JPH067031U - 三次元力覚センサー - Google Patents
三次元力覚センサーInfo
- Publication number
- JPH067031U JPH067031U JP1394991U JP1394991U JPH067031U JP H067031 U JPH067031 U JP H067031U JP 1394991 U JP1394991 U JP 1394991U JP 1394991 U JP1394991 U JP 1394991U JP H067031 U JPH067031 U JP H067031U
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- JP
- Japan
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- force sensor
- sensor
- amplifier
- sensor chip
- force
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- Pending
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- Measurement Of Force In General (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
〔目的〕 力覚センサーの小型化及びS/N比の向上を
目的とする。 〔構成〕 力覚センサー10のダイアフラム12に貼付
したセンサーチップ14を保護するキャン20の内面に
ノイズフィルターを含むアンプ4を設け、前記センサー
チップ14の出力信号を第二及び第三FPC2、3で前
記アンプ4に接続し、外部との間は第一FPC1で前記
アンプ4に接続してある。
目的とする。 〔構成〕 力覚センサー10のダイアフラム12に貼付
したセンサーチップ14を保護するキャン20の内面に
ノイズフィルターを含むアンプ4を設け、前記センサー
チップ14の出力信号を第二及び第三FPC2、3で前
記アンプ4に接続し、外部との間は第一FPC1で前記
アンプ4に接続してある。
Description
【0001】
本考案はOA機器の入力装置や自動制御装置のセンサー部に使用される力覚セ ンサーに関し、特に拡散歪ゲージを形成したシリコン単結晶基板よりなるセンサ ーチップを起歪体上に接合した半導体三次元力覚センサーの出力部に関する。
【0002】
先ず、本考案の対象となる拡散型力覚センサーについて説明する。
【0003】 従来から知られた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あるが、大きさや感度、更に価格の面で充分なものであ るとは言えないものであった。
【0004】 ところが、このような従来からの力覚センサーに改良を加え、シリコン単結晶 基板に機械的外力を加えると結晶格子に歪を生じ、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現象、即ちピエゾ抵抗効果を利用して起歪体の歪を 抵抗の変化に変換し、ブリッジ回路により起歪体に加わる力を電気信号に変換す るセンサーチップを用いた拡散型三次元力覚センサーが考え出された。
【0005】 この力を検出する部分と抵抗を電圧に変換する回路を9mm角程度のシリコン 単結晶基板のセンサーチップにのせ、これを三次元に変化する起歪体に貼付した もので、一例として直径3.2cmの円盤状で、体積は約6cm3 と非常に小さ く、従来の力覚センサーでは10g以上の力でなければ検出出来なかったものが 、拡散型三次元力覚センサーでは0.1gという微少な力でも検出することが出 来る。
【0006】 図2に示すものは上述の拡散型三次元力覚センサー(以下単に力覚センサーと いう)の要部断面図、図3は全体の斜視図、図4はキャンを取除いた状態の上面 図、図5は同じく断面図である。
【0007】 この力覚センサー10の起歪体11は外周部11aと、中心部に垂直に突出し た検出アーム13と、これら外周部11aと検出部13の間のダイアフラム12 とで形成し、このダイアフラム12の前記検出アーム13と反対側の面にはシリ コン単結晶基板のセンサーチップ14が貼付してある。
【0008】 このセンサーチップ14には、前記ダイアフラム12の外周部11a側のエッ ジ部12aと検出アーム13側のエッジ部12bに対応する位置にゲージ抵抗1 4−1、14−2、14−3、14−4が一つの直径上に並んで形成されている 。なお、検出アーム13の先端には、被測定物と接続するようにねじ孔13aが 穿設してある。
【0009】 なお、図で20はセンサーチップ14の保護のためのキャン、21は力覚セン サー10を取付けるために起歪体11の外周部11aに分散して穿設されている 取付け孔、22は取付け方向を規制する基準孔、23はリードピンである。
【0010】 図6、図7、図8は上述の力覚センサー10のゲージ抵抗14−1、14−2 、14−3、14−4で構成されたブリッジ回路で、ダイアフラム12の各ゲー ジ抵抗14−1、14−2、14−3、14−4が外力を受けた時、ブリッジ回 路各辺の電気抵抗Rx1 〜Rx4 、Ry1 〜Ry4 、Rz1 〜Rz4 は表1に示 す変化を起こし、X軸モーメント(Mx)、Y軸モーメント(My)、Z軸押張 力(Fz)を検出することが出来る。図6はMx用、図7はMy用、図8はFz 用である。
【0011】 ここで、各ゲージ抵抗14−1、14−2、14−3、14−4はX軸、Y軸 、Z軸の各ブリッジ抵抗Rx1 〜Rx4 、Ry1 〜Ry4 、Rz1 〜Rz4 に共 通である。
【0012】
【表1】
【0013】
上述のようなセンサーチップ14を用いる力覚センサー10では、センサーチ ップ14自体は外力による変形を抵抗変化として出力するために不安定な要素が 多く、センサーチップ14の製造工程中に応力が加わってセンサーチップ14自 体の諸特性が変動してしまう可能性があり、センサーチップ14上にアンプを組 み込むのは適さないという問題がある。
【0014】 このため、図9に示すように、従来の力覚センサー10ではセンサーチップ1 4との接続にフレキシブル・プリント・サーキット(FPC)25を使用し、駆 動電圧の供給と荷重信号の出力とを行うので、外部アンプ24を設ける必要があ り、全体として小型化が困難であった。
【0015】 本考案は上述の問題を解決して、外部アンプ24を必要とせず、小型の力覚セ ンサーを提供することを課題とする。
【0016】
上述の課題を解決するために、拡散型ゲージ抵抗を形成したシリコン単結晶基 板よりなるセンサーチップ14を起歪体11上に接合してなる拡散型力覚センサ ー10において、前記センサーチップ14に接続するアンプ及びノイズフィルタ ー4を前記センサーチップ14をカバーするキャン20の内面に接合して一体化 したものである。
【0017】
図1は本考案の力覚センサーの断面図である。この実施例ではFPC及びキャ ン20以外は上述の従来の力覚センサー10と同じであるので、同一部分の説明 は省略する。
【0018】 起歪体11の中央部にセンサーチップ14を貼付することは従来例と同じであ るが、センサーチップ14の各接続端子は一旦起歪体11のダイアフラム12の 周辺の外周部11aに貼付されている第二FPC2の接続端子に金線等で接続し 、この第二FPC2とキャン20の内面に貼付してある第三FPC3との間はキ ャン20を起歪体11に固定する時に電気的に接続されるように構成してある。
【0019】 キャン20には、上側の内面に小型のチップで構成されたノイズフィルターを 含むアンプ4が設けてあり、このアンプ4の入力端子に前記第三FPC3が接続 してある。更に、このアンプ4の出力端子と電源入力端子はキャン20に貼付し てある第一FPC1に接続してあり、力覚センサー10の外部とは第一FPC1 で接続してある。
【0020】
上述のように、力覚センサー10の内部にアンプ4を内蔵しているので、駆動 電圧を供給するだけで検出した力やモーメントの増幅信号の出力が可能となり、 外部アンプ24が必要ないので全体が小型化出来る。
【0021】 更に、センサーチップ14の側近でアンプ4の内部にノイズフィルターが一体 的に組み込まれているので、ノイズ出力が減少し、力覚センサー10の出力のS /N比の向上が可能である。
【図1】本考案の力覚センサーの断面図である。
【図2】力覚センサーの要部断面図である。
【図3】力覚センサーの全体の斜視図である。
【図4】力覚センサーのキャンを取除いた状態の上面図
である。
である。
【図5】力覚センサーのキャンを取除いた状態の断面図
である。
である。
【図6】X軸用ブリッジ回路図である。
【図7】Y軸用ブリッジ回路図である。
【図8】Z軸用ブリッジ回路図である。
【図9】従来の力覚センサーの断面図である。
1 第一FPC 2 第二FPC 3 第三FPC 4 アンプ 10 力覚センサー 11 起歪体 12 ダイアフラム 13 検出アーム 14 センサーチップ 20 キャン
Claims (1)
- 【請求項1】 拡散型ゲージ抵抗を形成したシリコン単
結晶基板よりなるセンサーチップを起歪体上に接合して
なる拡散型力覚センサーにおいて、前記センサーチップ
に接続するアンプ及びノイズフィルターを前記センサー
チップをカバーするキャンの内面に接合して一体化した
ことを特徴とする三次元力覚センサー。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1394991U JPH067031U (ja) | 1991-03-12 | 1991-03-12 | 三次元力覚センサー |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1394991U JPH067031U (ja) | 1991-03-12 | 1991-03-12 | 三次元力覚センサー |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH067031U true JPH067031U (ja) | 1994-01-28 |
Family
ID=11847460
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1394991U Pending JPH067031U (ja) | 1991-03-12 | 1991-03-12 | 三次元力覚センサー |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH067031U (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006266683A (ja) * | 2005-03-22 | 2006-10-05 | Hitachi Ltd | 力学量測定装置 |
-
1991
- 1991-03-12 JP JP1394991U patent/JPH067031U/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006266683A (ja) * | 2005-03-22 | 2006-10-05 | Hitachi Ltd | 力学量測定装置 |
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