JPH04181134A - 三次元力覚センサーの製造方法 - 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） 本発明は三次元力覚センサーの製造方法に関する。

（従来の技術） 近年の省力化等の代役となるロボットの開発や自動化機
械の発展に伴ってそれらに適した小型で高性能なセンサ
ーが強く望まれ、既に知られている力覚センサーは三次
元構造に加工された起歪体にストレインゲージを貼付し
たもので、未だ大きさや感度、価格の面で充分なもので
あるとはいえなかった。

このような実情から、シリコン単結晶基板半導体技術を
用いて拡散歪ゲージを形成し、起歪体上にシリコン単結
晶板を接合した拡散型力覚センサー（以下単に力覚セン
サーという）が開発され、小型、高感度、高信顛性とい
う優れた特性を持ったセンサーとして考え出された。

この力覚センサーを概略説明すれば、シリコン単結晶基
板等の半導体結晶に機械的外力を加えると半導体結晶の
結晶格子に歪みを生じ、半導体中のキャリア数や移動度
が変化して抵抗率が変わるピエゾ抵抗効果を利用し、起
歪体の歪みを抵抗の変化に変更し、ブリッジ回路によっ
て起歪体に加わる力を電気信号に変換しようとするもの
である。

第４図は従来より知られた力覚センサー１０の斜視図で
、第３図はその断面図である。起歪体１１は鉄やアルミ
等からなり、外表面全体に金メツキを施しである。ダイ
アフラム１２上には抵抗体（ゲージ抵抗）を配設すべく
、ＩＣチップ３が接着剤等で固定され、各ゲージ抵抗１
４−１〜１４−４はコンタクトピン２との間をリード線
４がダイボンドされて接続され、外部回路で検出される
ようになっている。

又ＩＣチップ３の上側は起歪体１１の外周部１１ａで固
定されているカバー１で覆われている。このカバー１に
は上側に空気孔１ａが穿設されていて、温度上昇等の場
合内部空気の膨張による起歪体１１への影響を防止しで
ある。

なお、外周部１１ａには取付穴８が分散穿設されており
、力覚センサー１０を固定するように構成されている。

上述のＩＣチップ３は各ゲージ抵抗１４−１〜１４−４
が起歪体１１のダイアフラム１２のエツジ部１２ａ、１
２ｂの上方に位置するように接着剤等で固定されている
。

この起歪体１１にＸ軸又はＹ軸回りのモーメントやＺ軸
方向の押力又は張力が働いた時の抵抗変化を第１表に示
しである。

ブリッジ回路を構成する各辺の抵抗値が等しく、又抵抗
値の変化が等しい条件の元では第５図、第６図、第７図
に示す回路でそれぞれＭｘ、　Ｍｙ、　Ｆｚの３軸力を
干渉なく検出することが出来る。

第１表 （発明が達成しようとする課題） しかし、このような力覚センサーはダイアフラム１２の
厚さが０．２〜０．５＋＋ｎ程度であるが、取付穴８を
設ける必要から外周部１１ａの厚さが厚くならざるを得
す、センサーとしては重く、しかもダイアフラム１２の
加工が難しいという問題がある。

本発明は上述の問題を解決して、軽量で、しかもダイア
フラムの形成が容易で、かつ量産性が良く、安価な三次
元力覚センサーを提供することを課題とする。

（課題を達成するための手段） 上述の課題を達成するために、拡散歪ゲージを形成した
シリコン単結晶基板を起歪体１１上に接合してなる力覚
センサー１０の製造方法において、−体化して形成され
ているダイアフラム１２及び検出アーム１３を金型内に
インサートし、外周部１１ａ及び取付穴８を合成樹脂で
一体成形して形成するものである。

（実施例） 第１図は本発明の製造方法で製造した力覚センサーの一
実施例の断面図である。ダイアフラム１２と検出アーム
１３は金属で一体に作られ、表面に金メツキが施されて
いるが、ダイアフラム１２と検出アーム１３とは別に作
り、カシメ又は溶接等で一体化しても良い。

次に上述の一体化したダイアフラム１２及び検出アーム
１３をインサートして射出成形等により上側外周部９ａ
及び下側外周部９ｂよりなる外周部９を合成樹脂で成形
する。この際、外周部９には同時に取付穴８が形成され
るように金型を作っておく。

又、金型を作る際にダイアフラム１２の外周部分と合成
樹脂の外周部９との一体化を強固にするために金型片表
面にシボ面や溝加工、更には穴開は加工や凹凸絞り等の
加工を予め施しておく必要がある。

なお、図にはコンタクトピンの配設が示されていないが
、予めダイアフラム上にコンタクトピン挿入用の穴を加
工しておくか、フレキシブル・プリント・サーキット（
ＦＰＣ）　、リードフレーム等による接続配線回路を上
記インサートと同時に一体で成形しておき、成形後にゲ
ージ抵抗１４−１〜１４−４とコンタクトピン、リード
フレーム又はＦＰＣの接続端子間にリード線をグイポン
ド等で接続する。

第２図は本発明の他の実施例の断面図で、本実施例のも
のは上側外周部とキャップとを一体化したキャップ外周
部９ｃとしたものである。この場合、内部の空気の膨張
によりダイアフラム１２に影響を与えないために空気穴
９ｄを穿設しておくことが好ましい。

（発明の効果） 上述のように合成樹脂の成形工法により製造した力覚セ
ンサーは、 １）軽量化が可能である。

２）加工性が良く、量産が可能である。

３）ダイアフラムと検出アームよりなる起歪体が外部と
絶縁されることになり、外部からの検出値への影響がな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法により製造した一実施例の力覚セ
ンサーの断面図、第２図は同じく他の実施例の断面図、
第３図は従来より知られた力覚センサーの断面図、第４
図はその斜視図、第５図はＸ軸層ブリッジ回路図、第６
図はＹ軸層ブリッジ回路図、第７図はＺ軸周ブリッジ回
路図である。 ８：取付穴、　１０：力覚センサー、　１１：起歪体、
　１２：ダイアフラム、　１３：検出アーム。 箋１０ 箋２３副

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　拡散歪ゲージを形成したシリコン単結晶基板を起歪体
   上に接合してなる拡散型力覚センサーの製造方法におい
   て、一体化して形成しているダイアフラム及び検出アー
   ムを金型内にインサートし、外周部及び取付穴を合成樹
   脂で一体成形して形成することを特徴とする三次元力覚
   センサーの製造方法。