特許 7615050 力覚センサモジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-07

(45)【発行日】2025-01-16

(54)【発明の名称】力覚センサモジュール

(51)【国際特許分類】

   G01L 5/16 20200101AFI20250108BHJP

   B81B 3/00 20060101ALI20250108BHJP

【ＦＩ】

G01L5/16

B81B3/00

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2021562560

(86)(22)【出願日】2020-11-19

(86)【国際出願番号】 JP2020043140

(87)【国際公開番号】W WO2021111887

(87)【国際公開日】2021-06-10

【審査請求日】2023-10-04

(31)【優先権主張番号】P 2019220840

(32)【優先日】2019-12-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000002185

【氏名又は名称】ソニーグループ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】316005926

【氏名又は名称】ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001357

【氏名又は名称】弁理士法人つばさ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】勝原 智子

(72)【発明者】

【氏名】塚本 圭

(72)【発明者】

【氏名】大鳥居 英

【審査官】松山 紗希

(56)【参考文献】

【文献】特公平０４－０１１３４６（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｌ ５／００－５／２８

Ｈ０１Ｌ ２９／８４

Ｂ８１Ｂ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリーズに配置された複数の力覚センサを備え、
各前記力覚センサは、
力の検出方向が互いに異なる複数のセンサ部と、
前記力覚センサごとに別個に設けられ、前記複数のセンサ部を支持する支持基板と、
各前記力覚センサに共通に設けられ、前記複数の力覚センサをシリーズに固定するとともに、互いに隣接する２つの前記支持基板の間隙に対応する箇所に溝部が形成された可撓性の有機部材と
を有する
力覚センサモジュール。

【請求項2】

各前記力覚センサは、前記センサ部ごとに１つずつ設けられた、前記センサ部を含む複数のセンサ基板、または、前記複数のセンサ部を全て含む共通センサ基板を有し、
前記溝部は、前記複数のセンサ基板もしくは前記共通センサ基板の底面よりも浅い位置に形成されている
請求項１に記載の力覚センサモジュール。

【請求項3】

前記溝部は、前記複数のセンサ基板もしくは前記共通センサ基板の上面よりも浅い位置に形成されている
請求項２に記載の力覚センサモジュール。

【請求項4】

前記支持基板は、前記複数のセンサ部と対向する位置に設けられ、前記複数のセンサ部から出力される検出信号を処理する処理回路を有する
請求項２に記載の力覚センサモジュール。

【請求項5】

前記複数のセンサ基板もしくは前記共通センサ基板は、バンプを介して前記支持基板に実装されており、
前記複数のセンサ部は、前記バンプを介して前記処理回路と電気的に接続されている
請求項４に記載の力覚センサモジュール。

【請求項6】

前記複数の力覚センサをシリーズに接続する接続線を更に備え、
各前記力覚センサは、前記支持基板と対向する位置に設けられ、前記接続線と前記処理回路とを電気的に接続するための配線を有する配線基板を更に有する
請求項５に記載の力覚センサモジュール。

【請求項7】

シリーズに接続された前記複数の力覚センサのうち、一方の端部に配置された第１力覚センサに対して前記接続線を介して接続され、各前記力覚センサにおける前記複数のセンサ部を制御するコントロール素子と、
シリーズに接続された前記複数の力覚センサのうち、他方の端部に配置された第２力覚センサに対して前記接続線を介して接続され、各前記力覚センサにおける前記複数のセンサ部で得られた検出信号もしくは前記検出信号に対応する信号を外部に出力するインターフェース素子と
を更に備えた
請求項６に記載の力覚センサモジュール。

【請求項8】

互いに隣接する２つの前記支持基板の間隙は、前記複数の力覚センサの配列ピッチよりも小さくなっている
請求項１に記載の力覚センサモジュール。

【請求項9】

互いに隣接する２つの前記配線基板の間隙は、前記複数の力覚センサの配列ピッチよりも小さくなっている
請求項６に記載の力覚センサモジュール。

【請求項10】

前記センサ部は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）で構成されている
請求項１に記載の力覚センサモジュール。

【請求項11】

各前記力覚センサにおいて、前記複数のセンサ部は環状に配置されており、
各前記力覚センサは、前記複数のセンサ部を含む可撓性基板と、前記可撓性基板のうち、環状に配置された前記複数のセンサ部の中心と対向する位置に固定された柱部と、前記可撓性基板のうち、前記柱部の周囲であって、かつ前記柱部と所定の間隙を介した位置に固定された筒部とを含んで構成されたダイヤフラム式力覚センサである
請求項１に記載の力覚センサモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、力覚センサモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

ロボットによる物体のハンドリングを制御するために、ロボットには多くのセンサが用いられる。ロボットに用いられ得るセンサが、例えば、下記の特許文献１，２に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１６７９４９号

【文献】特開２０１５－１９７３５７号

【発明の概要】

【0004】

ところで、多数のセンサを高密度に配置することが可能になれば、単体のセンサからは得られ難い様々な情報が得られる。特に、ロボットの分野では、ロボットハンドの先端部分に多数のセンサを高密度に配置することが可能になれば、ロボットハンドを更に精密に制御することも可能となる。従って、高密度かつ高分解能に配置することの可能な力覚センサモジュールを提供することが望ましい。

【0005】

本開示の一実施形態に係る力覚センサモジュールは、シリーズに配置された複数の力覚センサを備えている。各力覚センサは、力の検出方向が互いに異なる複数のセンサ部と、力覚センサごとに別個に設けられ、複数のセンサ部を支持する支持基板と、各力覚センサに共通に設けられ、複数の力覚センサをシリーズに固定するとともに、互いに隣接する２つの支持基板の間隙に対応する箇所に溝部が形成された可撓性の有機部材とを有している。

【0006】

本開示の一実施形態に係る力覚センサモジュールでは、複数の力覚センサが可撓性の有機部材によってシリーズに配置されている。これにより、例えば、複数の力覚センサを、設置対象の形状に依らず高密度に配置することができる。また、本開示では、有機部材には、互いに隣接する２つの支持基板の間隙に対応する箇所に溝部が形成されている。これにより、外部から有機部材に力が入力されたときに、外部からの力が入力位置に対応する力覚センサに入力され、外部からの力が入力位置から離れた位置にある力覚センサへ伝播するのが抑制される。つまり、有機部材は、複数の力覚センサをシリーズに支持する機能と、外部からの力を入力位置に応じた力覚センサに選択的に入力する機能とを兼ね備えている。従って、本開示では、複数の力覚センサの高密度の配置と、複数の力覚センサによる高分解能の検出を実現することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本開示の第１の実施の形態に係る力覚センサモジュールの平面構成例を表す図である。

【図2】図１の力覚センサモジュールの断面構成例を表す図である。

【図3】図２の力覚センサモジュールの平面構成例を表す図である。

【図4】図２の力覚センサモジュールの平面構成例を表す図である。

【図5】図１の力覚センサモジュールの断面構成の一変形例を表す図である。

【図6】図２の力覚センサモジュールの平面構成の一変形例を表す図である。

【図7】図１の力覚センサモジュールの平面構成の一変形例を表す図である。

【図8】本開示の第２の実施の形態に係る力覚センサモジュールの平面構成例を表す図である。

【図9】図８の力覚センサモジュールの断面構成例を表す図である。

【図10】図９の力覚センサモジュールの平面構成例を表す図である。

【図11】図９の力覚センサモジュールの平面構成例を表す図である。

【図12】図８の力覚センサモジュールの断面構成の一変形例を表す図である。

【図13】図８の力覚センサモジュールの平面構成の一変形例を表す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本開示を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明は本開示の一具体例であって、本開示は以下の態様に限定されるものではない。また、本開示は、各図に示す各構成要素の配置や寸法、寸法比などについても、それらに限定されるものではない。なお、説明は、以下の順序で行う。

１．第１の実施の形態（ＭＥＭＳ式力覚センサモジュール）
各力覚センサがＭＥＭＳを含んで構成されている例
２．第１の実施の形態の変形例
変形例１－１：複数のＭＥＭＳ部が１つのチップに設けられている例
変形例１－２：複数のＭＥＭＳ部によって６軸力覚センサを構成した例
変形例１－３：複数の力覚センサを蛇行して配置した例
３．第２の実施の形態（ダイヤフラム式力覚センサモジュール）
各力覚センサがダイヤフラムを含んで構成されている例
４．第２の実施の形態の変形例
変形例２－１：ダイヤフラム基板の底面に回路基板を実装した例
変形例２－２：複数の力覚センサを蛇行して配置した例

【0009】

＜１．第１の実施の形態＞
[構成]
本開示の第１の実施の形態に係るＭＥＭＳ式力覚センサモジュール１の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係るＭＥＭＳ式力覚センサモジュール１の平面構成例を表したものである。図２は、図１のＭＥＭＳ式力覚センサモジュール１のＡ－Ａ線での断面構成例を表したものである。図３、図４は、図２のＭＥＭＳ式力覚センサモジュール１の平面構成例の一部を拡大して表したものである。

【0010】

ＭＥＭＳ式力覚センサモジュール１は、接続線Ｌを介してシリーズに接続された複数のＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０を備えている。接続線Ｌは、例えば、クロックペア差動線およびデータペア差動線を基本とし、その他数種のコントロール線により構成されている。ＭＥＭＳ式力覚センサモジュール１が、本開示の「力覚センサモジュール」の一具体例に相当する。ＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０が、本開示の「力覚センサ」の一具体例に相当する。接続線Ｌが、本開示の「接続線」の一具体例に相当する。

【0011】

ＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０は、センサ基板１１，１２，１３、回路基板１４、配線基板１５および有機部材１６を有している。回路基板１４は、ＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０ごとに別個に設けられている。配線基板１５も、ＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０ごとに別個に設けられている。センサ基板１１，１２，１３が、本開示の「センサ基板」の一具体例に相当する。回路基板１４が、本開示の「支持基板」の一具体例に相当する。配線基板１５が、本開示の「配線基板」の一具体例に相当する。有機部材１６が、本開示の「有機部材」の一具体例に相当する。

【0012】

センサ基板１１，１２，１３および回路基板１４が互いに積層されている。センサ基板１１，１２，１３は、回路基板１４の上面と対向する位置に配置されている。配線基板１５は、回路基板１４の下面と対向する位置に配置されている。有機部材１６は、回路基板１４の上面と対向する位置に設けられており、センサ基板１１，１２，１３および回路基板１４を覆っている。

【0013】

センサ基板１１は、第１の方向（Ｘ軸方向）の力を検出するＭＥＭＳ部１１Ａを含む基板である。Ｘ軸は、例えば、複数のＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０の配列方向と平行な１軸に相当する。センサ基板１１は、例えば、シリコン基板を有しており、ＭＥＭＳ部１１Ａは、例えば、シリコン基板上に形成されたＭＥＭＳで構成されている。ＭＥＭＳ部１１Ａは、有機部材１６を介して入力された外力のうち、第１の方向（Ｘ軸方向）の成分を検出し、検出した外力に応じた検出信号を出力する。ＭＥＭＳ部１１Ａが、本開示の「センサ部」の一具体例に相当する。

【0014】

センサ基板１２は、第２の方向（Ｙ軸方向）の力を検出するＭＥＭＳ部１２Ａを含む基板である。Ｙ軸は、例えば、複数のＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０の配列方向と直交する１軸に相当する。センサ基板１２は、例えば、シリコン基板を有しており、ＭＥＭＳ部１２Ａは、例えば、シリコン基板上に形成されたＭＥＭＳで構成されている。ＭＥＭＳ部１２Ａは、有機部材１６を介して入力された外力のうち、第２の方向（Ｙ軸方向）の成分を検出し、検出した外力に応じた検出信号を出力する。ＭＥＭＳ部１２Ａが、本開示の「センサ部」の一具体例に相当する。

【0015】

センサ基板１３は、第３の方向（Ｚ軸方向）の力を検出するＭＥＭＳ部１３Ａを含む基板である。Ｚ軸は、例えば、Ｘ軸およびＹ軸と直交する１軸に相当する。センサ基板１３は、例えば、シリコン基板を有しており、ＭＥＭＳ部１３Ａは、例えば、シリコン基板上に形成されたＭＥＭＳで構成されている。ＭＥＭＳ部１３Ａは、有機部材１６を介して入力された外力のうち、第３の方向（Ｚ軸方向）の成分を検出し、検出した外力に応じた検出信号を出力する。センサ基板１１，１２，１３では、力の検出方向が互いに異なっている。ＭＥＭＳ部１３Ａが、本開示の「センサ部」の一具体例に相当する。

【0016】

回路基板１４は、センサ基板１１，１２，１３と対向する位置に設けられており、センサ基板１１，１２，１３を支持する支持基板である。回路基板１４は、センサ基板１１，１２，１３から出力される検出信号を処理する処理回路を有している。回路基板１４は、処理回路として、例えば、ＭＥＭＳ部１１Ａ，１２Ａ，１３Ａにおける、外力の検出を制御する制御回路１４１と、ＭＥＭＳ部１１Ａ，１２Ａ，１３Ａから得られた検出信号を処理するＤＳＰ（Digital Signal Processing）回路１４２と、ＳｅｒＤｅｓ（SERializer/DESerializer）回路１４３とを有している。制御回路１４１は、トリガー信号が入力されると、ＭＥＭＳ部１１Ａ，１２Ａ，１３Ａにおける、外力の検出を制御する信号をＭＥＭＳ部１１Ａ，１２Ａ，１３Ａに出力する。ＭＥＭＳ部１１Ａ，１２Ａ，１３Ａは、制御回路１４１から、外力の検出を制御する信号が入力されると、検出した外力に応じた検出信号を出力する。

【0017】

ＤＳＰ回路１４２は、ＭＥＭＳ部１１Ａ，１２Ａ，１３Ａから出力された検出信号に対して各種の信号処理を行う。ＤＳＰ回路１４２は、例えば、ＭＥＭＳ部１１Ａ，１２Ａ，１３Ａから出力された検出信号に基づいて、外力による有機部材１６の３軸方向（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の変位を計算し、外部に出力する。ＳｅｒＤｅｓ回路１４３は、ＤＳＰ回路１４２から入力された信号のシリアル／パラレル変換を行う。ＳｅｒＤｅｓ回路１４３は、シリアル／パラレル変換後の信号を、測定データ１０ａ（パケットデータ）として外部に出力する。ＤＳＰ回路１４２およびＳｅｒＤｅｓ回路１４３が、本開示の「処理回路」の一具体例に相当する。

【0018】

センサ基板１１，１２，１３のＸＹ面内のサイズは、例えば、回路基板１４のＸＹ面内のサイズよりも小さくなっている。センサ基板１１は、例えば、回路基板１４の上面に、複数のバンプ１１Ｂを介して積層（実装）されている。センサ基板１１内のＭＥＭＳ部１１Ａは、例えば、複数のバンプ１１Ｂを介して回路基板１４（制御回路１４１およびＤＳＰ回路１４２）と電気的に接続されている。センサ基板１２は、例えば、回路基板１４の上面に、複数のバンプ１２Ｂを介して積層（実装）されている。センサ基板１２内のＭＥＭＳ部１２Ａは、例えば、複数のバンプ１２Ｂを介して回路基板１４（制御回路１４１およびＤＳＰ回路１４２）と電気的に接続されている。センサ基板１３は、例えば、回路基板１４の上面に、複数のバンプ１３Ｂを介して積層（実装）されている。センサ基板１３内のＭＥＭＳ部１３Ａは、例えば、複数のバンプ１３Ｂを介して回路基板１４（制御回路１４１およびＤＳＰ回路１４２）と電気的に接続されている。バンプ１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂは、本開示の「バンプ」の一具体例に相当する。バンプ１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂは、例えば、半田材料で形成されている。

【0019】

配線基板１５は、接続線Ｌと回路基板１４（制御回路１４１およびＳｅｒＤｅｓ回路１４３）とを電気的に接続するための配線１５Ａを有している。配線基板１５は、例えば、配線１５Ａと、配線１５Ａを支持する樹脂層とによって構成された可撓性基板である。配線基板１５の上面には、センサ基板１１，１２，１３および回路基板１４が実装されている。回路基板１４は、例えば、配線基板１５の上面に、複数のバンプ１４Ａを介して積層されている。バンプ１４Ａは、例えば、半田材料で形成されている。回路基板１４は、複数のバンプ１４Ａを介して、配線基板１５（配線１５Ａ）と電気的に接続されている。配線基板１５（配線１５Ａ）は、外部回路と電気的に接続される。複数のバンプ１４Ａは、例えば、アンダーフィル１４Ｂによって覆われている。

【0020】

有機部材１６は、外力により変形可能な柔軟性を有する可撓性の有機部材であり、例えば、シリコーンによって構成されている。有機部材１６は、例えば、ドーム形状、または、台形状となっており、有機部材１６に外力が加えられたときに、有機部材１６が変形することによって、ＭＥＭＳ部１１Ａ，１２Ａ，１３Ａに、有機部材１６に入力された外力を伝達することが可能となっている。

【0021】

本実施の形態では、有機部材１６は、各ＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０に共通に設けられており、複数のＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０をシリーズに固定している。有機部材１６には、互いに隣接する２つの回路基板１４の間隙に対応する箇所に溝部１６Ａが形成されており、互いに隣接する２つの溝部１６Ａの間隙に対応する箇所に凸部１６Ｂが形成されている。各溝部１６Ａは、例えば、Ｙ軸方向に延在しており、有機部材１６をＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０ごとに区画している。

【0022】

溝部１６Ａは、センサ基板１１，１２，１３の底面よりも浅い位置に形成されており、好ましくは、センサ基板１１，１２，１３の上面よりも浅い位置に形成されている。つまり、溝部１６Ａは、以下の式（１），（２）を満たすように形成されている。
Ｄ１＜Ｄ３…式（１）
Ｄ１＜Ｄ２…式（２）
Ｄ１：溝部１６Ａの深さ
Ｄ２：センサ基板１１，１２，１３の上面の、有機部材１６の表面からの深さ
Ｄ３：センサ基板１１，１２，１３の底面の、有機部材１６の表面からの深さ

【0023】

溝部１６Ａは、外部からの力が入力位置から離れた位置にあるＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０へ伝播するのを抑制する。凸部１６Ｂは、外部から有機部材１６に力が入力されたときに、外部からの力が入力位置に対応するＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０に入力され易くする。つまり、有機部材１６は、複数のＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０をシリーズに支持する機能と、外部からの力を入力位置に応じたＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０に選択的に入力する機能とを兼ね備えている。

【0024】

各ＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０において、接続線Ｌと配線基板１５（具体的には配線１５Ａ）とが接続されており、接続線Ｌと回路基板１４（具体的には制御回路１４１およびＳｅｒＤｅｓ回路１４３）とが電気的に接続されている。ＭＥＭＳ式力覚センサモジュール１において、互いに隣接する２つの配線基板１５の間隙Ｇ１は、複数のＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０の配列ピッチＰよりも小さくなっている。ＭＥＭＳ式力覚センサモジュール１において、互いに隣接する２つの回路基板１４の間隙Ｇ２は、複数のＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０の配列ピッチＰよりも小さくなっている。間隙Ｇ１は、間隙Ｇ２よりも小さくなっている。配列ピッチＰは、例えば、１ｍｍ程度となっている。

【0025】

ＭＥＭＳ式力覚センサモジュール１は、例えば、図１に示したように、シリーズに接続された複数のＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０のうち、一方の端部に配置されたＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０（１０Ａ）に対して、接続線Ｌを介して接続されたコントロール素子２０を備えている。コントロール素子２０は、各ＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０における、外力の検出を制御する。コントロール素子２０は、ＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０における、外力の検出を制御するトリガー信号を所定の周期でＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０Ａに出力する。

【0026】

ＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０Ａは、トリガー信号が入力されると、外部から入力される外力に応じた検出信号を含む測定データ１０ａをパケットデータとして、接続線Ｌを介して、ＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０Ａに隣接するＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０に出力する。ＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０Ａに隣接するＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０は、ＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０Ａから、接続線Ｌを介して、パケットデータが入力されると、この入力を、外力を検出するトリガー信号とみなして、外力に応じた検出信号を含む測定データ１０ａをパケットデータとして出力する。ＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０Ａに隣接するＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０は、ＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０Ａで得られた測定データ１０ａと、自身の計測により得た測定データ１０ａとを含むパケットデータを、接続線Ｌを介して、隣接するＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０に出力する。ＭＥＭＳ式力覚センサモジュール１では、このようにして、バケツリレー方式で、外力の検出制御およびデータ伝送が行われる。

【0027】

ＭＥＭＳ式力覚センサモジュール１は、さらに、例えば、図１に示したように、シリーズに接続された複数のＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０Ａのうち、他方の端部に配置されたＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０（１０Ｂ）に対して、接続線Ｌを介して接続されたインターフェース素子３０を備えている。インターフェース素子３０は、各ＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０おけるセンサ基板１１，１２，１３で得られた検出信号もしくは検出信号に対応する信号（測定データ１０ａを含むパケットデータ）を外部に出力する。

【0028】

ＭＥＭＳ式力覚センサモジュール１は、さらに、例えば、図１に示したように、シリーズに接続された複数のＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０に対して電力を供給する電源回路４０を備えている。電源回路４０は、シリーズに接続された複数のＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０において、ＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０Ａ側から電源電圧Ｖｃｃを供給する。

【0029】

[動作]
次に、ＭＥＭＳ式力覚センサモジュール１の動作について説明する。

【0030】

コントロール素子２０から、配線基板１５を介して制御回路１４１にトリガー信号が入力される。制御回路１４１は、トリガー信号が入力されると、外力を検出するための信号をＭＥＭＳ部１１Ａ，１２Ａ，１３Ａに出力する。ＭＥＭＳ部１１Ａ，１２Ａ，１３Ａは、制御回路１４１から、外力を検出するための信号が入力されると、検出した外力に応じた検出信号をＤＳＰ回路１４２に出力する。ＤＳＰ回路１４２は、入力された検出信号に対して各種の信号処理を行う。ＤＳＰ回路１４２は、例えば、ＭＥＭＳ部１１Ａ，１２Ａ，１３Ａから出力された検出信号に基づいて、外力による有機部材１６の３軸方向（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の変位を計算し、ＳｅｒＤｅｓ回路１４３に出力する。ＳｅｒＤｅｓ回路１４３は、ＤＳＰ回路１４２から入力された信号のシリアル／パラレル変換を行い、測定データ１０ａとしてのパケットデータをインターフェース素子３０に出力する。インターフェース素子３０は、各ＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０おけるセンサ基板１１，１２，１３で得られた検出信号もしくは検出信号に対応する信号（測定データ１０ａを含むパケットデータ）を外部に出力する。ＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０は、コントロール素子２０から、トリガー信号が入力されるたびに、上記の処理を実行する。

【0031】

[効果]
次に、ＭＥＭＳ式力覚センサモジュール１の効果について説明する。

【0032】

本実施の形態では、複数のＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０が可撓性の有機部材１６によってシリーズに配置されている。これにより、例えば、複数のＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０を、設置対象の形状に依らず高密度に配置することができる。また、本実施の形態では、有機部材１６には、互いに隣接する２つの回路基板１４の間隙に対応する箇所に溝部１６Ａが形成されている。これにより、外部から有機部材１６に力が入力されたときに、外部からの力が入力位置に対応するＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０に入力され、外部からの力が入力位置から離れた位置にあるＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０へ伝播するのが抑制される。つまり、有機部材１６は、複数のＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０をシリーズに支持する機能と、外部からの力を入力位置に応じたＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０に選択的に入力する機能とを兼ね備えている。従って、本実施の形態では、複数のＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０の高密度の配置と、複数のＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０による高分解能の検出を実現することが可能である。

【0033】

本実施の形態では、溝部１６Ａは、センサ基板１１，１２，１３の底面よりも浅い位置に形成されている。これにより、外部からの力が入力位置から離れた位置にあるＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０へ伝播するのを抑制することができる。その結果、複数のＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０による高分解能の検出を実現することが可能である。

【0034】

本実施の形態では、溝部１６Ａは、センサ基板１１，１２，１３の上面よりも浅い位置に形成されている。これにより、外部からの力が入力位置から離れた位置にあるＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０へ伝播するのをより一層抑制することができる。その結果、複数のＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０による高分解能の検出を実現することが可能である。

【0035】

本実施の形態では、ＭＥＭＳ部１１Ａ，１２Ａ，１３Ａと対向する位置に回路基板１４が設けられている。これにより、ＭＥＭＳ部１１Ａ，１２Ａ，１３Ａと同一面内に回路基板１４を設けた場合と比べて、複数のＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０を高密度に配置することが可能である。

【0036】

本実施の形態では、センサ基板１１，１２，１３がバンプ１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂを介して回路基板１４に実装され、ＭＥＭＳ部１１Ａ，１２Ａ，１３Ａは、バンプ１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂを介して回路基板１４（制御回路１４１およびＳｅｒＤｅｓ回路１４３）と電気的に接続されている。これにより、ＭＥＭＳ部１１Ａ，１２Ａ，１３Ａと同一面内に回路基板１４を設けた場合と比べて、複数のＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０を高密度に配置することが可能である。

【0037】

本実施の形態では、各ＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０には、回路基板１４と対向する位置に配線基板１５が設けられている。これにより、回路基板１４と同一面内に配線基板１５設けた場合と比べて、複数のＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０を高密度に配置することが可能である。

【0038】

本実施の形態では、コントロール素子２０およびインターフェース素子３０が設けられている。これにより、シリーズに接続された複数のＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０の、外力の検出制御や、シリーズに接続された複数のＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０で得られたデータの伝送をバケツリレー方式で行うことが可能となる。従って、簡易な方法で、外力の検出制御およびデータ伝送を実現することができる。

【0039】

本実施の形態では、互いに隣接する２つの回路基板１４の間隙Ｇ２が複数のＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０の配列ピッチＰよりも小さくなっている。これにより、複数のＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０を高密度に配置することができる。

【0040】

本実施の形態では、互いに隣接する２つの配線基板１５の間隙Ｇ１が複数のＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０の配列ピッチＰよりも小さくなっている。これにより、複数のＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０を高密度に配置することができる。

【0041】

本実施の形態では、ＭＥＭＳ部１１Ａ，１２Ａ，１３ＡがＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０ごとに設けられている。これにより、３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）方向の力の入力を検出することができるので、例えば、ロボットハンドを精密に制御することが可能である。

【0042】

＜２．第１の実施の形態の変形例＞
次に、上記実施の形態に係るＭＥＭＳ式力覚センサモジュール１の変形例について説明する。

【0043】

[変形例１－１]
上記実施の形態において、ＭＥＭＳ部１１Ａ，１２Ａ，１３Ａが、例えば、図５に示したように、共通のセンサ基板１７に設けられていてもよい。つまり、センサ基板１７がＭＥＭＳ部１１Ａ，１２Ａ，１３Ａを全て含む。センサ基板１７が、本開示の「共通センサ基板」の一具体例に相当する。

【0044】

この場合、溝部１６Ａは、センサ基板１７の底面よりも浅い位置に形成されており、好ましくは、センサ基板１７の上面よりも浅い位置に形成されている。つまり、溝部１６Ａは、以下の式（３），（４）を満たすように形成されている。このようにした場合であっても、上記実施の形態と同様の効果が得られる。
Ｄ１＜Ｄ３…式（３）
Ｄ１＜Ｄ２…式（３）
Ｄ１：溝部１６Ａの深さ
Ｄ２：センサ基板１７の上面の、有機部材１６の表面からの深さ
Ｄ３：センサ基板１７の底面の、有機部材１６の表面からの深さ

【0045】

[変形例１－２]
上記実施の形態およびその変形例において、例えば、図６に示したように、Ｘ軸方向に並んで配置された２つのセンサ基板１１と、Ｙ軸方向に並んで配置された２つのセンサ基板１２と、ＸＹ面内においてＸ軸に対して４５°で交差する方向に並んで配置された２つのセンサ基板１３と、ＸＹ面内においてＸ軸に対して－４５°で交差する方向に並んで配置された２つのセンサ基板１３とがＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０ごとに設けられていてもよい。

【0046】

このようにした場合には、Ｘ軸方向に並んで配置された２つのセンサ基板１１で得られた検出信号から、Ｙ軸を中心軸とする回転方向のモーメント成分が得られる。さらに、Ｙ軸方向に並んで配置された２つのセンサ基板１２で得られた検出信号から、Ｘ軸を中心軸とする回転方向のモーメント成分が得られる。さらに、ＸＹ面内においてＸ軸に対して４５°で交差する方向に並んで配置された２つのセンサ基板１３と、ＸＹ面内においてＸ軸に対して－４５°で交差する方向に並んで配置された２つのセンサ基板１３とで得られた検出信号から、Ｚ軸を中心軸とする回転方向のモーメント成分が得られる。つまり、本変形例では、ＭＥＭＳ式力覚センサモジュール１は、６軸の力成分を検出することができる。

【0047】

[変形例１－３]
上記実施の形態およびその変形例において、ＭＥＭＳ式力覚センサモジュール１が多数のＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０を備えている場合には、例えば、図７に示したように、シリーズに接続された複数のＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０がジグザグに蛇行したレイアウトとなっていることが好ましい。このようにした場合には、電源回路４０は、シリーズに接続された複数のＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０におけるＵターン部分１Ａ側から電源電圧Ｖｃｃを供給し、シリーズに接続された複数のＭＥＭＳ式３軸力覚センサ１０において、Ｕターン部分１Ａに対応するＵターン部分１Ｂ側に基準電圧ＧＮＤを供給することができる。これにより、電圧降下によるセンサ不具合が防止される。

【0048】

＜３．第２の実施の形態＞
[構成]
本開示の第２の実施の形態に係るダイヤフラム式力覚センサモジュール２の構成について説明する。図８は、本実施の形態に係るダイヤフラム式力覚センサモジュール２の平面構成例を表したものである。図９は、図８のダイヤフラム式力覚センサモジュール２のＡ－Ａ線での断面構成例を表したものである。図１０、図１１は、図９のダイヤフラム式力覚センサモジュール２の平面構成例の一部を拡大して表したものである。

【0049】

ダイヤフラム式力覚センサモジュール２は、接続線Ｌを介してシリーズに接続された複数のダイヤフラム式６軸力覚センサ５０を備えている。接続線Ｌは、例えば、クロックペア差動線およびデータペア差動線を基本とし、その他数種のコントロール線により構成されている。ダイヤフラム式力覚センサモジュール２が、本開示の「力覚センサモジュール」の一具体例に相当する。ダイヤフラム式６軸力覚センサ５０が、本開示の「力覚センサ」の一具体例に相当する。接続線Ｌが、本開示の「接続線」の一具体例に相当する。

【0050】

ダイヤフラム式６軸力覚センサ５０は、センサ基板５１、力伝達部５２、回路基板５３、配線基板５４および有機部材５５を有している。センサ基板５１が、本開示の「共通センサ基板」の一具体例に相当する。回路基板５３が、本開示の「支持基板」の一具体例に相当する。配線基板５４が、本開示の「配線基板」の一具体例に相当する。有機部材５５が、本開示の「有機部材」の一具体例に相当する。

【0051】

センサ基板５１および回路基板５３が互いに積層されている。センサ基板５１は、回路基板５３の上面と対向する位置に配置されている。センサ基板５１および力伝達部５２が互いに積層されている。力伝達部５２は、センサ基板５１の上面と対向する位置に配置されている。配線基板５４は、回路基板５３の下面と対向する位置に配置されている。有機部材５５は、回路基板５３の上面と対向する位置に配置されており、センサ基板５１、力伝達部５２および回路基板５３を覆っている。

【0052】

センサ基板５１は、６軸の力を検出可能なダイヤフラムを構成しており、例えば、絶縁膜５１Ａ、４つの導電層５１Ｂ、可撓性基板５１Ｃおよび絶縁膜５１Ｄを、回路基板５３側からこの順に積層して構成されている。４つの導電層５１Ｂは、本開示の「センサ部」の一具体例に相当する。可撓性基板５１Ｃは、本開示の「可撓性基板」の一具体例に相当する。絶縁膜５１Ａ，５１Ｄは、４つの導電層５１Ｂを覆っており、例えば、ＳｉＯ₂などにより構成されている。

【0053】

４つの導電層５１Ｂは、可撓性基板５１Ｃの底面に接して設けられており、可撓性基板５１Ｃに支持されている。可撓性基板５１Ｃが薄膜のシリコン基板で構成されている場合、４つの導電層５１Ｂは、例えば、薄膜のシリコン基板に対して不純物を高濃度にドープすることにより形成されている。４つの導電層５１Ｂは、例えば、センサ基板５１の中央を中心とする環状に配置されており、各導電層５１Ｂの一部が、例えば、後述の溝部５２Ａと対向する位置に設けられている。４つの導電層５１Ｂのうち２つの導電層５１Ｂが、例えば、Ｘ軸方向に延在しており、４つの導電層５１Ｂのうち残りの２つの導電層５１Ｂが、例えば、Ｙ軸方向に延在している。

【0054】

センサ基板１１は、さらに、例えば、導電層５１Ｂごとに２つずつ設けられた８個のパッド電極５１Ｅと、パッド電極５１Ｅごとに１つずつ設けられた８つのバンプ５１Ｆとを有している。パッド電極５１Ｅは、例えば、金（Ａｕ）などの金属材料によって構成されている。バンプ５１Ｆは、例えば、半田材料で形成されている。

【0055】

力伝達部５２は、例えば、センサ基板５１の中央（環状に配置された４つの導電層５１Ｂの中心）と対向する位置に固定された柱部５２ａと、センサ基板５１のうち、柱部５２ａの周囲であって、かつ柱部５２ａと所定の間隙を介した位置に固定された筒部５２ｂとを有している。柱部５２ａが、本開示の「柱部」の一具体例に相当する。筒部５２ｂが、本開示の「筒部」の一具体例に相当する。柱部５２ａと筒部５２ｂとの間隙が、溝部５２Ａを構成している。溝部５２Ａの底面には、センサ基板５１が露出している。センサ基板５１に含まれる各導電層５１Ｂの一部が、溝部５２Ａの底面と対向する位置に配置されている。柱部５２ａおよび筒部５２ｂは、例えば、シリコン基板を加工することにより形成されている。

【0056】

回路基板５３は、センサ基板５１と対向する位置に設けられており、センサ基板５１を支持する支持基板である。回路基板５３は、センサ基板５１から出力される検出信号を処理する処理回路を有している。回路基板５３は、処理回路として、例えば、４つの導電層５１Ｂにおける、外力の検出を制御する制御回路５３１と、４つの導電層５１Ｂから得られた検出信号を処理するＤＳＰ回路５３２と、ＳｅｒＤｅｓ回路５３３とを有している。制御回路５３１は、トリガー信号が入力されると、４つの導電層５１Ｂにおける、外力の検出を制御する信号を４つの導電層５１Ｂに出力する。４つの導電層５１Ｂは、制御回路５３１から、外力の検出を制御する信号が入力されると、検出した外力に応じた検出信号を出力する。

【0057】

ＤＳＰ回路５３２は、４つの導電層５１Ｂから出力された検出信号に対して各種の信号処理を行う。ＤＳＰ回路５３２は、例えば、４つの導電層５１Ｂから出力された検出信号に基づいて、外力による有機部材５５の６軸方向の変位を計算し、外部に出力する。ＳｅｒＤｅｓ回路５３３は、ＤＳＰ回路５３２から入力された信号のシリアル／パラレル変換を行う。ＳｅｒＤｅｓ回路５３３は、シリアル／パラレル変換後の信号を、測定データ１０ａ（パケットデータ）として外部に出力する。ＤＳＰ回路５３２およびＳｅｒＤｅｓ回路５３３が、本開示の「処理回路」の一具体例に相当する。

【0058】

センサ基板５１のＸＹ面内のサイズは、例えば、回路基板５３のＸＹ面内のサイズよりも小さくなっている。センサ基板５１は、例えば、回路基板５３の上面に、複数のバンプ５１Ｆを介して積層されている。センサ基板５１（４つの導電層５１Ｂ）は、複数のバンプ５１Ｆを介して、回路基板５３（制御回路５３１およびＤＳＰ回路５３２）と電気的に接続されている。

【0059】

配線基板５４は、外部回路と回路基板５３（制御回路５３１およびＳｅｒＤｅｓ回路５３３）とを電気的に接続するための配線５４Ａを有している。配線基板５４は、例えば、配線５４Ａと、配線５４Ａを支持する樹脂層とによって構成された可撓性基板である。配線基板５４の上面には、センサ基板５１、力伝達部５２および回路基板５３が実装されている。回路基板５３は、例えば、配線基板５４の上面に、複数のバンプ５３Ａを介して積層されている。バンプ５３Ａは、例えば、半田材料で形成されている。回路基板５３は、複数のバンプ５３Ａを介して、配線基板５４（配線５４Ａ）と電気的に接続されている。複数のバンプ５３Ａは、例えば、アンダーフィル５３Ｂによって覆われている。

【0060】

有機部材５５は、外力により変形可能な柔軟性を有する可撓性の有機部材であり、例えば、シリコーンによって構成されている。有機部材５５は、例えば、ドーム形状、または、台形状となっており、有機部材５５に外力が加えられたときに、有機部材５５が変形することによって、４つの導電層５１Ｂに、有機部材５５に入力された外力を伝達することが可能となっている。

【0061】

本実施の形態では、有機部材５５は、各ダイヤフラム式６軸力覚センサ５０に共通に設けられており、複数のダイヤフラム式６軸力覚センサ５０をシリーズに固定している。有機部材５５には、互いに隣接する２つの回路基板５３の間隙に対応する箇所に溝部５５Ａが形成されており、互いに隣接する２つの溝部５５Ａの間隙に対応する箇所に凸部５５Ｂが形成されている。各溝部５５Ａは、例えば、Ｙ軸方向に延在しており、有機部材５５をダイヤフラム式６軸力覚センサ５０ごとに区画している。

【0062】

溝部５５Ａは、センサ基板５１の上面よりも浅い位置に形成されている。つまり、溝部５５Ａは、以下の式（３）を満たすように形成されている。
Ｄ４＜Ｄ５…式（３）
Ｄ４：溝部５５Ａの深さ
Ｄ５：センサ基板５１の上面の、有機部材５５の表面からの深さ

【0063】

溝部５５Ａは、外部からの力が入力位置から離れた位置にあるダイヤフラム式６軸力覚センサ５０へ伝播するのを抑制する。凸部５５Ｂは、外部から有機部材５５に力が入力されたときに、外部からの力が入力位置に対応するダイヤフラム式６軸力覚センサ５０に入力され易くする。つまり、有機部材５５は、複数のダイヤフラム式６軸力覚センサ５０をシリーズに支持する機能と、外部からの力を入力位置に応じたダイヤフラム式６軸力覚センサ５０に選択的に入力する機能とを兼ね備えている。

【0064】

各ダイヤフラム式６軸力覚センサ５０において、接続線Ｌと配線基板５４（具体的には配線５４Ａ）とが接続されており、接続線Ｌと回路基板５３（具体的には制御回路５３１およびＳｅｒＤｅｓ回路５３３）とが電気的に接続されている。ダイヤフラム式力覚センサモジュール２において、互いに隣接する２つの配線基板５４の間隙Ｇ１は、複数のダイヤフラム式６軸力覚センサ５０の配列ピッチＰよりも小さくなっている。ダイヤフラム式力覚センサモジュール２において、互いに隣接する２つの回路基板５３の間隙Ｇ２は、複数のダイヤフラム式６軸力覚センサ５０の配列ピッチＰよりも小さくなっている。間隙Ｇ１は、間隙Ｇ２よりも小さくなっている。配列ピッチＰは、例えば、１ｍｍ程度となっている。

【0065】

ダイヤフラム式力覚センサモジュール２は、例えば、図８に示したように、シリーズに接続された複数のダイヤフラム式６軸力覚センサ５０のうち、一方の端部に配置されたダイヤフラム式６軸力覚センサ５０（５０Ａ）に対して、接続線Ｌを介して接続されたコントロール素子２０を備えている。コントロール素子２０は、各ダイヤフラム式６軸力覚センサ５０における、外力の検出を制御する。コントロール素子２０は、ダイヤフラム式６軸力覚センサ５０における、外力の検出を制御するトリガー信号を所定の周期でダイヤフラム式６軸力覚センサ５０Ａに出力する。

【0066】

ダイヤフラム式６軸力覚センサ５０は、トリガー信号が入力されると、外部から入力される外力に応じた検出信号を含む測定データ１０ａをパケットデータとして、接続線Ｌを介して、ダイヤフラム式６軸力覚センサ５０Ａに隣接するダイヤフラム式６軸力覚センサ５０に出力する。ダイヤフラム式６軸力覚センサ５０Ａに隣接するダイヤフラム式６軸力覚センサ５０は、ダイヤフラム式６軸力覚センサ５０Ａから、接続線Ｌを介して、パケットデータが入力されると、この入力を、外力を検出するトリガー信号とみなして、外力に応じた検出信号を含む測定データ１０ａをパケットデータとして出力する。ダイヤフラム式６軸力覚センサ５０Ａに隣接するダイヤフラム式６軸力覚センサ５０は、ダイヤフラム式６軸力覚センサ５０Ａで得られた測定データ１０ａと、自身の計測により得た測定データ１０ａとを含むパケットデータを、接続線Ｌを介して、隣接するダイヤフラム式６軸力覚センサ５０に出力する。ダイヤフラム式力覚センサモジュール２では、このようにして、バケツリレー方式で、外力の検出制御およびデータ伝送が行われる。

【0067】

ダイヤフラム式力覚センサモジュール２は、さらに、例えば、図８に示したように、シリーズに接続された複数のダイヤフラム式６軸力覚センサ５０Ａのうち、他方の端部に配置されたダイヤフラム式６軸力覚センサ５０（５０Ｂ）に対して、接続線Ｌを介して接続されたインターフェース素子３０を備えている。インターフェース素子３０は、各ダイヤフラム式６軸力覚センサ５０おける４つの導電層５１Ｂで得られた検出信号もしくは検出信号に対応する信号（測定データ１０ａを含むパケットデータ）を外部に出力する。

【0068】

ダイヤフラム式力覚センサモジュール２は、さらに、例えば、図８に示したように、シリーズに接続された複数のダイヤフラム式６軸力覚センサ５０に対して電力を供給する電源回路４０を備えている。電源回路４０は、シリーズに接続された複数のダイヤフラム式６軸力覚センサ５０において、ダイヤフラム式６軸力覚センサ５０Ａ側から電源電圧Ｖｃｃを供給する。

【0069】

[動作]
次に、ダイヤフラム式力覚センサモジュール２の動作について説明する。

【0070】

コントロール素子２０から、配線基板５４を介して制御回路５３１にトリガー信号が入力される。制御回路５３１は、トリガー信号が入力されると、外力を検出するための信号を４つの導電層５１Ｂに出力する。４つの導電層５１Ｂは、制御回路５３１から、外力を検出するための信号が入力されると、検出した外力に応じた検出信号をＤＳＰ回路５３２に出力する。ＤＳＰ回路５３２は、入力された検出信号に対して各種の信号処理を行う。ＤＳＰ回路５３２は、例えば、４つの導電層５１Ｂから出力された検出信号に基づいて、外力による有機部材１６の６軸方向の変位を計算し、ＳｅｒＤｅｓ回路５３３に出力する。ＳｅｒＤｅｓ回路５３３は、ＤＳＰ回路５３２から入力された信号のシリアル／パラレル変換を行い、測定データ１０ａとしてのパケットデータをインターフェース素子３０に出力する。インターフェース素子３０は、各ダイヤフラム式６軸力覚センサ５０おける４つの導電層５１Ｂで得られた検出信号もしくは検出信号に対応する信号（測定データ１０ａを含むパケットデータ）を外部に出力する。ダイヤフラム式６軸力覚センサ５０は、コントロール素子２０から、トリガー信号が入力されるたびに、上記の処理を実行する。

【0071】

[効果]
次に、ダイヤフラム式力覚センサモジュール２の効果について説明する。

【0072】

本実施の形態では、複数のダイヤフラム式６軸力覚センサ５０が可撓性の有機部材５５によってシリーズに配置されている。これにより、例えば、複数のダイヤフラム式６軸力覚センサ５０を、設置対象の形状に依らず高密度に配置することができる。また、本実施の形態では、有機部材５５には、互いに隣接する２つの回路基板５３の間隙に対応する箇所に溝部５５Ａが形成されている。これにより、外部から有機部材５５に力が入力されたときに、外部からの力が入力位置に対応するダイヤフラム式６軸力覚センサ５０に入力され、外部からの力が入力位置から離れた位置にあるダイヤフラム式６軸力覚センサ５０へ伝播するのが抑制される。つまり、有機部材５５は、複数のダイヤフラム式６軸力覚センサ５０をシリーズに支持する機能と、外部からの力を入力位置に応じたダイヤフラム式６軸力覚センサ５０に選択的に入力する機能とを兼ね備えている。従って、本実施の形態では、複数のダイヤフラム式６軸力覚センサ５０の高密度の配置と、複数のダイヤフラム式６軸力覚センサ５０による高分解能の検出を実現することが可能である。

【0073】

本実施の形態では、溝部５５Ａは、センサ基板５１の上面よりも浅い位置に形成されている。これにより、外部からの力が入力位置から離れた位置にあるダイヤフラム式６軸力覚センサ５０へ伝播するのを抑制することができる。その結果、複数のダイヤフラム式６軸力覚センサ５０による高分解能の検出を実現することが可能である。

【0074】

本実施の形態では、４つの導電層５１Ｂと対向する位置に回路基板５３が設けられている。これにより、４つの導電層５１Ｂと同一面内に回路基板５３を設けた場合と比べて、複数のダイヤフラム式６軸力覚センサ５０を高密度に配置することが可能である。

【0075】

本実施の形態では、センサ基板５１がバンプ５１Ｆを介して回路基板５３に実装され、４つの導電層５１Ｂは、バンプ５１Ｆを介して回路基板５３（制御回路５３１およびＳｅｒＤｅｓ回路５３３）と電気的に接続されている。これにより、４つの導電層５１Ｂと同一面内に回路基板５３を設けた場合と比べて、複数のダイヤフラム式６軸力覚センサ５０を高密度に配置することが可能である。

【0076】

本実施の形態では、各ダイヤフラム式６軸力覚センサ５０には、回路基板５３と対向する位置に配線基板５４が設けられている。これにより、回路基板５３と同一面内に配線基板５４設けた場合と比べて、複数のダイヤフラム式６軸力覚センサ５０を高密度に配置することが可能である。

【0077】

本実施の形態では、コントロール素子２０およびインターフェース素子３０が設けられている。これにより、シリーズに接続された複数のダイヤフラム式６軸力覚センサ５０の、外力の検出制御や、シリーズに接続された複数のダイヤフラム式６軸力覚センサ５０で得られたデータの伝送をバケツリレー方式で行うことが可能となる。従って、簡易な方法で、外力の検出制御およびデータ伝送を実現することができる。

【0078】

本実施の形態では、互いに隣接する２つの回路基板５３の間隙Ｇ２が複数のダイヤフラム式６軸力覚センサ５０の配列ピッチＰよりも小さくなっている。これにより、複数のダイヤフラム式６軸力覚センサ５０を高密度に配置することができる。

【0079】

本実施の形態では、互いに隣接する２つの配線基板５４の間隙Ｇ１が複数のダイヤフラム式６軸力覚センサ５０の配列ピッチＰよりも小さくなっている。これにより、複数のダイヤフラム式６軸力覚センサ５０を高密度に配置することができる。

【0080】

本実施の形態では、４つの導電層５１Ｂがダイヤフラム式６軸力覚センサ５０ごとに設けられている。これにより、６軸方向の力の入力を検出することができるので、例えば、ロボットハンドを精密に制御することが可能である。

【0081】

＜４．第２の実施の形態の変形例＞
次に、上記第２の実施の形態に係るダイヤフラム式力覚センサモジュール２の変形例について説明する。

【0082】

[変形例２－１]
上記第２の実施の形態において、回路基板５３が、例えば、図１２に示したように、センサ基板５１の底面に実装されていてもよい。このとき、センサ基板５１が、バンプ５１Ｆを介して配線基板５４に電気的に接続されている。さらに、回路基板５３が、バンプ５３Ａ、センサ基板５１およびバンプ５１Ｆを介して配線基板５４に電気的に接続されている。このようにした場合であっても、上記第２の実施の形態と同様の効果が得られる。

【0083】

[変形例２－１]
上記第２の実施の形態およびその変形例において、ダイヤフラム式力覚センサモジュール２が多数のダイヤフラム式６軸力覚センサ５０を備えている場合には、例えば、図１３に示したように、シリーズに接続された複数のダイヤフラム式６軸力覚センサ５０がジグザグに蛇行したレイアウトとなっていることが好ましい。このようにした場合には、電源回路４０は、シリーズに接続された複数のダイヤフラム式６軸力覚センサ５０におけるＵターン部分２Ａ側から電源電圧Ｖｃｃを供給し、シリーズに接続された複数のダイヤフラム式６軸力覚センサ５０において、Ｕターン部分２Ａに対応するＵターン部分２Ｂ側に基準電圧ＧＮＤを供給することができる。これにより、電圧降下によるセンサ不具合が防止される。

【0084】

以上、実施の形態およびその変形例を挙げて本開示を説明したが、本開示は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。なお、本明細書中に記載された効果は、あくまで例示である。本開示の効果は、本明細書中に記載された効果に限定されるものではない。本開示が、本明細書中に記載された効果以外の効果を持っていてもよい。

【0085】

また、例えば、本開示は以下のような構成を取ることができる。
（１）
シリーズに配置された複数の力覚センサを備え、
各前記力覚センサは、
力の検出方向が互いに異なる複数のセンサ部と、
前記力覚センサごとに別個に設けられ、前記複数のセンサ部を支持する支持基板と、
各前記力覚センサに共通に設けられ、前記複数の力覚センサをシリーズに固定するとともに、互いに隣接する２つの前記支持基板の間隙に対応する箇所に溝部が形成された可撓性の有機部材と
を有する
力覚センサモジュール。
（２）
各前記力覚センサは、前記センサ部ごとに１つずつ設けられた、前記センサ部を含む複数のセンサ基板、または、前記複数のセンサ部を全て含む共通センサ基板を有し、
前記溝部は、前記複数のセンサ基板もしくは前記共通センサ基板の底面よりも浅い位置に形成されている
（１）に記載の力覚センサモジュール。
（３）
前記溝部は、前記複数のセンサ基板もしくは前記共通センサ基板の上面よりも浅い位置に形成されている
（２）に記載の力覚センサモジュール。
（４）
前記支持基板は、前記複数のセンサ部と対向する位置に設けられ、前記複数のセンサ部から出力される検出信号を処理する処理回路を有する
（２）または（３）に記載の力覚センサモジュール。
（５）
前記複数のセンサ基板もしくは前記共通センサ基板は、バンプを介して前記支持基板に実装されており、
前記複数のセンサ部は、前記バンプを介して前記処理回路と電気的に接続されている
（４）に記載の力覚センサモジュール。
（６）
前記複数の力覚センサをシリーズに接続する接続線を更に備え、
各前記力覚センサは、前記支持基板と対向する位置に設けられ、前記接続線と前記処理回路とを電気的に接続するための配線を有する配線基板を更に有する
（５）に記載の力覚センサモジュール。
（７）
シリーズに接続された前記複数の力覚センサのうち、一方の端部に配置された第１力覚センサに対して前記接続線を介して接続され、各前記力覚センサにおける前記複数のセンサ部を制御するコントロール素子と、
シリーズに接続された前記複数の力覚センサのうち、他方の端部に配置された第２力覚センサに対して前記接続線を介して接続され、各前記力覚センサにおける前記複数のセンサ部で得られた検出信号もしくは前記検出信号に対応する信号を外部に出力するインターフェース素子と
を更に備えた
（６）に記載の力覚センサモジュール。
（８）
互いに隣接する２つの前記支持基板の間隙は、前記複数の力覚センサの配列ピッチよりも小さくなっている
（１）ないし（７）のいずれか１つに記載の力覚センサモジュール。
（９）
互いに隣接する２つの前記配線基板の間隙は、前記複数の力覚センサの配列ピッチよりも小さくなっている
（１）ないし（８）のいずれか１つに記載の力覚センサモジュール。
（１０）
前記センサ部は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）で構成されている
（１）ないし（９）のいずれか１つに記載の力覚センサモジュール。
（１１）
各前記力覚センサにおいて、前記複数のセンサ部は環状に配置されており、
各前記力覚センサは、前記複数のセンサ部を含む可撓性基板と、前記可撓性基板のうち、環状に配置された前記複数のセンサ部の中心と対向する位置に固定された柱部と、前記可撓性基板のうち、前記柱部の周囲であって、かつ前記柱部と所定の間隙を介した位置に固定された筒部とを含んで構成されたダイヤフラム式力覚センサである
（１）ないし（９）のいずれか１つに記載の力覚センサモジュール。

【0086】

本開示の一実施形態に係る力覚センサモジュールによれば、複数の力覚センサを可撓性の有機部材によってシリーズに配置するとともに、有機部材のうち、互いに隣接する２つの支持基板の間隙に対応する箇所に溝部を形成するようにしたので、複数の力覚センサを高密度かつ高分解能に配置することができる。なお、本開示の効果は、ここに記載された効果に必ずしも限定されず、本明細書中に記載されたいずれの効果であってもよい。

【0087】

本出願は、日本国特許庁において２０１９年１２月６日に出願された日本特許出願番号第２０１９－２２０８４０号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。

【0088】

当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

【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】