特開 2022-144824 起歪体、力覚センサ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022144824

(43)【公開日】2022-10-03

(54)【発明の名称】起歪体、力覚センサ装置

(51)【国際特許分類】

   G01L 5/162 20200101AFI20220926BHJP

【ＦＩ】

G01L5/162

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021046000

(22)【出願日】2021-03-19

(71)【出願人】

【識別番号】000114215

【氏名又は名称】ミネベアミツミ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】菅沼田 真之

【テーマコード（参考）】

2F051

【Ｆターム（参考）】

2F051AA10

2F051AB10

2F051DA03

2F051DB03

(57)【要約】

【課題】被測定物に取り付ける際に生じる、センサチップが配置される部分の変位を抑制可能な起歪体を提供する。
【解決手段】本起歪体は、所定の軸方向の力又はモーメントを受けて変形する可動部、及び前記力又は前記モーメントを受けて変形しない非可動部、を備えた起歪部と、前記非可動部と接合され、前記力又は前記モーメントを受けて変形しない入力伝達部と、を有し、前記入力伝達部は、第１枠部と、前記第１枠部の内側に配置され、前記力又は前記モーメントを検知するセンサチップを収容可能な収容部と、を備え、前記第１枠部に、被測定物との締結に使用可能な複数の第１締結穴が設けられ、平面視で、前記第１締結穴の一部を囲む第１空間部が設けられている。
【選択図】図１９

【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の軸方向の力又はモーメントを受けて変形する可動部、及び前記力又は前記モーメントを受けて変形しない非可動部、を備えた起歪部と、
前記非可動部と接合され、前記力又は前記モーメントを受けて変形しない入力伝達部と、を有し、
前記入力伝達部は、
第１枠部と、
前記第１枠部の内側に配置され、前記力又は前記モーメントを検知するセンサチップを収容可能な収容部と、を備え、
前記第１枠部に、被測定物との締結に使用可能な複数の第１締結穴が設けられ、
平面視で、前記第１締結穴の一部を囲む第１空間部が設けられている、起歪体。

【請求項2】

前記第１空間部は、平面視で、円弧状に設けられ、
前記円弧の頂点は、前記円弧の両端部よりも前記第１枠部の中心側に位置する、請求項１に記載の起歪体。

【請求項3】

前記入力伝達部は、
一端が前記第１枠部に接続され、前記第１枠部から内側に伸びる複数の第１梁構造と、
前記第１梁構造の他端同士を連結する枠状の第１連結部と、を備え、
前記収容部は、前記第１連結部の内側に設けられ、
前記第１空間部は、平面視で、前記第１締結穴と前記第１梁構造との間に設けられている、請求項１又は２に記載の起歪体。

【請求項4】

複数の前記第１締結穴は、平面視で、前記第１枠部の中心を挟んで対向する２つの第１締結穴と、前記第１枠部の中心を挟んで対向する他の２つの第１締結穴と、を含み、
平面視で、前記第１枠部の中心を挟んで対向する２つの前記第１締結穴の中心同士を結ぶ仮想的な直線と、前記第１枠部の中心を挟んで対向する他の２つの前記第１締結穴の中心同士を結ぶ仮想的な直線は、互いに直交して仮想的な第１十字線を形成し、
複数の前記第１梁構造は、平面視で、前記第１枠部の中心を挟んで対向する２つの第１梁構造と、前記第１枠部の中心を挟んで対向する他の２つの第１梁構造と、を含み、
平面視で、前記第１枠部の中心を挟んで対向する２つの前記第１梁構造の幅方向の中心線同士を結ぶ仮想的な直線と、前記第１枠部の中心を挟んで対向する他の２つの前記第１梁構造の幅方向の中心線同士を結ぶ仮想的な直線は、互いに直交して仮想的な第２十字線を形成し、
平面視で、前記第１十字線と前記第２十字線とは、４５度ずれている、請求項３に記載の起歪体。

【請求項5】

前記起歪部は、
第２枠部と、
前記第２枠部と離隔して前記第２枠部の内側に配置された中央部と、を備え、
前記第２枠部に、被測定物との締結に使用可能な複数の第２締結穴が設けられ、
平面視で、前記第２締結穴の一部を囲む第２空間部が設けられている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の起歪体。

【請求項6】

前記第２空間部は、平面視で、円弧状に設けられ、
前記円弧の頂点は、前記円弧の両端部よりも前記第２枠部の中心側に位置する、請求項５に記載の起歪体。

【請求項7】

前記起歪部は、前記第２枠部と前記中央部とを橋渡しする複数の第２梁構造を備え、
前記第２空間部は、平面視で、前記第２締結穴と前記第２梁構造との間に設けられている、請求項５又は６に記載の起歪体。

【請求項8】

複数の前記第２締結穴は、平面視で、前記第２枠部の中心を挟んで対向する２つの第２締結穴と、前記第２枠部の中心を挟んで対向する他の２つの第２締結穴と、を含み、
平面視で、前記第２枠部の中心を挟んで対向する２つの前記第２締結穴の中心同士を結ぶ仮想的な直線と、前記第２枠部の中心を挟んで対向する他の２つの前記第２締結穴の中心同士を結ぶ仮想的な直線は、互いに直交して仮想的な第３十字線を形成し、
複数の前記第２梁構造は、平面視で、前記第２枠部の中心を挟んで対向する２つの第２梁構造と、前記第２枠部の中心を挟んで対向する他の２つの第２梁構造と、を含み、
平面視で、前記第２枠部の中心を挟んで対向する２つの前記第２梁構造の幅方向の中心線同士を結ぶ仮想的な直線と、前記第２枠部の中心を挟んで対向する他の２つの前記第２梁構造の幅方向の中心線同士を結ぶ仮想的な直線は、互いに直交して仮想的な第４十字線を形成し、
平面視で、前記第３十字線と前記第４十字線とは、４５度ずれている、請求項７に記載の起歪体。

【請求項9】

前記第２締結穴と前記第１締結穴とは、平面視で重なり、
前記第２空間部と前記第１空間部とは、平面視で重なる、請求項５乃至８のいずれか一項に記載の起歪体。

【請求項10】

請求項１乃至９のいずれか一項に記載の起歪体と、前記センサチップと、を有する力覚センサ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、起歪体、力覚センサ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、所定の軸方向の変位を検知する力覚センサ装置が知られている。一例として、センサチップと、センサチップの周囲に配置され、外力が加わる外力印加板、センサチップを支持する台座部、外力印加板を台座部に固定する外力緩衝機構、外力伝達機構である連結ロッドから成る構造体を備え、外力印加板と作用部が連結ロッドで連結されている力覚センサ装置が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３－２５４８４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

力覚センサ装置において、センサチップと組み合わせて使用する起歪体は、例えばロボットフランジにネジなどで締結されるが、締結する際に生じる変形によりセンサチップが配置される部分が変位し、センサチップに出力（オフセット）が発生する場合がある。センサチップに出力が発生すると、センサチップの耐荷重の悪化や力覚特性の悪化、また締結状態に依存して発生している出力のため経時変化、温度特性の悪化などが懸念される。

【0005】

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、被測定物に取り付ける際に生じる、センサチップが配置される部分の変位を抑制可能な起歪体の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本起歪体（２００）は、所定の軸方向の力又はモーメントを受けて変形する可動部、及び前記力又は前記モーメントを受けて変形しない非可動部、を備えた起歪部（２２０）と、前記非可動部と接合され、前記力又は前記モーメントを受けて変形しない入力伝達部（２３０）と、を有し、前記入力伝達部（２３０）は、第１枠部（２３１）と、前記第１枠部（２３１）の内側に配置され、前記力又は前記モーメントを検知するセンサチップを収容可能な収容部（２３５）と、を備え、前記第１枠部（２３１）に、被測定物との締結に使用可能な複数の第１締結穴（２３８）が設けられ、平面視で、前記第１締結穴（２３８）の一部を囲む第１空間部（２３９）が設けられている。

【0007】

なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。

【発明の効果】

【0008】

開示の技術によれば、被測定物に取り付ける際に生じる、センサチップが配置される部分の変位を抑制可能な起歪体を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１実施形態に係る力覚センサ装置を例示する斜視図である。

【図2】第１実施形態に係る力覚センサ装置を例示する断面斜視図である。

【図3】入力伝達部にセンサチップが取り付けられた状態を示す上面側斜視図である。

【図4】入力伝達部にセンサチップが取り付けられた状態を示す下面側斜視図である。

【図5】センサチップ１００をＺ軸方向上側から視た斜視図である。

【図6】センサチップ１００をＺ軸方向上側から視た平面図である。

【図7】センサチップ１００をＺ軸方向下側から視た斜視図である。

【図8】センサチップ１００をＺ軸方向下側から視た底面図である。

【図9】各軸にかかる力及びモーメントを示す符号を説明する図である。

【図10】センサチップ１００のピエゾ抵抗素子の配置を例示する図である。

【図11】図１０に示すセンサチップの１組の検知ブロックの部分拡大図である。

【図12】各ピエゾ抵抗素子を用いた検出回路の一例を示す図（その１）である。

【図13】各ピエゾ抵抗素子を用いた検出回路の一例を示す図（その２）である。

【図14】Ｆｘ入力について説明する図である。

【図15】Ｆｙ入力について説明する図である。

【図16】起歪体を構成する受力板を例示する斜視図である。

【図17】起歪体を構成する起歪部を例示する斜視図である。

【図18】起歪体を構成する起歪部を例示する平面図である

【図19】起歪体を構成する入力伝達部を例示する上面側の斜視図である。

【図20】起歪体を構成する入力伝達部を例示する平面図である。

【図21】起歪体を構成する入力伝達部を例示する下面側の斜視図である。

【図22】起歪体を構成する入力伝達部を例示する断面図である。

【図23】起歪体を構成する蓋板を例示する斜視図である。

【図24】比較例に係る起歪部を例示する斜視図である。

【図25】比較例に係る入力伝達部を例示する斜視図である。

【図26】比較例に係る起歪部上に入力伝達部を配置した状態を例示する斜視図である。

【図27】本実施形態に係る起歪部上に入力伝達部を配置した状態を例示する斜視図である。

【図28】シミュレーションにおける測定点について説明する図である。

【図29】比較例に係る図２６の構造体の変位コンター図である。

【図30】比較例に係る図２６の構造体の各部の変位量をまとめた図である。

【図31】本実施形態に係る図２７の構造体の変位コンター図である。

【図32】本実施形態に係る図２７の構造体の各部の変位量をまとめた図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

【0011】

〈第１実施形態〉
（力覚センサ装置１の概略構成）
図１は、第１実施形態に係る力覚センサ装置を例示する斜視図である。図２は、第１実施形態に係る力覚センサ装置を例示する断面斜視図である。図１及び図２を参照すると、力覚センサ装置１は、センサチップ１００と、起歪体２００とを有している。力覚センサ装置１は、例えば、工作機械等に使用されるロボットの腕や指等に搭載される多軸の力覚センサ装置である。

【0012】

センサチップ１００は、所定の軸方向の変位を最大で６軸検知する機能を有している。起歪体２００は、印加された力及び／又はモーメントをセンサチップ１００に伝達する機能を有している。以降の実施形態では、一例として、センサチップ１００が６軸を検知する場合について説明するが、これには限定されず、例えば、センサチップ１００は３軸を検知する場合等にも用いることができる。

【0013】

起歪体２００は、受力板２１０と、起歪部２２０と、入力伝達部２３０と、蓋板２４０とを有している。受力板２１０上に起歪部２２０が積層され、起歪部２２０上に入力伝達部２３０が積層され、入力伝達部２３０上に蓋板２４０が積層され、全体として略円筒状の起歪体２００を形成している。なお、起歪体２００としての機能は主に起歪部２２０及び入力伝達部２３０が担っているため、受力板２１０及び蓋板２４０は必要に応じて設けられる。

【0014】

なお、本実施形態では、便宜上、力覚センサ装置１において、蓋板２４０側を上側又は一方の側、受力板２１０側を下側又は他方の側とする。また、各部位の蓋板２４０側の面を一方の面又は上面、受力板２１０側の面を他方の面又は下面とする。但し、力覚センサ装置１は天地逆の状態で用いることができ、又は任意の角度で配置することができる。また、平面視とは対象物を蓋板２４０の上面の法線方向（Ｚ軸方向）から視ることを指し、平面形状とは対象物を蓋板２４０の上面の法線方向（Ｚ軸方向）から視た形状を指すものとする。

【0015】

図３は、入力伝達部にセンサチップが取り付けられた状態を示す上面側斜視図である。図４は、入力伝達部にセンサチップが取り付けられた状態を示す下面側斜視図である。図３及び図４に示すように、入力伝達部２３０には、入力伝達部２３０の下面から起歪部２２０側に突出する収容部２３５が設けられている。そして、収容部２３５の蓋板２４０側に、センサチップ１００が固定されている。

【0016】

具体的には、後述のように、収容部２３５には、蓋板２４０側に突起する４つの第２接続部２３５ｄ（後述の図１９～図２２等参照）が配置されている。そして、各々の第２接続部２３５ｄは、センサチップ１００の力点１５１～１５４（後述の図５～図８等参照）の下面と接続されている。

【0017】

また、収容部２３５は起歪部２２０側に入り込んでいる。そして、後述のように、起歪部２２０には、入力伝達部２３０側に突起する５本の柱状の第１接続部２２４（後述の図１７等参照）が配置されている。そして、各々の第１接続部２２４は、センサチップ１００の支持部１０１～１０５（後述の図５～図８等参照）の下面と接続されている。

【0018】

以下、センサチップ１００及び起歪体２００について詳説する。なお、以下の説明において、『平行』とは、２つの直線や辺等が０°±１０°の範囲にある場合を含むものとする。また、『垂直』又は『直交』とは、２つの直線や辺等が９０°±１０°の範囲にある場合を含むものとする。ただし、個別に特別な説明がある場合は、この限りではない。また、『中心』や『中央』は、対象物のおおよその中心や中央を示すものであり、厳密な中心や中央を示すものではない。すなわち、製造誤差程度のばらつきは、許容されるものとする。点対称や線対称等についても同様である。

【0019】

（センサチップ１００）
図５は、センサチップ１００をＺ軸方向上側から視た斜視図である。図６は、センサチップ１００をＺ軸方向上側から視た平面図である。図７は、センサチップ１００をＺ軸方向下側から視た斜視図である。図８は、センサチップ１００をＺ軸方向下側から視た底面図である。なお、図８において、便宜上、同一高さの面を同一の梨地模様で示している。なお、ここでは、センサチップ１００の上面の一辺に平行な方向をＸ軸方向、垂直な方向をＹ軸方向、センサチップ１００の厚さ方向（センサチップ１００の上面の法線方向）をＺ軸方向としている。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向は、互いに直交している。

【0020】

図５～図８に示すセンサチップ１００は、１チップで最大６軸を検知できるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）センサチップであり、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板等の半導体基板から形成されている。センサチップ１００の平面形状は、例えば、７０００μｍ角程度の矩形（正方形又は長方形）とすることができる。

【0021】

センサチップ１００は、柱状の５つの支持部１０１～１０５を備えている。支持部１０１～１０５の平面形状は、例えば、２０００μｍ角程度の正方形とすることができる。支持部１０１～１０４は、矩形のセンサチップ１００の四隅に配置されている。支持部１０５は、矩形のセンサチップ１００の中央に配置されている。なお、支持部１０１～１０４は本発明に係る第１支持部の代表的な一例であり、支持部１０５は本発明に係る第２支持部の代表的な一例である。

【0022】

支持部１０１と支持部１０２との間には、支持部１０１と支持部１０２とに両端を固定された（隣接する支持部同士を連結する）枠部１１２が設けられている。支持部１０２と支持部１０３との間には、支持部１０２と支持部１０３とに両端を固定された（隣接する支持部同士を連結する）枠部１１３が設けられている。

【0023】

支持部１０３と支持部１０４との間には、支持部１０３と支持部１０４とに両端を固定された（隣接する支持部同士を連結する）枠部１１４が設けられている。支持部１０４と支持部１０１との間には、支持部１０４と支持部１０１とに両端を固定された（隣接する支持部同士を連結する）枠部１１１が設けられている。

【0024】

言い換えれば、４つの枠部１１１、１１２、１１３、及び１１４が枠状に形成され、各枠部の交点をなす角部が、支持部１０１、１０２、１０３、及び１０４となる。

【0025】

支持部１０１の内側の角部と、それに対向する支持部１０５の角部とは、連結部１２１により連結されている。支持部１０２の内側の角部と、それに対向する支持部１０５の角部とは、連結部１２２により連結されている。

【0026】

支持部１０３の内側の角部と、それに対向する支持部１０５の角部とは、連結部１２３により連結されている。支持部１０４の内側の角部と、それに対向する支持部１０５の角部とは、連結部１２４により連結されている。

【0027】

すなわち、センサチップ１００は、支持部１０５と支持部１０１～１０４とを連結する連結部１２１～１２４を有している。連結部１２１～１２４は、Ｘ軸方向（Ｙ軸方向）に対して斜めに配置されている。つまり、連結部１２１～１２４は、枠部１１１、１１２、１１３、及び１１４と非平行に配置されている。

【0028】

支持部１０１～１０５、枠部１１１～１１４、及び連結部１２１～１２４は、例えば、ＳＯＩ基板の活性層、ＢＯＸ層、及び支持層から形成することができ、それぞれの厚さは、例えば、４００μｍ～６００μｍ程度とすることができる。

【0029】

センサチップ１００は、４つの検知ブロックＢ_１～Ｂ_４を有している。また、各々の検知ブロックは、歪検出素子であるピエゾ抵抗素子が配置されたＴ字型梁構造を３組備えている。ここで、Ｔ字型梁構造とは、第１検知用梁と、第１検知用梁の中央部から第１検知用梁と直交する方向に伸びて力点と接続する第２検知用梁とを含む構造を指す。

【0030】

なお、検知用梁とは、ピエゾ抵抗素子を配置可能な梁を指すが、必ずしもピエゾ抵抗素子を配置しなくてもよい。つまり、検知用梁は、ピエゾ抵抗素子を配置することで力やモーメントの検出が可能であるが、センサチップ１００は、ピエゾ抵抗素子を配置せず、力やモーメントの検出に用いない検知用梁を有してもよい。

【0031】

具体的には、検知ブロックＢ_１は、Ｔ字型梁構造１３１Ｔ_１、１３１Ｔ_２、及び１３１Ｔ_３を備えている。また、検知ブロックＢ_２は、Ｔ字型梁構造１３２Ｔ_１、１３２Ｔ_２、及び１３２Ｔ_３を備えている。また、検知ブロックＢ_３は、Ｔ字型梁構造１３３Ｔ_１、１３３Ｔ_２、及び１３３Ｔ_３を備えている。また、検知ブロックＢ_４は、Ｔ字型梁構造１３４Ｔ_１、１３４Ｔ_２、及び１３４Ｔ_３を備えている。以下に、より詳しい梁構造の説明を行う。

【0032】

検知ブロックＢ_１には、平面視において、枠部１１１の支持部１０１に近い側と、連結部１２１の支持部１０５に近い側とを橋渡しするように、所定間隔を空けて支持部１０１の支持部１０４側の辺と平行に第１検知用梁１３１ａが設けられている。また、第１検知用梁１３１ａの長手方向の中央部に一端が接続され、支持部１０４側に向かって第１検知用梁１３１ａの長手方向と垂直方向に伸びる第２検知用梁１３１ｂが設けられている。第１検知用梁１３１ａと第２検知用梁１３１ｂとは、Ｔ字型梁構造１３１Ｔ_１を形成している。

【0033】

平面視において、枠部１１１の支持部１０４に近い側と、連結部１２４の支持部１０５に近い側とを橋渡しするように、所定間隔を空けて支持部１０４の支持部１０１側の辺と平行に第１検知用梁１３１ｃが設けられている。また、第１検知用梁１３１ｃの長手方向の中央部に一端が接続され、支持部１０１側に向かって第１検知用梁１３１ｃの長手方向と垂直方向に伸びる第２検知用梁１３１ｄが設けられている。第１検知用梁１３１ｃと第２検知用梁１３１ｄとは、Ｔ字型梁構造１３１Ｔ_２を形成している。

【0034】

平面視において、連結部１２１の支持部１０５に近い側と、連結部１２４の支持部１０５に近い側とを橋渡しするように、所定間隔を空けて支持部１０５の枠部１１１側の辺と平行に第１検知用梁１３１ｅが設けられている。また、第１検知用梁１３１ｅの長手方向の中央部に一端が接続され、枠部１１１側に向かって第１検知用梁１３１ｅの長手方向と垂直方向に伸びる第２検知用梁１３１ｆが設けられている。第１検知用梁１３１ｅと第２検知用梁１３１ｆとは、Ｔ字型梁構造１３１Ｔ_３を形成している。

【0035】

第２検知用梁１３１ｂと第２検知用梁１３１ｄと第２検知用梁１３１ｆの他端側同士が接続して接続部１４１を形成し、接続部１４１の下面側に力点１５１が設けられている。力点１５１は、例えば、四角柱状である。Ｔ字型梁構造１３１Ｔ_１、１３１Ｔ_２、及び１３１Ｔ_３と接続部１４１及び力点１５１とにより、検知ブロックＢ_１を構成している。

【0036】

検知ブロックＢ_１において、第１検知用梁１３１ａと第１検知用梁１３１ｃと第２検知用梁１３１ｆとは平行であり、第２検知用梁１３１ｂ及び１３１ｄと第１検知用梁１３１ｅとは平行である。検知ブロックＢ_１の各々の検知用梁の厚さは、例えば、３０μｍ～５０μｍ程度とすることができる。

【0037】

検知ブロックＢ_２には、平面視において、枠部１１２の支持部１０２に近い側と、連結部１２２の支持部１０５に近い側とを橋渡しするように、所定間隔を空けて支持部１０２の支持部１０１側の辺と平行に第１検知用梁１３２ａが設けられている。また、第１検知用梁１３２ａの長手方向の中央部に一端が接続され、支持部１０１側に向かって第１検知用梁１３２ａの長手方向と垂直方向に伸びる第２検知用梁１３２ｂが設けられている。第１検知用梁１３２ａと第２検知用梁１３２ｂとは、Ｔ字型梁構造１３２Ｔ_１を形成している。

【0038】

平面視において、枠部１１２の支持部１０１に近い側と、連結部１２１の支持部１０５に近い側とを橋渡しするように、所定間隔を空けて支持部１０１の支持部１０２側の辺と平行に第１検知用梁１３２ｃが設けられている。また、第１検知用梁１３２ｃの長手方向の中央部に一端が接続され、支持部１０２側に向かって第１検知用梁１３２ｃの長手方向と垂直方向に伸びる第２検知用梁１３２ｄが設けられている。第１検知用梁１３２ｃと第２検知用梁１３２ｄとは、Ｔ字型梁構造１３２Ｔ_２を形成している。

【0039】

平面視において、連結部１２２の支持部１０５に近い側と、連結部１２１の支持部１０５に近い側とを橋渡しするように、所定間隔を空けて支持部１０５の枠部１１２側の辺と平行に第１検知用梁１３２ｅが設けられている。また、第１検知用梁１３２ｅの長手方向の中央部に一端が接続され、枠部１１２側に向かって第１検知用梁１３２ｅの長手方向と垂直方向に伸びる第２検知用梁１３２ｆが設けられている。第１検知用梁１３２ｅと第２検知用梁１３２ｆとは、Ｔ字型梁構造１３２Ｔ_３を形成している。

【0040】

第２検知用梁１３２ｂと第２検知用梁１３２ｄと第２検知用梁１３２ｆの他端側同士が接続して接続部１４２を形成し、接続部１４２の下面側に力点１５２が設けられている。力点１５２は、例えば、四角柱状である。Ｔ字型梁構造１３２Ｔ_１、１３２Ｔ_２、及び１３２Ｔ_３と接続部１４２及び力点１５２とにより、検知ブロックＢ_２を構成している。

【0041】

検知ブロックＢ_２において、第１検知用梁１３２ａと第１検知用梁１３２ｃと第２検知用梁１３２ｆとは平行であり、第２検知用梁１３２ｂ及び１３２ｄと第１検知用梁１３２ｅとは平行である。検知ブロックＢ_２の各々の検知用梁の厚さは、例えば、３０μｍ～５０μｍ程度とすることができる。

【0042】

検知ブロックＢ_３には、平面視において、枠部１１３の支持部１０３に近い側と、連結部１２３の支持部１０５に近い側とを橋渡しするように、所定間隔を空けて支持部１０３の支持部１０２側の辺と平行に第１検知用梁１３３ａが設けられている。また、第１検知用梁１３３ａの長手方向の中央部に一端が接続され、支持部１０２側に向かって第１検知用梁１３３ａの長手方向と垂直方向に伸びる第２検知用梁１３３ｂが設けられている。第１検知用梁１３３ａと第２検知用梁１３３ｂとは、Ｔ字型梁構造１３３Ｔ_１を形成している。

【0043】

平面視において、枠部１１３の支持部１０２に近い側と、連結部１２２の支持部１０５に近い側とを橋渡しするように、所定間隔を空けて支持部１０２の支持部１０３側の辺と平行に第１検知用梁１３３ｃが設けられている。また、第１検知用梁１３３ｃの長手方向の中央部に一端が接続され、支持部１０３側に向かって第１検知用梁１３３ｃの長手方向と垂直方向に伸びる第２検知用梁１３３ｄが設けられている。第１検知用梁１３３ｃと第２検知用梁１３３ｄとは、Ｔ字型梁構造１３３Ｔ_２を形成している。

【0044】

平面視において、連結部１２３の支持部１０５に近い側と、連結部１２２の支持部１０５に近い側とを橋渡しするように、所定間隔を空けて支持部１０５の枠部１１３側の辺と平行に第１検知用梁１３３ｅが設けられている。また、第１検知用梁１３３ｅの長手方向の中央部に一端が接続され、枠部１１３側に向かって第１検知用梁１３３ｅの長手方向と垂直方向に伸びる第２検知用梁１３３ｆが設けられている。第１検知用梁１３３ｅと第２検知用梁１３３ｆとは、Ｔ字型梁構造１３３Ｔ_３を形成している。

【0045】

第２検知用梁１３３ｂと第２検知用梁１３３ｄと第２検知用梁１３３ｆの他端側同士が接続して接続部１４３を形成し、接続部１４３の下面側に力点１５３が設けられている。力点１５３は、例えば、四角柱状である。Ｔ字型梁構造１３３Ｔ_１、１３３Ｔ_２、及び１３３Ｔ_３と接続部１４３及び力点１５３とにより、検知ブロックＢ_３を構成している。

【0046】

検知ブロックＢ_３において、第１検知用梁１３３ａと第１検知用梁１３３ｃと第２検知用梁１３３ｆとは平行であり、第２検知用梁１３３ｂ及び１３３ｄと第１検知用梁１３３ｅとは平行である。検知ブロックＢ_３の各々の検知用梁の厚さは、例えば、３０μｍ～５０μｍ程度とすることができる。

【0047】

検知ブロックＢ_４には、平面視において、枠部１１４の支持部１０４に近い側と、連結部１２４の支持部１０５に近い側とを橋渡しするように、所定間隔を空けて支持部１０４の支持部１０３側の辺と平行に第１検知用梁１３４ａが設けられている。また、第１検知用梁１３４ａの長手方向の中央部に一端が接続され、支持部１０３側に向かって第１検知用梁１３４ａの長手方向と垂直方向に伸びる第２検知用梁１３４ｂが設けられている。第１検知用梁１３４ａと第２検知用梁１３４ｂとは、Ｔ字型梁構造１３４Ｔ_１を形成している。

【0048】

平面視において、枠部１１４の支持部１０３に近い側と、連結部１２３の支持部１０５に近い側とを橋渡しするように、所定間隔を空けて支持部１０３の支持部１０４側の辺と平行に第１検知用梁１３４ｃが設けられている。また、第１検知用梁１３４ｃの長手方向の中央部に一端が接続され、支持部１０４側に向かって第１検知用梁１３４ｃの長手方向と垂直方向に伸びる第２検知用梁１３４ｄが設けられている。第１検知用梁１３４ｃと第２検知用梁１３４ｄとは、Ｔ字型梁構造１３４Ｔ_２を形成している。

【0049】

平面視において、連結部１２４の支持部１０５に近い側と、連結部１２３の支持部１０５に近い側とを橋渡しするように、所定間隔を空けて支持部１０５の枠部１１４側の辺と平行に第１検知用梁１３４ｅが設けられている。また、第１検知用梁１３４ｅの長手方向の中央部に一端が接続され、枠部１１４側に向かって第１検知用梁１３４ｅの長手方向と垂直方向に伸びる第２検知用梁１３４ｆが設けられている。第１検知用梁１３４ｅと第２検知用梁１３４ｆとは、Ｔ字型梁構造１３４Ｔ_３を形成している。

【0050】

第２検知用梁１３４ｂと第２検知用梁１３４ｄと第２検知用梁１３４ｆの他端側同士が接続して接続部１４４を形成し、接続部１４４の下面側に力点１５４が設けられている。力点１５４は、例えば、四角柱状である。Ｔ字型梁構造１３４Ｔ_１、１３４Ｔ_２、及び１３４Ｔ_３と接続部１４４及び力点１５４とにより、検知ブロックＢ_４を構成している。

【0051】

検知ブロックＢ_４において、第１検知用梁１３４ａと第１検知用梁１３４ｃと第２検知用梁１３４ｆとは平行であり、第２検知用梁１３４ｂ及び１３４ｄと第１検知用梁１３４ｅとは平行である。検知ブロックＢ_４の各々の検知用梁の厚さは、例えば、３０μｍ～５０μｍ程度とすることができる。

【0052】

このように、センサチップ１００は、４つの検知ブロック（検知ブロックＢ_１～Ｂ_４）を有している。そして、各々の検知ブロックは、支持部１０１～１０４のうちの隣接する支持部と、隣接する支持部に連結する枠部及び連結部と、支持部１０５と、に囲まれた領域に配置されている。平面視で、各々の検知ブロックは、例えば、センサチップの中心に対して点対称に配置することができる。

【0053】

また、各々の検知ブロックは、Ｔ字型梁構造を３組備えている。各々の検知ブロックにおいて、３組のＴ字型梁構造は、平面視で、接続部を挟んで第１検知用梁が平行に配置された２組のＴ字型梁構造と、２組のＴ字型梁構造の第２検知用梁と平行に配置された第１検知用梁を備えた１組のＴ字型梁構造とを含む。そして、１組のＴ字型梁構造の第１検知用梁は、接続部と支持部１０５との間に配置されている。

【0054】

例えば、検知ブロックＢ_１では、３組のＴ字型梁構造は、平面視で、接続部１４１を挟んで第１検知用梁１３１ａと第１検知用梁１３１ｃとが平行に配置されたＴ字型梁構造１３１Ｔ_１及び１３１Ｔ_２と、Ｔ字型梁構造１３１Ｔ_１及び１３１Ｔ_２の第２検知用梁１３１ｂ及び１３１ｄと平行に配置された第１検知用梁１３１ｅを備えたＴ字型梁構造１３１Ｔ_３とを含む。そして、Ｔ字型梁構造１３１Ｔ_３の第１検知用梁１３１ｅは、接続部１４１と支持部１０５との間に配置されている。検知ブロックＢ_２～Ｂ_４も同様の構造である。

【0055】

力点１５１～１５４は、外力が印加される箇所であり、例えば、ＳＯＩ基板のＢＯＸ層及び支持層から形成することができる。力点１５１～１５４のそれぞれの下面は、支持部１０１～１０５の下面と略面一である。

【0056】

このように、力又は変位を４つの力点１５１～１５４から取り入れることで、力の種類毎に異なる梁の変形が得られるため、６軸の分離性が良いセンサを実現することができる。力点の数は組み合わされる起歪体の変位入力箇所と同数である。

【0057】

なお、センサチップ１００において、応力集中を抑制する観点から、内角を形成する部分はＲ状とすることが好ましい。

【0058】

センサチップ１００の支持部１０１～１０５は起歪体２００の非可動部に接続され、力点１５１～１５４は起歪体２００の可動部に接続される。ただし、可動と非可動との関係が逆であっても力覚センサ装置として機能する。すなわち、センサチップ１００の支持部１０１～１０５は起歪体２００の可動部に接続され、力点１５１～１５４は起歪体２００の非可動部に接続されてもよい。

【0059】

図９は、各軸にかかる力及びモーメントを示す符号を説明する図である。図９に示すように、Ｘ軸方向の力をＦｘ、Ｙ軸方向の力をＦｙ、Ｚ軸方向の力をＦｚとする。また、Ｘ軸を軸として回転させるモーメントをＭｘ、Ｙ軸を軸として回転させるモーメントをＭｙ、Ｚ軸を軸として回転させるモーメントをＭｚとする。

【0060】

図１０は、センサチップ１００のピエゾ抵抗素子の配置を例示する図である。図１１は、図１０に示すセンサチップの１組の検知ブロックの部分拡大図である。図１０及び図１１に示すように、４つ力点１５１～１５４に対応する各検知ブロックの所定位置には、ピエゾ抵抗素子が配置されている。なお、図１０に示す他の検知ブロックにおけるピエゾ抵抗素子の配置は、図１１に示す一の検知ブロックにおけるピエゾ抵抗素子の配置と同様である。

【0061】

図５～図８、図１０、及び図１１を参照すると、接続部１４１及び力点１５１を有する検知ブロックＢ_１において、ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ１'は、第１検知用梁１３１ａにおいて、第２検知用梁１３１ｂと第１検知用梁１３１ｅとの間に位置する部分の第２検知用梁１３１ｂに近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＦｘＲ３は、第１検知用梁１３１ａにおいて、第２検知用梁１３１ｂと第１検知用梁１３１ｅとの間に位置する部分の第１検知用梁１３１ｅに近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＭｘＲ１は、第２検知用梁１３１ｂにおいて、接続部１４１に近い側に配置されている。

【0062】

また、ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ２'は、第１検知用梁１３１ｃにおいて、第２検知用梁１３１ｄと第１検知用梁１３１ｅとの間に位置する部分の第２検知用梁１３１ｄに近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＦｘＲ１は、第１検知用梁１３１ｃにおいて、第２検知用梁１３１ｄと第１検知用梁１３１ｅとの間に位置する部分の第１検知用梁１３１ｅに近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＭｘＲ２は、第２検知用梁１３１ｄにおいて、接続部１４１に近い側に配置されている。

【0063】

また、ピエゾ抵抗素子ＦｚＲ１'は、第２検知用梁１３１ｆにおいて、接続部１４１に近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＦｚＲ２'は、第２検知用梁１３１ｆにおいて、第１検知用梁１３１ｅに近い側に配置されている。なお、ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ１'、ＦｘＲ３、ＭｘＲ１、ＭｚＲ２'、ＦｘＲ１、及びＭｘＲ２は、各々の検知用梁の長手方向の中心からオフセットした位置に配置されている。

【0064】

接続部１４２及び力点１５２を有する検知ブロックＢ_２において、ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ４は、第１検知用梁１３２ａにおいて、第２検知用梁１３２ｂと第１検知用梁１３２ｅとの間に位置する部分の第２検知用梁１３２ｂに近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＦｙＲ３は、第１検知用梁１３２ａにおいて、第２検知用梁１３２ｂと第１検知用梁１３２ｅとの間に位置する部分の第１検知用梁１３２ｅに近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＭｙＲ４は、第２検知用梁１３２ｂにおいて、接続部１４２に近い側に配置されている。

【0065】

また、ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ３は、第１検知用梁１３２ｃにおいて、第２検知用梁１３２ｄと第１検知用梁１３２ｅとの間に位置する部分の第２検知用梁１３２ｄに近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＦｙＲ１は、第１検知用梁１３２ｃにおいて、第２検知用梁１３２ｄと第１検知用梁１３２ｅとの間に位置する部分の第１検知用梁１３２ｅに近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＭｙＲ３は、第２検知用梁１３２ｄにおいて、接続部１４２に近い側に配置されている。

【0066】

また、ピエゾ抵抗素子ＦｚＲ４は、第２検知用梁１３２ｆにおいて、接続部１４２に近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＦｚＲ３は、第２検知用梁１３２ｆにおいて、第１検知用梁１３２ｅに近い側に配置されている。なお、ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ４、ＦｙＲ３、ＭｙＲ４、ＭｚＲ３、ＦｙＲ１、及びＭｙＲ３は、各々の検知用梁の長手方向の中心からオフセットした位置に配置されている。

【0067】

接続部１４３及び力点１５３を有する検知ブロックＢ_３において、ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ４'は、第１検知用梁１３３ａにおいて、第２検知用梁１３３ｂと第１検知用梁１３３ｅとの間に位置する部分の第２検知用梁１３３ｂに近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＦｘＲ２は、第１検知用梁１３３ａにおいて、第２検知用梁１３３ｂと第１検知用梁１３３ｅとの間に位置する部分の第１検知用梁１３３ｅに近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＭｘＲ４は、第２検知用梁１３３ｂにおいて、接続部１４３に近い側に配置されている。

【0068】

また、ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ３'は、第１検知用梁１３３ｃにおいて、第２検知用梁１３３ｄと第１検知用梁１３３ｅとの間に位置する部分の第２検知用梁１３３ｄに近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＦｘＲ４は、第１検知用梁１３３ｃにおいて、第２検知用梁１３３ｄと第１検知用梁１３３ｅとの間に位置する部分の第１検知用梁１３３ｅに近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＭｘＲ３は、第２検知用梁１３３ｄにおいて、接続部１４３に近い側に配置されている。

【0069】

また、ピエゾ抵抗素子ＦｚＲ４'は、第２検知用梁１３３ｆにおいて、接続部１４３に近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＦｚＲ３'は、第２検知用梁１３３ｆにおいて、第１検知用梁１３３ｅに近い側に配置されている。なお、ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ４'、ＦｘＲ２、ＭｘＲ４、ＭｚＲ３'、ＦｘＲ４、及びＭｘＲ３は、各々の検知用梁の長手方向の中心からオフセットした位置に配置されている。

【0070】

接続部１４４及び力点１５４を有する検知ブロックＢ_４において、ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ１は、第１検知用梁１３４ａにおいて、第２検知用梁１３４ｂと第１検知用梁１３４ｅとの間に位置する部分の第２検知用梁１３４ｂに近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＦｙＲ２は、第１検知用梁１３４ａにおいて、第２検知用梁１３４ｂと第１検知用梁１３４ｅとの間に位置する部分の第１検知用梁１３４ｅに近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＭｙＲ１は、第２検知用梁１３４ｂにおいて、接続部１４４に近い側に配置されている。

【0071】

また、ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ２は、第１検知用梁１３４ｃにおいて、第２検知用梁１３４ｄと第１検知用梁１３４ｅとの間に位置する部分の第２検知用梁１３４ｄに近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＦｙＲ４は、第１検知用梁１３４ｃにおいて、第２検知用梁１３４ｄと第１検知用梁１３４ｅとの間に位置する部分の第１検知用梁１３４ｅに近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＭｙＲ２は、第２検知用梁１３４ｄにおいて、接続部１４４に近い側に配置されている。

【0072】

また、ピエゾ抵抗素子ＦｚＲ１は、第２検知用梁１３４ｆにおいて、接続部１４４に近い側に配置されている。ピエゾ抵抗素子ＦｚＲ２は、第２検知用梁１３４ｆにおいて、第１検知用梁１３４ｅに近い側に配置されている。なお、ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ１、ＦｙＲ２、ＭｙＲ１、ＭｚＲ２、ＦｙＲ４、及びＭｙＲ２は、各々の検知用梁の長手方向の中心からオフセットした位置に配置されている。

【0073】

このように、センサチップ１００では、各検知ブロックに複数のピエゾ抵抗素子を分けて配置している。これにより、力点１５１～１５４に印加された入力に応じた所定の梁に配置された複数のピエゾ抵抗素子の出力の変化に基づいて、所定の軸方向の力又はモーメントを最大で６軸検知できる。

【0074】

なお、センサチップ１００において、歪の検出に用いるピエゾ抵抗素子以外に、ダミーのピエゾ抵抗素子が配置されてもよい。ダミーのピエゾ抵抗素子は、検知用梁にかかる応力やブリッジ回路の抵抗のバランスを調整するために用いられ、例えば、歪の検出に用いるピエゾ抵抗素子も含めた全てのピエゾ抵抗素子が、支持部１０５の中心に対して点対称となるように配置される。

【0075】

センサチップ１００では、Ｔ字型梁構造を構成する第１検知用梁に、Ｘ軸方向の変位及びＹ軸方向の変位を検知する複数のピエゾ抵抗素子を配置している。また、Ｔ字型梁構造を構成する第２検知用梁に、Ｚ軸方向の変位を検知する複数のピエゾ抵抗素子を配置している。また、Ｔ字型梁構造を構成する第１検知用梁に、Ｚ軸方向のモーメントを検知する複数のピエゾ抵抗素子を配置している。また、Ｔ字型梁構造を構成する第２検知用梁に、Ｘ軸方向のモーメント及びＹ軸方向のモーメントを検知する複数のピエゾ抵抗素子を配置している。

【0076】

ここで、ピエゾ抵抗素子ＦｘＲ１～ＦｘＲ４は力Ｆｘを検出し、ピエゾ抵抗素子ＦｙＲ１～ＦｙＲ４は力Ｆｙを検出し、ピエゾ抵抗素子ＦｚＲ１～ＦｚＲ４及びＦｚＲ１'～ＦｚＲ４'は力Ｆｚを検出する。また、ピエゾ抵抗素子ＭｘＲ１～ＭｘＲ４はモーメントＭｘを検出し、ピエゾ抵抗素子ＭｙＲ１～ＭｙＲ４はモーメントＭｙを検出し、ピエゾ抵抗素子ＭｚＲ１～ＭｚＲ４及びＭｚＲ１'～ＭｚＲ４'はモーメントＭｚを検出する。

【0077】

このように、センサチップ１００では、各検知ブロックに複数のピエゾ抵抗素子を分けて配置している。これにより、力点１５１～１５４に印加（伝達）された力又は変位の向き（軸方向）に応じた、所定の梁に配置された複数のピエゾ抵抗素子の出力の変化に基づいて、所定の軸方向の変位を最大で６軸検知することができる。また、各検知用梁の厚みと幅を可変することで、検出感度の均一化や、検出感度の向上等の調整を図ることができる。

【0078】

なお、ピエゾ抵抗素子の数を減らし、５軸以下の所定の軸方向の変位を検知するセンサチップとすることも可能である。

【0079】

センサチップ１００において、力及びモーメントは、例えば、以下に説明する検出回路を用いて検出できる。図１２及び図１３に各ピエゾ抵抗素子を用いた検出回路の一例を示す。図１２及び図１３において、四角で囲まれた数字は外部出力端子を示している。例えば、Ｎｏ１はＦｘ軸Ｆｙ軸Ｆｚ軸の電源端子、Ｎｏ２はＦｘ軸出力マイナス端子、Ｎｏ３はＦｘ軸のＧＮＤ端子、Ｎｏ４はＦｘ軸出力プラス端子である。Ｎｏ１９はＦｙ軸出力マイナス端子、Ｎｏ２０はＦｙ軸のＧＮＤ端子、Ｎｏ２１はＦｙ軸出力プラス端子である。Ｎｏ２２はＦｚ軸出力マイナス端子、Ｎｏ２３はＦｚ軸のＧＮＤ端子、Ｎｏ２４はＦｚ軸出力プラス端子である。

【0080】

また、Ｎｏ９はＭｘ軸出力マイナス端子、Ｎｏ１０はＭｘ軸のＧＮＤ端子、Ｎｏ１１はＭｘ軸出力プラス端子である。Ｎｏ１２はＭｘ軸Ｍｙ軸Ｍｚ軸の電源端子である。Ｎｏ１３はＭｙ軸出力マイナス端子、Ｎｏ１４はＭｙ軸のＧＮＤ端子、Ｎｏ１５はＭｙ軸出力プラス端子である。Ｎｏ１６はＭｚ軸出力マイナス端子、Ｎｏ１７はＭｚ軸のＧＮＤ端子、Ｎｏ１８はＭｚ軸出力プラス端子である。

【0081】

次に、検知用梁の変形について説明する。図１４は、Ｆｘ入力について説明する図である。図１５は、Ｆｙ入力について説明する図である。図１４に示すように、センサチップ１００が搭載される起歪体２００からの入力がＦｘである場合、４つの力点１５１～１５４の全てが同じ方向（図１４の例では右方向）に移動しようとする。同様に、図１５に示すように、センサチップ１００が搭載される起歪体２００からの入力がＦｙである場合、４つの力点１５１～１５４の全てが同じ方向（図１５の例では上方向）に移動しようとする。すなわち、センサチップ１００では、４つの検知ブロックが存在するが、いずれの検知ブロックにおいても、Ｘ軸方向の変位及びＹ軸方向の変位に対して、すべての力点が同じ方向に移動する。

【0082】

センサチップ１００では、Ｔ字型梁構造の第１検知用梁の中に、入力の変位方向に対して直交する第１検知用梁を１つ以上有し、入力の変位方向に対して直交する第１検知用梁が大きな変形に対応できる。

【0083】

Ｆｘ入力の検知に使用する梁は、第１検知用梁１３１ａ、１３１ｃ、１３３ａ、及び１３３ｃであり、いずれも力点から一定距離離れたＴ字型梁構造の第１検知用梁である。また、Ｆｙ入力の検知に使用する梁は、第１検知用梁１３２ａ、１３２ｃ、１３４ａ、及び１３４ｃであり、いずれも力点から一定距離離れたＴ字型梁構造の第１検知用梁である。

【0084】

Ｆｘ入力及びＦｙ入力において、ピエゾ抵抗素子が配置されたＴ字型梁構造の第１検知用梁が大きく変形することで、入力される力を効果的に検知できる。また、入力の検知に使用しない梁もＦｘ入力及びＦｙ入力の変位に追従して大きく変形可能に設計されているため、大きなＦｘ入力及び／又はＦｙ入力があっても検知用梁が破壊されることがない。

【0085】

なお、従来のセンサチップでは、Ｆｘ入力及び／又はＦｙ入力に対して大きく変形できない梁が存在していたため、大きなＦｘ入力及び／又はＦｙ入力があった場合には、変形できない検知用梁が破壊されるおそれがあった。センサチップ１００では、このような問題を抑制できる。すなわち、センサチップ１００では、様々な方向の変位に対する梁の破壊耐性を向上できる。

【0086】

このように、センサチップ１００は、入力の変位方向に対して直交する第１検知用梁を１つ以上有し、入力の変位方向に対して直交する第１検知用梁が大きく変形できる。そのため、Ｆｘ入力及びＦｙ入力を効果的に検知できると共に、大きなＦｘ入力及び／又はＦｙ入力があっても検知用梁が破壊されることがない。その結果、センサチップ１００は、大きな定格にも対応でき、測定範囲や耐荷重の向上が可能となる。例えば、センサチップ１００では、定格を従来の１０倍程度である５００Ｎとすることも可能である。

【0087】

また、各検知ブロックにおいて力点から３方向へ繋がるＴ字型梁構造が入力によって異なる変形をするため、多軸の力を分離性良く検出できる。

【0088】

また、梁がＴ字型であるため、梁から枠部や連結部へ至る経路が多いため、配線をセンサチップの外周部へ引き回すことが容易となり、レイアウト自由度を向上できる。

【0089】

センサチップ１００では、Ｚ軸方向のモーメントに対しては、各力点を挟んで対向して配置された第１検知用梁１３１ａ、１３１ｃ、１３２ａ、１３２ｃ、１３３ａ、１３３ｃ、１３４ａ、及び１３４ｃが大きく変形する。従って、これらの第１検知用梁の一部又は全部にピエゾ抵抗素子を配置できる。

【0090】

また、Ｚ軸方向の変位に対しては、主に、各力点に直接繋がる第２検知用梁１３１ｂ、１３１ｄ、１３１ｆ、１３２ｂ、１３２ｄ、１３２ｆ、１３３ｂ、１３３ｄ、１３３ｆ、１３４ｂ、１３４ｄ、及び１３４ｆが大きく変形する。従って、これらの第２検知用梁の一部又は全部にピエゾ抵抗素子を配置できる。

【0091】

（起歪体２００）
図１及び図２に示したように、起歪体２００は、受力板２１０と、起歪部２２０と、入力伝達部２３０と、蓋板２４０とを有している。ここでは、起歪体２００の各構成部について説明する。

【0092】

図１６は、起歪体を構成する受力板を例示する斜視図である。図１６に示すように、受力板２１０は、全体的には略円盤状の部材であり、被測定物から力やモーメントが入力される部材である。受力板２１０は、平面視で略リング状の外枠部２１１と、外枠部２１１と離隔して外枠部２１１の内側に配置された平面視で略円形状の中央部２１２と、外枠部２１１と中央部２１２とを橋渡しする複数の梁構造２１３とを有している。

【0093】

梁構造２１３によって受力板２１０の剛性を向上させることによって、被測定物から力やモーメントが入力された場合にも、受力板２１０自体はほとんど変形せずに中央部２１２で接続される起歪部２２０へと力やモーメントが損失することなく伝わる。外枠部２１１の内側から梁構造２１３側に突起する部分には、ネジ穴２１８が設けられている。ネジ穴２１８は、例えば、受力板２１０を被測定物にネジで締結する際に使用可能な締結穴である。

【0094】

図１７は、起歪体を構成する起歪部を例示する斜視図である。図１８は、起歪体を構成する起歪部を例示する平面図である。図１７及び図１８に示すように、起歪部２２０は、全体的には略円盤状の部材であり、受力板２１０から力を受けて変形する部分である。

【0095】

起歪部２２０は、平面視で略リング状の外枠部２２１と、外枠部２２１と離隔して外枠部２２１の内側に配置された平面視で略円形状の中央部２２２と、外枠部２２１と中央部２２２とを橋渡しする複数の梁構造２２３とを有している。外枠部２２１の外径は、例えば、５０ｍｍ程度である。梁構造２２３の厚さは、例えば、３ｍｍ～８ｍｍ程度である。

【0096】

複数の梁構造２２３は、例えば、起歪部２２０の中心に対して点対称に配置される。梁構造２２３は、例えば、４つである。各々の梁構造２２３は、例えば、第１梁２２３ａと、第１梁２２３ａの中央部から第１梁２２３ａと直交する方向に伸びる第２梁２２３ｂとを含むＴ字型である。第１梁２２３ａの両端は外枠部２２１と連結し、第２梁２２３ｂの端部が中央部２２２と連結する。例えば、平面視で、起歪部２２０は、外枠部２２１の中心に対して４回対称である。

【0097】

中央部２２２は外枠部２２１よりも薄く形成されており、梁構造２２３は中央部２２２よりもさらに薄く形成されている。中央部２２２の上面及び梁構造２２３の上面は略面一であり、外枠部２２１の上面よりも低い位置にある。中央部２２２の下面は、外枠部２２１の下面よりも僅かに突出している。梁構造２２３の下面は、外枠部２２１の下面及び中央部２２２の下面よりも高い位置にある。受力板２１０から力を受けて変形するのは梁構造２２３及び中央部２２２のみであり、外枠部２２１は変形しない。ただし、中央部２２２は梁構造２２３の変形に追従して動くだけで、中央部２２２自体は変形しない。

【0098】

中央部２２２の入力伝達部２３０側の面には、溝２２０ｘが形成されている。溝２２０ｘは、平面視で正方形の溝と、正方形の一辺よりも長い細長状の２本の溝が直交した十字形の溝とが、中心を合わせた状態で重なった形状である。平面視で正方形の溝と、平面視で十字形の溝とは、同じ深さである。

【0099】

十字形の溝の外側で正方形の溝の四隅の部分と、正方形の溝の中心の部分には、入力伝達部２３０側に突起する５本の柱状の第１接続部２２４が、溝２２０ｘの内壁と接しないように配置されている。第１接続部２２４は、センサチップ１００の支持部１０１～１０５と接続される部分である。各々の第１接続部２２４の上面は略面一であり、中央部２２２の上面及び梁構造２２３の上面よりも低い位置にある。

【0100】

外枠部２２１には、ネジ穴２２８が設けられている。ネジ穴２２８は、例えば、起歪部２２０、入力伝達部２３０、及び蓋板２４０を固定側（ロボット等の側）にネジで締結する際に使用可能な締結穴である。図１７及び図１８の例では、平面視円形の４つのネジ穴２２８が設けられている。ネジ穴２２８のサイズは、例えば、ＪＩＳ規格のＭ５である。

【0101】

外枠部２２１の各々のネジ穴２２８の外側には、ネジ穴２２８と離隔して空間部２２９が設けられている。空間部２２９は、例えば、平面視においてネジ穴２２８の一部を囲むように円弧状に設けることができる。空間部２２９は、平面視において、円弧の開口側が外枠部２２１の外周側を向くように配置されている。言い換えれば、空間部２２９において、円弧の頂点は、円弧の両端部よりも外枠部２２１の中心側に位置する。

【0102】

各々のネジ穴２２８は、平面視で、隣接する梁構造２２３の間に配置されている。空間部２２９は、平面視で、ネジ穴２２８と、ネジ穴２２８の両側に隣接する梁構造２２３と、の間に少なくとも設けられる。空間部２２９は、外枠部２２１を貫通することが好ましいが、貫通しなくてもよい。空間部２２９の幅は略一定であり、例えば、０．５ｍｍから１．５ｍｍである。なお、空間部２２９の幅は一定でなくてもよく、空間部２２９の円弧の両端の幅を０．５ｍｍ～１．５ｍｍと広くして、円弧の一端から他端までの間を例えば０．２ｍｍと狭くしてもよい。

【0103】

このように、起歪体２００では、起歪部２２０において、ネジ穴２２８と、ネジ穴２２８の両側に隣接する梁構造２２３との間に空間部２２９を設けている。これにより、起歪体２００を被測定物にネジで締結する際に生じる力を中央部２２２側に伝えにくくできると共に、力が伝わった場合にも中央部２２２よりも内側が同じ形状を維持したまま全体として同じ変位をしやすくなる。また、起歪体２００を被測定物に取り付けた際に、被測定物の発熱の影響を受けて起歪体２００に温度分布が生じた場合に、中央部２２２側の変形を抑制できる。

【0104】

そのため、センサチップ１００の支持部１０１～１０５と接続される第１接続部２２４の変位を抑制できるとともに、５つの第１接続部２２４の変位を均一化できる。その結果、起歪体２００を被測定物にネジで締結する際の力や、起歪体２００に温度分布により生じる、センサチップ１００の耐荷重、力覚特性、オフセット温度特性、及びオフセット変動への悪影響を低減できる。

【0105】

図１８に示すように、４つのネジ穴２２８は、平面視で、外枠部２２１の中心を挟んで対向する２つのネジ穴２２８と、外枠部２２１の中心を挟んで対向する他の２つのネジ穴２２８とを含む。平面視で、外枠部２２１の中心を挟んで対向する２つのネジ穴２２８の中心同士を結ぶ仮想的な直線Ｌ_１と、外枠部２２１の中心を挟んで対向する他の２つのネジ穴２２８の中心同士を結ぶ仮想的な直線Ｌ_２は、互いに直交して仮想的な十字線を形成する。

【0106】

また、４つの梁構造２２３は、平面視で、外枠部２２１の中心を挟んで対向する２つの梁構造２２３と、外枠部２２１の中心を挟んで対向する他の２つの梁構造２２３とを含む。平面視で、外枠部２２１の中心を挟んで対向する２つの梁構造２２３の幅方向の中心線同士を結ぶ仮想的な直線Ｌ_３と、外枠部２２１の中心を挟んで対向する他の２つの梁構造２２３の幅方向の中心線同士を結ぶ仮想的な直線Ｌ_４は、互いに直交して仮想的な十字線を形成する。

【0107】

すなわち、外枠部２２１の中心を挟んで対向する２つの梁構造２２３と、外枠部２２１の中心を挟んで対向する他の２つの梁構造２２３とは、平面視略十字状の梁を形成している。

【0108】

平面視で、直線Ｌ_１及びＬ_２が形成する十字線と、直線Ｌ_３及びＬ_４が形成する十字線とは、４５度ずれていることが好ましい。すなわち、各々の梁構造２２３は、隣接するネジ穴２２８の中間部に設けられていることが好ましい。なお、製造ばらつき等を考慮し、ここでいう４５度は、４５度±５度の範囲を含むものとする。

【0109】

外枠部２２１の中で、隣接するネジ穴２２８の中間部は、各々のネジ穴２２８から最も離れた位置となるため、最も変形しにくい。そこで、隣接するネジ穴２２８の中間部から梁構造２２３を伸ばすことで、起歪体２００を被測定物にネジで締結する際に生じる力を中央部２２２側に伝えにくくできると共に、力が伝わった場合にも中央部２２２よりも内側が同じ形状を維持したまま全体として同じ変位をしやすくなる。また、起歪体２００を被測定物に取り付けた際に、被測定物の発熱の影響を受けて起歪体２００に温度分布が生じた場合に、中央部２２２側の変形を抑制できる。

【0110】

その結果、前述のように、起歪体２００を被測定物にネジで締結する際の力や、起歪体２００に温度分布により生じる、センサチップ１００の耐荷重、力覚特性、オフセット温度特性、及びオフセット変動への悪影響を低減できる。

【0111】

なお、中央部２２２の上面側には空間が設けられているため、中央部２２２の上面側に、例えば、外枠部２２１の上面から突出しないように、コネクタや半導体素子等の電子部品が実装された回路基板等を配置してもよい。

【0112】

図１９は、起歪体を構成する入力伝達部を例示する上面側の斜視図である。図２０は、起歪体を構成する入力伝達部を例示する平面図である。図２１は、起歪体を構成する入力伝達部を例示する下面側の斜視図である。図２２は、起歪体を構成する入力伝達部を例示する断面図であり、図２０のＬ_７線に沿う断面を示している。図１９～図２２に示すように、入力伝達部２３０は、全体的には略円盤状の部材であり、起歪部２２０の変形（入力）をセンサチップ１００に伝達する部分である。

【0113】

入力伝達部２３０は、平面視で略リング状の外枠部２３１と、外枠部２３１と離隔して外枠部２３１の内側に配置された中央部２３２と、外枠部２３１と中央部２３２とを橋渡しする複数の梁構造２３３とを有している。外枠部２３１の外径は、例えば、５０ｍｍ程度である。複数の梁構造２３３は、例えば、入力伝達部２３０の中心に対して点対称に配置される。梁構造２３３は、例えば、４つである。各々の梁構造２３３は、例えば、Ｉ字型である。入力伝達部２３０の梁構造２３３と、起歪部２２０の梁構造２２３とは、平面視で少なくとも一部が重なる。

【0114】

外枠部２３１は、他の部分より厚く形成されており剛性が高いため、最も変形しにくい。中央部２３２は、平面視で略リング状の第１連結部２３４と、第１連結部２３４の下面から起歪部２２０側に伸びる略十字状の収容部２３５とを有している。収容部２３５は、第１連結部２３４の内側に設けられており、センサチップ１００を収容可能である。各々の梁構造２３３は、一端が外枠部２３１と接続され、外枠部２３１から内側に伸びて他端同士が枠状の第１連結部２３４で連結されている。

【0115】

このように、入力伝達部２３０の４方向から伸びる梁構造２３３を第１連結部２３４で連結することにより、収容部２３５の剛性を高めることができる。これにより、起歪体２００を被測定物にネジで締結する際に生じる力を第１連結部２３４側に伝えにくくできると共に、力が伝わった場合にも第１連結部２３４よりも内側が同じ形状を維持したまま全体として同じ変位をしやすくなる。また、起歪体２００を被測定物に取り付けた際に、被測定物の発熱の影響を受けて起歪体２００に温度分布が生じた場合に、第１連結部２３４側の変形を抑制できる。

【0116】

そのため、センサチップ１００の力点１５１～１５４と接続される４つの第２接続部２３５ｄの変位を抑制できるとともに、４つの第２接続部２３５ｄの変位を均一化できる。その結果、起歪体２００を被測定物にネジで締結する際の力や、起歪体２００に温度分布により生じる、センサチップ１００の耐荷重、力覚特性、オフセット温度特性、及びオフセット変動への悪影響を低減できる。

【0117】

梁構造２３３及び第１連結部２３４は外枠部２３１よりも薄く形成されている。梁構造２３３及び第１連結部２３４の上面は、外枠部２３１の上面よりも低い位置にある。外枠部２３１の下面と梁構造２３３の下面と第１連結部２３４の下面とは略面一である。入力伝達部２３０は、いずれの部分も受ける力やモーメントで変形しない。

【0118】

各々の梁構造２３３は、外枠部２３１と接続される一端の側の厚さを、第１連結部２３４と接続される他端の側の厚さよりも薄くする座繰り部２３３ａを有することが好ましい。座繰り部２３３ａは、第１連結部２３４側よりも外枠部２３１に近い側において、梁構造２３３の幅方向の全体に設けることが好ましい。梁構造２３３の中央部２３２側の厚さＴ_１は、例えば、１．５ｍｍ程度である。梁構造２３３の中央部２３２側の厚さＴ_１は、第１連結部２３４の厚さと同一であってもよい。

【0119】

座繰り部２３３ａの厚さ（梁構造２３３の一端の側の厚さ）Ｔ_２は、例えば、１ｍｍよりも厚く１．２５ｍｍよりも薄い。つまり、梁構造２３３の上面を基準とした座繰り部２３３ａの深さは、例えば、０．２５ｍｍから０．５ｍｍ程度である。また、梁構造２３３の長手方向の長さは、例えば、８ｍｍ程度、幅は４ｍｍ程度である。また、座繰り部２３３ａの長さは、例えば、５ｍｍ程度である。

【0120】

梁構造２３３が座繰り部２３３ａを有していることで、起歪体２００を被測定物にネジで締結する際に、外枠部２３１側が変形しても梁構造２３３の座繰り部２３３ａが外枠部２３１側の変形を吸収する。そのため、起歪体２００を被測定物にネジで締結する際に生じる力を第１連結部２３４側に伝えにくくできると共に、力が伝わった場合にも第１連結部２３４よりも内側が同じ形状を維持したまま全体として同じ変位をしやすくなる。また、起歪体２００を被測定物に取り付けた際に、被測定物の発熱の影響を受けて起歪体２００に温度分布が生じた場合に、第１連結部２３４側の変形を抑制できる。

【0121】

その結果、前述のように、起歪体２００を被測定物にネジで締結する際の力や、起歪体２００に温度分布により生じる、センサチップ１００の耐荷重、力覚特性、オフセット温度特性、及びオフセット変動への悪影響を低減できる。

【0122】

なお、座繰り部２３３ａの外枠部２３１側の角部２３３ｂは、断面視Ｒ状であることが好ましい。また、座繰り部２３３ａの第１連結部２３４側の角部２３３ｃは、断面視Ｒ状であることが好ましい。

【0123】

これにより、センサチップ１００の力点１５１～１５４と接続される４つの第２接続部２３５ｄの変位を一層抑制できるとともに、４つの第２接続部２３５ｄの変位を一層均一化できる。その結果、起歪体２００を被測定物にネジで締結する際の力や、起歪体２００に温度分布により生じる、センサチップ１００の耐荷重、力覚特性、オフセット温度特性、及びオフセット変動への悪影響を一層低減できる。

【0124】

収容部２３５は、第１連結部２３４の内側に設けられている。収容部２３５は、一端が第１連結部２３４に接続され、第１連結部２３４の下面から起歪部２２０側に垂直に伸びる４つの垂直支持部２３５ａと、垂直支持部２３５ａの下側の端部から水平方向に伸びる４つの水平支持部２３５ｂと、水平支持部２３５ｂの他端同士を連結する第２連結部２３５ｃとを有する。

【0125】

すなわち、４つの水平支持部２３５ｂの先端側は、第２連結部２３５ｃで連結されている。第２連結部２３５ｃは、下面が水平支持部２３５ｂの下面と略面一であり、上面が水平支持部２３５ｂよりも一段下がって薄化されている。第２連結部２３５ｃの中心に貫通孔が設けられてもよい。

【0126】

第２連結部２３５ｃの底面には蓋板２４０側に突起する４つの第２接続部２３５ｄが、第２連結部２３５ｃの内壁と接しないように配置されている。各々の第２接続部２３５ｄは、各々の水平支持部２３５ｂを長手方向に２分する線上に、おおよそ位置している。第２接続部２３５ｄは、センサチップ１００の力点１５１～１５４と接続される部分である。

【0127】

４つの水平支持部２３５ｂの先端側は、分離されていてもよい。この場合も、各々の梁構造２３３の他端同士を第１連結部２３４で連結することにより、起歪体２００を被測定物にネジで締結する際に生じる力を第１連結部２３４側に伝えにくくできると共に、力が伝わった場合にも第１連結部２３４よりも内側が同じ形状を維持したまま全体として同じ変位をしやすくなる。また、起歪体２００を被測定物に取り付けた際に、被測定物の発熱の影響を受けて起歪体２００に温度分布が生じた場合に、第１連結部２３４側の変形を抑制できる。

【0128】

その結果、前述のように、起歪体２００を被測定物にネジで締結する際の力や、起歪体２００に温度分布により生じる、センサチップ１００の耐荷重、力覚特性、オフセット温度特性、及びオフセット変動への悪影響を低減できる。

【0129】

しかし、４方向から伸びる水平支持部２３５ｂを第２連結部２３５ｃで連結することが好ましい。これにより、センサチップ１００の力点１５１～１５４と接続される４つの第２接続部２３５ｄの変位を一層抑制できるとともに、４つの第２接続部２３５ｄの変位を一層均一化できる。その結果、起歪体２００を被測定物にネジで締結する際の力や、起歪体２００に温度分布により生じる、センサチップ１００の耐荷重、力覚特性、オフセット温度特性、及びオフセット変動への悪影響を一層低減できる。

【0130】

外枠部２３１には、ネジ穴２３８が設けられている。ネジ穴２３８は、例えば、起歪部２２０、入力伝達部２３０、及び蓋板２４０を固定側（ロボット等の側）にネジで締結する際に使用可能な締結穴である。図１９～図２２の例では、平面視円形の４つのネジ穴２３８が設けられている。ネジ穴２３８のサイズは、例えば、ＪＩＳ規格のＭ５である。

【0131】

外枠部２３１の各々のネジ穴２３８の外側には、ネジ穴２３８と離隔して空間部２３９が設けられている。空間部２３９において、外枠部２３１の上面側の一部は、外枠部２３１において外周側よりも薄く形成された薄板部２３１ｘと連通している。薄板部２３１ｘの上面と第１連結部２３４の上面とは略面一である。薄板部２３１ｘを設けることで、広い空間を形成できるため、基板等の部品を配置可能となる。

【0132】

空間部２３９は、例えば、平面視においてネジ穴２３８の一部を囲むように円弧状に設けることができる。空間部２３９は、平面視において、円弧の開口側が外枠部２３１の外周側を向くように配置されている。言い換えれば、空間部２３９において、円弧の頂点は、円弧の両端部よりも外枠部２３１の中心側に位置する。

【0133】

各々のネジ穴２３８は、平面視で、隣接する梁構造２３３の間に配置されている。空間部２３９は、平面視で、ネジ穴２３８と、ネジ穴２３８の両側に隣接する梁構造２３３と、の間に少なくとも設けられる。空間部２３９は、外枠部２３１を貫通することが好ましいが、貫通しなくてもよい。空間部２３９の幅は略一定であり、例えば、０．５ｍｍから１．５ｍｍである。なお、空間部２３９の幅は一定でなくてもよく、空間部２３９の円弧の両端の幅を０．５ｍｍ～１．５ｍｍと広くして、円弧の一端から他端までの間を例えば０．２ｍｍと狭くしてもよい。

【0134】

各々のネジ穴２３８と各々のネジ穴２２８とは、平面視で重なるように設けられ、各々の空間部２３９と各々の空間部２２９とは、平面視で重なるように設けられる。

【0135】

このように、起歪体２００では、入力伝達部２３０において、ネジ穴２３８と、ネジ穴２３８の両側に隣接する梁構造２３３との間に空間部２３９を設けている。これにより、起歪体２００を被測定物にネジで締結する際に生じる力を第１連結部２３４側に伝えにくくできると共に、力が伝わった場合にも第１連結部２３４よりも内側が同じ形状を維持したまま全体として同じ変位をしやすくなる。また、起歪体２００を被測定物に取り付けた際に、被測定物の発熱の影響を受けて起歪体２００に温度分布が生じた場合に、中央部２２２側の変形を抑制できる。

【0136】

その結果、前述のように、起歪体２００を被測定物にネジで締結する際の力や、起歪体２００に温度分布により生じる、センサチップ１００の耐荷重、力覚特性、オフセット温度特性、及びオフセット変動への悪影響を低減できる。

【0137】

図２０に示すように、４つのネジ穴２３８は、平面視で、外枠部２３１の中心を挟んで対向する２つのネジ穴２３８と、外枠部２３１の中心を挟んで対向する他の２つのネジ穴２３８とを含む。

【0138】

平面視で、外枠部２３１の中心を挟んで対向する２つのネジ穴２３８の中心同士を結ぶ仮想的な直線Ｌ_５と、外枠部２３１の中心を挟んで対向する他の２つのネジ穴２３８の中心同士を結ぶ仮想的な直線Ｌ_６は、互いに直交して仮想的な十字線を形成する。

【0139】

また、４つの梁構造２３３は、平面視で、外枠部２３１の中心を挟んで対向する２つの梁構造２３３と、外枠部２３１の中心を挟んで対向する他の２つの梁構造２３３とを含む。

【0140】

平面視で、外枠部２３１の中心を挟んで対向する２つの梁構造２３３の幅方向の中心線同士を結ぶ仮想的な直線Ｌ_７と、外枠部２３１の中心を挟んで対向する他の２つの梁構造２３３の幅方向の中心線同士を結ぶ仮想的な直線Ｌ_８は、互いに直交して仮想的な十字線を形成する。

【0141】

すなわち、外枠部２３１の中心を挟んで対向する２つの梁構造２３３と、外枠部２３１の中心を挟んで対向する他の２つの梁構造２３３とは、平面視略十字状の梁を形成している。

【0142】

平面視で、直線Ｌ_５及びＬ_６が形成する十字線と、直線Ｌ_７及びＬ_８が形成する十字線とは、４５度ずれていることが好ましい。すなわち、各々の梁構造２３３は、隣接するネジ穴２３８の中間部に設けられていることが好ましい。なお、製造ばらつき等を考慮し、ここでいう４５度は、４５度±５度の範囲を含むものとする。

【0143】

前述のように、外枠部２３１は他の部分より剛性が高いが、外枠部２３１の中でも隣接するネジ穴２３８の中間部は、各々のネジ穴２３８から最も離れた位置となるため、最も変形しにくい。そこで、隣接するネジ穴２３８の中間部から梁構造２３３を伸ばすことで、起歪体２００を被測定物にネジで締結する際に生じる力を第１連結部２３４側に伝えにくくできると共に、力が伝わった場合にも第１連結部２３４よりも内側が同じ形状を維持したまま全体として同じ変位をしやすくなる。また、起歪体２００を被測定物に取り付けた際に、被測定物の発熱の影響を受けて起歪体２００に温度分布が生じた場合に、第１連結部２３４側の変形を抑制できる。

【0144】

その結果、前述のように、起歪体２００を被測定物にネジで締結する際の力や、起歪体２００に温度分布により生じる、センサチップ１００の耐荷重、力覚特性、オフセット温度特性、及びオフセット変動への悪影響を低減できる。

【0145】

なお、平面視で、直線Ｌ_５及びＬ_６が形成する十字線は、直線Ｌ_１及びＬ_２が形成する十字線（図１８参照）と重なる。また、平面視で、直線Ｌ_７及びＬ_８が形成する十字線は、直線Ｌ_３及びＬ_４が形成する十字線（図１８参照）と重なる。

【0146】

収容部２３５において、平面視で、２つの垂直支持部２３５ａ及び水平支持部２３５ｂは、外枠部２３１の中心を挟んで対向し、他の２つの垂直支持部２３５ａ及び水平支持部２３５ｂは、外枠部２３１の中心を挟んで対向する。

【0147】

平面視で、外枠部２３１の中心を挟んで対向する２つの垂直支持部２３５ａ及び水平支持部２３５ｂの幅方向の中心線同士を結ぶ仮想的な直線は直線Ｌ_５と一致する。また、平面視で、外枠部２３１の中心を挟んで対向する他の２つの垂直支持部２３５ａ及び水平支持部２３５ｂの中心線同士を結ぶ仮想的な直線は、直線Ｌ_５と直交する直線Ｌ_６と一致する。

【0148】

すなわち、外枠部２３１の中心を挟んで対向する２つの垂直支持部２３５ａ及び水平支持部２３５ｂと、外枠部２３１の中心を挟んで対向する他の２つの垂直支持部２３５ａ及び水平支持部２３５ｂとは、平面視略十字状の梁を形成している。

【0149】

前述のように、平面視で、直線Ｌ_５及びＬ_６が形成する十字線と、直線Ｌ_７及びＬ_８が形成する十字線とは、４５度ずれていることが好ましい。すなわち、平面視で、各々の水平支持部２３５ｂの長手方向と、各々の梁構造２３３の長手方向とは、４５度ずれていることが好ましい。

【0150】

隣接する梁構造２３３の内周端の中間部は、各々の梁構造２３３の内周端から最も離れた位置となるため、最も変形しにくい。そこで、隣接する梁構造２３３の内周端の中間部から垂直支持部２３５ａ及び水平支持部２３５ｂを伸ばすことで、起歪体２００を被測定物にネジで締結する際に生じる力を第２連結部２３５ｃに伝えにくくできると共に、力が伝わった場合にも第２連結部２３５ｃが同じ形状を維持したまま全体として同じ変位をしやすくなる。また、起歪体２００を被測定物に取り付けた際に、被測定物の発熱の影響を受けて起歪体２００に温度分布が生じた場合に、第２連結部２３５ｃの変形を抑制できる。

【0151】

その結果、前述のように、起歪体２００を被測定物にネジで締結する際の力や、起歪体２００に温度分布により生じる、センサチップ１００の耐荷重、力覚特性、オフセット温度特性、及びオフセット変動への悪影響を低減できる。

【0152】

なお、梁構造２３３の上面側には空間が設けられているため、梁構造２３３の上面側に、例えば、外枠部２３１の上面から突出しないように、コネクタや半導体素子等の電子部品が実装された回路基板等を配置してもよい。

【0153】

図２３は、起歪体を構成する蓋板を例示する斜視図である。図２３に示すように、蓋板２４０は、全体的には略円盤状の部材であり、内部部品（センサチップ１００等）を保護する部材である。蓋板２４０は、受力板２１０、起歪部２２０、及び入力伝達部２３０よりも薄く形成されている。蓋板２４０には、ネジ穴２４８が設けられている。ネジ穴２４８は、例えば、起歪部２２０、入力伝達部２３０、及び蓋板２４０を固定側（ロボット等の側）にネジで締結する際に使用可能な締結穴である。

【0154】

受力板２１０、起歪部２２０、入力伝達部２３０、及び蓋板２４０の材料としては、例えば、ＳＵＳ（ステンレス鋼）等の硬質な金属材料を用いることができる。中でも、特に硬質で機械的強度の高いＳＵＳ６３０を用いることが好ましい。起歪体２００を構成する部材のうち、特に受力板２１０と起歪部２２０と入力伝達部２３０とは強固に接続されているか、もしくは一体構造であることが望ましい。受力板２１０と起歪部２２０と入力伝達部２３０との接続方法としては、ネジでの締結、溶接等が考えられるが、いずれの方法でも起歪体２００に入力される力やモーメントに十分耐えられる必要がある。

【0155】

本実施形態では、一例として、受力板２１０と起歪部２２０と入力伝達部２３０とを金属粉末射出成型で作製し、それらを合わせて再度焼結を行うことで拡散接合させている。拡散接合された受力板２１０と起歪部２２０と入力伝達部２３０とは必要十分な接合強度を得ることができる。蓋板２４０は、センサチップ１００や他の内部部品を実装後、例えば、ネジで入力伝達部２３０に締結すればよい。

【0156】

起歪体２００において、受力板２１０に力やモーメントが印加されると、力やモーメントは受力板２１０と接続された起歪部２２０の中央部２２２へ伝達し、４つの梁構造２２３で入力に応じた変形が生じる。このとき、起歪部２２０の外枠部２２１と入力伝達部２３０は変形しない。

【0157】

すなわち、起歪体２００において、受力板２１０と起歪部２２０の中央部２２２及び梁構造２２３とは、所定の軸方向の力又はモーメントを受けて変形する可動部であり、起歪部２２０の外枠部２２１は力又はモーメントを受けて変形しない非可動部である。また、非可動部である起歪部２２０の外枠部２２１と接合される入力伝達部２３０は、力又はモーメントを受けて変形しない非可動部であり、入力伝達部２３０と接合される蓋板２４０も力又はモーメントを受けて変形しない非可動部である。

【0158】

起歪体２００が力覚センサ装置１に用いられる場合、可動部である中央部２２２に設けられた第１接続部２２４に、センサチップ１００の支持部１０１～１０５が接続される。また、非可動部である収容部２３５に設けられた第２接続部２３５ｄに、センサチップ１００の力点１５１～１５４が接続される。そのため、センサチップ１００は、力点１５１～１５４が動かずに、支持部１０１～１０５を通じて各検知用梁が変形する動作となる。

【0159】

ただし、可動部である中央部２２２に設けられた第１接続部２２４にセンサチップ１００の力点１５１～１５４が接続され、非可動部である収容部２３５に設けられた第２接続部２３５ｄにセンサチップ１００の支持部１０１～１０５が接続された構成としてもよい。

【0160】

すなわち、収容部２３５に収容可能なセンサチップ１００は、力又はモーメントを受けて互いの相対位置が変化する支持部１０１～１０５及び力点１５１～１５４を有している。そして、起歪体２００において、可動部である中央部２２２は、入力伝達部２３０側に延伸して支持部１０１～１０５及び力点１５１～１５４の一方と接続される第１接続部２２４を備えている。また、収容部２３５は、支持部１０１～１０５及び力点１５１～１５４の他方と接続される第２接続部２３５ｄを備えている。

【0161】

［シミュレーション］
図２４は、比較例に係る起歪部を例示する斜視図である。図２４に示すように、比較例に係る起歪部２２０Ｘは、空間部２２９に相当する部分を有していない点が、起歪部２２０（図１７等参照）と相違する。

【0162】

図２５は、比較例に係る入力伝達部を例示する斜視図である。図２５に示すように、比較例に係る入力伝達部２３０Ｘは、平面視で略リング状の外枠部２３１Ｘと、外枠部２３１Ｘの内周に隣接する平面視で略矩形状の内枠部２３２Ｘと、内枠部２３２Ｘの内側に設けられた収容部２３５Ｘとを有している。内枠部２３２Ｘは、外枠部２３１Ｘよりも薄く形成されており、上面が外枠部２３１Ｘの上面よりも低い位置にある。入力伝達部２３０Ｘは、梁構造２３３、第１連結部２３４、及び空間部２３９に相当する部分を有していない。

【0163】

収容部２３５Ｘは、収容部２３５と同様に、垂直支持部２３５ａと、水平支持部２３５ｂと、第２接続部２３５ｄとを有しているが、さらに内枠部２３２Ｘの内側面から水平方向に伸びて垂直支持部２３５ａと接続される第２水平支持部２３５ｅを有している。また、収容部２３５とは異なり、水平支持部２３５ｂは、平面視で略十字状に配置されるが、互いに交わることなく、各々の水平支持部２３５ｂの内周端は互いに離隔している。すなわち、収容部２３５Ｘは、第２連結部２３５ｃに相当する部分を有していない。

【0164】

図２６は、比較例に係る起歪部上に入力伝達部を配置した状態を例示する斜視図である。入力伝達部２３０Ｘの収容部２３５Ｘは起歪部２２０Ｘ側に入り込んでいる。そして、起歪部２２０Ｘの第１接続部２２４は、収容部２３５Ｘ内において、第２接続部２３５ｄの近傍に露出している。

【0165】

図２７は、本実施形態に係る起歪部上に入力伝達部を配置した状態を例示する斜視図である。入力伝達部２３０の収容部２３５は起歪部２２０側に入り込んでいる。そして、起歪部２２０の第１接続部２２４は、収容部２３５内において、第２接続部２３５ｄの近傍に露出している。

【0166】

ここで、図２６の構造体及び図２７の構造体に対して行ったシミュレーションの結果について説明する。シミュレーションでは、起歪体を被測定物にネジで締結する際に各ネジの軸力がばらついた場合の起歪部と入力伝達部のＺ方向の変位について確認した。具体的には、図２７の構造体の平面図である図２８に示すように、ネジ穴Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤの軸力を、それぞれ５４００Ｎ、４１６０Ｎ、７７２０Ｎ、及び５４００Ｎとしたときの、起歪部２２０の測定点１～５（各第１接続部２２４の上端）と入力伝達部２３０の測定点１～４（各第２接続部２３５ｄの上端）のＺ方向の変位について確認した。図２６の構造体についても、同様の条件で同様の測定点のＺ方向の変位について確認した。

【0167】

図２９は、比較例に係る図２６の構造体の変位コンター図であり、図３０は、比較例に係る図２６の構造体の各部の変位量をまとめた図である。図３１は、本実施形態に係る図２７の構造体の変位コンター図であり、図３２は、本実施形態に係る図２７の構造体の各部の変位量をまとめた図である。各変位コンター図において、矢印下側は、センサチップ１００が配置される部分の近傍を拡大したものである。

【0168】

図２９から図３２の結果から、本実施形態に係る図２７の構造体では、比較例に係る図２６の構造体に対して、起歪部の各測定点の変位量が５０％以下に抑制されている。また。本実施形態に係る図２７の構造体では、比較例に係る図２６の構造体に対して、入力伝達部の変位量が１０％以下に抑制されている。

【0169】

また、本実施形態に係る図２７の構造体では、比較例に係る図２６の構造体に対して、入力に対する起歪部の変位量と入力伝達部の変位量との差が小さい。入力に対する起歪部の変位量と入力伝達部の変位量との差は、センサチップ１００への入力となるため、本実施形態に係る図２７の構造体では、比較例に係る図２６の構造体に対して、起歪体を被測定物にネジで締結する際の力により生じる、センサチップ１００のオフセットが小さくなる。すなわち、起歪体を被測定物にネジで締結する際の力により生じる、センサチップ１００の耐荷重、力覚特性、オフセット温度特性、及びオフセット変動への悪影響を低減できる。

【0170】

以上、好ましい実施形態について詳説したが、上述した実施形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

【0171】

例えば、上述した実施形態では、起歪体を被測定物にネジで締結する例を説明したが、これに限定されず、起歪体を被測定物に固定できる締結具であれば、例えば、ボルト、リベットなど種々を使用することができる。

【符号の説明】

【0172】

１ 力覚センサ装置、１００ センサチップ、１０１～１０５ 支持部、１１１～１１４ 枠部、１２１～１２４ 連結部、１３１ａ、１３１ｃ、１３１ｅ、１３１ｇ、１３２ａ、１３２ｃ、１３２ｅ、１３３ａ、１３３ｃ、１３３ｅ、１３４ａ、１３４ｃ、１３４ｅ 第１検知用梁、１３１ｂ、１３１ｄ、１３１ｆ、１３１ｈ、１３２ｂ、１３２ｄ、１３２ｆ、１３３ｂ、１３３ｄ、１３３ｆ、１３４ｂ、１３４ｄ、１３４ｆ 第２検知用梁、１３１Ｔ_１、１３１Ｔ_２、１３１Ｔ_３、１３１Ｔ_４、１３２Ｔ_１、１３２Ｔ_２、１３２Ｔ_３、１３３Ｔ_１、１３３Ｔ_２、１３３Ｔ_３、１３４Ｔ_１、１３４Ｔ_２、１３４Ｔ_３ Ｔ字型梁構造、１４１～１４４ 接続部、１５１～１５４ 力点、２００ 起歪体、２１０ 受力板、２１１、２２１、２３１ 外枠部、２１２、２２２、２３２ 中央部、２１３、２２３、２３３ 梁構造、２１８、２２８、２３８、２４８ ネジ穴、２２０ 起歪部、２２０ｘ 溝、２２３ａ 第１梁、２２３ｂ 第２梁、２２４ 第１接続部、２２９、２３９ 空間部、２３０ 入力伝達部、２３１ｘ 薄板部、２３３ａ 座繰り部、２３３ｂ、２３３ｃ 角部、２３４ 第１連結部、２３５ 収容部、２３５ａ 垂直支持部、２３５ｂ 水平支持部、２３５ｃ 第２連結部、２３５ｄ 第２接続部、２４０ 蓋板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】