩し
た拡散法を用いて極小のひずみゲージをウエハ内
に作り込み、かつ該ゲージへの配線を拡散法によ
り集積化したり、あるいはさらに信号増幅用能動
素子をリング内に集積化することもできる。また
１個のウエハからこのように作られた多数の小リ
ングを切り出すことも比較的容易である。つぎに
分布荷重センサの基板として、互いに平行な多数
の溝を一方の面に備えた基板、望ましくはアルミ
ナ等のセラミツク基板を準備する。セラミツク基
板を用いた場合には、その表面に厚膜回路を容易
に集積化して、各感圧素子への接続線とし、また
測定回路を半導体チツプの形でマウントすること
ができる。さらには基板を多層配線板として構成
するのが最も有利である。

つぎに組立工程に入り、感圧素子のリングの一
端側を上述のような基板の溝に嵌めこんで、所定
個数の感圧素子を各溝に分布立設させる。これに
より多数の感圧素子が各溝に沿つて行方向に分布
して配設されるが、正確な測定結果が得られるよ
う、感圧素子を列方向にも精密に整列させる。こ
の整列作業は、リングの内孔を利用してゲージを
内孔に挿通することにより整列させてもよいし、
リングの外周面に専用のゲージを当てて行なつて
もよい。このように整列された多数の感圧素子が
基板に立設された状態で感圧素子を基板に固着
し、かつ各感圧素子への電気配線をすませる。感
圧素子の固着には、接着剤とくにセラミツクス用
接着剤を用いても十分な固着強度が得られるし、
また基板の溝壁にあらかじめメタライズ処理を施
しかつ感圧素子のリングの固着個所にめつきや予
備半田処理を施しておいて、加熱により金属を溶
融させて固着してもよい。

つぎに受圧板の材料としての受圧素板を感圧素
子の基板と固着した側とは反対側の他端部に基板
と平行するように配した上で、上と同様にして各
感圧素子リングと固着する。この受圧素板の一方
の面には基板と同様に溝を切つておいて、感圧素
子リングの他端側をこの溝に嵌めこんだ上で固着
させてもよく、あるいは平担な受圧素板を感圧素
子の他端面に突き合わせを接合してもよい。最後
に受圧素板を切断して感圧区分ごとに分離された
受圧板を形成することによつて作業を終える。こ
の受圧板は複数個ふつうは２個の感圧素子ごとに
設けるのが受圧板を機械的に安定させる上でよ
く、従つてふつうは２個の感圧素子が一つの感圧
区分を形成することになる。このように２個１組
の感圧素子で感圧区分を形成することにより、特
定の分力方向に対しては感圧信号を相加するよう
に接続して感度を向上させることができ、あるい
は逆に他の特定の分力方向に対しては感圧信号を
相殺するように接続して該分力方向の感度を０に
し、さらには分力間の干渉が生じないような補償
がなされるように相互接続をすることもできる。

〔発明の実施例〕

以下図を参照しながら本発明の実施例を詳しく
説明する。

第４図は感圧素子を示すもので、図には一点鎖
線で示された受圧板４２を介してそれに垂直方向
に感圧素子リング２１にかかる荷重Fzと、受圧
板と平行な面内で素子リング２１にかかる二つの
荷重分力Fx，Fyとの方向が示されている。これ
らの荷重分力Fz，Fx，Fyを互いに干渉しないよ
うに測定するためのストレンゲージの配置が第５
図ａ〜ｃに示されており、図にはストレンゲージ
が検出する引張りないしは圧縮ひずみの方向が線
で示されており、この線の方向にストレンゲージ
がリング４２に貼り付けられ、あるいはその表面
に作り込まれる。同図ａは垂直分力Fzの測定の
ためのストレンゲージの配置を示し、図示のよう
にリング２１の外周面に２個のストレンゲージ２
２zt，２２ztが、内周面に２個のストレンゲージ
２２zc，２２zcが設けられ、これらのストレンゲ
ージは第６図ａに示すようにブリツジ測定回路の
４辺にそれぞれ接続される。なお、ストレンゲー
ジを示す矢印については、図示の方向は垂直方向
の荷重Fzが掛かつたとき、互いに遠ざかるよう
に示された矢印の個所では引張りひずみが、互い
に近づくように示された矢印の個所では圧縮ひず
みを生じていることを示す。以下も同様とする。

第５図ｂは水平分力Fx測定用の４個のストレ
ンゲージ２２xt，２２xt，２２xc，２２xcの配
置を、第６図ｂはこれらストレンゲージのブリツ
ジ結線図を示す。第５図ｂからわかるように、こ
れらのストレンゲージはリング２１の上下端から
それぞれ角度αの位置のリングの周面に設けら
れ、公知のようにこの角度αは39.6゜がよい。同
様に他の水平分力Fy測定用の４個のストレンゲ
ージ２２yt，２２yt，２２yc，２２ycは、第５図
ｃに示すように同じ角度αの部位に、ただし今度
はリング２１の端面に設けられ、第６図ｃに示す
ようにブリツジ接続される。第６図の各ブリツジ
回路からの出力信号Ez，Ex，Eyはそれぞれ荷重
の分力Fz，Fx，Fyの測定信号である。第７図は
上述の結果をまとめたもので、表の縦軸は荷重の
分力を、横軸はストレンゲージを示している。ス
トレンゲージからの出力は引張りひずみか圧縮ひ
ずみかに応じて増減するから、この図では増減が
＋−で表わされており、０は増減がないことを示
す。ストレンゲージのブリツジ接続は、この増減
の同方向のものを対辺に配するようにされる。第
７図からわかるように荷重の分力が一方向のみで
あるとき、上述のストレンゲージの配置によれ
ば、他方向に分力測定用のゲージ出力は原理的に
０であり、分力間の干渉を生じることがない。ま
た、仮に若干の干渉信号が生じても、その大部分
はブリツジ回路内で相殺されて、実用上はあまり
問題がなくなる。

感圧素子リング２１としては、公知の高弾性鋼
リングを用い、ストレンゲージとして白金線ひず
みゲージやシリコン・ストレンゲージを用いてリ
ング表面に貼り付けることができる。また前述の
ようにシリコン単結晶をリング材料として用い、
ストレンゲージをいわゆる拡散形ゲージの形でシ
リコンウエハ内に集積化することができる。スト
レンゲージは前述のように１個のリング内に12個
作り込む要があるので、電子ビームないしはイオ
ンビームを用いて不純物のインプランテーシヨン
法あるいは不純物制御法によつて作り込むのが好
適である。リングの厚さはリングの径が例えば３
mmのときその20％、すなわち0.3mm程度がよいの
で、この寸法にあつた厚さのシリコンウエハを材
料として用いる。リングのウエハからの切り出し
はレーザカツト法やホーニング法がよく、かなり
寸法精度のよいリングが得られるが、複数分力の
測定に適した外形精度を得かつウエハからの切り
出し時に生じやすい表面の残留ひずみを除去する
ため、切り出したリングの外形とくに外周面の研
削が望ましい。この研削法としては機械研削が可
能であり、このほか最近ミクロ加工法として知ら
れて来たエラスチツク・エミツシヨン法などを採
用することもできる。なお、高弾性鋼やシリコン
単結晶からなるリングの内孔寸法としては、理論
的には外径にできるだけ近くなるよう大にするの
が望ましいが、実用的には外径の50％程とするの
が、機械強度と荷重測定精度との兼ね合いの面か
ら適当である。

第８図はリング２１を２個組み合わせて１個の
感圧素子２０を構成する例を示す。この例におけ
る各リング２１は第５図に示した例とは異なり、
８角形の外周面２１ａを備えており、この内の斜
面２１ｂが第５図で説明した角度αに適合するよ
うに形成されている。内孔２１ｃは円孔である。
２個のリング２１，２１は１対の連絡板２３，２
３で相互に図示のように結合されており、これに
よつて機械的に丈夫な構造に一体化された感圧素
子の基本形が構成される。両連絡板の内の図の下
方の連絡板２３が第３図に示した基板３０と固着
ないしは一体化され、上下の連絡板２３が第３図
に示した受圧板４０と固着されないしはそれ自体
が受圧板として用いられて、図示のように測定す
べき荷重の分力Fx，Fy，Fzを受ける。この図に
は示されていないが、荷重を検出すべきストレン
ゲージはリング２１の周面および端面に設けられ
る。かかる基本形の感圧素子を多数個並べて第３
図に示したような分布荷重センサ１０を構成する
には、第９図に示すように第８図の下方の連絡板
２３を共通の基板３０とし、該基板３０の上にリ
ング２１あるいは２個をリングを組み合わせた上
述の基本形の感圧素子を並設するのが有利であ
る。本発明においては、このような共通基板方式
を採用しており、以下説明の便宜のため２個リン
グ結合体を基本形とするものについて述べるが、
本発明の要旨はかかる基本形にとらわれることな
く、１個のリングまたは３個以上のリングを組み
合わせたものを感圧素子の単位とする場合も含み
うるものである。

さて、第９図に示したように、共通の基板３０
の上に感圧素子のリング２１を多数個並設する
際、基板３０への取付け精度が荷重測定の精度に
大きな影響を及ぼす。例えば同図ａに示すよう
に、リング２１の向きが分力を測定すべき方向
ｘ，ｙに対してβで示す角度傾いている場合に
は、もはやそのリング２１からの測定出力は正し
いｘ，ｙ方向の分力Fx，Fyを示し得ない。また
同図ｂに示すように、傾きβがないようにリング
２１が並べられてはいるが、正規の位置から図示
のようにｘ，ｙ方向にδxないしはδyだけずれて
いる場合も同様な測定誤差が生じ、とくに２個の
リング２１，２１を受圧板４０（鎖線で示す）で
連結して第８図に示すような基本形を構成する際
に誤差が大きくなり、あるいは複雑になつて誤差
を補正することがむつかしくなる。以下、かかる
問題のないようにかつ比較的簡単に精度のよい分
布荷重センサを製作しうる本発明方法について述
べる。

本発明においては、第１０図に示すように基板
３０の図では上面として示された一方の面に互い
に平行な複数個の溝３１が設けられる。一方、同
図では基板３０の上面に載置された形で描かれた
リング２１の図の下端側には、前述の溝３１の深
さに適合した寸法ｄを有する係合部２１ｅがリン
グ本体から突出して設けられている。またこの実
施例ではリング２１の上端側にも同様な寸法ｄを
有する係合部２１ｆが設けられている。ストレン
ゲージ２２はこの図ではリングの端面２１ｄにの
み設けられ、付属配線とともに模式的に示されて
いるが、その詳細は後述する。このように形成さ
れたリング２１はその下方の係合部２１ｅを溝３
１に嵌めこむことにより、第９図ａに示したよう
な傾き誤差βおよび同図ｂに示したｙ方向の偏位
誤差δyが生じないように基板３０の上に配設す
ることができる。

第１１図にはリング２１の第９図ｂに示したｘ
方向の偏位誤差δxがないように、複数のリング
２１を列状に整列させる手段として円形断面の棒
状の治具５１をリング２１の内孔２１ｃに挿通し
た状態が示されている。リング２１はこの整列治
具５１にあらかじめ通しておいた上で、第１１図
に示すようにその各係合部２１ｅを基板３０の溝
３１に嵌め込んでもよいし、また各リング２１の
係合部２１ｅをあらかじめ個々に溝引に嵌め込ん
でおいた後に、その内孔２１ｃに整列治具５１を
挿通することにより、複数のリング２１を整列さ
せてもよいことはもちろんである。このようにし
て複数個のリング２１を正しい配置に置いた後、
各リングの係合部２１ｅを溝３１に固着させる。
固着手段としては要点の項とおいて述べたように
公知の固着手段から容易に選択することができ
る。整列治具５１はこの固着作業前あるいは作業
後に取り外される。

この段階でストレンゲージ２２からの配線２３
を外部に引き出す接続作業を終了させておくこと
が望ましいが、この接続手段については後述す
る。

この実施例では第１０図に示したように各リン
グ２１には上方の係合部２１ｆが備えられている
ので、これに対応して第３図に示した受圧板４０
の素材としての受圧素板４１には、第１２図に示
すようにその下面に溝４２が設けられている。図
示のようにこの受圧素板４１は複数個のリング２
１に対し共通に設けられており、分布荷重センサ
に対して１枚、あるいは係合部２１ｆを溝４２に
嵌め込みやすいように数枚に分割される。いずれ
にせよ、溝４２に各係合部２１ｆを嵌め込むこと
によつて、複数個のリング２１の位置は正しい幾
何学的配置に置かれる。この後、前と同様な手段
で溝４２と係合部２１ｆが固着される。なお受圧
素板の材料としては基板３０と同様にセラミツク
ス材料でもよいが、金属製とすれば機械的にじん
性の高い受圧板を得ることができる。

その後受圧素板４１には、第１３図に示すよう
に縦横の切溝４３が入れられてそれぞれ互いに分
離された受圧板４０に形成される。この受圧素板
４１の切断は、例えば受圧素板が金属性のときは
機械加工用のカツタにより、セラミツクス製のと
きはダイヤモンドカツタやレーザカツタにより容
易に行なうことができる。また、この実施例では
受圧素板の切断は、１枚の受圧板が２枚のリング
２１を互いに結合するように、すなわち第８図に
示した基本形の感圧素子が得られるようになされ
る。

以上説明したように、この実施例によれば比較
的量産に適した手段により、リング２１が正しく
幾何学的に配置され、かつ基板３０と受圧板４０
とに強固に固着された多数の感圧素子を含む分布
荷重センサを製造することができる。

第１４図は本発明の異なる実施例を示すもの
で、この実施例によれば各リング２１の係合部２
１ｅが基板３０の溝３１に嵌め込まれかつ固着さ
れることは前の実施例と同じであるが、受圧板４
０は溝を備えておらず各リング２１の上周面に直
接固着される。従つて、この実施例では各リング
２１に第１０図に示したような上方の係合部２１
ｆをとくに設ける必要はなく、また受圧板４０の
素材としての受圧素板には溝なしの平板状のもの
を用い、各リング２１の上周面に載置した状態で
リング２１と突き合わせ固着したうえで、第１４
図に示すような分離された受圧板４０に切断すれ
ばよい。この実施例においては、複数個のリング
の幾何学的配置が第１３図に仕上がり状態を示し
た前の実施例と比べて若干精度が落ちる可能性は
あるが、各リング２１の位置が溝３１により規制
されかつ前述のようにすでに整列されているの
で、実用的に十分な幾何学的精度を保つことがで
きる。また、組立ずみの状態において、各リング
２１に強制的なひずみが残留しない長所もあり、
さらには前の実施例よりも組立て作業が簡単で量
産に適する利点もある。なお前述の説明からも容
易にわかるように、ここに図示はされてないが、
基板３０を溝なしとし、受圧板４０ないしはその
受圧素板を溝つきに構成しても、本発明の要旨と
均等な手段で同様な利点を有する分布荷重センサ
を容易に製造することができることはあきらかで
ある。

第１５図は本発明のさらに異なる実施例に示す
もので、この実施例によれば第１１図の工程にお
けるリング２１の整列手段として、棒状の整列治
具５１のかわりに、第１５図に示すような多数の
さん５２ａを有する枠状の整列治具５２が用いら
れる。さん５２ａ相互間の〓間５２ｂの幅ｂは、
第１０図に示したリング２１の幅ｂと同程度に形
成されている。この整列治具５２を用いる前の工
程では、第１０図で基板３０の上面に載置された
状態で示されていた各リング２１は、その係合部
２１ｅを溝３１に嵌めこむことにより、溝３１の
方向いわば行方向には整列されて溝方向に摺動自
在に係止されている。このリング群２１の列方向
の整列は、該整列治具５２を第１０図の上方から
挿入してその〓間５２ｂ内にリング２１を納める
ことによつてなされる。第１０図に示すように各
リング２１の周面には斜めの肩部２１ｇがあり、
整列治具５２の上方からの挿入に際してこの肩部
が整列治具５２のさん５２ａに当つて、各リング
２１を自動調心的にその隙間５２ｂに案内する。
リング２１が円形の外周面を有するときも同様で
ある。容易にわかるように、この実施例における
整列治具５２は、前の実施例における整列治具５
１よりも実用上量産工程に適している。

最後に各感圧素子からの測定用配線の接続手段
の一例を第１６図により説明する。この図には、
基板３０の溝３１に係合部２１ｅが嵌め込まれか
つ固着されたシリコン単結晶からなるリング２１
が一部断面の形で示されており、該リングに設け
られるストレンゲージが前述の第５図に対応した
符号で示されている。しかし、この例では第５図
と異なりすべてのストレンゲージがリング２１の
一方の端面２１ｄ内に設けられている。例えば、
ｚ軸方向の荷重分力測定用のストレンゲージ２２
zcは第５図ａにおける内孔面のかわりに、端面２
１ｄの内孔２１ｃに最も近い部位に設けられてい
る。もちろん、このストレンゲージ２２zcは内孔
面に設けるのが最も望ましいのであるが、端面２
１ｄの内孔２１ｃに最も近い位置に設けても実用
上は大差がなく、むしろ端面２１ｄに設けること
によつて、すべてのストレンゲージをシリコン単
結晶の一方の面２１ｄに拡散法により一度に形成
できる利点が生じる。他のｚ軸方向のストレンゲ
ージ２２ztも同様に端面２１ｄの外周面に最も近
い位置に図示のように設けられる。ｘ軸方向用ス
トレンゲージ２２xt，２２xcも同様に外周面に
近い位置に設けられており、一方ｙ軸方向用スト
レンゲージ２２ytは正規どおりこの端面２１の中
間位置に図示のように設けられている。

これらのストレンゲージ群からの配線２３は拡
散法によりこの端面２１ｄ内に設けられており、
図では鎖線でこの配線２３が示されている。この
配線の接続はリング２１の下部に示された接続部
２４を介してなされる。接続部２４は強不純物拡
散層の上につけられた半田めつき層あるいは半田
バンフとして形成されており、もちろん所定個数
の接続端子部を含む。

一方、この接続部２４に対応して、セラミツク
基板として構成された基板３０の上面の対応部位
には、セラミツク板上に印刷焼成された厚膜回路
端子部３５が設けられ、この端子部３５には接続
部２４に対応した個数の端子が同様に半田めつき
層ないしは半田バンプの形で作られる。この端部
３５からの外部への接続線は図では配線３６とし
て模式的に示されている。リング側の接続部２４
と基板側の端子部３５との相互接続は公知のアル
ミ線や白金線によりボンデング法によりすること
ができ、あるいは図示のように可撓性の配線フイ
ルム２５の熱圧着法により接続を行なつてもよ
い。図ではこの配線フイルムの装着前と装着後の
状態が理解の便宜のために示されている。

さらにこの例では基板３０は多層基板として構
成されており、例えば図示のように３個の層３
２，３３，３４からなる。その最下層３４には複
数個の接続ピン３７が立て込まれていて、前述の
端子部３５とこの接続ピン３７との間の相互接続
は最上層３２の上面の、あるいは各層間に埋め込
まれた配線３６を通じて、さらには多層配線基板
３０の製造時のいわゆるグリーンシートの状態で
明けられた図示しないスルーホールを通じて行な
われる。本発明にかかる分布荷重センサには少な
くとも数百の感圧素子が組み込まれるので、多数
の感圧素子からの配線の錯綜を避けるためにこの
ような多層基板構成は非常に有用であり、溝３１
は基板の最終焼成前にあらかじめ付けておき、焼
成後に仕げ加工を行なうなどの手段で容易に多層
配線基板にも設けることができる。また、端子部
３５からの検出圧力信号をすべて接続ピン３７に
導出する必要はなく、むしろ最上層３２の上に図
では例示的に示されたマウント部３８の上に前述
のブリツジ回路や付属増幅器などの信号処理回路
を内部に集積化した図示しない半導体チツプをマ
ウントして、大方の信号処理を済ませた上、外部
に導出が必要な正味の検出信号のみを接続ピン３
７を介して取り出せばよい。かかる半導体チツプ
のマウントに適する手段としては例えば公知の厚
膜回路を最上層３２の上面に施せばよく、また信
号処理回路の一部ないし全部をリング２１を構成
するシリコン単結晶中に公知の手段で作り込むこ
とも可能である。

なお、前述の実施例説明においては、荷重の３
方向分力すべてを測定可能な分布荷重センサにつ
いて述べたが、分布荷重センサとしては荷重をこ
のようにベクトル的に測定する必要が常にあるわ
けではなく、スカラ量としての荷重の分布を知れ
ば十分な場合も多いので、２方向ないしは単方向
の分布荷重センサとして構成されることも多く、
本発明はその要旨内においてこれらすべてに適用
が可能なものである。

〔発明の効果〕

本発明方法においては、前述のように基板に設
けた互いに平行な溝に多数の感圧素子リングの一
端側を嵌め込んで行方向に正しく配列させた上、
列方向にも整列させてこの段階で該リングの一端
側を基板に固着させるようにしたので、本発明に
より製造された分布荷重センサは微小な多数の感
圧素子を組み込んでも、その感圧素子リングの幾
何学的方向や配列が極めて正確で、従つて誤信号
が少なく精度の高いものが得られる。また各感圧
素子に荷重を伝える受圧板の素材としての受圧板
を感圧素子リングの他端側に共通に配して固着さ
せた上、該素板を切断分離して受圧素板を形成す
るようにしたため、簡単な加工により１個の分布
荷重センサ内に多数個の感圧素子を集積化するこ
とが容易になり、本質的に量産に適する。これら
の手段により、１個のセンサ内に数mm角以下の微
小な感圧素子を少なくとも数百個あまり手間をか
けずに集積化することが可能になり、かつ測定の
精度が高く荷重の各分力間の相互干渉の少ない分
布荷重センサが得られる。

このようにして得られる分布荷重センサは精密
なロボツト類の触覚センサ等として有用でかつ広
い応用分野を持ち、あるいは人間の行動や動態測
定を通じて比較的未開拓の学問へ諸分野の進歩の
ための有用なツールともなり得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法により製造される分布荷重
センサを人体の歩行動態測定に利用した例を示す
説明図、第２図は該分布荷重センサをロボツトハ
ンドの制御用に応用した例を示す説明図、第３図
は本発明方法にかかる分布荷重センサーの基本構
成を示す斜線図、第４図は該分布荷重センサに用
いられるリング状の感圧素子への荷重分力の掛か
り方を示す斜視図、第５図は該感圧素子リングの
基本構成を示す斜視図、第６図は感圧素子のスト
レンゲージの接続の態様を示す結線図、第７図は
感圧素子の各荷重分力への応動態様を示す図、第
８図は２個の感圧素子リングを含む感圧区分とし
ての感圧素子の基本形の例を示す斜視図、第９図
は分布荷重センサへの感圧素子の組み込み配列上
の要点を示す配置図である。第１０図以降は本発
明方法の実施例を示し、内第１０図〜１３図は本
発明方法の一実施例におけるそれぞれ異なる工程
段階を示す分布荷重センサの斜視図、第１４図は
本発明方法の異なる実施例における受圧板の態様
を示す斜視図、第１５図は本発明のさらに異なる
実施例における感圧素子リングの整列に用いられ
る整列治具を示す斜視図、第１６図は本発明方法
中の電気的接続方法の一態様を示す部分組立斜視
図である。図において、 １，１０：分布荷重センサ、２０：感圧素子、
２１：感圧素子リング、２１ｅ：感圧素子リング
を基板の溝に係合させるための係合部、２２：感
圧素子を構成するストレンゲージ、２４：感圧素
子リング側の接続手段としての接続部、２５：接
続手段としての可撓性配線フイルム、３０：基
板、３１：溝、３５：基板側の接続手段としての
端子部、３６：接続手段としての配線、３７：接
続手段としての接続ピン、４０：受圧板、４１：
受圧素板、４３：受圧素板を受圧板に切断する切
溝、５１：感圧素子リングの整列手段としての棒
状の整列治具、５２：感圧素子リングの整列手段
としての枠状の整列治具、である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数個のリング状の感圧素子を共通の基板上
   に面状に分布させて立設し、受圧面内の感圧区分
   ごとに分離して設けられた受圧板を介して前記感
   圧素子が検出すべき荷重を受け、受圧面に垂直な
   方向の荷重と平行な方向の荷重とを前記感圧区分
   ごとに検出するように構成された分布荷重センサ
   の製造方法であつて、互いに平行な複数個の溝を
   備えた基板を調製する工程と、感圧素子リングの
   一端側を該基板の溝に係合させて溝ごとに所定個
   数ずつ分布立設させる工程と、該溝に沿つて行方
   向に分布立設された感圧素子を列方向に整列させ
   る工程と、前記溝に係合された各感圧素子リング
   の一端側を基板に固着する工程と、各感圧素子へ
   の配線を接続する工程と、複数個の感圧素子に対
   して共通に設けられた受圧素板を感圧素子リング
   の他端側に基板と平行に配して該他端側と固着す
   る工程と、該受圧素板を切断して前記所定の感圧
   区分ごとに切り離された前記受圧板を形成する工
   程とを備えたことを特徴とする分布荷重センサの
   製造方法。