JPS62187230A - 力検出素子 - 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】 （技術分野） 本発明は、力検出素子に関する。

（従来技術） 力検出素子は、起歪体と呼ばれる弾性体の弾性変形を利
用して、起歪体に作用している力や、モーメントを検出
する素子であって、産業用ロボットのリストセンサーや
荷重測定装置、操舵装置や操縦装置等に関連して知られ
１種々のものが提案されている。

力やモーメントの検出は電気的に行なわれる。

すなわち、起歪体表面の所定の位置に、電気抵抗性の歪
センサーが設けられる。起歪体に力やモーメントが作用
して起歪体が弾性変形すると、歪センサーは起歪体とと
もに変形し、この変形による歪センサーの抵抗値が変化
することになる。この抵抗値の変化を電気的に検出する
ことによって起歪体のひずみ量が知られ、このひずみ量
にもとづいて、起歪体に作用している力やモーメントが
知られる訳である。

ところで、従来知られている力検出センサーには、改良
の方向として、大別すると次の２つの方向がある。すな
わち、その一つは、検出精度の向上であり、他は製造の
容易化である。

力検出センサーにおける検出精度は、歪センサーのゲー
ジ率によって定まる。歪センサーの抵抗値および長さを
、それぞれ、Ｒ，Ｌとし、長さＬがΔしたけ変形により
変化したときの抵抗値変化をΔＲとすると、ゲージ率Ｇ
は、 ΔＬ で定義される。ここで、−は変化率すなわち。

ひずみ（Ｅで表す）であり、力検出素子に使われる歪セ
ンサーではＥの変化は１０−’−１ｏ−’の範囲である
。ゲージ率Ｇば、歪センサーの変形量と、変形に伴う抵
抗値変化との関係を定める量であり。

当然、ゲージ率Ｇが大きいほど、力の検出精度が高くな
り、より精細な力検出が可能となる。また、検出感度が
高くなれば、起歪体は、剛でコンパクトな構造が選べる
ことになる。

ところで、例えば、特開昭５８−１１８９３０号公報。

特開昭５９−７５１０４号公報、特開昭５９−２３１４
３１号公報等に提案されている力検出素子では、歪セン
サーとして金屈箔歪センサーが用いられており、このた
め、検出精度の向上が望めない。これは、金属の抵抗率
ρが、変形によって変化しないため。

ゲージ率Ｇが、２ないし３という極めて低い値しかとれ
ないということによる。

一方、力検出素子の製造に関しては、実公昭５４−１１
９０３号公報、実公昭５４−２１０２１号公報、特開昭
５０−９５４３３号公報等に、起歪体と歪センサーを別
々に作製し、歪センサーを起歪体表面に貼着するという
製造方式が開示されている。しかし、この製造方式では
、歪センサーの貼付作業や結線等が面倒であり、力検出
素子の作製は必ずしも容易でない。また、かかる方式で
製造された力検出素子は、その検出精度が、歪センサー
の貼着位は精度や、接着剤の種類、結線精度等に左右さ
れるため、検出精度が、各個体ごとにばらつき易い、と
いう問題もある。

検出精度を大きくする方法のひとつとして、単結晶の半
導体を用いて歪センサーを構成することが考えられる。

単結晶の半導体を用いた歪センサーでは、ゲージ率Ｇが
１０２のオーダーの極めて大きい値をとるため、極めて
大なる検出精度が期待できる。しかしながら、かかる歪
センサーはゲージ率Ｇの温度依存性がＡ＝きく、このた
め安定な力検出を行うのにｉＩｉ度補償回路が必要とな
る。またゲージ率の温度依存性は、１次的な比例関係に
ないため、両者の関係を直線化するためのリニアライザ
ーが必要となる。

（目　　的） 本発明は、上述の如き事情に鑑みてなされたものであっ
て、その目的とするところは、製造が容易であり、かつ
、検出精度の高く、剛でコンパクトな構造とすることが
可能な新規な力検出素子の提供にある。

（構　　成） 以下、本発明を説明する。

本発明の力検出素子は、絶縁性起歪体と、歪センサーと
、結線用のリード部とを有する。そして、本発明の特徴
とするところは、以下の２点にある。

すなわち、その第１は、歪センサーと、結線用のリード
部とが、絶縁性起歪体の表面に、薄膜パターンとして、
絶縁性起歪体と一体的に形成されることであり、第２の
、上記歪センサーがピエゾ抵抗体薄膜であり、リード部
が高導電性薄膜であることである。

歪センサーとリード部とが、絶縁性起歪体の表面に薄膜
パターンとして形成される。とは、歪センサーとリード
部とを含むパターンを、絶縁性起歪体表面に薄膜技術に
より形成することを意味する。かかる特徴により、力検
出素子の作製は、従来の貼着法に比して大幅に簡単化さ
れ、製造上の精度も向上する。

また、歪センサーを構成するピエゾ抵抗体薄膜は、ひず
みと抵抗値変化の直線性が良く、ゲージ率Ｇの温度依存
性が低く、ゲージ率９の経時変化も少ない、また、ゲー
ジ率Ｇは、金属性の１センサーのそれに比して１オーダ
ー高く、従って、従来の金属ｆｆｉ歪センサーを用いる
力検出素子に比して１オーダー高い検出精度が期待でき
その分、起歪体のコンパクト化が図れる。

なお、ピエゾ抵抗体薄膜の材料としては、アモルファス
シリコン（ａ−３Ｌ）、マイクロクリスタルシリコン（
μｃ　−Ｓｉ）、ポリシリコン（ｐｏＱｙ−３ｉ）。

アモルファスゲルマニウム（ａ−Ｇｅ）、マイクロクリ
スタルゲルマニウム（μｃ　−Ｇｅ）　、アモルファス
シリコン系合金等をあげろことができる。

以下１図面を参照しながら具体的に説明する。

第１図は１本発明による力検出素子の具体的な形態の１
例を斜視図によって示している。第１図に示す力検出素
子において、符号１０で示す平板状の部分を、絶縁性起
歪体の基部、符号１２Ａ、　１２Ｂ。

１２Ｃ，１２０で示す柱状部分をビーム、符号１４で゛
示す十字型の部分をダイヤフラムと称する。

力検出素子の構成要素としての絶縁性起歪体は、第１図
に示す如き形状の、アルミニウム合金やステンレス鋼の
構造体の表面に、電気絶縁性の物質をコーティングした
ものである。このように、起歪体の電気絶縁性は、歪セ
ンサ−、リード部に対して保証されればよいから、絶縁
性起歪体の母体として、金属のような導電性物質を用い
、その表面を電気絶縁処理して絶縁性起歪体としてもよ
いし、勿論、ｆｆｉ気絶気絶物性物質もので起歪体を構
成してもよい。

第１図に示す例において、アルミニウム合金の構造体の
表面に形成される絶縁性のコートの材料としては、　５
ｉＯｚ　、　Ａ　Ｑｔ　Ｏ３ｒ　５ｉ５Ｎ４．５ｉＮｘ
Ｏｙ等の無機絶縁物や、ポリイミド等の有機絶縁物が考
えられる。

さて、かかる絶縁性起歪体の表面に歪センサーとリード
部とを含むパターンが薄膜技術により形成されている訳
である。歪センサーはピエゾ抵抗体薄膜により形成され
、リード部は高導電性薄膜である。

第１図に、符号Ｘｉ、　Ｘ２．　Ｙｌ、　’／２．　Ｚ
ｌ、　２２．　Ｚ３゜Ｚ４．　ＭＸＩ、　ＭＸ２．　Ｍ
ＹＩ、　ＭＹ２．　ＭＺＩ、　ＭＺ２テ示す部分は、歪
センサーを示している。ビーム１２Ｂ、　１２Ｃ，１２
０の、第１図では隠れている面にも、所定位置に所定個
数の歪センサーが設けられている。

第１図下図のように、ＸＹｚ軸を定めると、第１図の力
検出素子により、この素子に作用する力Ｆ（７）Ｘ、Ｙ
、Ｚ方向の成分ＦＸ、　ＦＹ、　ＦＺ、および、素子に
作用するモーメンｌ−Ｍの、各成分ＭＸ、　ＭＹ。

ＭＺを検出できる。因みに、歪センサ−Ｘｉ、　Ｘ２お
よび、第１図に示されていない歪センサーＸ３．　Ｘ１
１は。

ＦＸを検出するためのものであり、歪センサ−Ｙｌ。

Ｙ２．　Ｙ３．　Ｙ４　（Ｙ３．　’１４は第１図に示
されていない）はＦ”／を検出するためのものであり、
歪センサ−２１゜Ｚ２．　Ｚ３．　Ｚ４はＦＺを検出す
るためのものである。

また、歪センサ−ＭＸＩ、　ＭＸ２は１ＭＸを検出する
ためのものであり、ＭＹ　、　ＭＺの検出には歪センサ
−ＭＶＩ。

ＭＺＩ等が用いられる。

第２図は、第１図に示す例において、リード部と歪セン
サーとの関係を示している。ただし１図があまり繁雑と
なるのを避けるため、ＦＸ、　ＦＶ、　ＦＺ検出用の歪
センサ−ＸＩ、　Ｘ２．・・・・Ｚ３．　Ｚ４と、これ
らに関連するリード部のみを示した。第２図に示されて
いない歪センサーＭＸＩ等のリード部は、歪センサーｘ
１等のリード部と重なり合う部分があるが、かかる部分
では互いに絶縁されていることはいうまでもない。

リード部は、結線部分と、端子部ＴＸ、　ＴＶ、　ＴＺ
とからなる。各端子部ＴＸ等は４つの部分からなり、そ
のうちの２個は、電源への接続用であり、他の２個が、
検出出力用である。リード部を構成するのは高導電性薄
膜であるが、その材料としては例えばアルミニウム、ク
ロム、ニッケルークロム合金が好適である。

ＦＸ等の力の成分の検出や、　ＭＸ等、モーメントの成
分の検出等については、すでに良く知られているので、
その詳細な説明については他の公知文献にゆすり、ここ
では、簡単に、　ＦＸとＦＺの検出について手短かに説
明する。

第３図（りは、第１図に示す力検出素子を上方から見た
図を示す。なお、モーメント検出用の歪センサーＭＸＩ
等の図示は省略されている。

歪センサ−ＸＩ、　Ｘ２．　Ｘ３．　Ｘ４、Ｙｌ、　Ｙ
２．　Ｖ３．　Ｖ４は、各ビームの所定の面に、第３図
（１）の如くに配備されている。センサーｘｌとＸ２．
　Ｘ３トＸ４、Ｙ１トＹ２゜Ｙ３とＹ４は、それぞれ、
第３図（１）の図面に直交する方向へつらなるように配
置されており、したがって、これらの対のうちの一方は
、他方のかげになって図にあられせないので、図に現れ
ていない歪センサーの符号がかっこに入れて示しである
。

第３図（１）の状態を、同図下方（Ｙ方向）から見た状
態を第３図（ＩＩ）に示す（この図では歪センサ−Ｙｌ
、　Ｙ２の図示が省略されている）。

今、第３図（ＩＩ）に示す状態において、力検出素子に
図の右方から、Ｘ方向の力ＦＸが作用すると。

起歪体は、第３図（ＩＩＩ）の如くに変形する。起歪体
の、この変形に従って、起歪体に一体的に形成された歪
センサ−ＸＩ、　Ｘ２．　Ｘ３．　Ｘ４にひずみが生ず
る。

このとき、歪センサ−Ｘｉ、　Ｘ４のひずみは、″のび
″であり、歪センサーＸ２．　Ｘ３のひずみは″ちぢみ
″である。

歪センサ−ｘ１ないしｘ４は電気抵抗体であって、その
抵抗値は起歪体にひずみが発生していないときは互いに
等しい、対称性からして、上記″のびｐｌと″ちぢみ′
のひずみ量は、絶対値としては互いに等しい。

歪センサ−Ｘｉ、　Ｘ２．　Ｘ３．　Ｘ４は、第３図に
示すように、ホイートストーンブリッジに、リード部に
よって回路構成され、起歪体の力ＦＸによる歪みは、歪
センサ−１個 て検出される。従って、この出力電圧Ｖに対応させて力
ＦＸを検出できる。なお、上記のように、４つの歪セン
サ−ｘ１ないしｘ４を、ホイートストーンブリッジに組
んで、力検出を行うと、歪センサ−１個を用いる場合に
比して４倍の出力を得ることができ、それだけ高精度で
検出を行うことができる。

このため、第１図に示す力検出素子では、力成分ＦＸの
みならず、ＦＹ、ＦＺの検出、モーメント成分ＭＸ、　
Ｍ’／、　ＭＺの検出もすべて、対応する歪センサーを
ホイートストーンブリッジに組んで高精度の検出を行っ
ている。

力ＦＹの検出は、上に説明したＦＸの検出と全く同様で
ある。

次に、　Ｆ２の検出につき説明すると、第３図（１）に
示すように、歪センサ−７，１，Ｚ３の対と、歪センサ
−Ｚ２．　Ｚ４の対とでは、十字型ダイヤフラム１４の
中心からの配設距はが異なる。従って、十字型ダイヤフ
ラム１４の中心に力ＦＺが作用して、十字型ダイヤフラ
ム１４が、第４図の如く変形すると、歪センサ−Ｚｌ、
　Ｚ３では、ちぢむ方向の変形が生じ、歪センサ−Ｚ２
．　Ｚ４では、のびの方向の変形が生ずるので、これを
利用して力ＦＺを検出できる。

さて、本発明の力検出素子の作製方法を、第１図に示す
素子を例にとって説明する。

第１図に示す如き素子を作製するには１次のようにする
。

まず、第１図に示す如き形状の構造体を、アルミニウム
合金やステンレス鋼等によって作製する。

次いで、上記構造体の表面に絶縁性の物質を薄層状に形
成して、上記構造体を絶縁性起歪体とする。なお、絶縁
性の物質で単体の起歪体を構成することも勿論可能であ
り、その場合には上記絶縁層の形成のプロセスが不要な
ことは、いうまでもない。

つぎに、絶縁性起歪体の表面にピエゾ抵抗体薄膜を形成
し、これを、所定の歪センサーの配置形状にあわせてパ
ターンニングする。このプロセスを実行するには種々の
方式が可能であり、これらのうちのいくつかについて後
述する。

さらに、高導電性薄膜を形成し、これをリード部の形態
にパターンニングする。かくして、第１図に示す如き、
力検出素子が得られろ。

上記絶縁層の形成、ピエゾ抵抗体薄膜形成、高導電性薄
膜の形成は、薄膜技術で行なわれうる。

パターンニングは、これを行うのに、良く知られた方法
として、フォトエツチング法があるが、例えば、光Ｃｖ
Ｄや、イオンビームデポジット方式を利用すれば、薄膜
形成とパターンニングとを同時に行うことができる。す
なわち、光ＣＶＤやイオンビームデポジット方式では、
パターンニングすべきパターンに応じて、薄膜形成が可
能である。

ここで、薄膜形成力として良く知られた２方法として、
光ＣＶＤ法およびプラズマＣｖＤ法を説明する。

説明の具体性のため、起歪体の母体となる、アルミニウ
ム合金の構造体に、絶縁層としてＳｉ３Ｎ４の薄膜を形
成する場合を例にとる。

第５図は、光ＣＶＤ法を行なう装置を示している。

符号２０は、チャンバーを示す。起歪体となるべき、ア
ルミニウム合金の構造体ｌＯＯは、チャンバー２０内で
、ステージ２６．１−に載巴される。

チャンバー２０内はＵ＋、置部２００から排気され、−
方、ガス導入部２０Ｃから原料ガスどしてＳ　ｉ　＋１
４とＮｌ＋５が導入される。チャンバー内は１〜０．Ｉ
　Ｔｏｒｒの真空度に保たれる。光源２２Ａ、　２２［
１（波長２５４　ｎ　ｔｏまたは１８５ｎｍの低圧水銀
灯、あるいは、波長１．９３　ｎ　ｍのエキシマレーザ
−が用いられる）により、励起光を窓２０Ａ、　２０Ｂ
を介してチャンバー２０内に照射する。

これによって１ＭＣ料ガスを反応せしめ、加熱用光源２
４によって予め２００〜３００°Ｃに加ｆ、％　Ｌ、で
おいた、構造体１００の表面に５ｉｖＮ＋を堆積させる
。ステージ２６により、構造体１００を回転させ、堆積
の均一化が図られる。構造体１００の表面に５ｉｖＮ４
が堆積されて絶縁層が形成されると、絶縁性起歪体がで
きあがる。なお、チャンバー内での原料ガスの反応の反
応増感剤として水銀蒸気が使用される。

第６図は、プラズマＣＶＤ法を行なうための装置を示す
。図中、符号２１はチャンバー、符号２４は、第５図に
おけると同じ（加熱用光源を示す。また符号２３．２５
は電極を示す。

排気部２１０からチャンバー２１内を排気して、内部の
圧力を１〜０．Ｉ　Ｔｏｒｒの真空度に保ちｌ？！極２
３を介して原料ガス５ｉＨｚ、Ｎ１１３を導入し、高周
波電界（１３，５６ＭＩＩｚ、　５０Ｗ〜２００Ｗ）を
印加してグロー放電を発生させて原料ガスを分解１反応
せしめ、加熱用光源２４により予め２００〜３００°Ｃ
に加熱された↑ＩＷ造体１００上に堆積させる。構造体
１００は保持体２７により保持され、Ｓｉ　Ｎの堆積が
均一となるように回転させられる。

堆積により絶縁層が薄膜として形成されると、絶縁性起
歪体ができあがる。

このようにして得らＪしる絶縁性起歪体上に、ピエゾ抵
抗体薄膜を形成し、この薄膜を、第１図に示すごとき歪
センサーの配にに従ってパターンニングする。

つづいて、高導電性薄膜を形成し、この薄膜を第１図に
示す如きリード部の形態に従ってパターンニングするこ
とによりリード部を形成すると、第１図の如き力検出素
子が得ら、れる。

パターンニングの方法は種々あるが、ここでは一般的な
方法として良く知られているフォトエツチングによるパ
ターニングにつき、第７図および第８図を参照して説明
する。

第７図において、符号１００Ａは、ピエゾ抵抗体薄膜、
あるいは、さらに高導電性薄膜を形成された絶縁性起歪
体を示す、第７図（１）は正面図、第２図は側面図であ
り１図中、符号３０はレジスト塗布ローラー、符号３２
は搬送ワイヤーを示す。

上記絶縁性起歪体１００＾に対し、その外側の６面すべ
てに対し、レジスト塗布ローラー３０により、順次、フ
ォトレジスト（紫外線変化型）を塗布する。

このとき、すでにフォトレジストを塗布された面が搬送
ワイヤー３２に接するときは、パターニングする部分が
、直接搬送ワイヤーに接触しない部位、すなわち、第７
図（■）に符号Ａ、Ｂに示す位置に位置するように位置
調整する。

起歪体の外周６面のすべてにフォトレジストを均一に塗
布したら加熱して、フォトレジストを１次硬化させる。

つづいて、第８図に示すように、所定のパターン、例え
ば、歪センサーの配置パターンあるいはリード部の配線
パターンを有するフォトマスク凹を、起歪体１００Ａの
各面に重ね、紫外線ＬＴにより、露光を行なう。第８図
の露光方式では起歪体の外周の６面を１度に露光してい
るが、第９図に示すように、露光すべき１面をのぞいて
、他の面を遮光部材ｓｎで遮光し、１面ずつ順次露光し
てもよい。

露光後は、現像により所望のフォトレジストパターン（
歪センサーの配置パターンや、リード部の結線パターン
に対応している）を得、フォトレジストを２次硬化する
。

つづいて、エツチングによって、薄膜物質を除去し、そ
の後、アッシング等によりフォトレジストを除去すれば
、所望の薄膜パターンが得られる訳である。

以下、具体的な実施例をいくつが、説明する。

（実施例１） アルミニウム合金によって、第１図に示す如き構造体を
作製し、第５図に示す如き光ＣＶＯ装置により、第５図
に即して説明した光ｃｖＤ方法により。

５ｉｙＮ４の薄膜を形成し、絶縁性起歪体とした。

この起歪体の表面に、ピエゾ抵抗体薄膜をａ　−ＳＬに
より形成した。薄膜形成は、第５図に示す光ＣｖＤ装置
、すなわち、５ｉ１Ｎ４の薄膜を形成したのと同じ装置
で行った。原料ガスとしてＳｉＨ４のみを導入し、５ｉ
ｄＪ４の薄膜形成時と同じ圧力、励起光。

加熱温度で薄膜形成を行った。

なお、ａ−５ｉの薄膜の形成時にドープガスとしてＰｌ
＋またはＢ２　Ｈ４を用いることによの、薄膜をｎ型ま
たはｐ型とすることができる。

つづいて、フォトエツチング方によ漬て、ａ−５ｉの薄
膜のエツチングを行って、歪センサーの配置に従ってパ
ターニングを行った。エツチングには、　ＣＦを用い、
ドライエツチングを行った。なお、ａ−５ｉのエツチン
グとして、　ＩＩＦ、　ｌｌＮＯｓ、　ＣＨｉＣＯＯｌ
ｌの混合液を用いたウェットエツチング法も好ましい。

つづいて、歪センサーの配置に従うパターニングのおわ
った起歪体の表面に、高導電性薄膜としてアルミニウム
の薄膜を、真空蒸着により形成した。

ａ−５ｉの薄膜と同様にしてリード部に対応するパター
ニングのためのフォトエツチングを行ない、リード部を
形成し、力検出素子を得た。

なお、高導電性薄膜の作製には、上記真空蒸着のほかに
、スパッター法が用いられうるし、高導電性薄膜の材料
としては上記アルミニウムのほか。

Ｃｒ、　ＮｉＣｒ、あるいは、これらの組合せ等、広く
金属基の材料が用いられうる。

また、ピエゾ抵抗体薄膜を形成する場合光ＣＶＯ装置で
、励起光をビーム状にして、歪センサーの配置パターン
を走査して行うことにより、いきなり、歪センサーの配
置パターンを、形成できる。

また、高導電性薄膜の形成を、イオンビームデポジショ
ン法等で行うことにより、リード部のパターンにあわせ
て、高導電性薄膜の形成を行うことができる。

かかる場合、歪センサーの配置や、リード部の絶縁性の
パターンを得るためのパターニングに、フォトエツチン
グを行う必要はない。

（実施例２） 第１図に示す如き形状のアルミニウム合金の構造体の表
面に、第６図に示すプラズマＣＶＤ装置により、第６図
に即して説明したようにして、５ｉｌＮ４の薄膜を形成
し、絶縁性起歪体を得た。

次に、このプラズマＣＶＤ装置内に原料ガスとしてＳｉ
Ｈ牛のみを導入し、高周波パワーを１０１１（５Ｗ〜ｔ
ｏｏｖが適当領域である）、加熱温度２５０℃（２００
〜３５０℃が適当領域である）、真空度を０．５Ｔｏｒ
ｒ　（０，１〜ｌ　Ｔｏｒｒが適当領域である）にして
、ａ−５ｉの薄膜を、ピエゾ抵抗体薄膜として形成した
。なお、このとき、ドープガスとして、Ｐｌｌｌまたは
Ｂ、　＋＋＝を使用すれば、薄膜をｎ型またはＰ型とす
ることができることを付記しておく。

上記ａ−５ｉの薄膜に対しフォトエツチングを行って、
歪センサーの配置パターンをパターニングし、その後、
実施例１と同様にして、高導電性薄膜の形成と、フォト
エツチングによるリード部のパターニングを行って、力
検出素子を得た。

（実施例３） 第１図に示す如き形状の、アルミニウム合金の構造体の
表面に、ポリイミド樹脂による絶縁膜をディピング法に
て形成し、絶縁性起歪体とした。

この絶縁性起歪体の表面に１．ピエゾ抵抗体薄膜として
、μｃ−５ｉ：ＩＩの薄膜をプラズマＣＶＤ法により作
製した。原料ガスとしてＳ　ｉ　１１４を用い、ドープ
ガスとして円１１を用いた。　ＰＨｉ／５ｉｔ（＝３．
ＯＯＯｐｐｍである。従って、形成されたμｃ−５ｉ：
ｌｌはＰをドープされている。

作製条件は、圧力が０．４Ｔｏｒｒ　（０，１〜Ｉ　Ｔ
ｏｒｒが適当領域である）、高周波パワーは１５０ｗ（
２０１ｉ１〜５００１が適当領域である）、堆積温度３
５０℃（２５０℃〜４００°Ｃが適当領域である）、薄
厚はｇｏｏＯＡである。

フォ１へエツチングにより、歪センサーの配置パターン
をパターニングし、以後、実施例１と同法にしてリード
部の作製を行ない、力検出素子を得た。

この実施例におけるμｃ−５ｉ：Ｉｔの薄膜はａ　−５
ｉと微結晶Ｓｉの２相が混在したものであり、光Ｃ＼’
Ｄ法を用いても作製１．：、！！る。

（実施例４） 実施例１におけると同様にして作製した絶縁性起歪体の
表面に、ピエゾ抵抗体薄膜として、ポリシリコンの（ｐ
ｏ　Ｑ　ｙ　−Ｓｉ）の薄膜をプラズマＣＶＤ法で作製
した。ポリシリコンは、Ｓｉの多結晶である。

ポリシリコン薄膜の作製条件は以下の通りである。

原料ガスは５ｉｌ１４とｔｈで、その混合比は５ｉｌｌ
＋　／　ｌ１ｔ＝２５％、形成温度３００℃、圧力０．
ＩＴｏｒｒ、原料ガス流量１００ｓｅｃ＋ｎ、高周波パ
ワー３０１７ｃｍ”である。

なお、ポリシリコンの薄膜を、プラズマＣＶＤ法で作製
する場合、適当な形成条件は、 圧力０．Ｏ］Ｔｏｒｒ〜０．５Ｔｏｒｒ＋原料ガス流量
１　ｓｃｃｍ〜１５０ｓｃｃｍ　、高周波パワー５ｖ／
ｃＩ１１２〜５０ＩＩ１０ＩＮ２である。

このポリシリコンに対し、フォトエツチングによるパタ
ーニング、リード部の作製を実施例１と同様に行って力
検出素子を得た。

なお、ポリシリコンの蕾膜の形成方法は、上記プラズマ
ｃｖｏ　Ｈ去のほかにも、いくつかあり、その代表的な
ものと、その形成条件とを、以下にあげる。

（１）　　ＬＰＣＶＤ法（低圧ＣＶＯ法）ｊｌ１４ 形成条件は、原料ガスの比率□＝１０〜５０％。

形成温度６５０°Ｃ〜７００℃、圧力０．Ｉ　Ｔｏｒｒ
”１．ＯＴｏｒｒ。

原料ガス流４１１０（ｌｓｅｃｍ〜３００ｓｅｃｍであ
る。

（■）　レーザーアニール法 アニール法は、非晶質状態のＳｉから短時間アニールに
より多結晶化する方法である。

レーザーアニール法の場合の形成条件は、レーザーパワ
ー５ｖ〜２０ｖ、ビーム径５０〜４００μ踊、スキャン
速度１〜１００ｃｍ／　ｓｅｃ　（Ｘ方向）。

１００μｓ（Ｙ方向）、起歪体温度１００℃〜２００℃
（Ｎ雰囲気中）である。

（ＩＩＩ）　　電子ビームアニール法 形成条件は、ビーム電流〜２ｍＡ、加速電圧〜１２にＶ
、スキャン速度１〜１００ｃｍ　／　ｓｅｅ　、走査幅
〜５００μ腸、ビーム径〜１００μｍである。

（ＩＶ）　　ランプアニール法 形成条件は、加熱温度８００〜１１００℃、加熱時間１
〜１００ｓｅｃ、加熱雰囲気Ｎ２またはＡｒ、昇温率１
００℃／ｓｅｃである。なお、エツチング剤は、　ｐｃ
−５ｉ、　ｐｏｆｉｙ−５Ｌとも、ａ−５ｉの場合と同
じでもよい。

以上、歪センサーを形成するピエゾ抵抗体薄膜として、
ａ−３ｉによるもの、μｃ−５ｉによるものおよびｐｏ
Ｑｙ−５Ｌによるものをあげた。これら。

ａ　−５ｉ、　μｃ−３ｉ、　ｐｏＱｙ−５ｉによる歪
センサーは、従来の金属性のそれに比べると、ｌオーダ
ー高いゲージ率を有している。

因みに、ゲージ率Ｇは、ａ−５ｉにおいて約±４０（＋
はＰ型、−はｎ型、以下同じ）、μｃ−５ｉにおいて約
±５０．　ＰｏＱｙ−５ｉにおいて約±６０である。

（効　　果） 以上０本発明によれば新規な力検出素子を提供できる。

この力検出素子において、起歪体に対し、歪センサーと
リード部とが薄膜技術により一体的に形成されるので、
等品質の力検出素子を容易に量産できる。また歪センサ
ーとして、全属性のものに比して１オーダー高いゲージ
率を有するピエゾ抵抗体素子を用いるので、金属性の歪
センサーを用いる力検出素子に比して、より精度の高い
力検出が可能である。

さらに、ピエゾ抵抗体薄膜による歪センサーは半導体の
歪センサーに比べるとゲージ率そのものは低いが、温度
補償回路が不要であることや、リニアライザーが不要な
事など、素子およびその周辺部の簡略化が可能であると
いう利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の１実施例につき、絶縁性起歪体と、
歪センサーの配置を示す斜視図、第２図は、上記実施例
における、分力検出用歪センサーとそのリード部とを示
す斜視図、第３図ないし第４図は力検出を説明するため
の図、第５図ないし第９図は、力検出素子の作製方法を
説明するための図である。 １０・・・・絶縁性起歪体の基部、１２Ａ、　１２［３
，１２ｃ。 １２０・・・・絶縁性起歪体のビーム、１４・・・・絶
縁性起歪体の十字型ダイヤフラム、ＸＩ、　Ｘ２．・・
・、ｚ４゜ＭＸＩ、　ＭＸ２３．　・−、ＭＺ２・−・
−歪センサ−。 （Ｉ） ）７　口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 絶縁性起歪体と、 この絶縁性起歪体の表面に、薄膜パターンとして、上記
   絶縁性起歪体と一体に形成された歪センサーおよびリー
   ド部と、を有し、 上記歪センサーがピエゾ抵抗体薄膜であり、上記リード
   部は、高導電性薄膜であることを特徴とする、力検出素
   子。