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(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】P2023067609
(43)【公開日】2023-05-16
(54)【発明の名称】力センサ
(51)【国際特許分類】
G01L 1/22 20060101AFI20230509BHJP
【ＦＩ】
G01L1/22 F
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021179011
(22)【出願日】2021-11-01
(71)【出願人】
【識別番号】000173795
【氏名又は名称】公益財団法人電磁材料研究所
(74)【代理人】
【識別番号】110000800
【氏名又は名称】弁理士法人創成国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】丹羽 英二
【テーマコード（参考）】
2F049
【Ｆターム（参考）】
2F049BA13
2F049CA01
2F049DA04
(57)【要約】
【課題】ノイズの影響を軽減することにより、ひずみに対する検知感度の向上を図ることができる力センサを提供する。
【解決手段】力センサは、弾性を有する起歪体（１０）と、起歪体（１０）の周縁部に沿って全周にわたり延在し、下面（１０２）から突出している外側突出部（１２）と、起歪体（１０）の下面（１０２）から突出している内側突出部（１４）と、起歪体（１０）の主面方向に等方的なゲージ率を有する感歪部材（２１～２４）と、を備えている。感歪部材（２１～２４）は起歪体（１０）の主面（１０１）の指定緯度範囲（Ｒ１、Ｒ２）に配置されている。感歪部材（２１～２４）は、１箇所で分断され、極点（Ｏ）を取り囲む環状に延在する一対の環状感歪部分および当該一対の環状感歪部分の一端部を接続する接続部分により構成されている。
【選択図】 図１
【解決手段】力センサは、弾性を有する起歪体（１０）と、起歪体（１０）の周縁部に沿って全周にわたり延在し、下面（１０２）から突出している外側突出部（１２）と、起歪体（１０）の下面（１０２）から突出している内側突出部（１４）と、起歪体（１０）の主面方向に等方的なゲージ率を有する感歪部材（２１～２４）と、を備えている。感歪部材（２１～２４）は起歪体（１０）の主面（１０１）の指定緯度範囲（Ｒ１、Ｒ２）に配置されている。感歪部材（２１～２４）は、１箇所で分断され、極点（Ｏ）を取り囲む環状に延在する一対の環状感歪部分および当該一対の環状感歪部分の一端部を接続する接続部分により構成されている。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
一対の対向する主面を有する板状の起歪体と、
前記起歪体の周縁部に沿って全周にわたり連続的または離散的に延在し、前記起歪体の主面から突出している外側突出部と、
前記起歪体の主面に配置されている、当該主面方向に等方的なゲージ率を有する感歪部材と、
前記起歪体の前記外側突出部よりも内側において前記起歪体の主面から突出している内側突出部と、を備え、
前記起歪体に対して主面の垂線方向成分を有する振動が作用した際に、前記起歪体に対して主面の垂線方向成分を有する力が作用した際に極点を基準とした前記起歪体の経線方向についての第１ひずみ量および前記起歪体の緯線方向についての第２ひずみ量の和の大きさが基準値以上となる共通の指定緯度範囲において、１箇所で分断された前記極点を取り囲む環状に延在する、経線方向に相互に離間している一対の環状感歪部分と、当該一対の環状感歪部分のそれぞれの一端部を接続する接続部分と、により前記感歪部材が構成されている
力センサ。
前記起歪体の周縁部に沿って全周にわたり連続的または離散的に延在し、前記起歪体の主面から突出している外側突出部と、
前記起歪体の主面に配置されている、当該主面方向に等方的なゲージ率を有する感歪部材と、
前記起歪体の前記外側突出部よりも内側において前記起歪体の主面から突出している内側突出部と、を備え、
前記起歪体に対して主面の垂線方向成分を有する振動が作用した際に、前記起歪体に対して主面の垂線方向成分を有する力が作用した際に極点を基準とした前記起歪体の経線方向についての第１ひずみ量および前記起歪体の緯線方向についての第２ひずみ量の和の大きさが基準値以上となる共通の指定緯度範囲において、１箇所で分断された前記極点を取り囲む環状に延在する、経線方向に相互に離間している一対の環状感歪部分と、当該一対の環状感歪部分のそれぞれの一端部を接続する接続部分と、により前記感歪部材が構成されている
力センサ。
【請求項2】
請求項１に記載の力センサにおいて、
前記起歪体の主面において、前記極点を基準とした前記一対の環状感歪部分のそれぞれの分断箇所の方位角範囲が少なくとも部分的に重なるように、当該一対の環状感歪部分が配置されている
力センサ。
前記起歪体の主面において、前記極点を基準とした前記一対の環状感歪部分のそれぞれの分断箇所の方位角範囲が少なくとも部分的に重なるように、当該一対の環状感歪部分が配置されている
力センサ。
【請求項3】
請求項２に記載の力センサにおいて、
前記起歪体の主面において、共通の前記指定緯度範囲に形成されている複数の前記感歪部材のそれぞれの、前記極点を基準とした前記一対の環状感歪部分のそれぞれの分断箇所の方位角範囲が少なくとも部分的に重なるように、当該複数の感歪部材が配置されている
力センサ。
前記起歪体の主面において、共通の前記指定緯度範囲に形成されている複数の前記感歪部材のそれぞれの、前記極点を基準とした前記一対の環状感歪部分のそれぞれの分断箇所の方位角範囲が少なくとも部分的に重なるように、当該複数の感歪部材が配置されている
力センサ。
【請求項4】
請求項２または３に記載の力センサにおいて、
前記起歪体の主面において、複数の前記指定緯度範囲のそれぞれに形成されている前記感歪部材のそれぞれの、前記極点を基準とした前記一対の環状感歪部分のそれぞれの分断箇所の方位角範囲が少なくとも部分的に重なるように、当該複数の感歪部材が配置されている
力センサ。
前記起歪体の主面において、複数の前記指定緯度範囲のそれぞれに形成されている前記感歪部材のそれぞれの、前記極点を基準とした前記一対の環状感歪部分のそれぞれの分断箇所の方位角範囲が少なくとも部分的に重なるように、当該複数の感歪部材が配置されている
力センサ。
【請求項5】
請求項１～４のうちいずれか１項に記載の力センサにおいて、
少なくとも一の前記感歪部材を構成する前記一対の環状感歪部分のそれぞれが、緯線方向について少なくとも部分的に、経線方向について当該一対の環状感歪部分のうち少なくとも一方の環状感歪部分の幅Ｗの２倍以下の間隔で隣接するように前記起歪体の主面に配置されている
力センサ。
少なくとも一の前記感歪部材を構成する前記一対の環状感歪部分のそれぞれが、緯線方向について少なくとも部分的に、経線方向について当該一対の環状感歪部分のうち少なくとも一方の環状感歪部分の幅Ｗの２倍以下の間隔で隣接するように前記起歪体の主面に配置されている
力センサ。
【請求項6】
請求項１～５のうちいずれか１項に記載の力センサにおいて、
前記起歪体の形状が、前記極点を通る主面の垂線に平行な軸線を基準とする回転対称性または前記極点を通る主面に垂直な平面を基準とする鏡像対称性を有し、
前記外側突出部の配置態様が、前記軸線を基準とする回転対称性または前記平面を基準とする鏡像対称性を有し、
前記感歪部材を構成する前記一対の環状感歪部分のうち少なくとも一方の環状感歪部分が、前記軸線を基準とする回転対称性または前記平面を基準とする鏡像対称性を有するように前記起歪体の主面に配置され、かつ、
前記内側突出部の配置態様が、前記軸線を基準とする回転対称性または前記平面を基準とする鏡像対称性を有する
力センサ。
前記起歪体の形状が、前記極点を通る主面の垂線に平行な軸線を基準とする回転対称性または前記極点を通る主面に垂直な平面を基準とする鏡像対称性を有し、
前記外側突出部の配置態様が、前記軸線を基準とする回転対称性または前記平面を基準とする鏡像対称性を有し、
前記感歪部材を構成する前記一対の環状感歪部分のうち少なくとも一方の環状感歪部分が、前記軸線を基準とする回転対称性または前記平面を基準とする鏡像対称性を有するように前記起歪体の主面に配置され、かつ、
前記内側突出部の配置態様が、前記軸線を基準とする回転対称性または前記平面を基準とする鏡像対称性を有する
力センサ。
【請求項7】
請求項１～６のうちいずれか１項に記載の力センサにおいて、
前記起歪体に設置され、前記感歪部材とともにひずみ検知用回路を構成する抵抗部材をさらに備えている
力センサ。
前記起歪体に設置され、前記感歪部材とともにひずみ検知用回路を構成する抵抗部材をさらに備えている
力センサ。
【請求項8】
請求項１～７のうちいずれか１項に記載の力センサにおいて、
前記感歪部材がＣｒ基薄膜により構成されている
力センサ。
前記感歪部材がＣｒ基薄膜により構成されている
力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、感歪部材を用いた力センサに関する。
【背景技術】
【0002】
本発明者により、感歪部材の端点間の電気抵抗値の変化量の増大、ひいては起歪体に作用した力の垂線方向成分の測定精度の向上が図られるような力センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この力センサによれば、支持部により周縁を全周にわたり連続的または離散的に支持されている起歪体の主面において、極点を取り囲むように周方向（緯線方向）に環状に延在する指定緯度範囲に感歪部材が１箇所で分断された環状に延在するように配置されている。「指定緯度範囲」は、起歪体の経線方向についての第１ひずみ量および起歪体の緯線方向についての第２ひずみ量の大きさの和が基準値以上となる緯度範囲である。
【0003】
起歪体に力が作用した場合、緯度範囲において極点を挟んで反対側にある一対の箇所のそれぞれにおける起歪体のひずみの垂線方向成分の極性が同じになる一方で当該ひずみの主面方向成分の極性が逆になる。このため、極点を取り囲む１箇所で分断された環状に延在する感歪部材の当該一対の箇所において、起歪体のひずみの垂線方向成分に応じた電気抵抗値の変化が重畳され、その一方で起歪体のひずみの主面方向成分に応じた電気抵抗値の変化が相殺されうる。よって、感歪部材の端点間の電気抵抗値の変化量に基づき、起歪体に作用した力のうち主面方向成分が少なくとも部分的に除去され、当該力の垂線方向成分が測定されうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２０－１５３７９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、前記構成の力センサによれば、ノイズの影響を受けやすく、これにより起歪体の微小なひずみの検知感度が低下する可能性があった。
【0006】
本発明は、ノイズの影響を軽減することにより、ひずみに対する検知感度の向上を図ることができる力センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
発明の力センサは、
一対の対向する主面を有する板状の起歪体と、
前記起歪体の周縁部に沿って全周にわたり連続的または離散的に延在し、前記起歪体の主面から突出している外側突出部と、
前記起歪体の主面に配置されている、当該主面方向に等方的なゲージ率を有する感歪部材と、
前記起歪体の前記外側突出部よりも内側において前記起歪体の主面から突出している内側突出部と、を備え、
前記起歪体に対して主面の垂線方向成分を有する振動が作用した際に、前記起歪体に対して主面の垂線方向成分を有する力が作用した際に極点を基準とした前記起歪体の経線方向についての第１ひずみ量および前記起歪体の緯線方向についての第２ひずみ量の和の大きさが基準値以上となる共通の指定緯度範囲において、１箇所で分断された前記極点を取り囲む環状に延在する、経線方向に相互に離間している一対の環状感歪部分と、当該一対の環状感歪部分のそれぞれの一端部を接続する接続部分と、により前記感歪部材が構成されている。
一対の対向する主面を有する板状の起歪体と、
前記起歪体の周縁部に沿って全周にわたり連続的または離散的に延在し、前記起歪体の主面から突出している外側突出部と、
前記起歪体の主面に配置されている、当該主面方向に等方的なゲージ率を有する感歪部材と、
前記起歪体の前記外側突出部よりも内側において前記起歪体の主面から突出している内側突出部と、を備え、
前記起歪体に対して主面の垂線方向成分を有する振動が作用した際に、前記起歪体に対して主面の垂線方向成分を有する力が作用した際に極点を基準とした前記起歪体の経線方向についての第１ひずみ量および前記起歪体の緯線方向についての第２ひずみ量の和の大きさが基準値以上となる共通の指定緯度範囲において、１箇所で分断された前記極点を取り囲む環状に延在する、経線方向に相互に離間している一対の環状感歪部分と、当該一対の環状感歪部分のそれぞれの一端部を接続する接続部分と、により前記感歪部材が構成されている。
【0008】
当該構成の力センサによれば、外側突出部により周縁を全周にわたり連続的に支持されている起歪体の主面において、極点を取り囲むように環状に延在する指定緯度範囲に感歪部材が配置されている。各感歪部材は、共通の指定緯度範囲において、１箇所で分断された、極点を取り囲むように環状に延在する一対の環状感歪部分および当該一対の環状感歪部分のそれぞれの一端部を接続する接続部分により構成されている（図１参照）。
【0009】
起歪体１０に力が作用した場合、指定緯度範囲のそれぞれにおいて極点Ｏを挟んで反対側にある一対の箇所のそれぞれにおける起歪体１０に垂直方向（ｚ方向）の力が作用した時に生じるひずみの極性が同じになる（図５Ａ参照）。その一方、この場合、当該一対の箇所のそれぞれにおける起歪体１０に主面方向（ｘ、ｙ方向）の力が作用した時に生じるひずみの極性が逆になる（図５Ｂおよび図５Ｃ参照）。図５Ａ～図５Ｃでは、感歪部材に対して符号「２０」が付されている。
【0010】
このため、１箇所で分断された一対の環状感歪部分により構成されている感歪部材のそれぞれの当該一対の箇所において、起歪体に作用する力（慣性力）の垂線方向成分に応じた電気抵抗値の変化が重畳され、その一方で力（慣性力）の主面方向成分に応じた電気抵抗値の変化が相殺されうる。よって、感歪部材のそれぞれの端点間の電気抵抗値の変化量に基づき、起歪体に作用した力のうち主面方向成分が除去され、当該力の垂線方向成分が測定されうる。
【0011】
また、起歪体の内側突出部によって、当該起歪体に作用する慣性力の増大が図られる。さらに、指定緯度範囲のそれぞれは、起歪体の経線方向についての第１ひずみ量および緯線方向についての第２ひずみ量の和の絶対値の大きさが基準値以上となる緯度範囲である（図３参照）。よって、感歪部材のそれぞれの端点間の電気抵抗値の変化量の増大、ひいては起歪体に作用した振動（加速度）の垂線方向成分の測定精度の向上が図られる。
【0012】
各感歪部材を構成する一対の環状感歪部分により囲まれている領域、すなわち１箇所で分断された略環状（円環状）に延在する囲繞領域の面積は、各感歪部材が１箇所で分断された略同径の単一の環状感歪部分により構成されている場合における、当該単一の環状感歪部分により囲まれている囲繞領域の面積と比較して狭小化が図られている。これにより、当該囲繞領域の面積が大きいことに由来して、各感歪部材がアンテナとして機能することに由来するノイズの低減が図られる。
【0013】
前記構成の力センサにおいて、
前記起歪体の主面において、前記極点を基準とした前記一対の環状感歪部分のそれぞれの分断箇所の方位角範囲が少なくとも部分的に重なるように、当該一対の環状感歪部分が配置されていることが好ましい。
前記起歪体の主面において、前記極点を基準とした前記一対の環状感歪部分のそれぞれの分断箇所の方位角範囲が少なくとも部分的に重なるように、当該一対の環状感歪部分が配置されていることが好ましい。
【0014】
当該構成の力センサによれば、ひずみ検知回路を構成するために起歪体の主面に形成され、一対の環状感歪部分のそれぞれの少なくとも一端部に接続される導電性部材（接続部分、導線部材および／または抵抗部材）の短縮化および／または当該導電性部材により少なくとも部分的に囲まれる領域の狭小化が図られる。このため、当該導電性部材がアンテナの一部として機能することに由来するノイズの低減が図られる。
【0015】
前記構成の力センサにおいて、
前記起歪体の主面において、共通の前記指定緯度範囲に形成されている複数の前記感歪部材のそれぞれの、前記極点を基準とした前記一対の環状感歪部分のそれぞれの分断箇所の方位角範囲が少なくとも部分的に重なるように、当該複数の感歪部材が配置されていることが好ましい。
前記起歪体の主面において、共通の前記指定緯度範囲に形成されている複数の前記感歪部材のそれぞれの、前記極点を基準とした前記一対の環状感歪部分のそれぞれの分断箇所の方位角範囲が少なくとも部分的に重なるように、当該複数の感歪部材が配置されていることが好ましい。
【0016】
当該構成の力センサによれば、ひずみ検知回路を構成するために起歪体の主面において共通の指定緯度範囲に形成された、複数の感歪部材のそれぞれを構成する一対の環状感歪部分の少なくとも一端部に接続される導電性部材（接続部分、導線部材および／または抵抗部材）の短縮化および／または当該導電性部材により少なくとも部分的に囲まれる領域の狭小化が図られる。このため、当該導電性部材がアンテナの一部として機能することに由来するノイズの低減が図られる。
【0017】
前記構成の力センサにおいて、
前記起歪体の主面において、複数の前記指定緯度範囲のそれぞれに形成されている前記感歪部材のそれぞれの、前記極点を基準とした前記一対の環状感歪部分のそれぞれの分断箇所の方位角範囲が少なくとも部分的に重なるように、当該複数の感歪部材が配置されていることが好ましい。
前記起歪体の主面において、複数の前記指定緯度範囲のそれぞれに形成されている前記感歪部材のそれぞれの、前記極点を基準とした前記一対の環状感歪部分のそれぞれの分断箇所の方位角範囲が少なくとも部分的に重なるように、当該複数の感歪部材が配置されていることが好ましい。
【0018】
当該構成の力センサによれば、ひずみ検知回路を構成するために起歪体の主面において複数の指定緯度範囲のそれぞれに形成された感歪部材のそれぞれを構成する一対の環状感歪部分のそれぞれの少なくとも一端部に接続される導電性部材（接続部分、導線部材および／または抵抗部材）の短縮化および／または当該導電性部材により少なくとも部分的に囲まれる領域の狭小化が図られる。このため、当該導電性部材がアンテナの一部として機能することに由来するノイズの低減が図られる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明の第１実施形態としての力センサの構成に関する説明図。
【図3】起歪体の一のひずみ態様に関する説明図。
【図4】第１実施形態におけるひずみ検知用回路の例示図。
【図5A】第１の力作用態様に応じた力センサの機能に関する説明図。
【図5B】第２の力作用態様に応じた力センサの機能に関する説明図。
【図5C】第３の力作用態様に応じた力センサの機能に関する説明図。
【図6】本発明の第２実施形態としての力センサの構成に関する説明図。
【図7】第２実施形態におけるひずみ検知用回路の例示図。
【図8】本発明の第３実施形態としての力センサの構成に関する説明図。
【図9】第３実施形態におけるひずみ検知用回路の例示図。
【図10】本発明の第４実施形態としての力センサの構成に関する説明図。
【図11】第４実施形態におけるひずみ検知用回路の例示図。
【図12】本発明の第５実施形態としての力センサの構成に関する説明図。
【図13】第５実施形態におけるひずみ検知用回路の例示図。
【図14】実施例の荷重印加試験における測定経過時間に対する印加荷重。
【図15】実施例の力センサについての荷重印加試験結果。
【図16】実施例の力センサについての荷重印加試験結果の拡大図。
【図17】比較例の荷重印加試験における測定経過時間に対する印加荷重。
【図18】比較例の力センサについての荷重印加試験結果。
【図19】比較例の力センサについての荷重印加試験結果の拡大図。
【発明を実施するための形態】
【0020】
（第１実施形態）
（構成）
図１および図２に示されている本発明の第１実施形態としての力センサは、起歪体１０（起歪体）と、外側突出部１２と、内側突出部１４と、４つの感歪部材２１～２４と、８つの導線部材Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ２１、Ｌ２４、Ｌ３２、Ｌ３３、Ｌ４１およびＬ４４と、を備えている。力センサの構成要素の位置および姿勢の説明のため、起歪体１０の上面１０１の中心点を原点とする３次元直交座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を用いる。
（構成）
図１および図２に示されている本発明の第１実施形態としての力センサは、起歪体１０（起歪体）と、外側突出部１２と、内側突出部１４と、４つの感歪部材２１～２４と、８つの導線部材Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ２１、Ｌ２４、Ｌ３２、Ｌ３３、Ｌ４１およびＬ４４と、を備えている。力センサの構成要素の位置および姿勢の説明のため、起歪体１０の上面１０１の中心点を原点とする３次元直交座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を用いる。
【0021】
起歪体１０は、Ｚ方向を厚さ方向とし、一対の主面としてＸ－Ｙ平面に略平行な一対の主面として上面１０１および下面１０２を有する略円板形状に形成されている。起歪体１０の厚さは均一であってもよく、局所的に肉薄になる領域が存在する場合のように不均一であってもよい。起歪体１０の形状は、極点Ｏを通る上面１０１の垂線に平行な軸線（Ｚ軸）を基準とする回転対称性または極点Ｏを通る上面１０１に垂直な平面（例えば、Ｘ－Ｚ平面）を基準とする鏡像対称性を有している。
【0022】
起歪体１０は、外周縁の全周にわたり外側突出部１２により支持されている。外側突出部１２は略円筒状に形成されている。外側突出部１２は、部分的に径方向外側に張り出しているフランジ様の張出部を有していてもよい。外側突出部１２は、外形が軸線方向（ｚ方向）に略同一の略円筒形状であってもよい。起歪体１０の上面１０１の高さ位置と、外側突出部１２の上端面の高さ位置と、は同じである。起歪体１０および外側突出部１２は切削加工および／または鋳造など一体成型された構造体である。起歪体１０および外側突出部１２は、ボルト－ナット等の機械的な固定方式のほか、接着または溶接などの固定方式によって固定されていてもよい。また、起歪体１０の外周縁における外側突出部１２による連続的な支持態様が、前記軸線を基準とする回転対称性（前記回転対称性と相違していてもよい。）または前記平面を基準とする鏡像対称性を有している。
【0023】
前記のように起歪体１０が外周縁において全周にわたり外側突出部１２によって支持されていることにより起歪体１０に力が作用した際に起歪体１０にひずみが生じる。
【0024】
起歪体１０は、下面１０２から下方に突出している略円柱状の内側突出部１４を備えている。内側突出部１４の下端の高さ位置（Ｚ座標値）は、外側突出部１２の下端の高さ位置と同じである。内側突出部１４は、円柱状のほか、角柱状、円錐台状、円錐状または角錐状など、様々な形状であってもよい。内側突出部１４の下端の高さ位置は、外側突出部１２の高さ位置よりも高くてもよく、低くてもよい。
【0025】
図３には、起歪体１０の内側突出部１４に上向き（Ｚの正方向）に力が作用した場合における当該起歪体１０のひずみ特性の計算結果が示されている。起歪体１０の極点Ｏから周縁までの経線方向または径方向についての起歪体１０のひずみ量である「第１ひずみ量」の変化態様が実線（εr）で示され、緯線方向または周方向についての起歪体１０のひずみ量である「第２ひずみ量」の変化態様が二点鎖線（εθ）で示され、第１ひずみ量および第２ひずみ量の和が一点鎖線（εr＋εθ）で示されている。「負」のひずみ量は起歪体１０（正確には上面１０１（応力負荷側表面））の収縮量を表わしている一方、「正」のひずみ量は起歪体１０（同上）の伸長量を表わしている。
【0026】
図３において、経線の長さＤを基準として、極点Ｏからの距離０～０．２５Ｄの範囲Ｓ１は、起歪体１０の下面１０２において内側突出部１４が存在する領域に相当する。極点Ｏからの距離０．７５Ｄ～１．０Ｄの範囲Ｓ３は、起歪体１０の下面１０２において外側突出部１２が存在する領域に相当する。極点Ｏからの距離０．２５Ｄ～０．７５Ｄの範囲Ｓ２は、起歪体１０の下面１０２において外側突出部１２および内側突出部１４に挟まれている中間領域に相当する。
【0027】
ここで、起歪体１０、外側突出部１２および内側突出部１４は、ＳＵＳ３１６Ｌ（ヤング率：１９３ＧＰａ、ポアソン比：０．２８）により一体成形された。起歪体１０は、厚さ０．０５ｍｍ、径４．０ｍｍ（＝φ）の円板により構成された。外側突出部１２は、内径３．０ｍｍ（＝０．７５φ）、外径４．０ｍｍ（＝１．０φ）、起歪体１０の下面１０２からの突出量（高さ）０．５５ｍｍ、側壁の厚さ０．６０ｍｍの略円筒形状の断面を有する円環により構成された。内側突出部１４は、径１．０ｍｍ（＝０．２５φ）、起歪体１０の下面１０２からの突出量（高さ）が０．８５ｍｍの円柱により構成された。
【0028】
起歪体１０は、外側突出部１２の外側面の全体を介して支持部材（図示略）に対して固定されている。外部から印加した力として内側突出部１４の端面に対してＺ方向に一様に１００Ｎの力が作用した場合、当該起歪体１０の中心を基準とする円筒極座標系（ｒ，θ，ｚ）において定義された０．１ｍｍ刻みのメッシュのそれぞれにおけるひずみが有限要素法にしたがって計算された。
【0029】
第１ひずみ量および第２ひずみ量の和（正値）の大きさの最大値の８０％が基準値として設定された場合、経線の長さＤを基準として、極点Ｏから距離０．２５４Ｄ～０．３２１Ｄの範囲にある環状の第１指定緯度範囲Ｒ１において、当該ひずみ量の和（正値）の大きさが基準値以上である。第１ひずみ量および第２ひずみ量の和（正値）の大きさの最大値の９５％が基準値として設定された場合、経線の長さＤを基準として、極点Ｏから距離０．２６０Ｄ～０．２９２Ｄの範囲にある環状の第１指定緯度範囲Ｒ１において、当該ひずみ量の和（正値）の大きさが基準値以上である。
【0030】
第１ひずみ量および第２ひずみ量の和（負値）の絶対値の大きさの最大値の８０％が基準値として設定された場合、経線の長さＤを基準として、極点Ｏから距離０．６８５Ｄ～０．７６１Ｄの範囲にある環状の第２指定緯度範囲Ｒ２において、当該ひずみ量の和（負値）の絶対値の大きさが基準値以上である。第１ひずみ量および第２ひずみ量の和（負値）の絶対値の大きさの最大値の９５％が基準値として設定された場合、経線の長さＤを基準として、極点Ｏから距離０．７１８Ｄ～０．７５５Ｄの範囲にある環状の第２指定緯度範囲Ｒ２において、当該ひずみ量の和（正値）の絶対値が基準値以上である。
【0031】
一般的に、第１指定緯度範囲Ｒ１および第２指定緯度範囲Ｒ２は、起歪体１０の形状およびサイズ、さらには振動によって起歪体１０に作用する力（慣性力）に応じて変化する。このため、起歪体１０に対する想定作用力に基づき、第１指定緯度範囲Ｒ１および第２指定緯度範囲Ｒ２が適応的に設定されうる。
【0032】
起歪体１０は、例えば、弾性を有する金属もしくは合成樹脂またはこれらの組み合わせにより構成されている。起歪体１０が金属などの導電性材料からなる場合、その上面１０１は少なくとも感歪部材２１～２４および抵抗部材４１～４２が形成される領域において、絶縁性薄膜により被覆されている。これにより、起歪体１０と、感歪部材２１～２４および抵抗部材４１～４２とが電気的に絶縁されている。
【0033】
起歪体１０の上面１０１の第１指定緯度範囲Ｒ１には、第１感歪部材２１および第３感歪部材２３が配置されている。起歪体１０の上面１０１の第２指定緯度範囲Ｒ２には、第２感歪部材２２および第４感歪部材２４が配置されている。
【0034】
図１に示されているように、第１感歪部材２１は、第１指定緯度範囲Ｒ１において、１箇所で分断された極点Ｏを取り囲む環状（略円環状）に延在する、経線方向に相互に離間している一対の環状感歪部分、すなわち第１内側環状感歪部分２１１および第１外側環状感歪部分２１２と、当該一対の環状感歪部分２１１および２１２のそれぞれの一端部を接続する第１接続部分２１０と、により構成されている。極点Ｏからみた第１内側環状感歪部分２１１および第１外側環状感歪部分２１２のそれぞれの分断箇所の方位角範囲がほぼ一致するように、当該一対の環状感歪部分２１１および２１２が配置されている。
【0035】
同じく図１に示されているように、第３感歪部材２３は、第１指定緯度範囲Ｒ１において、１箇所で分断された極点Ｏを取り囲む環状（略円環状）に延在する、経線方向に相互に離間している一対の環状感歪部分、すなわち第３内側環状感歪部分２３１および第３外側環状感歪部分２３２と、当該一対の環状感歪部分２３１および２３２のそれぞれの一端部を接続する第３接続部分２３０と、により構成されている。極点Ｏからみた第３内側環状感歪部分２３１および第３外側環状感歪部分２３２のそれぞれの分断箇所の方位角範囲がほぼ一致するように、当該一対の環状感歪部分２３１および２３２が配置されている。
【0036】
図１に示されているように、第１指定緯度範囲Ｒ１において、略円環状の４つの環状感歪部分２３１、２１１、２１２および２３２が、径方向（経線方向）に相互に離間して内側から外側に順に配置されている。環状感歪部分２３１、２１１、２１２および２３２のうち隣接しあう環状感歪部分の間隔が、当該隣接しあう環状感歪部分のうち少なくとも一方の環状感歪部分の幅の２倍以下であることが好ましい。
【0037】
図１に示されているように、第２感歪部材２２は、第２指定緯度範囲Ｒ２において、１箇所で分断された極点Ｏを取り囲む環状（略円環状）に延在する、経線方向に相互に離間している一対の環状感歪部分、すなわち第２内側環状感歪部分２２１および第２外側環状感歪部分２２２と、当該一対の環状感歪部分２２１および２２２のそれぞれの一端部を接続する第２接続部分２２０と、により構成されている。極点Ｏからみた第２内側環状感歪部分２２１および第２外側環状感歪部分２２２のそれぞれの分断箇所の方位角範囲がほぼ一致するように、当該一対の環状感歪部分２２１および２２２が配置されている。
【0038】
同じく図１に示されているように、第４感歪部材２４は、第２指定緯度範囲Ｒ２において、１箇所で分断された極点Ｏを取り囲む環状（略円環状）に延在する、経線方向に相互に離間している一対の環状感歪部分、すなわち第４内側環状感歪部分２４１および第４外側環状感歪部分２４２と、当該一対の環状感歪部分２４１および２４２のそれぞれの一端部を接続する第４接続部分２４０と、により構成されている。極点Ｏからみた第４内側環状感歪部分２４１および第４外側環状感歪部分２４２のそれぞれの分断箇所の方位角範囲がほぼ一致するように、当該一対の環状感歪部分２４１および２４２が配置されている。
【0039】
図１に示されているように、第２指定緯度範囲Ｒ２において、略円環状の４つの環状感歪部分２２１、２４１、２４２および２２２が、径方向（経線方向）に相互に離間して内側から外側に順に配置されている。環状感歪部分２２１、２４１、２４２および２２２のうち隣接しあう環状感歪部分の間隔が、当該隣接しあう環状感歪部分のうち少なくとも一方の環状感歪部分の幅の２倍以下であることが好ましい。
【0040】
起歪体１０の上面１０１において、極点Ｏからみた第１内側環状感歪部分２１１および第１外側環状感歪部分２１２のそれぞれの分断箇所の方位角範囲と、第２内側環状感歪部分２２１および第２外側環状感歪部分２２２のそれぞれの分断箇所の方位角範囲と、第３内側環状感歪部分２３１および第３外側環状感歪部分２３２のそれぞれの分断箇所の方位角範囲と、第４内側環状感歪部分２４１および第４外側環状感歪部分２４２のそれぞれの分断箇所の方位角範囲と、が少なくとも部分的に重なるように、４つの感歪部材２１～２４が配置されている。
【0041】
少なくとも一の部材の分断箇所の方位がその他の部材の分断箇所の方位と相違していてもよい。例えば、第１指定緯度範囲Ｒ１において極点Ｏからみて少なくとも部分的に重なる、第１内側環状感歪部分２１１および第１外側環状感歪部分２１２のそれぞれの分断箇所の方位角範囲および第３内側環状感歪部分２３１および第３外側環状感歪部分２３２のそれぞれの分断箇所の方位角範囲と、が、第２指定緯度範囲Ｒ２において極点Ｏからみて少なくとも部分的に重なる、第２内側環状感歪部分２２１および第２外側環状感歪部分２２２のそれぞれの分断箇所の方位角範囲および第４内側環状感歪部分２４１および第４外側環状感歪部分２４２のそれぞれの分断箇所の方位角範囲と、が極点Ｏからみて重なっていなくてもよい。
【0042】
第１指定緯度範囲Ｒ１において、第１内側環状感歪部分２１１および第１外側環状感歪部分２１２のそれぞれの分断箇所の方位角範囲および第３内側環状感歪部分２３１および第３外側環状感歪部分２３２のそれぞれの分断箇所の方位角範囲と、が、極点Ｏからみて重なっていなくてもよい。第２指定緯度範囲Ｒ２において、第２内側環状感歪部分２２１および第２外側環状感歪部分２２２のそれぞれの分断箇所の方位角範囲、および／または、第４内側環状感歪部分２４１および第４外側環状感歪部分２４２のそれぞれの分断箇所の方位角範囲と、が極点Ｏからみて重なっていなくてもよい。
【0043】
感歪部材２１～２４のそれぞれは、起歪体１０の上面１０１に形成されている。感歪部材２１～２４のそれぞれは、ゲージ率（ゲージ率は３以上である。）について等方性を有しており、例えば、特許文献１に記載されているＣｒおよび不可避不純物からなるＣｒ薄膜、または、Ｃｒ、Ｎおよび不可避不純物からなるＣｒ－Ｎ薄膜により構成されている。Ｃｒ－Ｎ薄膜は、例えば、一般式Ｃｒ100-xＮxで表され、組成比ｘは原子％で０．０００１≦ｘ≦３０である。
【0044】
感歪部材２１～２４のそれぞれは、一般式Ｃｒ100-xＭｎx（ｘは原子％であり、０．１≦ｘ≦３４である）または一般式Ｃｒ100-xＡｌx（ｘは原子％であり、４≦ｘ≦２５である）で表されるＣｒ基薄膜により構成されていてもよい（特許文献２参照）。感歪部材２１～２４のそれぞれは、一般式Ｃｒ100-x-yＡｌxＮy（ｘ、ｙは原子％であり、４≦ｘ≦２５、０．１≦ｙ≦２０である。）で表されるＣｒ基薄膜により構成されていてもよい（特許文献３参照）。当該薄膜は、スパッタリング法等により起歪体１０の上面１０１に形成される。Ｃｒ－Ｎ薄膜は、抵抗温度係数（ＴＣＲ）が極めて小さいため（＜±５０ｐｐｍ／℃）、温度変化に対して安定である。
【0045】
室温近傍から５００℃近傍までの全温度領域において約３以上の大きなゲージ率および横感度を示すのはＣｒ薄膜に固有の性質である。その性質はＣｒ－Ｎ薄膜、Ｃｒ－Ｍｎ薄膜、Ｃｒ－Ａｌ薄膜、Ｃｒ－Ａｌ－Ｎ薄膜だけでなく、それ以外の元素を一つまたは複数または多数含むものでもＣｒの成分比率が多いものではその性質が現れることから、それらも感歪部材２１～２４を構成するＣｒ基薄膜に含まれる。また、Ｃｒ－ＳｉＯ２、Ｃｒ－Ａｌ２Ｏ３、Ｃｒ－ＳｉＣ、Ｃｒ－Ｃｒ酸化物、Ｃｒ－Ｃｒ窒化物など、すなわちＣｒ母相に別の化合物が分散析出した薄膜もＣｒの成分比率が多いものでは上記の性質が現れることから、それらも感歪部材２１～２４を構成するＣｒ基薄膜に含まれる。さらに、ＣｒとＣｒ窒化物相、Ｃｒ酸化物相、Ｃｒ炭化物相のいずれか一つまたは複数が混在する薄膜もＣｒの成分比率が多いものでは上記Ｃｒの性質を保持するため感歪部材２１～２４を構成するＣｒ基薄膜に含まれる。逆に言えば、Ｃｒを主成分とする上記性質を有する薄膜は全て感歪部材２１～２４を構成するＣｒ基薄膜である。
【0046】
４つの感歪部材２１～２４は、図４に示されているような４アクティブゲージ法のブリッジ回路を構成している。図１に示されているように、起歪体１０の上面１０１の第１指定緯度範囲Ｒ１の内側には、当該ブリッジ回路の端子Ｔ１～Ｔ４が形成されている。当該ブリッジ回路の端子Ｔ１～Ｔ４のうち少なくとも一部が起歪体１０の上面１０１の第１指定緯度範囲Ｒ１および第２指定緯度範囲Ｒ２の中間緯度範囲および／または第２指定緯度範囲Ｒ２の外側に形成されていてもよい。
【0047】
第１感歪部材２１は、第１内側環状感歪部分２１１の他端部において第１端子Ｔ１に導線部材Ｌ１１を介して接続され、第１外側環状感歪部分２１２の他端部において第２端子Ｔ２に導線部材Ｌ１２を介して接続されている。第２感歪部材２２は、第２内側環状感歪部分２２１の他端部において第４端子Ｔ４に導線部材Ｌ２４を介して接続され、第２外側環状感歪部分２２２の他端部において第２端子Ｔ２に導線部材Ｌ２２を介して接続されている。第３感歪部材２３は、第３内側環状感歪部分２３１の他端部において第１端子Ｔ１に導線部材Ｌ３１を介して接続され、第３外側環状感歪部分２３２の他端部において第３端子Ｔ３に導線部材Ｌ３３を介して接続されている。第４感歪部材２４は、第４内側環状感歪部分２４１の他端部において第４端子Ｔ４に導線部材Ｌ４４を介して接続され、第４外側環状感歪部分２４２の他端部において第３端子Ｔ３に導線部材Ｌ４３を介して接続されている。
【0048】
感歪部材２１～２４のそれぞれの厚さ、幅および長さ、さらには電気伝導率などの電気特性のそれぞれは、ブリッジ回路（ひずみ検出用回路）を構成する観点からそれらの抵抗値が全てほぼ一致するように、適当に設計されている。導線部材Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ２２、Ｌ２４、Ｌ３１、Ｌ３３、Ｌ４３およびＬ４４の厚さ、幅および長さ、さらには素材（電気伝導率を定める。）のそれぞれは、感歪部材２１～２４のそれぞれと同様に当該ブリッジ回路を構成する観点からそれらの抵抗値が全てほぼ一致するように、適当に設計されている。
【0049】
なお、断線等が生じないよう薄膜の連続性を確保するために感歪部材を構成するセンサ薄膜が導線部材および端子部分まで含めた形で一体成型されたうえで、その導線部材や端子および電極部分に比抵抗およびゲージ率の小さいＮｉおよび／またはＡｕなどの膜を重ねて形成し、導線部材や端子および電極とすることが好ましい。そうすることで、薄膜素子に断線が生じにくくなるとともに、導線部材および端子部分といった検知対象以外の無関係な場所からの出力（雑音）や抵抗値を無視できるほどに小さくすることが可能となる。さらに、電極部分を外部に信号を取り出すためのリード線を接続するのに適した材料とすることが必要である。
【0050】
（機能）
本発明の第１実施形態としての力センサによれば、図１に示されているように、外側突出部１２により周縁を全周にわたり連続的に支持されている起歪体１０の主面１０１において、極点Ｏを取り囲むように環状に延在する指定緯度範囲に感歪部材２１～２４が配置されている。
本発明の第１実施形態としての力センサによれば、図１に示されているように、外側突出部１２により周縁を全周にわたり連続的に支持されている起歪体１０の主面１０１において、極点Ｏを取り囲むように環状に延在する指定緯度範囲に感歪部材２１～２４が配置されている。
【0051】
図１に示されているように、各感歪部材２１、２２、２３、２４は、共通の指定緯度範囲において、１箇所で分断された、極点Ｏを取り囲むように環状に延在する一対の環状感歪部分および当該一対の環状感歪部分のそれぞれの一端部を接続する接続部分により構成されている。
【0052】
起歪体１０に力Ｆが作用した場合、指定緯度範囲Ｒ１およびＲ２のそれぞれにおいて極点Ｏを挟んで反対側にある一対の箇所のそれぞれにおける起歪体１０に垂直方向（ｚ方向）の力が作用した時に生じるひずみの極性が同じになる（図５Ａ参照）。その一方、この場合、当該一対の箇所のそれぞれにおける起歪体１０に主面方向（ｘ、ｙ方向）の力が作用した時に生じるひずみの極性が逆になる（図５Ｂおよび図５Ｃ参照）。
【0053】
このため、１箇所で分断された一対の環状感歪部分により構成されている感歪部材２１～２４のそれぞれの当該一対の箇所において、起歪体１０に作用する力（慣性力）の垂線方向成分に応じた電気抵抗値の変化が重畳され、その一方で力（慣性力）の主面方向成分に応じた電気抵抗値の変化が相殺されうる。よって、感歪部材２１～２４のそれぞれの端点間の電気抵抗値の変化量に基づき、起歪体１０に作用した力のうち主面方向成分が除去され、当該力の垂線方向成分が測定されうる。
【0054】
また、起歪体１０の内側突出部１４によって、当該起歪体１０に作用する慣性力の増大が図られる。さらに、指定緯度範囲Ｒ１およびＲ２のそれぞれは、起歪体１０の経線方向についての第１ひずみ量および緯線方向についての第２ひずみ量の和の絶対値の大きさが基準値以上となる緯度範囲である（図３参照）。よって、感歪部材２１～２４のそれぞれの端点間の電気抵抗値の変化量の増大、ひいては起歪体１０に作用した振動（加速度）の垂線方向成分の測定精度の向上が図られる。
【0055】
感歪部材２１～２４のそれぞれが（１）Ｃｒおよび不可避不純物からなるＣｒ基薄膜またはＣｒ、Ｎおよび不可避不純物からなるＣｒ基薄膜、（２）ＣｒおよびＭｎからなるＣｒ基薄膜またはＣｒおよびＡｌからなるＣｒ基薄膜、（３）Ｃｒ、ＡｌおよびＮからなるＣｒ基薄膜、（１）、（２）、（３）に示される以外の添加元素を一つまたは複数または多数含むものでＣｒの成分比率が多いＣｒ基薄膜、Ｃｒ－ＳｉＯ２、Ｃｒ－Ａｌ２Ｏ３、Ｃｒ－ＳｉＣ、Ｃｒ－Ｃｒ酸化物、Ｃｒ－Ｃｒ窒化物など、すなわちＣｒ母相に別の化合物が分散析出した薄膜もＣｒの成分比率が多いＣｒ基薄膜、ＣｒとＣｒ窒化物相、Ｃｒ酸化物相、Ｃｒ炭化物相のいずれか一つまたは複数が混在するＣｒの成分比率が多いＣｒ基薄膜、などの、すなわち約３以上の大きなゲージ率および横感度を示すＣｒ基薄膜のうちいずれか１つのＣｒ基薄膜により構成されている。このため、感歪部材２１、２２の電気抵抗は、縦ひずみおよび横ひずみによる形状変化への寄与分よりも、当該感歪部材の格子構造、ひいてはキャリア（電子）のバンドエネルギー構造の変化への寄与分によって大きく変化するので、起歪体１０に作用した振動（加速度）の測定精度のさらなる向上が図られる。
【0056】
各感歪部材２１、２２、２３、２４を構成する一対の環状感歪部分により囲まれている領域、すなわち１箇所で分断された略環状（円環状）に延在する囲繞領域の面積は、各感歪部材が１箇所で分断された略同径の単一の環状感歪部分により構成されている場合における、当該単一の環状感歪部分により囲まれている囲繞領域の面積と比較して狭小化が図られている。これにより、当該囲繞領域の面積が大きいことに由来して、各感歪部材２１、２２、２３、２４がアンテナとして機能することに由来するノイズの低減が図られる。
【0057】
（第２実施形態）
（構成）
図６に示されている本発明の第２実施形態としての力センサでは、起歪体１０の上面１０１の第２指定緯度範囲Ｒ２に第１感歪部材２１および第２感歪部材２２が形成されている。第１感歪部材２１および／または第２感歪部材２２が、第２指定緯度範囲Ｒ２ではなく第１指定緯度範囲Ｒ１に形成されていてもよい。
（構成）
図６に示されている本発明の第２実施形態としての力センサでは、起歪体１０の上面１０１の第２指定緯度範囲Ｒ２に第１感歪部材２１および第２感歪部材２２が形成されている。第１感歪部材２１および／または第２感歪部材２２が、第２指定緯度範囲Ｒ２ではなく第１指定緯度範囲Ｒ１に形成されていてもよい。
【0058】
図６に示されているように、第１感歪部材２１は、第２指定緯度範囲Ｒ２において、１箇所で分断された極点Ｏを取り囲む環状（略円環状）に延在する、経線方向に相互に離間している一対の環状感歪部分、すなわち第１内側環状感歪部分２１１および第１外側環状感歪部分２１２と、当該一対の環状感歪部分２１１および２１２のそれぞれの一端部を接続する第１接続部分２１０と、により構成されている。同じく図６に示されているように、第２感歪部材２３は、第２指定緯度範囲Ｒ２において、１箇所で分断された極点Ｏを取り囲む環状（略円環状）に延在する、経線方向に相互に離間している一対の環状感歪部分、すなわち第２内側環状感歪部分２２１および第２外側環状感歪部分２２２と、当該一対の環状感歪部分２２１および２２２のそれぞれの一端部を接続する第２接続部分２２０と、により構成されている。
【0059】
図６に示されているように、第２指定緯度範囲Ｒ２において、略円環状の４つの環状感歪部分２２１、２１１、２１２および２２２が、径方向（経線方向）に相互に離間して内側から外側に順に配置されている。環状感歪部分２２１、２１１、２１２および２２２のうち隣接しあう環状感歪部分の間隔が、当該隣接しあう環状感歪部分のうち少なくとも一方の環状感歪部分の幅の２倍以下であることが好ましい。
【0060】
起歪体１０の上面１０１において、極点Ｏからみた第１内側環状感歪部分２１１および第１外側環状感歪部分２１２のそれぞれの分断箇所の方位角範囲と、第２内側環状感歪部分２２１および第２外側環状感歪部分２２２のそれぞれの分断箇所の方位角範囲と、が少なくとも部分的に重なるように、２つの感歪部材２１～２２が配置されている。少なくとも一の部材（部分）の分断箇所の方位がその他の部材の分断箇所の方位と相違していてもよい。
【0061】
図６に示されているように、起歪体１０の上面１０１の第１指定緯度範囲Ｒ１および第２指定緯度範囲Ｒ２の中間緯度範囲には、略円弧状の第１抵抗部材４１および第２抵抗部材４２が径方向に相互に離間して内側から順に形成されている。２つの感歪部材２１～２２は、２つの抵抗部材４１～４２とともに、図７に示されているような２アクティブゲージ法のブリッジ回路を構成している。図６に示されているように、起歪体１０の上面１０１の第１指定緯度範囲Ｒ１および第２指定緯度範囲Ｒ２の中間緯度範囲には、当該ブリッジ回路の端子Ｔ１～Ｔ４が形成されている。当該ブリッジ回路の端子Ｔ１～Ｔ４のうち少なくとも一部が起歪体１０の上面１０１の第１指定緯度範囲Ｒ１の内側および／または第２指定緯度範囲Ｒ２の外側に形成されていてもよい。
【0062】
第１感歪部材２１は、第１内側環状感歪部分２１１の他端部において第２端子Ｔ２に導線部材Ｌ１２を介して接続され、第１外側環状感歪部分２１２の他端部において第１端子Ｔ１に導線部材Ｌ１１を介して接続されている。第２感歪部材２２は、第２内側環状感歪部分２２１の他端部において第２端子Ｔ２に導線部材Ｌ２２を介して接続され、第２外側環状感歪部分２２２の他端部において第３端子Ｔ３に導線部材Ｌ２３を介して接続されている。第１抵抗部材４１は、一端部において第１端子Ｔ１に接続され、他端部において第４端子Ｔ４に接続されている。第２抵抗部材４２は、一端部において第３端子Ｔ３に接続され、他端部において第４端子Ｔ４に接続されている。
【0063】
感歪部材２１～２２および抵抗部材４１～４２のそれぞれの厚さ、幅および長さ、さらには電気伝導率などの電気特性のそれぞれは、ブリッジ回路（ひずみ検出用回路）を構成する観点から適当に設計されている。導線部材Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ２２およびＬ２３の厚さ、幅および長さ、さらには素材（電気伝導率を定める。）のそれぞれは、感歪部材２１～２２および抵抗部材４１～４２のそれぞれと同様に当該ブリッジ回路を構成する観点から適当に設計されている。
【0064】
これら以外の点では、本発明の第２実施形態としての力センサは、本発明の第１実施形態としての力センサ（図１および図２参照）とほぼ同様の構成であるため、共通の構成要素に対して同一の符号を用いるとともに説明を省略する。
【0065】
（第３実施形態）
（構成）
図８に示されている本発明の第２実施形態としての力センサでは、起歪体１０の上面１０１の第２指定緯度範囲Ｒ２に第１感歪部材２１および第２感歪部材２２が形成されている。第１感歪部材２１および／または第２感歪部材２２が、第２指定緯度範囲Ｒ２ではなく第１指定緯度範囲Ｒ１に形成されていてもよい。
（構成）
図８に示されている本発明の第２実施形態としての力センサでは、起歪体１０の上面１０１の第２指定緯度範囲Ｒ２に第１感歪部材２１および第２感歪部材２２が形成されている。第１感歪部材２１および／または第２感歪部材２２が、第２指定緯度範囲Ｒ２ではなく第１指定緯度範囲Ｒ１に形成されていてもよい。
【0066】
図８に示されているように、第１感歪部材２１は、第２指定緯度範囲Ｒ２において、１箇所で分断された極点Ｏを取り囲む環状（略円環状）に延在する、経線方向に相互に離間している一対の環状感歪部分、すなわち第１内側環状感歪部分２１１および第１外側環状感歪部分２１２と、当該一対の環状感歪部分２１１および２１２のそれぞれの一端部を接続する第１接続部分２１０と、により構成されている。同じく図８に示されているように、第２感歪部材２２は、第２指定緯度範囲Ｒ２において、１箇所で分断された極点Ｏを取り囲む環状（略円環状）に延在する、経線方向に相互に離間している一対の環状感歪部分、すなわち第２内側環状感歪部分２２１および第２外側環状感歪部分２２２と、当該一対の環状感歪部分２２１および２２２のそれぞれの一端部を接続する第２接続部分２２０と、により構成されている。
【0067】
図８に示されているように、第２指定緯度範囲Ｒ２において、略円環状の４つの環状感歪部分２２１、２１１、２１２および２２２が、径方向（経線方向）に相互に離間して内側から外側に順に配置されている。環状感歪部分２２１、２１１、２１２および２２２のうち隣接しあう環状感歪部分の間隔が、当該隣接しあう環状感歪部分のうち少なくとも一方の環状感歪部分の幅の２倍以下であることが好ましい。
【0068】
図８に示されているように、起歪体１０の上面１０１の第１指定緯度範囲Ｒ１および第２指定緯度範囲Ｒ２の中間緯度範囲には、略円弧状の第１抵抗部材４１および第２抵抗部材４２が径方向に相互に離間して内側から順に形成されている。２つの感歪部材２１～２２は、３つの抵抗部材４１～４３とともに、図９に示されているような１アクティブゲージ法（直列式）のブリッジ回路を構成している。図８に示されているように、起歪体１０の上面１０１の第１指定緯度範囲Ｒ１および第２指定緯度範囲Ｒ２の中間緯度範囲には、当該ブリッジ回路の端子Ｔ１～Ｔ４が形成されている。当該ブリッジ回路の端子Ｔ１～Ｔ４のうち少なくとも一部が起歪体１０の上面１０１の第１指定緯度範囲Ｒ１の内側および／または第２指定緯度範囲Ｒ２の外側に形成されていてもよい。
【0069】
第１感歪部材２１は、第１内側環状感歪部分２１１の他端部において第２内側環状感歪部分２２１の他端部に接続され、第１外側環状感歪部分２１２の他端部において第１端子Ｔ１に導線部材Ｌ１１を介して接続されている。第２感歪部材２２は、第２外側環状感歪部分２２２の他端部において第２端子Ｔ２に導線部材Ｌ２２を介して接続されている。第１抵抗部材４１は、一端部において第１端子Ｔ１に接続され、他端部において第４端子Ｔ４に接続されている。第２抵抗部材４２は、一端部において第２端子Ｔ２に接続され、他端部において第３端子Ｔ３に接続されている。第３抵抗部材４３は、一端部において第３端子Ｔ３に接続され、他端部において第４端子Ｔ４に接続されている。
【0070】
感歪部材２１～２２および抵抗部材４１～４３のそれぞれの厚さ、幅および長さ、さらには電気伝導率などの電気特性のそれぞれは、ブリッジ回路（ひずみ検出用回路）を構成する観点から適当に設計されている。導線部材Ｌ１１およびＬ２２の厚さ、幅および長さ、さらには素材（電気伝導率を定める。）のそれぞれは、感歪部材２１～２２および抵抗部材４１～４３のそれぞれと同様に当該ブリッジ回路を構成する観点から適当に設計されている。
【0071】
これら以外の点では、本発明の第３実施形態としての力センサは、本発明の第２実施形態としての力センサ（図６および図７参照）とほぼ同様の構成であるため、共通の構成要素に対して同一の符号を用いるとともに説明を省略する。
【0072】
（第４実施形態）
（構成）
図１０に示されている本発明の第４実施形態としての力センサでは、起歪体１０の上面１０１の第１指定緯度範囲Ｒ１に第１感歪部材２１が形成され、第２指定緯度範囲Ｒ２に第２感歪部材２２が形成されている。第１感歪部材２１および第２感歪部材２２がともに第１指定緯度範囲Ｒ１または第２指定緯度範囲Ｒ２に形成されていてもよい。
（構成）
図１０に示されている本発明の第４実施形態としての力センサでは、起歪体１０の上面１０１の第１指定緯度範囲Ｒ１に第１感歪部材２１が形成され、第２指定緯度範囲Ｒ２に第２感歪部材２２が形成されている。第１感歪部材２１および第２感歪部材２２がともに第１指定緯度範囲Ｒ１または第２指定緯度範囲Ｒ２に形成されていてもよい。
【0073】
図１０に示されているように、第１感歪部材２１は、第１指定緯度範囲Ｒ１において、１箇所で分断された極点Ｏを取り囲む環状（略円環状）に延在する、経線方向に相互に離間している一対の環状感歪部分、すなわち第１内側環状感歪部分２１１および第１外側環状感歪部分２１２と、当該一対の環状感歪部分２１１および２１２のそれぞれの一端部を接続する第１接続部分２１０と、により構成されている。同じく図１０に示されているように、第２感歪部材２２は、第２指定緯度範囲Ｒ２において、１箇所で分断された極点Ｏを取り囲む環状（略円環状）に延在する、経線方向に相互に離間している一対の環状感歪部分、すなわち第２内側環状感歪部分２２１および第２外側環状感歪部分２２２と、当該一対の環状感歪部分２２１および２２２のそれぞれの一端部を接続する第２接続部分２２０と、により構成されている。
【0074】
隣接しあう環状感歪部分２１１および２１２の間隔が、当該隣接しあう環状感歪部分のうち少なくとも一方の環状感歪部分の幅の２倍以下であることが好ましい。隣接しあう環状感歪部分２２１および２２２の間隔が、当該隣接しあう環状感歪部分のうち少なくとも一方の環状感歪部分の幅の２倍以下であることが好ましい。
【0075】
図１０に示されているように、起歪体１０の上面１０１の第１指定緯度範囲Ｒ１の内側または内側付近には１箇所で分断された極点Ｏを取り囲む環状（略円環状）に延在する第１抵抗部材４１が形成され、第２指定緯度範囲Ｒ２の外側または外側付近には同じく１箇所で分断された極点Ｏを取り囲む環状（略円環状）に延在する第２抵抗部材４２が形成されている。２つの感歪部材２１～２２は、２つの抵抗部材４１～４２とともに、図１１に示されているような対辺２アクティブゲージ法（２線式）のブリッジ回路を構成している。抵抗部材４１～４２は、第１感歪部材２１および第２感歪部材２２とともに対辺２アクティブゲージ法（３線式）のブリッジ回路を構成していてもよい。
【0076】
図１０に示されているように、起歪体１０の上面１０１の第１指定緯度範囲Ｒ１の内側付近には当該ブリッジ回路の端子Ｔ１およびＴ４が形成され、第２指定緯度範囲Ｒ２の外側付近には当該ブリッジ回路の端子Ｔ２およびＴ３が形成されている。当該ブリッジ回路の端子Ｔ１～Ｔ４のうち少なくとも一部が起歪体１０の上面１０１の第１指定緯度範囲Ｒ１および第２指定緯度範囲Ｒ２の中間緯度範囲に形成されていてもよい。
【0077】
起歪体１０の上面１０１において、極点Ｏからみた第１内側環状感歪部分２１１および第１外側環状感歪部分２１２のそれぞれの分断箇所の方位角範囲と、第２内側環状感歪部分２２１および第２外側環状感歪部分２２２のそれぞれの分断箇所の方位角範囲と、第１抵抗部材４１の分断箇所の方位角範囲と、第２抵抗部材４２の分断箇所の方位角範囲と、が少なくとも部分的に重なるように、２つの感歪部材２１～２２および２つの抵抗部材４１～４２が配置されている。少なくとも一の部材（部分）の分断箇所の方位がその他の部材（部分）の分断箇所の方位と相違していてもよい。
【0078】
第１感歪部材２１は、第１内側環状感歪部分２１１の他端部において第１端子Ｔ１に接続され、第１外側環状感歪部分２１２の他端部において第２端子Ｔ２に導線部材Ｌ１２を介して接続されている。第２感歪部材２２は、第２内側環状感歪部分２２１の他端部において第４端子Ｔ４に導線部材Ｌ２４を介して接続され、第２外側環状感歪部分２２２の他端部において第３端子Ｔ３に接続されている。第１抵抗部材４１は、一端部において第１端子Ｔ１に接続され、他端部において第４端子Ｔ４に接続されている。第２抵抗部材４２は、一端部において第２端子Ｔ２に接続され、他端部において第３端子Ｔ３に接続されている。
【0079】
感歪部材２１～２２および抵抗部材４１～４２のそれぞれの厚さ、幅および長さ、さらには電気伝導率などの電気特性のそれぞれは、ブリッジ回路（ひずみ検出用回路）を構成する観点から適当に設計されている。導線部材Ｌ１２およびＬ２４の厚さ、幅および長さ、さらには素材（電気伝導率を定める。）のそれぞれは、感歪部材２１～２２および抵抗部材４１～４２のそれぞれと同様に当該ブリッジ回路を構成する観点から適当に設計されている。
【0080】
これら以外の点では、本発明の第４実施形態としての力センサは、本発明の第３実施形態としての力センサ（図８および図９参照）とほぼ同様の構成であるため、共通の構成要素に対して同一の符号を用いるとともに説明を省略する。
【0081】
（第５実施形態）
（構成）
図１２に示されている本発明の第５実施形態としての力センサでは、起歪体１０の上面１０１の第２指定緯度範囲Ｒ２に感歪部材２０が形成されている。感歪部材２０が第１指定緯度範囲Ｒ１に形成されていてもよい。
（構成）
図１２に示されている本発明の第５実施形態としての力センサでは、起歪体１０の上面１０１の第２指定緯度範囲Ｒ２に感歪部材２０が形成されている。感歪部材２０が第１指定緯度範囲Ｒ１に形成されていてもよい。
【0082】
図１２に示されているように、感歪部材２０は、第２指定緯度範囲Ｒ２において、１箇所で分断された極点Ｏを取り囲む環状（略円環状）に延在する、経線方向に相互に離間している一対の環状感歪部分、すなわち内側環状感歪部分２０１および外側環状感歪部分２０２と、当該一対の環状感歪部分２０１および２０２のそれぞれの一端部を接続する接続部分２００と、により構成されている。
【0083】
環状感歪部分２０１および２０２のうち隣接しあう環状感歪部分の間隔が、当該隣接しあう環状感歪部分のうち少なくとも一方の環状感歪部分の幅の２倍以下であることが好ましい。
【0084】
図１２に示されているように、起歪体１０の上面１０１の第１指定緯度範囲Ｒ１および第２指定緯度範囲Ｒ２の中間緯度範囲には、略円弧状の第１抵抗部材４１および第２抵抗部材４２が径方向に相互に離間して内側から順に形成されている。２つの感歪部材２１～２２は、３つの抵抗部材４１～４３とともに、図１３に示されているような１アクティブゲージ法（２線式または３線式）のブリッジ回路を構成している。
【0085】
図１２に示されているように、起歪体１０の上面１０１の第１指定緯度範囲Ｒ１および第２指定緯度範囲Ｒ２の中間緯度範囲には、当該ブリッジ回路の端子Ｔ１～Ｔ４が形成されている。当該ブリッジ回路の端子Ｔ１～Ｔ４のうち少なくとも一部が起歪体１０の上面１０１の第１指定緯度範囲Ｒ１の内側および／または第２指定緯度範囲Ｒ２の外側に形成されていてもよい。
【0086】
感歪部材２０は、内側環状感歪部分２０１の他端部において第１端子Ｔ１に導線部材Ｌ０１を介して接続され、第１外側環状感歪部分２１２の他端部において第２端子Ｔ２に導線部材Ｌ０２を介して接続されている。第１抵抗部材４１は、一端部において第１端子Ｔ１に接続され、他端部において第４端子Ｔ４に接続されている。第２抵抗部材４２は、一端部において第２端子Ｔ２に接続され、他端部において第３端子Ｔ３に接続されている。第３抵抗部材４３は、一端部において第３端子Ｔ３に接続され、他端部において第４端子Ｔ４に接続されている。
【0087】
感歪部材２０および抵抗部材４１～４３のそれぞれの厚さ、幅および長さ、さらには電気伝導率などの電気特性のそれぞれは、ブリッジ回路（ひずみ検出用回路）を構成する観点から適当に設計されている。導線部材Ｌ０１およびＬ０２の厚さ、幅および長さ、さらには素材（電気伝導率を定める。）のそれぞれは、感歪部材２０および抵抗部材４１～４３のそれぞれと同様に当該ブリッジ回路を構成する観点から適当に設計されている。
【0088】
これら以外の点では、本発明の第５実施形態としての力センサは、本発明の第４実施形態としての力センサ（図１０および図１１参照）とほぼ同様の構成であるため、共通の構成要素に対して同一の符号を用いるとともに説明を省略する。
【0089】
（実施例）
第１実施形態にしたがって４アクティブゲージ法のブリッジ回路用に感歪部材が形成されている実施例の力センサが作製された。具体的には、直径４ｍｍ×厚さ０．４ｍｍのＳＵＳ３１６Ｌからなる略円形板状の起歪体１０の一方の主面１０１に、ＳｉＯ２からなる絶縁性薄膜が形成された。その上で、１箇所で分断された略円環状のＣｒ－Ｎ薄膜からなる感歪部材２１～２４が当該絶縁性薄膜の上に形成された。その位置は例えば、感歪部材２１として第１内側環状感歪部分２１１の内半径０．８ｍｍ、外半径０．８２ｍｍ、第１外側環状感歪部分２１２の内半径０．８４ｍｍ、外半径０．８６ｍｍ、感歪部材２２として第２内側環状感歪部分２２１の内半径１．４０８ｍｍ、外半径１．４４３ｍｍ、第２外側環状感歪部分２２２の内半径１．４６３ｍｍ、外半径１．５００ｍｍ、感歪部材２３として第３内側環状感歪部分２３１の内径０．８８ｍｍ、外径０．９０２ｍｍ、第３外側環状感歪部分２３２の内半径０．９２２ｍｍ、外半径０．９４４ｍｍ、感歪部材２４として第４内側環状感歪部分２４１の内半径１．３５３ｍｍ、外半径１．３８８ｍｍ、第４外側環状感歪部分２４２の内半径１．５２０ｍｍ、外半径１．５５７ｍｍ付近に、また、各感歪部材２１、２２、２３、２４の分断箇所の周方向の長さはそれぞれ０．２１ｍｍ、０．０７ｍｍ、０．１６ｍｍ、０．１４ｍｍ程度に設計された。なお、それらの位置や長さは、素子製作上の都合等により問題のない範囲で変更されてもよい。
第１実施形態にしたがって４アクティブゲージ法のブリッジ回路用に感歪部材が形成されている実施例の力センサが作製された。具体的には、直径４ｍｍ×厚さ０．４ｍｍのＳＵＳ３１６Ｌからなる略円形板状の起歪体１０の一方の主面１０１に、ＳｉＯ２からなる絶縁性薄膜が形成された。その上で、１箇所で分断された略円環状のＣｒ－Ｎ薄膜からなる感歪部材２１～２４が当該絶縁性薄膜の上に形成された。その位置は例えば、感歪部材２１として第１内側環状感歪部分２１１の内半径０．８ｍｍ、外半径０．８２ｍｍ、第１外側環状感歪部分２１２の内半径０．８４ｍｍ、外半径０．８６ｍｍ、感歪部材２２として第２内側環状感歪部分２２１の内半径１．４０８ｍｍ、外半径１．４４３ｍｍ、第２外側環状感歪部分２２２の内半径１．４６３ｍｍ、外半径１．５００ｍｍ、感歪部材２３として第３内側環状感歪部分２３１の内径０．８８ｍｍ、外径０．９０２ｍｍ、第３外側環状感歪部分２３２の内半径０．９２２ｍｍ、外半径０．９４４ｍｍ、感歪部材２４として第４内側環状感歪部分２４１の内半径１．３５３ｍｍ、外半径１．３８８ｍｍ、第４外側環状感歪部分２４２の内半径１．５２０ｍｍ、外半径１．５５７ｍｍ付近に、また、各感歪部材２１、２２、２３、２４の分断箇所の周方向の長さはそれぞれ０．２１ｍｍ、０．０７ｍｍ、０．１６ｍｍ、０．１４ｍｍ程度に設計された。なお、それらの位置や長さは、素子製作上の都合等により問題のない範囲で変更されてもよい。
【0090】
Ｃｒ－Ｎ薄膜の作製には高周波マグネトロン方式のスパッタリング装置を使用し、さらにＡｒとともに微量の窒素ガスを導入して成膜を行う反応性スパッタリング法を加えて用いた。ターゲットには公称純度９９．９％で直径３インチのＣｒ円盤を用いた。成膜前真空度（背景真空度）、ターゲット－基板間距離（Ｔ－Ｓ距離）、スパッタガス圧、スパッタガス総流量、窒素ガス流量比、入力電力および基板水冷温度をそれぞれ２×１０－５Ｐａ、４３ｍｍ、０．６７Ｐａ、５ＳＣＣＭ、０．０６％、１０Ｗおよび２０℃として成膜を行った。薄膜パターンはフォトリソグラフィーおよびエッチング技術を用いて上記の通り形成し、熱処理は大気中において２００℃の温度で１時間保持して行った。作製した薄膜のリード線部分を含む所定の位置にＡｕ／Ｎｉ／Ｃｒ薄膜を重ねて形成し、これを抵抗測定のための電極とした。４つの受感部はフルブリッジを構成することができ、荷重印加によりダイアフラムに生じるひずみを電気信号に変換して出力する。
【0091】
実施例の力センサの起歪体１０が外側突出部１２および内側突出部１４と一体成形により加工形成され外側突出部１２に固定されている。その上で、その外側突出部１２を上下方向から挟むように固定する、中央に外側突出部１２の内径程度の貫通穴をそれぞれ有する外部固定治具によって起歪体１０（作製したダイアフラム型力センサ素子）を、内側突出部１４を上部外側に突出する向きに保持し、それにより感歪部材が形成されている起歪体１０の上面１０１は下側を向き、それにより感歪部材は下側の外部固定治具の内部の貫通穴からなる空間の上部に天井様に収まり、さらに、その空間内において電極には異方性導電膜を用いてフレキシブルケーブル基板が接続された。この時、起歪体１０は下側の外部固定治具のスリーブ部によりその底面から貫通穴内にて浮いて保持された状態を成してダイアフラムとして機能する可動空間を有し、機械試験機を用いて内側突出部１４の上端に荷重を印加した。また、前記スリーブ部の一部に形成された切り欠き部から前記フレキシブルケーブル基板の信号線が外部に導出され、電源および計測機器に結線し、信号を取り出した。信号はそれら計測機器により数値化され記録装置（コンピューター等）に記録された。金属からなる外部固定治具の外形は四角形状を成して十分な厚みを持ち、中心の貫通穴の外側の四隅にボルトを通すための穴を有する。そして、起歪体の１０の外側突出部１２と同じ厚さをもつ中央に起歪体１０がちょうど収まる貫通穴を有し、さらにその貫通穴の外側の四隅に外部固定治具と共通のボルトを通すための穴を有する金属部材１個を起歪体の外側を埋めるスペーサーとして使用して、起歪体１０をそのスペーサーの貫通穴に納めて一緒に外部固定治具で上下から挟み込み、四隅の穴に上下からボルトを挿入し固定することで、起歪体１０（作製したダイアフラム型力センサ素子）を測定可能な体勢に保持した。
【0092】
実施例の力センサの性能を評価するため、図１４に示されているように、内側突出部１４を介して起歪体１０に対してｚ方向の力を１Ｎから７Ｎまで１Ｎずつ増加させながら断続的に作用させた。この時、極点を基準とした前記起歪体の経線方向についての第１ひずみ量および前記起歪体の緯線方向についての第２ひずみ量の和の大きさが基準値以上となる共通の指定緯度範囲Ｒ１において、１箇所で分断された前記極点を取り囲む環状に延在する、経線方向に相互に離間している一対の環状感歪部分２１１と、当該一対の環状感歪部分２１２のそれぞれの一端部を接続する接続部分２１０と、により構成されている前記感歪部材２１についての信号を調べるために、それらの電極部Ｔ１とＴ２を介して４端子法による出力（抵抗変化）測定を行った。
【0093】
図１５に、感歪部材２１の測定経過時間に対する出力を示す。その出力波形の形状は図１４の印加荷重とほぼ一致していることがわかる。また、図１６に、図１５の横軸４０秒から６０秒までを縦軸０．４Ω分の変化について拡大して示す。信号線を除くベースラインに０．０２５Ω程の抵抗変化が見られるが、１Ｎの信号を検知できなくなるようなノイズは生じていないことがわかる。よって、接続部分２１０を有する感歪部材２１を用いることによって、ひずみに対する検知感度の向上を図ることができる力センサを提供することができる。
【0094】
（比較例）
従来の構成の力センサはノイズの影響を受けやすく、これにより起歪体の微小なひずみの検知感度が低下する可能性があった。その従来の構成の力センサを製作し、その性能評価を行った。第１実施形態にしたがって４アクティブゲージ法のブリッジ回路用に感歪部材が形成されている力センサが作製された。具体的には、直径４ｍｍ×厚さ０．４ｍｍのＳＵＳ３１６Ｌからなる略円形板状の起歪体１０の一方の主面１０１に、ＳｉＯ２からなる絶縁性薄膜が形成された。その上で、１箇所で分断された略円環状のＣｒ－Ｎ薄膜からなる感歪部材２１～２４が当該絶縁性薄膜の上に形成された。その位置は例えば、感歪部材２１として内半径０．８２ｍｍ、外半径０．８４ｍｍ、感歪部材２２として内半径１．４３５ｍｍ、外半径１．４７１ｍｍ、感歪部材２３として内半径０．９０１ｍｍ、外半径０．９２３ｍｍ、感歪部材２４として内半径１．４３６ｍｍ、外半径１．４７２ｍｍ付近に、また、各感歪部材２１、２２、２３、２４の分断箇所の周方向の長さはそれぞれ０．１１ｍｍ、０．０４ｍｍ、０．０８ｍｍ、０．０７ｍｍ程度に設計された。感歪部材を成すＣｒ－Ｎ薄膜および電極の作製方法は前記実施例と同様とした。
従来の構成の力センサはノイズの影響を受けやすく、これにより起歪体の微小なひずみの検知感度が低下する可能性があった。その従来の構成の力センサを製作し、その性能評価を行った。第１実施形態にしたがって４アクティブゲージ法のブリッジ回路用に感歪部材が形成されている力センサが作製された。具体的には、直径４ｍｍ×厚さ０．４ｍｍのＳＵＳ３１６Ｌからなる略円形板状の起歪体１０の一方の主面１０１に、ＳｉＯ２からなる絶縁性薄膜が形成された。その上で、１箇所で分断された略円環状のＣｒ－Ｎ薄膜からなる感歪部材２１～２４が当該絶縁性薄膜の上に形成された。その位置は例えば、感歪部材２１として内半径０．８２ｍｍ、外半径０．８４ｍｍ、感歪部材２２として内半径１．４３５ｍｍ、外半径１．４７１ｍｍ、感歪部材２３として内半径０．９０１ｍｍ、外半径０．９２３ｍｍ、感歪部材２４として内半径１．４３６ｍｍ、外半径１．４７２ｍｍ付近に、また、各感歪部材２１、２２、２３、２４の分断箇所の周方向の長さはそれぞれ０．１１ｍｍ、０．０４ｍｍ、０．０８ｍｍ、０．０７ｍｍ程度に設計された。感歪部材を成すＣｒ－Ｎ薄膜および電極の作製方法は前記実施例と同様とした。
【0095】
比較例の力センサの起歪体１０が外側突出部１２および内側突出部１４と一体成形により加工形成され外側突出部１２に固定されている。その上で、その外側突出部１２を下方向および外周側面から密接して支えるように固定する、中央に外側突出部１２の内径程度の貫通穴を有する略円筒形状の外部固定治具によって起歪体１０（作製したダイアフラム型力センサ素子）を、内側突出部１４を上部外側に突出する向きに保持し、それにより感歪部材が形成されている起歪体１０の上面１０１は下側を向き、それにより感歪部材は下側の外部固定治具の内部の貫通穴からなる空間の上部（天井）に収まり、さらに、その空間内において電極には異方性導電膜を用いてフレキシブルケーブル基板が接続された。この時、起歪体１０は下側の外部固定治具のスリーブ部によりその底面から浮いて保持された状態を成してダイアフラムとして機能する可動空間を有し、機械試験機を用いて内側突出部１４の上端に荷重を印加した。また、前記スリーブ部の一部に形成された切り欠き部から前記フレキシブルケーブル基板の信号線が外部に導出され、電源および計測機器に結線し、信号を取り出した。信号はそれら計測機器により数値化され記録装置（コンピューター等）に記録された。
【0096】
比較例の力センサの性能を評価するため、図１７に示されているように、内側突出部１４を介して起歪体１０に対してｚ方向の力を０．５Ｎから３．５Ｎまで０．５Ｎずつ増加させながら断続的に作用させた。この時、極点を基準とした前記起歪体の経線方向についての第１ひずみ量および前記起歪体の緯線方向についての第２ひずみ量の和の大きさが基準値以上となる共通の指定緯度範囲Ｒ１において、１箇所で分断された前記極点を取り囲む環状に延在する、接続部分２１０が存在せずに一対の環状感歪部分２１１のみにより構成されている前記感歪部材２１についての信号を調べるために、それらの電極部Ｔ１と、環状感歪部分２１１のもう一方の端に形成される電極を介して４端子法による出力（抵抗変化）測定を行った。
【0097】
図１８に、感歪部材２１の測定経過時間に対する出力を示す。その出力波形の形状については、荷重が印加されている時の細い信号線は図１７の印加荷重とほぼ一致しているものの、それらの間のベースラインに丸みを帯びた約０．１Ωのノイズが生じていることがわかる。図１９に、図１８の横軸７００秒から９００秒までを縦軸０．４Ω分の変化について拡大して示す。図１６の実施例の場合と比較すると、同じ０．４Ωの縦軸に対して大きな丸みを帯びたノイズの存在が確認でき、さらに図１８から０．５Ｎに対する出力信号はそのノイズに完全に埋まり、１Ｎに対する信号も半分程がそのノイズに埋まってしまうことがわかる。よって、環状感歪部分２１２および接続部分２１０を有することのない従来の構成からなる感歪部材２１を用いる場合、ひずみに対する検知感度の向上を図ることができる力センサを提供することができないことがわかる。
該発明は力センサの小型化および高耐荷重化を実現するのに有効な、等方的感度を有する感歪部材を環状に配設する技術における問題点を感歪部材の新規構成を用いることによって解決した新たな技術であり、検知感度の向上を図ることができる。
該発明は力センサの小型化および高耐荷重化を実現するのに有効な、等方的感度を有する感歪部材を環状に配設する技術における問題点を感歪部材の新規構成を用いることによって解決した新たな技術であり、検知感度の向上を図ることができる。
【0098】
（本発明の他の実施形態）
前記実施形態では、すべての感歪部材が起歪体１０の上面１０１に形成されていたが、他の実施形態として、一部の感歪部材が上面１０１に形成される一方で残りの感歪部材が下面１０２に形成されていてもよい。この場合、感歪部材の位置および負荷の形態によっては上面１０１および下面１０２の別によって正負の符号が異なる場合があるので、注意を要する。ひずみ検知用回路を構成するための導線部材を配置するため、起歪体１０に貫通孔が設けられていてもよく、ビア構造を有する導線部材が起歪体１０に埋設されていてもよい。
前記実施形態では、すべての感歪部材が起歪体１０の上面１０１に形成されていたが、他の実施形態として、一部の感歪部材が上面１０１に形成される一方で残りの感歪部材が下面１０２に形成されていてもよい。この場合、感歪部材の位置および負荷の形態によっては上面１０１および下面１０２の別によって正負の符号が異なる場合があるので、注意を要する。ひずみ検知用回路を構成するための導線部材を配置するため、起歪体１０に貫通孔が設けられていてもよく、ビア構造を有する導線部材が起歪体１０に埋設されていてもよい。
【0099】
前記実施形態では、起歪体１０が略円形板状であったが、他の実施形態として、起歪体１０が略楕円形板状、略三角形状、略矩形板状、略平行四辺形板状、略台形板状または略正多角形板状（正方形、正十二角形板状、正二十角形板状など）、様々な形状とされてもよい。起歪体１０は極点Ｏを通り、上面１０１に垂直な軸線（例えばＺ軸）まわりの回転対称性を有する形状のほか、回転対称性を有しない形状であってもよい。起歪体１０の極点Ｏが起歪体１０の中心点からずれていてもよい。
【0100】
前記実施形態では、起歪体１０が外側突出部１２の外側面を介して支持部材に対して全周にわたり固定されていたが、起歪体１０が外側突出部１２の外側面を介して支持部材に対して周方向に離散的に固定されていてもよい。
【0101】
前記実施形態では、前記起歪体の前記外側突出部よりも内側において前記起歪体の主面から突出している内側突出部を備え、前記起歪体に対して主面の垂線方向成分を有する振動（加速度）が作用した際に、内側突出部１４によって、当該起歪体１０に作用する慣性力の増大が図られ、それによって起歪体１０に生じるひずみからその振動（加速度）の大きさを検知することができ、また、前記起歪体に対して主面の垂線方向成分を有する力が内側突出部１４の端面に対して作用した際に起歪体１０に生じるひずみからその力の大きさを検知することができるとされていたが、
起歪体１０は内側突出部を備えていなくてもよく、その場合、起歪体１０の全面に対して主面の該垂線方向成分を有する力が一様に作用した際に起歪体１０に生じるひずみからその一様な力（例えば流体等の圧力）の大きさを検知することができる。
起歪体１０は内側突出部を備えていなくてもよく、その場合、起歪体１０の全面に対して主面の該垂線方向成分を有する力が一様に作用した際に起歪体１０に生じるひずみからその一様な力（例えば流体等の圧力）の大きさを検知することができる。
【0102】
前記実施形態では、前記起歪体上の共通の指定緯度範囲において、１箇所で分断された前記極点を取り囲む環状に延在する、経線方向に相互に離間している一対の環状感歪部分と、当該一対の環状感歪部分のそれぞれの一端部を接続する接続部分と、により前記感歪部材が構成されていたが、一対の環状感歪部分のいずれか一方が導線部材であってもよい。
【0103】
前記実施形態では、前記起歪体に対して主面の垂線方向成分を有する振動が作用した際に、前記起歪体に対して主面の垂線方向成分を有する力が作用した際に極点を基準とした前記起歪体の経線方向についての第１ひずみ量および前記起歪体の緯線方向についての第２ひずみ量の和の大きさが基準値以上となる共通の指定緯度範囲において、１箇所で分断された前記極点を取り囲む環状に延在する感歪部材について、経線方向に相互に離間している一対の環状感歪部分と、当該一対の環状感歪部分のそれぞれの一端部を接続する接続部分と、により力センサが構成されているが、前記起歪体に力が作用した際に前記起歪体の基準点を基準として相互に隣接するまたは離間する複数の方位角範囲のそれぞれにおいて前記起歪体にひずみが生じるように、前記支持部材が前記起歪体の周縁部の少なくとも一部を支持し、前記複数の方位角範囲のうち少なくとも１つの方位角範囲で、前記起歪体に力が作用した際に前記基準点を基準とした方位線に沿った前記起歪体の第１ひずみ量および当該方位線に直交または交差する線分に沿った前記起歪体の第２ひずみ量の和の大きさが基準値以上となるような当該線分としての指定線分に沿って延在する感歪部材についても、経線方向に相互に離間している一対の円弧状感歪部分と、当該一対の円弧状感歪部分のそれぞれの一端部を接続する接続部分と、により力センサが構成されていてもよい。
【0104】
前記実施形態では、囲繞領域の面積が大きいことに由来して、各感歪部材がアンテナとして機能することに由来するノイズの低減を図るために、各感歪部材を構成する一対の環状感歪部分により囲まれている領域、すなわち１箇所で分断された略環状（円環状）に延在する細長い囲繞領域の面積は、各感歪部材が１箇所で分断された略同径の単一の環状感歪部分により構成されている場合における、当該単一の環状感歪部分により囲まれている略円形の囲繞領域の面積と比較して狭小化が図られているが、導線部材の成す囲繞領域も含めた狭小化がなされるとさらに好ましい。
【0105】
前記実施形態では、起歪体１０は、外側突出部１２の外側面の全体を介して支持部材に対して固定されているが、外側突出部１２の上面、下面または上下両面の全体を介して支持部材に対して固定されてもよい。
【符号の説明】
【0106】
１０‥起歪体、１２‥外側突出部、１４‥内側突出部、２０‥感歪部材、２１‥第１感歪部材、２２‥第２感歪部材、２３‥第３感歪部材、２４‥第４感歪部材、４１、４２、４３、４４‥抵抗部材、１０１‥起歪体の上面（主面）、１０２‥起歪体の下面（主面）、２００‥接続部分、２０１‥内側環状感歪部分、２０２‥外側環状感歪部分、２１０‥第１接続部分、２１１‥第１内側環状感歪部分、２１２‥第１外側環状感歪部分、２２０‥第２接続部分、２２１‥第２内側環状感歪部分、２２２‥第２外側環状感歪部分、２３０‥第３接続部分、２３１‥第３内側環状感歪部分、２３２‥第３外側環状感歪部分、２４０‥第４接続部分、２４１‥第４内側環状感歪部分、２４２‥第４外側環状感歪部分、Ｏ‥極点、Ｒ１‥第１指定緯度範囲、Ｒ２‥第２指定緯度範囲。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【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】