JPS60209131A - ユニツト型圧覚センサアレイ - 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】 ［発明の属する技術分野］ この発明は、受圧面にかかる荷重等の力を互ｌ／）に直
交する３方向の分力に分解して検出する３分力検知感圧
モジュールを１単位とし、この感圧モジュールをアレイ
状に多数個配列して１個の分布荷重計ユニット等を構成
するのに好適な圧覚センサに関する。

［従来技術とその問題点］ 前述のような荷重等の力を基本的な直角座標系に分解し
、３方向分力として互いに分離して検出することができ
る感圧モジュールはその３分力を演算式により合成する
ことによって、力の大きさや方向をめることができ、更
には任意の方向の力をめることができるので１個の荷重
計等としても有用なこと、はもちろんであるが、とくに
これをアレイ状に配列した圧覚センサは力の分布状態や
力の中心（重心）とそれに働く合成力をめることができ
るので、比較的新規な諸用途をもっている。

第１図はこの種の圧覚センサの従来例を示す。

ここで、２０は圧覚センサアレイの全体を示し、２１は
圧覚センサアレイ２０を構成する単位微細モジュールと
しての感圧モジュールである。感圧モジュール２１は印
加された力を受ける上部受圧板２３とその受圧板の下に
固着した２個（またはｌ。

３．４個）の感圧セル２５とからなる。感圧セル２５は
、単結晶シリコンをリング状等の形状の感圧構造体とし
、この感圧構造体の受圧面、すなわち、受圧板２３と接
する面に垂直な面に、複数個の拡散形ストレンゲージ２
７を形成し、これらのストレンゲージの抵抗値の変化に
よって、その受圧面に印加された力の３成分Ｆｚ、Ｆｘ
、Ｆｙを検出する。感圧モジュール２１からの出力信号
は、基板２８上にあるいはその近傍に装着したスキャナ
増幅器（集積回路）２８によって順次スキャンされ、か
つ増幅されて、後段のマイクロコンピュータ（不図示）
のｃｐｕ　（中央演算処理部）による処理を容易にして
いる。だが、この種の従来の圧覚センサは、図示のよう
に、感圧モジュール２１を共通の下部基板２８上に面ア
レイ状（マトリックス状）に高密度に多数配列して接着
剤等で固着し、下部基板２８上で感圧モジュール２１間
を配線して圧覚センサアレイ２０を構成していたので、
次のような欠点があった。

■　圧覚センサの仕様に応じて下部基板の大きさを変更
する必要があり、それに伴って配線パターンを再設計し
なければならない。

■　感圧モジュールのうち１個が圧覚センサアレイを組
立てた後に何らかの原因で不良となった時でも、その不
良となった感圧モジュールだけを交換することは困難で
あり、圧覚センサアレイ全体の交換となって、歩留りが
悪い。

［発明の目的］ この発明は、上述の点に鑑み、仕様に応じた大きさの圧
覚センサをできるだけ配線パターンの再設計等を伴わず
に容易に形成でき、しかもその圧覚センサの感圧モジュ
ールの１個が不良になったときには不良部分を含む一部
のみを交換して歩留す等を向上させることができるよう
にしたユニット型圧覚センサアレイを提供することを目
的とする。

［発明の要点］ この発明は、複数個の感圧モジュールを下部基板の上に
１列にまたは数列に並べて圧覚センサユニットを構成し
、このユニットを複数組合わせて任意の大きさの圧覚セ
ンサを形成できるようにするとともに、感圧モジュール
のうちの１個が不良になった時には、この不良を含む圧
覚センサユニットのみを交換して歩留りを向上させるよ
うにしたものである。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の詳細な説明する。

第２図はこの発明の一実施例を示す。ここで、３０は圧
覚センサユニットであり、複数個（例えば、４個）の感
圧モジュール２１を下部基板３２の上に１列に配列して
構成する。その際、感圧セル２５の下端部を下部基板３
２上の平行溝３４またはそのセル毎に開けた不図示の取
付穴に垂直に嵌み合わせて固定すると確実な組み込みが
得られる。

圧覚センサユニット３０の１個の感圧モジュール２１内
の配線は、例えば第３図に示したものであり、受圧面に
印加された力の３成分Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを検出する１個
の感圧モジュール２１のストレンゲ−ジブリッジ２７ｘ
、２７ｙ、２７ｚから出る端子数は、電源線を共通にす
れば、６本の出力端子３６と２木の電源端子３８の８本
となる。さらに、１個の感圧モジュール２１または圧覚
センサユニット３０毎に、サーミスタ等の温度検出素子
４１に接続する温度検出用端子３７、およびＭＯＳスイ
ッチ等の半導体スイッチ４２に接続する制御用端子３８
とを有している。温度検出素子４１は下部基板３２また
は感圧モジュール２１内に組込まれており、ＭＯＳスイ
ッチ等４２は下部基板３２に組込まれて、温度検出出力
およびブリッジ出力を感圧モジュール２１毎にまたは圧
覚センサユニット３０毎に開閉制御する。

これらの外部端子３６〜３８は、例えば第２図に示すよ
うな下部基板３２の側面に突出させた公知のリードレス
チップキャリア接続方式で形成し、または第４図に示す
ような下部基板３２の底面番とピン状に突出させた公知
のピングリッドアレイの接続方式で形成する。さらに、
これらの外部端子３８〜３８と各感圧セル２５の端子と
を接続する内部端子を下部基板３２の溝３４内にあらか
じめ形成してあり、この内部端子の位置に合せて感圧セ
ル２５を溝３４内に組込む。よって、感圧モジュール２
１を溝３４内に組込むだけで、特別な配線接続作業を必
要とせずに圧覚センサユニット３０が完成する。

次に、第５図に示すように、圧覚センサの仕様に応じて
セラミック等からなるマザーボード４７に上述の圧覚セ
ンサユニット３０を仕様に応じた任意の数だけ組合わせ
て、公知のリードレスチ・ンプキャリアまたはピングリ
ッドアレイ同様の機械的強度を有する接続方式で取りつ
け、これにより圧覚センサを形成する。なお、マザーボ
ード４７にはあらかじめプリント配線が行われているも
のとする。

上述のリードレスチップキャリア方式ではマザーボード
４７上の接続端子と、下部基板３２の側面に突出させた
外部端子３６〜３８（第２図参照）とをボンデングやハ
ンダ等により直接接続することにより、マザーボード４
７上に圧覚センサユニット３０を固定するので、マザー
ボード４７上の圧覚センサユニット３０の交換は容易で
ある。

また、上述のピングリッドアレイ方式では、下部基板３
２の底面に突出させたピン状の外部端子３６〜３８（第
４図参照）とマザーボード４７上に開口した穴状の接続
端子とをしまりばめで嵌着することにより、圧覚センサ
ユニット３０を固定するので、マザーボード４７上の圧
覚センサユニット３０の交換はより容易である。また、
両接続方式とも、圧覚センサユニット３０をこのように
組付けるだけで、その後の配線接続処理等は不要である
。

［発明の効果］ この発明によれば、複数個の感圧モジュールを下部基板
の上に１列または数列に並べて圧覚センサユニットを構
成し、その下部基板に取り付けた感圧モジュールからの
出力用端子とマザーボード上の端子とを接続することに
より、必要個数の圧覚センサユニットを有する圧覚セン
サアレイが得られるようにしたので、圧覚センサの設計
や組立加工等が容易となり、さらに感圧モジュールのう
ちの１個が不良になった時は、この不良感圧モジュール
２１を含む圧覚センサユニットのみを交換して修理する
ことができて、歩留り等の向上が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の圧覚センサアレイの構成を示す斜視図、
第２図は本発明に係わる圧覚センサユニットの構成例を
示す斜視図、第３図は第２図の１個の感圧モジュールの
配線の一例を示す回路図、第４図は本発明に係わる圧覚
センサユニットの他の構成例を示す斜視図、第５図は第
４図の圧覚センサユニットを組込んで形成した本発明の
ユニット型圧覚センサアレイの構成例を示す斜視図であ
る。 ２１・・・感圧モジュール、 ２３・・・受圧板、 ２５・・・感圧セル、 ２７・・・ストレンゲージ、 ２８・・・スキャナ増幅器、 ２８・・・下部基板、 ３０・・・圧覚センサユニット、 ３２・・・下部基板、 ３４・・・溝、 ３６・・・出力用端子、 ３７・・・温度検出用端子、 ３８・・・制御用端子、 ３８・・・電源端子、 ４７・・・マザーボード。 特許出願人　株式会社　富士電機総合研究所代　理　人
　弁理士　谷　義　− 第１図 釜 ２５　２８ ９ 第２図 ス０ ３４　３２ ３４　３２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 受圧面に印加された力を前記受圧面に垂直な方向の分力
   Ｆ２と、前記受圧面内の２方向の分力Ｆｘ、Ｆｙとの３
   分力に分解して検出する感圧モジュールを複数個高密度
   でアレイ状に並べて構成した圧覚センサアレイにおいて
   、 複数個の前記感圧モジュールを下部基板の上に１例また
   は数列に並べて圧覚センサユニットを構成し、前記下部
   基板に取付けられて前記感圧モジュールに接続する端子
   とマザーボード上の端子とを機械的に接続することによ
   り、必要個数の前記圧覚センサユニットを有する圧覚セ
   ンサアレイを構成したことを特徴とするユニット型圧覚
   センサアレイ。 （以下余白−）